冷轧薄板综合设计

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1、综合设计性生产实验报告设计题目： 板带钢冷轧工艺轧制规程设计 班 级： 实验时间： 实验地点： 1.前言冷轧带钢是带材的主要成品工序，所生产的冷轧薄板属于高附加值钢材品种，是汽车、建筑、家电、食品等行业不可缺少的金属材料。宽的冷轧薄板是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，开始建成的是1700mm单机可逆式冷轧机。当薄板带材厚度小到一定程度时，由于保温和均温的困难，很难实现热轧，并且随着钢板宽度和厚度比值的增大，在无张力热轧条件下，要保证良好的板型也非常困难。采用冷轧方法可以很好的解决这些问题。冷轧板带材因其其产品尺寸精确，性能优异，产品规格丰富，生产效率高，

2、金属收得率高等特点，从20世纪60年代起得到突飞猛进的发展。冷轧板带材主要产品有：碳素结构钢、合金和低合金钢板、不锈钢板、电工钢板及其他专业钢板等，已被广泛应用于汽车制造、航空、装饰、家庭日用品等行业。用于各行业对薄板带质量和产量要求的不断提高，冷轧薄板带材的发展步伐较热轧更快。2.实验目的(1)了解并掌握板带钢冷轧工艺轧制规程设计所包含的内容：压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等。通过本次实验把在冷轧板带钢时对钢板的影响因素，通过一定的调节方法，控制影响板形的的因素，从而生产符合产品要求的冷轧板带钢。（2） 通过所学的专业知识，查阅相关文献资料，以及小组成员之间的互相讨论，制定

3、相应的板带钢冷轧工艺轧制规程。（3）了解并掌握压下制度，张力制度等制度的影响因素，以及减小或消除缺陷的方法和措施。（4）学会融会贯通相关专业课程理论知识，将所学的专业理论知识、人文社科知识、专业实验、工厂实践等综合性地有机结合，提高综合运用所学知识、解决专业技术问题的能力。（5） 培养调研外部市场，审视内部企业，设计产品方案，生产合格产品的全面性、综合性的工程技术能力、工程管理能力和创新能力、综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。（6）提高对板带钢冷轧工艺的了解，提高计算机应用能力和水平。3.实验原理冷轧是在金属再结晶温度以下进行的轧制。板带钢冷轧是由热轧板带钢采用冷轧方式生产出的具有较高

4、性能和优良品质的板带产品。冷轧与热轧的区别在于变形前材料没有加热，因而，变形温度远低于再结晶温度。带钢轧制的主要特点是需要很大的机械能，主要用于变形和克服轧辊和带钢表面间的摩擦。对于成品的外观特性和性能来说，冷轧时表面的变化过程与内部的变化同样重要。较之热轧，冷轧板带生产中的轧制工序主要有以下几个问题：（1）金属的加工硬化 在冷轧中，金属的晶粒被破碎，产生了很高的位错密度，且不能在加工过程中产生回复再结晶，由于加工硬化，使金属的变形抗力增大，轧制压力升高，金属的塑性降低，容易产生脆断。故板带在冷轧过程中必然产生很大的加工硬化，并随着变形程度的增加而加剧，当加工硬化超过一定程度后，板料将因过分硬

5、脆而不适合于继续轧制，或者不能满足用户对性能的要求，因此钢材经一定的轧制道次以后，往往要经软化热处理(再结晶退火、固溶处理等)，使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便继续轧薄。所以在冷轧时，要制定压下规程，决定轧制变形量，并了解金属的加工硬化程度。（2）板形控制 板形控制的最终目标是使得控制板形与目标板形相一致，对于整个控制系统来说，板形控制系统是一个有惯性，带滞后，多扰动，多变量，强耦合的复杂工业控制系统。由于轧出的带钢断面是有载辊缝形状，所以板形控制实质上就是控制带钢宽度方向上的有载辊缝，进而获得与目标板形一致的带钢断面轮廓和平直度。影响有载辊缝的因素有很多，主要有工作辊形，使辊系产生弯曲变形

6、的轧制力和弯辊力，改变轧辊辊形的热辊形以及一些可控辊形技术。（3）冷轧中采用工艺润滑与冷却 冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力、降低能耗、提高轧辊的寿命、改善带钢及钢板厚度的均匀性和表面状态，可使轧机生产厚度更小的产品。在冷轧过程中，由于金属的变形及金属与辊面的摩擦而产生的变形热及摩擦热，使轧件和轧辊都要产生较大的温升。而轧件的温度过高会使带钢产生浪形，造成板形不均。因此，润滑对冷轧有十分重要的意义，冷轧中采用的润滑剂兼有润滑和冷却的作用，不仅可以显著减少轧辊和带材间的摩擦，从而降低轧制压力和能量消耗，同时还能增加金属延伸，提高带材厚度均匀性及表面质量，防止轧件粘着轧辊。当所轧金属

