冷轧带钢异步轧制实验研究

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.03.007 北京钢铁学院学报 1982年第3期 冷轧带钢异步轧制实验研究 压力加工系刘宝珩陶洪聘目应合朱孟克 摘 要 本文简述了在中90/中200×200四辊冷轧机上进行的实验研究，测定了异步轧制 时前滑、压力和力矩等参数，提出了异步轧制时搓轧区的实验确定方法。判明了张 力、变形量等因素对异步轧制压力和力矩的影响，并与普通轧制作了对比，可为选 择合适的异步轧制工艺和设备提供依据。实际应用表明，异步轧制可以取得降低轧 制压力，增加延伸等生产效果，冷轧带钢的异步轧制是有发展前景的。 自七十年代初B.H.BaⅡPnH (1l[21发表ΠB法平整带钢成功以来，异步轧制法引起了人 们的普遍注意。日本几个企业正积极进行实验研究[)【】[1)，我们不少单位亦先后开展 工作，并取得了一定成果)】【1。鉴于在普通四辊轧机上所作实验研究尚不够充分，本 文拟在实验研究方法，搓轧区的存在和变化，力参数等方面进行讨论，并提供若干应用实 例。 一、异步轧制时搓轧区的确定 轧制时的前滑表示变形区内金属与轧辊在水平方向上的相对运动。异步轧制的主要特征 在于变形区内存在搓轧区，前滑和中性角的不对称性能够指引我们判断搓轧区的存在和各 工艺因素对它的影响。在中90/200×中200轧机上，将工作辊组合成等径中90/中90和异径 中80/中100两组，分别使其单辊传动和两辊传动，从而形成五种不同轧制条件。用压痕法测 定其前滑，并用Dresdo公式：S。=尽Y2换算出中性角。试料为厚0,48毫米，宽59毫 米，σ。=72公斤/毫米2的B2F冷轧带钢，以10号机械油为淘滑剂[11。 无张力轧制时，在五种不同轧制条件下，前滑和相对变形量之间关系曲线如图1所示。 1.当中90/中90，两辊传动时，前滑是对称的，并随变形量增加而增加，约可达8%， 见图1曲线1。相应于前滑，中性角亦对称，并随变形量增加而增加，但这时轧入角增加更 快，中性角在轧入角中所占比例Y/α值却减小，如图2所示。而当变形量一定时，前滑、中 性角和Y/α值均随前张力的增加而增加，见图3。可以推论，它们将随后张力的增加而减 小。 2.当中90/中90，单辊传动时，由图1曲线2和2'可见，传动辊一侧的前滑较小，且随变 72

北 京 栩 铁 学 院 学 报 年第 期 冷轧带钢异步轧制实验研究 压 力加 工 系 刘 宝晰 脚洪 吕应 官 朱孟克 摘 要 本文 简述 了在 小 。 小 。 。 四 辊冷轧机上 进行 的实验研 究 ， 测 定 了异 步轧制 时前滑 、 压 力和 力矩 等参数 ， 提出 了异 步轧制时搓轧 区的实验 确定 方 法 。 判明 了张 力 、 变形 等因素对异 步 轧制压 力和 力矩 的攀响 ， 并与普通 轧制作 了对 比 ， 可为选 择 合适 的异步轧制工 艺和 设备 提供依 据 。 实际应用 表明 ， 异 步轧制可 以取 得 降低 轧 制压 力 ， 增加 延 伸等生产 效果 ， 冷 轧带钢的异 步 轧制是有发展前景 的 。 自七 十年代初 及 ， ‘ ’ 发表 法平整带 钢成功 以来 ， 异 步轧 制 法引起 了人 们 的普遍 注意 。 日本几个企业正 积极进行实验研究 ‘ ’ ， 我们不少单位亦先后开展 工作 ， 并取得 了一定成果 ’ “ 曰 ’ 。 鉴 于在 普 通 四 辊轧机上所作实验研究 尚不 够充分 ， 本 文拟在实验研究 方法 ， 搓轧 区 的存 在 和变化 ， 力参 数等方面 进行讨 论 ， 并提供若干应 用实 例 一 、 异 步 轧 制时 搓轧 区 的确定 轧 制时的前滑表示变形 区 内金属 与轧辊在水平方 向上的 相对运动 。 异 步轧制 的主 要特征 在 于变形 区 内存在搓轧 区 ， 前 滑和 中性 角 的不 对称性能 够指 引我 们判断搓轧 区 的存在和 各 工 艺因素对它 的影响 。 在 小 小 轧 机 上 ， 将工 作 辊组 合 成 等 径 小 小 和 异径 杯 小 。 两 组 ， 分别使其单 辊传 动和 两辊传动 ， 从而形成五种不 同轧制条件 。 用压痕 法测 定其前滑 ， 并用 一 ‘ 一 公式 ” 。 二 今 丫 换 算出中性 角 。 试 料 为厚” “ 毫米 ， 宽 毫 米 ， 。 公斤 毫米 ， 的 冷轧带 钢 ， 以 号机械 油为 润滑剂 【 ’ 。 。 无 张力轧制 时 ， 在五种不 同轧 制 条件 下 ， 前滑 和 相对变形量 之 间关 系 曲线 如 图 所示 。 当 小 。 小 ， 两辊传动 时 ， 前滑是对称 的 ， 并随变形量增加而增加 ， 约可达 ， 见 图 曲线 。 相应 于前滑 ， 中性 角亦对称 ， 并随变形量 增加 而增加 ， 但这时轧入 角增加 更 快 ， 中性 角在 轧入 角中所 占比例 值 却减小 ， 如图 所示 。 而 当变形量一定 时 ， 前滑 、 中 性 角和 值 均随 前张 力 的 增加而增加 ， 见 图 。 可 以 推论 ， 它们将随后 张力的增加 而减 ，、 。 当 中 小 ， 单辊 传 动 时 ， 由图 曲线 和 ’ 可 见 ， 传动辊一侧 的前滑 较小 ， 且 随 变 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．03．007

