轧制压力

热轧工业生产中，轧制压力计算是其最基本而且也是最重要的部分。它是热轧生产设备配置的基础， 生产工艺优化的依据， 产品开发的指导参数， 连轧生产中控制张力更需要适用的热轧力学模型。确定轧制力的方法有理论计算、经验公式计算和实测法三种。

轧制压力对异步轧制过程中轧制压力的研究具有十分重要的工程意义。异步轧制是指上下轧辊线速度不等的一种轧制方法。由于其轧制方式的特点，轧制变形区内存在搓轧区，具有轧制压力低，轧薄能力强、细化晶粒等优点，特别适合于极薄带材的轧制，近年来得到了广泛的关注。一些学者对异步轧制过程中的轧制压力进行了深入的研究，通过解析法推导出一些轧制压力计算公式，但这些公式都比较复杂且推导过程假设条件较多，存在一定的适用范围，计算精度也有待进一步提高。同时，大部分的研究工作集中在速比小于1.5的情况，此时轧制压力将随着速比的增加而减小已得到认可，但对高速比条件下轧制压力的变化规律认识还不够深入 。

轧制压力是指辊加于轧件使之产生塑性变形的力。但通常把轧件作用于轧辊上（作用力与反作用力）并通过压下螺丝传递给机架的力称为轧制力，即是轧件加于轧辊的反作用力的垂直分量。轧制力在我国习惯称为轧制压力或轧制总压力 。

轧制压力是轧制过程的重要工艺参数之一，它不仅为轧机的设计和轧制工艺的制定提供参考依据，其分布也将直接影响到板带的厚度与板形。正确测定和计算轧制力，对于设计和使用轧机有重大意义。

影响轧制力的因素有两类 ：

（1）影响轧件材料在简单应力状态下变形抗力σ0的因素，如化学成分、组织、轧制温度和速度、加工硬化等。

（2）影响变形应力状态的因素，如轧辊直径、轧件尺寸、表面摩擦、外力（张力或推力）等。

上述因素对轧制压力的具体影响规律如下：

1）轧件的化学成分：在相同条件下，轧件的化学成分不同，金属的内部组织和性能不同，轧制压力也不同。

2）轧制温度：随着轧制温度的升高，变形抗力降低，平均单位压力降低，轧制压力减小。

3）轧制速度：热轧时随着轧制速度的增加，变形抗力增加。冷轧时随着变形速度的增大、轧件温度的升高变形抗力有所降低。

4）轧辊直径：在其他条件一定时，随着轧辊直径的加大，接触面积增加，同时接触弧长增加，外摩擦的影响加剧。因而，轧制压力增大。

5）轧件厚度：随着轧件厚度的增加，轧制压力减小；反之，轧件愈薄，轧制压力愈大。

6）轧件宽度：随着轧件宽度的增加，接触面积增加，轧制压力增大。

7）摩擦系数：随着摩擦系数的增加，外摩擦影响加大，平均单位压力增加，轧制压力增大。

8）绝对压下量：在轧辊直径和摩擦系数相同的条件下，随着绝对压下量的增加，轧件与轧辊的接触面积加大，轧制压力增加。同时接触弧长增加，外摩擦的影响加剧，平均单位压力增加，轧制压力也随之增大。

轧制压力横向分布直接影响轧辊的弹性变形和轧件板形，同时还影响轧辊的磨损和使用寿命。分析轧制压力横向分布的影响规律是建立板形(板凸度)控制模型的前提。

轧制压力横向分布较精确的数值计算方法有：(1)有限元法；(2)影响函数法。前者计算精度高，但耗时大，不能在实时控制系统中采用。后者计算精度较高，与前者相比， 计算迭代收敛速度快， 方便进行大量的轧制工况计算和分析。

采用有限元方法模拟轧制过程， 由于不需要对实际问题做过多的假设，在轧制过程中得到广泛应用 。S.Chandra 利用刚塑性有限元法分析了平整轧制过程, 由于平整过程压下量微小，塑性区相对弹性区缩小，弹性变形区所占比例较大，刚塑性有限元法不能真实地描述平整轧制过程。

影响函数矩阵法是一种离散化方法, 最先由Shohet 等人提出并用于轧辊弹性变形的计算。其基本思想是将轧辊离散成若干个单元，将轧辊承受的载荷及变形也按相应单元进行离散化。依据数学物理方法中关于影响函数的概念， 确定对各单元施加单位力时在辊身各单元引起的变形，再将全部载荷在各单元引起的变形叠加， 得到各单元的总变形。最后通过轧辊受力弹性变形、辊间变形及工作辊与轧件间的变形协调方程等进行迭代计算， 求出轧制压力的横向分布及轧件出口厚度分布等 。

轧制单位压力是表征轧件与轧辊相互作用的主要参数，是制订工艺规程的基本依据，为了计算轧制力，通常先计算出轧制单位压力的分布。为了确定轧制单位压力，一般是采用理论计算的方法，个别情况下也可通过实测的方法得到。理论计算可得到轧制单位压力的分布，实测的方法是通过在轧辊的某些区域内安置压力传感器由电测法测得这些区域的轧制单位压力，但得不到沿整个接触面积上的压力分布。计算轧制单位压力的最普遍的公式是卡尔更方程和奥洛万方程等。此外，在平板轧制中还有常用的纳达依(A.Nadai)和斯通(M.0.Stone)公式 。

活套轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。活套轧制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性作用。根据奥氏体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程或γ－α转变的两相区变形），活套轧制可分为三种类型。

（一）再结晶型的活套轧制

它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒提供了先决条件。为了防止再结晶后奥氏体晶粒长大，要严格控制接近于终轧几道的压下量、轧制温度和轧制的间隙时间。终轧道次要在接近相变点的温度下进行。为防止相变前的奥氏体晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别需要控制轧后冷却速度。这种控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低合金高强度钢。

（二）未再结晶型活套轧制

它是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。因此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形核点多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。这种控制工艺适用于含有微量合金元素的低碳钢，如含铌、钛、钒的低碳钢。

（三）两相区活套轧制

它是加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁素体两相区再继续进行塑性变形，并在Ar1温度以上结束轧制。实验表明：在两相区轧制过程中，可以发生铁素体的动态再结晶；当变形量中等时，铁素体只有中等回复而引起再结晶；当变形量较小时（15%-30%），回复程度减小。在两相区的高温区，铁素体易发生再结晶；在两相区的低温区只发生回复。经轧制的奥氏体相转变成细小的铁素体和珠光体。由于碳在两相区的奥氏体中富集，碳以细小的碳化物析出。因此，在两相区中只要温度、压下量选择适当，就可以得到细小的铁素体和珠光体混合物，从而提高钢材的强度和韧性。2100433B