7、的强度和硬度愈高(合金带材)或轧制轧件厚度愈薄(薄板带材)时，工艺润滑和冷却更为重要。（4）冷轧中采用张力轧制 采用带张力轧制是成卷冷轧带钢(包括平整)的主要工艺特点。“张力轧制”就是轧件在轧辊中辗轧变形是在一定的前张力与后张力的作用下进行的。轧制时所需的张力由位于轧机前后的张力卷筒提供，连续式冷轧机各架之问的张力则依靠控制速度来产生。作用在板带断面上的平均张应力称为单位张力，即：式中：T-总张力(kg)； A带材横截面积()。板带冷轧中张力的主要作用是：(1)通过改变轧件在变形区中的应力状态，可显著地降低单位压力，减少能量消耗，便于轧制更薄的产品。(2)改善了金属的流动条件，有利于轧件延伸。

8、(3)可防止轧件在轧制过程中跑偏，使钢卷紧实齐整，保证冷轧的正常进行。(4)可促使带材沿宽度方向的延伸均匀，使所轧带钢保持平直，得到良好的板形。实践证明，后张力对减少单位压力的效果较前张力更为明显。较大的后张力可使单位压力降低35，而前张力仅能达到20，因此在可逆式冷轧机上通常采用后张力大于前张力的轧制方法，同时还可以降低断带的可能性。当轧制高强度的带钢时，在主电机能力出现不足的情况下，也可以采用前张力大于后张力的轧制方法，这样还有利于防止松卷。4.实验设备及原料4.1 实验设备 f200500四辊轧机 游标卡尺 剪刀 胶布4.2 实验原料原料为4mm150mm1000mm的板坯料 5.实验设

9、计5.1设计目的本设计的目的是设计出板带钢轧制制度（包括压下制度、速度制度、温度制度、张力制度及辊型制度等）和工艺流程。通过该设计说明书，能够轧制出优质、合格的板带钢，以达到本次综合实验设计的要求。5.2主要设计内容5.2.1轧制规程设计 制定压下规程的方法很多，一般为经验法和理论法两大类。经验方法是参照现有类似轧机行之有效的实际压下规程（经验资料）进行压下分配及校核计算。理论方法就是从充分满足前述制定的轧制规程的原则要求出发，按预设的条件通过数学模型计算或图表方法，以求最佳的轧制规程。这是理想和科学的方法。 通常在板带生产中制订压下规程的方法和步骤为：根据原料、产品和设备条件，在咬入能力允许

10、的条件下，按经验分配各道次压下量，这包括直接分配各道次绝对压下量或压下率、确定各道次压下量分配率（）及确定各道次能耗负计算轧制压力、轧制力矩及总传动力矩；校核轧辊等部件的强度和电机过载过热能力；按前述制订轧制规程的原则和要求进行必要的修正和改进。 表1 冷轧2mm150mm带钢压下规程初步设计轧制道次H/mmh/mm压下量/mm总压下率()轧速/m.s-1轧后长度/mm平均单位压力/MPa总轧制压力/kN14.003.40.6150.31176.541128523.42.90.527.50.41379.356142632.92.40.5400.41666.768246042.42.00.450

11、0.220007564255.2.2速度制度的制定 钢板及带钢轧机按其作业制度的不同共有三种速度制度：转向转速不变的定速轧制（如三辊劳特轧机），可调速的可逆式轧制（如中厚板轧机、半连轧中的粗轧机等），固定转向可调速轧制（如连轧机等）。目前为了减轻金属咬入轧辊时的动态冲击，提高带钢头部的温度，在某些宽带钢连轧机上采用了在进入第一架前就加速到较高速度，以后随轧件进入机座逐渐减速到咬入速度，到卷取机卷上，然后升速轧制。这样，由于减少了带钢在运输辊道上的停留时间，增加了塑形变形的发热，因此带钢头部温度可提高3040，减少了沿带钢长度上的温度波动，缩短了轧制时间612秒。制定可逆式轧机的速度制度包括：确