Sh 0.5 30 0.4 2 0.3 0.2 10 0.1 10 20 30 10e% 图2相对变形对Y/a影响 40 E% 2 1.0 0.8 常=20% 0.6 40% -10 0.4 0.2 10 20 30 4001公斤 米 图1无张力轧制时前滑和变形 图3前张力对Y/a彩响 量之间的关系 (0。=6公斤/毫米2) 形量的增加其变化幅度亦很小，约在2%以内。而空转辊一侧的前滑却较大，且随变形量的 增加而显著增加，约可达16%。而且在中80/中100，单辊传动的两种情况下，前滑的变化趋 势与上述情况一致。这个情况说明， 轧辊的传动与否对前滑影响很大，而 空转根 辊径则影响较小。金属在传动辊一侧 1.0 ·传动辊 前滑和中性角较小，而在空转辊一侧 则较大，表明了轧制过程的不对称 性。显然，在大小不等的中性角之间 0.5 所对应的变形区，就是轧辊对金属摩 擦力方向相反的搓轧区。单辊传动形 成了某种程度的异步轧制。 在空转辊一侧，变形量的变化对 10 20 30 40e% Y/a值没有影响，其值均接近0.5， 这和空转辊的受力条件相一致。而在 图4相对变形对Y/a的影响 传动辊一侧，Y/α值随变形量的增加而减小（图4）。故当其它条件一定时，变形量增加将 使搓轧区有所扩大，反之，则相应地缩小。增加前张力，将使两侧中性角和Y/α值均增加， 但在空转辊一侧不如传动辊一侧显著（图5），因而搓轧区有所缩小。可以推论，增加后张 73

‘ 丢 不万一一 ’ 。 图 相对 变形对 影 响 书 二 沁 一，。 。 图 图 “ ’ 一 “ ‘ 。 ’ 、 像 前 张力对 丫 影 响 。 公 斤 毫米 ， 无量之张力间轧的关制系时前滑和 变形 形量 的 增 加 其变 化幅 度亦 很小 ， 约在 以 内 。 而空转辊一侧 的前滑 却较大 ， 且 随变 形 的 增加而显著 增加 ， 约可达 。 而且在 小 小 ， 单 辊 传动的 两种 情 况 下 ， 前滑的 变化趋 势与上述情 况一致 。 这个情 况 说 明 ， 轧辊的传动 与否对前滑影响 很大 ， 而 辊径则 影 响较 小 。 金 属在传 动辊一 侧 前滑和 中性 角较小 ， 而在空转辊一侧 则较大 ， 表 明 了轧 制过 程 的 不 对称 性 。 显然 ， 在大小不 等的 中性 角之 间 所对应 的变形 区 ， 就 是轧辊对金属摩 擦力方 向相反 的搓轧 区 。 单辊传动 形 成了某种程 度的 异 步 轧 制 。 在 空转辊一 侧 ， 变形量 的变 化对 丫 值没 有影 响 ， 其 值均接近 ， 这和 空转 辊 的受 力条件 相一 致 。 而在 空 转辊 传动 辊 执 ， ， 眺 民 跳 目 ，，， 一， 一 一一一一一一一一、 传动辊一侧 ， 丫 值 随变形量 的 增加 而减小 使搓轧 区有所 扩大 反 之 ， 则 相应地 缩小 。 图 相对 变形对 的影 响 图 。 故 当其 它 条件一定 时 ， 变 形量 增加将 增 加前张力 ， 将使两侧 中性 角和 丫 值 均增加 ， 但在空转辊一侧 不 如传动 辊一侧显著 图 ， 因 而搓轧 区有所缩小 。 可 以推论 ， 增加后 张

力将使搓轧区稍有增加。 3.当中80/中100，两辊传动时， 如图1曲线3和3'可见，两侧前滑一正 空转想 1.0 ·传动望 一负，相差悬殊，但均随变形量的增 加而显著增加。在大辊一侧可小至 -16%,而在小辊一侧可高达25%左 t=20% 0.5 L0% 右。由于大辊侧中性角为负值，已逸 20% 出变形区，共同的前滑区已不存在， 40% 搓轧区的大小只取决于小辊侧的Y/a 值，这时搓轧区比单辊传动时有显著 10 20 30 40 的扩大。图6表明，无张力轧制时， 1公斤/毫米 搓轧区在变形区中的比例可高达 图5前张力对Y/a值影响 80%。变形量增加时，搓轧区将缩 告 小。如果大辊侧中性角变为正值时， 1.0 将加快搓轧区的减缩。由图7可见， 增加前张力可使两侧Y/a值均增加。 4 但大辊侧增加更快，尤其变形量较大 0.5 时更显著。当大辊侧中性角为负值 时，其增减并不影响搓轧区的大小。 所以，增加前张力可使搓轧区有所增 加。而当大辊侧中性角增为正值后， 20·30 40e% 继续增加前张力将使搓轧区缩小，后 张力作用则相反。在实验研究或生产 图6相对变形量xY-的影响 a 实践中，可选用适当的工作辊径比，配合相应的压下和张力制度，以影响两侧中性角的位 置，使搓轧区达到要求的大小，以获得某种异步轧制条件。 0.10 ,t=20% 40% 0.5f 40% O1 10 20 30 40 一20% 公斤/毫米2 ●中80 -0.5l g中100 图7前张力对Y/a的影响(g。=6公斤/毫米) 74

口 空转 粗 转 动 粗 一 。 二 口 公 矛 毫米 图 前 张 力对 ，’ 值 影 响 一丫 力将使搓轧区 稍有增加， 当小 小 ， 两 辊传动 时 ， 如图 曲线 和， 可见 ， 两侧前滑一正 一 负 ， 相差悬 殊 ， 但 均随变形量 的 增 加而显著增加 。 在大 辊一 侧 可 小至 一 ， 而在小辊一 侧 可高达 左 右 。 由于大 辊侧 中性角为 负值 ， 已逸 出变形 区 ， 共同的前滑 区 已不存在 ， 搓轧 区 的大小只取 决于小辊侧 的 丫 。 值 ， 这 时搓轧区 比单 辊 传动 时有显著 的扩大 。 图 表 明 ， 无 张力轧 制 时 ， 搓轧 区在 变形 区 中 的 比 例 可 高 达 。 变形量 增 加 时 ， 搓轧 区 将缩 小 。 如果大辊侧 中性 角变为正值 时 ， 将加快搓轧 区的减缩 。 由图 可见 ， 增 加前 张力可使 两侧 值 均增加 。 但大 辊侧 增加 更快 ， 尤 其 变形量 较大 时 更显著 。 当 大 辊侧 中性 角为 负值 时 ， 其 增减 并不 影 响搓轧 区 的大小 。 所 以 ， 增 加前张力可使搓轧 区有所增 加 。 而 当大辊侧 中性 角增为正值后 ， 继续增加前 张力将使 搓轧 区缩小 ， 后 张力作用则 相反 。 在实验研 究 或生 产 图 相对 变形量 一 里 的形响 实践中 ， 可选 用适 当的工 作辊径 比 ， 配 合相应 的压下和 张力制度 ， 以影响两 侧 中性 角的 位 置 ， 使搓轧 区达到要求 的大小 ， 以 获得 某 种 异 步轧制 条件 。 一 一 “ ” 一 一一 口 一一一 端 ‘ 一 一一一 一 今 蕊 ‘ 今 。 图 前 张 力对 丫 的影 响 。 公 斤 毫米