12、定选用何种速度图（三角形、梯形），选择各道次的咬入和抛出速度，计算最大转速及纯轧制时间，确定间歇时间。5.2.3温度制度 温度制度是指轧件的加热、轧制、冷却、卷取等过程中的温度确定。温度制度与变形制度是决定热轧板带钢的组织及机械性能的重要因素。温度制度的确定主要是根据对产品性能的要求，而同时考虑设备强度和生产能力。5.2.4辊型制度的制定辊型制度是通过轧辊辊型设计实现的。轧辊辊型设计的目的是要预先设计出合理的轧辊磨削凸凹度曲线，以补偿轧制时辊缝形状的变化量，获得横断面厚度较均匀的板材产品。在辊型设计时，对于辊型的磨损不必考虑，而是在辊型使用和调整时加以考虑。这是因为轧辊磨损时间的函数，新使用的

13、轧辊五磨损，而在使用过程中轧辊磨损量随时间增长而增加。故设计辊型只考虑轧辊的不均匀热膨胀和轧辊的弹性弯曲变形。辊型设计的内容为：确定轧辊辊身中部的磨削总凸（凹）度值（即所需总辊型值）及其在一套轧辊上的分配;设定合理的辊型曲线。由于轧机类型和工作特点不同，辊型设计的方法和要求也各有差异。冷轧时辊型设计包括确定工作辊凸度与辊型曲线两个重要问题。而工作辊的凸度与辊型曲线，对于四辊式冷轧机一般使用两工作辊均稍带凸度的辊型，这是与热轧板带辊型的根本区别。5.2.5轧制力计算与校核因为延伸系数：=l/L 不考虑宽度的变化，由体积不变原理，所以：lhB=LHB；lh= LH；l/=l/L=h/Hl 轧前长度

14、。L . 轧后长度。h .轧后厚度。H.轧前厚度。图1 Q235钢加工硬化曲线第一道：压下量h=0.60mm，冷轧总压下率为15%。求平均总压下率：=0.40+0.61=0.61=0.615%=9%由图1查出对应于=9%的1=340Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15310=391MPa计算得 =5.08mm计算得 fl=0.085.083.100.11故 （fl）=0.012计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95000=2430.08391（950003.70）=0.01由图2得出 x=fl/= 0.10由表2查出 （e-1）x=1.051平均单位压力 =1.05

15、11.15s =411MPa由fl/h= 0.10 求出l=4.63mm图2 轧辊压扁时平均单位压力图解（斯通图解法）故得第一道总压力 P=Bl=1504.63411=285KN第二道：压下量h=0.50mm，冷轧总压下率为27.5%。求平均总压下率：=0.40+0.61=22.5%由图1查出对应于=22.5%的1=455Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15455=523MPa计算得 =4.64mm计算得 fl=0.084.643.150.13故 （fl）=0.02计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95000=2430.08523（950003.15）=0.012由

16、图2得出 x=fl/= 0.14由表2查出 （e-1）x=1.073平均单位压力 =1.0731.15s =561MPa由fl/h= 0.14 求出l=5.08mm故得第二道总压力 P=Bl=1505.08561=426KN 表2 所以，其余各道次轧制力的计算与校核的步骤和方法与上同理。6.实验步骤和内容由于实验室原料的实际厚度与其理论厚度不一致，因此本次实验所用的原料的规格为：3.2mm150mm1000mm的板坯料.6.1实验步骤 调平轧辊，通过调节控制开关，调节压下螺丝的转动量，使m压下螺丝处在最初设定的位置，此时轧机轧辊处于水平位置。取出要轧制的钢板，用游标卡尺测量其原始厚度且为3.2

17、0mm，并作好记录。 设定第一次的轧制压下量为0.20mm，根据压下螺丝转动的弧度与其对应压下量成正比的关系，计算出来此次压下螺丝转动的弧长为16.70mm，剪取16.70mm长度的纸带并粘在左右两侧的压下螺丝上，打开轧机控制开关，使压下螺丝参照纸带长度转动。 开启轧机，让钢板以缓慢的速度水平垂直进入轧机，用秒表记录此次轧制时间，并测量扎后钢板的厚度，数据如下：左：3.00mm；3.02mm；3.00mm 平均厚度3.01mm右：3.00mm；3.00mm；3.00mm 平均厚度3.00mm。 设定第二次的轧制压下量为0.20mm，由于上一次轧后左右两边有差异，故对此次轧制进行修正，通过修正计

18、算后得到压下螺丝左右两侧的转动量依次为17.50mm，16.70mm。调好压下螺丝转动量后开启轧机轧入钢板，用秒表记录此次轧制时间，并测量扎后钢板的厚度，数据如下：左：2.82mm；2.82mm；2.82mm 平均厚度2.82mm右：2.82mm；2.82mm；2.80mm 平均厚度2.82mm。 设定第三次轧制压下量为0.20mm，对此次轧制进行修正，过修正计算后得到压下螺丝左右两侧的转动量依次为17.50mm，16.70mm。调好压下螺丝转动量后开启轧机轧入钢板，用秒表记录此次轧制时间，并测量扎后钢板的厚度，数据如下：左：2.66mm；2.66mm；2.64mm 平均厚度2.65mm 右：

19、2.58mm；2.60mm；2.60mm 平均厚度2.62mm。 设定第四次轧制压下量为0.20mm，对此次轧制进行修正，过修正计算后得到压下螺丝左右两侧的转动量依次为20.84mm，16.70mm。调好压下螺丝转动量后开启轧机轧入钢板，用秒表记录此次轧制时间，并测量扎后钢板的厚度，数据如下：左：2.40mm；2.40mm；2.40mm 平均厚度2.40mm 右：2.40mm；2.40mm；2.40mm 平均厚度2.40mm。 设定第五次轧制压下量为0.20mm，对此次轧制进行修正，过修正计算后得到压下螺丝左右两侧的转动量均为16.70mm。调好压下螺丝转动量后开启轧机轧入钢板，用秒表记录此次

20、轧制时间，并测量扎后钢板的厚度，数据如下：左：2.22mm；2.24mm；2.22mm 平均厚度2.23mm 右：2.20mm；2.20mm；2.24mm平均厚度2.22mm。 设定第六次轧制压下量为0.20mm，对此次轧制进行修正，过修正计算后得到压下螺丝左右两侧的转动量依次为17.50mm，16.70mm。调好压下螺丝转动量后开启轧机轧入钢板，用秒表记录此次轧制时间，并测量扎后钢板的厚度，数据如下：左：2.02mm；2.20mm；2.20mm 平均厚度2.01mm 右：2.00mm；2.02mm；2.00mm 平均厚度2.00mm。 按要求轧制板厚为2.0mm的钢板，经测量所轧得的钢板的厚

21、度偏差在0.02mm范围内，故轧制出的钢板符合实验要求；关掉实验轧机电源，打扫实验室。6.2实验数据计算与校核 表3 轧后实验数据表轧制道次H/mmh/mm压下量/mm总压下率()轧制时间（s）平均单位压力/MPa总轧制压力/kN13.203.000.206.35.8037319523.002.820.1811.97.6242422532.822.620.201810.0546825342.622.400.222512.3655029752.402.220.1830.615.2060530262.222.000.2237.518.80686412 实验轧机轧辊直径为86mm，轧制过程不加任何润

22、滑剂，所以摩擦系数取0.08；即其校核过程如下：第一道：压下量h=0.20mm，冷轧总压下率为6.3%。求平均总压下率：=0.40+0.61=0.61=0.66.3%=4%由图1查出对应于=4%的1=310Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15310=357MPa计算得 =2.93mm计算得 fl=0.082.933.100.08故 （fl）=0.01计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95000=2430.08357（950003.10）=0.01由图2得出 x=fl/= 0.09由表2查出 （e-1）x=1.046平均单位压力 =1.0461.15s =373MPa

23、由fl/h= 0.09 求出l=3.49mm故得第一道总压力 P=Bl=1503.49373=195KN 第二道：压下量h=0.18mm，冷轧总压下率为11.9%。求平均总压下率：=0.40+0.61=9.7%由图1查出对应于=9.7%的1=350Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15350=403MPa计算得 =2.8mm计算得 fl=0.082.82.910.1故 （fl）=0.01计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95000=2430.08403（950002.91）=0.011由图2得出 x=fl/= 0.10由表2查出 （e-1）x=1.051平均单位压力

24、=1.0511.15s =424MPa由fl/h= 0.10 求出l=3.53mm故得第二道总压力 P=Bl=1503.53373=225KN第三道：压下量h=0.20mm，冷轧总压下率为18%。求平均总压下率：=0.40+0.61=16%由图1查出对应于=16%的1=385Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15385=443MPa计算得 =2.93mm计算得 fl=0.082.932.720.10故 （fl）=0.01计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95000=2430.08443（950002.72）=0.012由图2得出 x=fl/= 0.11由表2查出 （e

25、-1）x=1.057平均单位压力 =1.0571.15s =468MPa由fl/h= 0.11 求出l=3.60mm故得第三道总压力 P=Bl=1503.6468=253KN第四道：压下量h=0.22mm，冷轧总压下率为25%。求平均总压下率：=0.40+0.61=22.2%由图1查出对应于=22.2%的1=450Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15450=518MPa计算得 =3.10mm计算得 fl=0.083.102.620.11故 （fl）=0.012计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95000=2430.08518（950002.51）=0.02由图2得出