二、异步轧制时的压力 实验确认，异步轧制时的压力和普通轧制时相比可降低20一25%。变形程度较小时，压 力降低的比例较大（图8）。异步轧制时压力降低的实质在于搓轧区的存在，它在变形区中 的比例标志着异步步轧制时摩擦力有利作用的程度。变形程度较小时，搓轧区在变形区中的 比例较大，压力降低的程度自然就较显著。当变形程度较大时，两侧中性角均为正值，不仅 存在搓轧区而且存在共同的前滑区和后滑区，增加前张力削弱三向压应力状态，导致轧制压 力的降低，同时摩擦力的减小，亦使轧制压力降低。但增加前张力却可使搓轧区缩小，不利 于轧制压力的降低，在这两个因素的影响上，压力降低的程度将不如普通轧制（图9）。增 25 OT) 30 。普通轧解 ·舞步乳的 20 20叶 15 15 0昔☒就制 10 ·丹步乳新 0 0. 0.2 0.3 0.4 c 20 30 400.kg/mm) 图8轧制压力与变形程度的关系 图9张力对轧制压力的影彩响 (e=0.4,oo=6kg/mm2) (吨) ·普逼%解 e ·舞步氧的 16 14 12H 10 5 0230，(kg/mm) 图10张力对轧制压力的影响 （e=0.2,0。=6kg/mm2) 75

二 、 异步轧 制时的压 力 实验确认 ， 异 步轧制时 的压力和 普通 轧 制 时 相 比可降低 一 。 变形程度较小时 ， 压 力降低 的 比例 较大 图 。 异 步轧 制 时压 力降低 的实质 在于 搓轧 区的存在 ， 它在 变形区 中 的 比例标 志着异 步 步轧制时摩擦力有利作 用 的程 度 。 变形程度较小 时 ， 搓轧 区在 变形 区 中的 比例较大 ， 压 力降低 的程度 自然就较显著 。 当变形程 度较大 时 ， 两侧 中性 角均为正值 ， 不 仅 存在搓轧区而且 存在共 同的 前滑 区和后 滑 区 ， 增加前张力削弱三 向压应 力状 态 ， 导致轧 制压 力的 降低 ， 同 时摩擦力的减 小 ， 亦使轧 制压力降低 。 但 增 加前张力却可使搓轧区缩小 ， 不 利 于轧 制压 力的 降低 ， 在这 两个因素的 影 响上 ， 压力降低的 程度将不 如普通 轧制 图 。 增 甲 “ 二 通 轧翻 、 、 、 · 赚 、 汉权 任 诬 乌七制 介 步乳洲 。 。 。 图 和 一 一， 图 轧制压 力与变形 程度 的关 系 张力对 乳制压 力的影 响 。 ， 。 至 通转翻 叫 一一一 沁 拓 ‘ ’ 图 张力对 轧，制压。 力 的影 响 。 云而币 ‘