26、 x=fl/= 0.12由表2查出 （e-1）x=1.062平均单位压力 =1.0621.15s =550MPa由fl/h= 0.12 求出l=3.6mm故得第四道总压力 P=Bl=1503.6550=297KN第五道：压下量h=0.18mm，冷轧总压下率为30.6%。求平均总压下率：=0.40+0.61=28.5%由图1查出对应于=28.5%的1=495Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15495=569MPa计算得 =2.8mm计算得 fl=0.082.82.310.1故 （fl）=0.01计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95000=2430.08569（950

27、002.31）=0.02由图2得出 x=fl/= 0.12由表2查出 （e-1）x=1.062平均单位压力 =1.0621.15s =605MPa由fl/h= 0.12 求出l=3.33mm故得第五道总压力 P=Bl=1503.33605=302KN第六道：压下量h=0.22mm，冷轧总压下率为37.5%。求平均总压下率：=0.40+0.61=35%由图1查出对应于=35%的1=550Mpa求平均单位张力： 1.15s=1.15550=633MPa计算得 =3.10mm计算得 fl=0.083.102.100.12故 （fl）=0.02计算图2的参数2af(1.15s)/=2Rf1.15/95

28、000=2430.08633（950002.11）=0.03由图2得出 x=fl/= 0.16由表2查出 （e-1）x=1.084平均单位压力 =1.0841.15s =686MPa由fl/h= 0.16 求出l=4.0mm故得第六道总压力 P=Bl=1504686=412KN7.实验结果分析及实验改进方法对于这次轧钢实验，实验结果不是很成功。虽然轧制出的薄板符合尺寸精度和误差精度要求，但是出现了一定量的波浪形、瓢曲、上下弯曲、印痕、薄板长度方向、宽度方向厚度不一致。出现这种情况的原因及改进方法有以下几点：对于波浪形、印痕、上下弯曲，由于轧机速度是人工控制，在轧制过程中速度的均匀性不易控制。容

29、易出现忽快忽慢的情况，速度跳跃比较大，在慢速轧制时如果速度突然过大，将会使主动辊速度突然加大，而从动辊的速度加大滞后于主动辊，这样就使薄板上下变形量不一致，与主动辊接触的轧制面变形量大于与从动辊接触的轧制面，将会使薄板在瞬间向从动辊方向弯曲。如果这种速度差能够迅速纠正过来，那么只会在薄板上出现印痕，稍慢一点也只会出现波浪形，如果是很慢纠正过来，那么就会出现上下弯曲，这种现象对薄板板型板型质量有很大影响，尤其是在带钢轧制时，速度的突跃会在带钢上留下很深的印痕。另外，由于轧板的咬入过程是是人工控制，在咬入时可能出现不是水平咬入，也会使轧板上下受力不均匀，出现上下弯曲，但这种弯曲从轧板的咬入部分就开

30、始，与轧制过程中出现的上下弯曲原因有一定差别。由于上述原因，提出以下两点改进意见：1、控制轧机的同学应随时注意观察轧机的传动轴是否匀速转动，如果不是，应立即轻柔匀速纠正过来，不能加速过快。在实际生产中，可采用张力轧制减少波浪形和上下弯曲。2、控制轧板的同学应在喂板的时候水平咬入，减少由于人为因素而导致实验误差。对于瓢曲，最主要的原因是由于左右轧辊没有调平，在轧制过程中辊缝值不一致，从而导致轧板出现左右弯曲（瓢曲）。另外一个原因是轧板的咬入位置未放置在轧辊中央。由于轧辊在轧制时会出现一定量的挠度，在轧辊材质一致的前提下，它的挠度也应该是左右对称的，轧板在中间位置咬入的话，出口轧板应该是左右对称的，而如果咬入位置有与轧辊中点有一定量的偏移，那么就会使轧板左右受力不均，从而导致瓢曲。实验改进方法：1、对于轧辊调平，在前几个道次轧制时就因该及时修正弹跳值，为终轧的几个道次做好准备。2、喂板的同学应该保证轧板放置在轧辊中央咬入。对于薄板的长度方向厚度不一致，这种现象从实验结果来看，一般是尾部最薄，头部和中部大致相当。头部和尾部那一段的厚度一般来说都在小范围内波动，这是由于轧机在咬入和甩出时速度波动大，轧制不稳定而造成的结果。薄板在宽度方向上厚度不一致，一般来说是两边薄，中间厚，这是因为轧辊弯曲的挠度导致的，解决方法是在实际更换材质强度更高的轧辊