加后张力亦可使轧制压力降低，但通常共同的前滑区常很小，后张力的增加很快就会使搓轧 区减小而削弱其效果，且可导致大辊侧的过渡后滑，所以在实际上并不可取。当变形程度较 小时，搓轧区已相当大，增加前张力主要是通过应力状态的变化而对轧制压力的影响，搓轧 区的增加已很有限，所以影响就不显著（图10）。对于薄而硬的材料，异步轧制将更加有效 地降低轧制压力。 三、异步轧制时的力矩 异步轧制时，两接轴力矩的分配特征是不均匀的，大辊力矩大，小辊力矩小，且常为负 值。普通轧制时的力矩介于其间（图 11)。随着变形程度的增加，两者均 大丝料 增加，小辊力矩趋向正值。异步轧制 时力矩分配不均匀的原因在于中性角 的不对称性，亦即和变形区的构成直 60 接相关。在实验条件下，大辊侧已全 40 为后滑区，因而其力矩很大，而小辊 。名通胡 侧后滑区小于前滑区，力矩为负值。 ·并步乳朗 当变形量增加时，大辊力矩随接触弧 长的增加而增加，小辊力矩随后滑区 的增加，即Y/α值的减小而增加，并 由其绝对值的减小来体现。当变形量 继续增加，大辊力矩的增长趋于缓 慢，小辊力矩趋向正值。增加前张力 时，大辊力矩显著减小，而小辊力矩 0.1 0.2 0.3 0.4 变化不明显。变形程度较小时（图 图11轧制力矩与变形程度的关系 12),大辊侧全为后滑区。增加前张 力时，其力矩将随摩擦力的降低而减 小。而小辊力矩则变化较为复杂，前 60 张力不仅使摩擦力降低，即使力矩的 绝对值减小，同时也使该侧前滑区扩 0 大，而使力矩的绝对值增加，两个矛 盾因素使小辊力矩的变化较为缓慢。 20 当变形程度较大时（图13），两侧中 性角均为正值，增加前张力，将使摩 。音通礼别 擦力降低，两侧后滑区减小，从而使 o3并生职” 两辊力矩下降。但因小辊侧中性角的 增加和摩擦力降低的作用是矛盾的， 所以小辊力矩变化较为缓和。 10 15 5(kgn-） 应该指出，轧制薄带钢时，常使 图12张力对力矩的影响 用预压力，则小辊为大辊所带动，两 (e=0.2,0o=6kg/m m2) 76

加后 张力亦可使轧制压 力降低 ， 但通 常共同的前滑 区常很小 ， 后 张力的增加很快就会使搓轧 区减小而削弱其效果 ， 且可导 致大辊侧的过渡后滑 ， 所 以 在实际上并不可取 。 当变形程度较 小时 ， 搓轧 区 已相 当大 ， 增加 前张力主要是通过应 力状态 的 变化而对轧 制压力的影响 ， 搓轧 区的增加 已很有限 ， 所 以影响就 不显著 图 。 对于薄而硬的材料 ， 异步轧制将更加有效 地降低轧制压力 。 三 、 异步 轧 制时 的力矩 异步轧制时 ， 两接轴力矩的 分配特 征是不 均匀的 ， 大辊力矩大 ， 小辊力矩小 ， 且常为负 一 厂 ’ 二 声护一才 ’ 丫 … 图 轧制力矩与变形 程度 的关系 巴︸己山‘ 、 卜 一 茜通 马‘，习 少卜步轧飞， ︸ 值 。 普通轧制时的力矩介于 其 间 图 。 随着变形程 度的 增瓜 两者 均 增加 ， 小辊力矩趋向正值 。 异 步轧制 时力矩分配不 均匀的原因在于 中性角 的 不对称性 ， 亦 即和 变形 区的 构成直 接 相关 。 在实验条件下 ， 大辊侧 已全 为后滑 区 ， 因而其力矩很大， 而小辊 侧后滑 区小于前滑 区 ， 力矩为 负值 。 当变形里 增加 时 ， 大辊力矩 随接触弧 长的增加而增 加 ， 小辊力矩 随后 滑 区 的增加 ， 即 值 的减小而增加 ， 并 由其绝对值的减小来体现 。 当变形量 继 续增加 ， 大辊力矩 的 增 长趋 于 缓 慢 ， 小辊力矩趋 向正值 。 增加前张力 时 ， 大辊力矩显著减小 ， 而小辊力矩 变化不 明显 。 变 形程 度 较 小时 图 ， 大辊侧 全为后 滑 区 。 增加前张 力时 ， 其力矩将随摩 擦力的 降低而减 小 。 而小辊力矩则 变化较为 复杂 ， 前 张力不仅使摩擦力降低 ， 即使力矩 的 绝对值减小 ， 同时 也使该侧前滑 区扩 大 ， 而使力矩 的绝对值 增加 ， 两个矛 盾因素使小辊力矩的 变化较为缓慢 。 当变形程度较大时 图 ， 两侧 中 性 角均为正值 ， 增加前张力 ， 将使摩 擦力降低 ， 两侧后 滑 区减 小 ， 从而使 两辊力矩 下降 。 但 因 小辊侧 中性 角的 增加 和摩擦力 降低 的作 用是矛盾的 ， 所 以小辊力矩 变化较为缓 和 。 应该指 出 ， 轧 制 薄带 钢时 ， 常使 用预压力 ， 则 小辊为大 辊所 带 动 ， 两 图 张 力对力， 矩 的。 影 响 吕