滚动(金属加工)

在金属加工中，轧制是将金属坯料通过一对或多对轧辊以减小厚度并使厚度均匀的一种金属成形工艺。这个概念类似于揉面团。轧制是根据轧制金属的温度分类的。如果金属的温度高于它的再结晶温度，那么这个过程被称为热轧。如果金属的温度低于它的再结晶温度，这个过程被称为冷轧。在使用方面，热轧加工的吨位比任何其他制造过程，而冷轧加工的吨位最多的所有冷加工过程。承载轧辊对的轧辊机架被组合成可以快速加工金属(通常是钢材)的轧机，加工成结构钢(工字钢、角钢、槽钢等)、棒材和钢轨等产品。大多数钢铁厂都有轧制部门，把铸造半成品转化为成品。

有许多类型的轧制工艺，包括环轧、辊弯、辊成形、型材轧制和控制轧制。

历史

铁和钢

欧洲轧钢厂的发明可能要归功于列奥纳多·达·芬奇的绘画作品。早在公元前600年，中东和南亚就发现了最早的粗制轧钢厂，但其基本原理相同。最早的轧机是分切机，于1590年从现在的比利时引进到英国。这些材料在轧辊之间传递扁平的棒材，形成一个铁板，然后在带槽的轧辊(切割机)之间传递，产生铁棒。第一次轧制马口铁的试验大约发生在1670年。1697年，约翰·汉伯里少校在Pontypool建立了一个工厂来轧制“Pontypool plates”——黑色的盘子。后来，人们开始把它重新卷起来，装上马口铁制成马口铁。欧洲早期的板铁是在锻造厂生产的，而不是在轧钢厂。

大约在1679年，分切机被用于生产带有半圆或其他部分的铁箍(用于桶)和铁。

关于轧钢厂的一些最早的文献可以追溯到1761年克里斯托弗·波尔赫明(Christopher Polhemin)在《遗嘱爱国者》(Patriotista Testamente)一书中，他在书中提到了用于钢板和棒材的轧钢厂。他还解释了轧钢厂是如何节省时间和劳动力的，因为一台轧钢厂可以同时生产10到20条或更多的棒材。

1759年，英国的托马斯·布洛克利获得了抛光和轧制金属的专利。1766年，英国的理查德·福特获得了另一项专利，制造了第一台串联轧机。串联轧机是在连续机架中轧制金属的轧机;福特的串联轧机是用来热轧线材的

其他金属

现代滚

现代轧钢实践可以归因于英格兰法勒姆附近的亨利·科尔托夫·芳特利钢铁厂的先驱努力。1783年，亨利·科特(Henry Cort)获得了一项专利，使用带槽的轧辊轧制钢筋。有了这种新设计，磨机每天的产量是用锤子的15倍。虽然科特不是第一个使用槽辊的人，但他是第一个将当时已知的各种炼铁和塑形工艺的许多最佳特性结合使用的人。因此，现代作家称他为“现代滚动之父”。

1820年，约翰·伯肯肖(John Birkenshaw)建立了第一家轧钢厂，他生产15到18英尺长的鱼腹式锻造铁轨。随着轧钢厂技术的进步，轧钢厂的规模随着所轧产品的规模而迅速扩大。其中一个例子是在1851年的大展览上，康塞特钢铁公司展出了一个20英尺长，3.5英尺宽，7/16英寸厚，重1125磅的盘子。轧机的进一步发展伴随着1853年用于轧制重型钢的三辊轧机的引进。

热轧和冷轧

热轧

热轧是一种发生在材料再结晶温度以上的金属加工过程。在加工过程中晶粒变形后，它们再结晶，这保持了等轴组织，防止了金属加工硬化。开始材料通常是大块的金属，像半成品的铸造产品，如板坯、花和钢坯。如果这些产品来自连铸操作，产品通常在适当的温度下直接送入轧机。在较小的操作中，材料在室温下开始，必须加热。对于较大的工件，这是在燃气或燃油加热的均热坑中完成的，对于较小的工件，则使用感应加热。当材料加工时，必须监测温度以确保它保持在再结晶温度以上。为了保持一个安全系数，抛光温度被定义为高于再结晶温度;这通常是50到100°C(90到180°F)以上的再结晶温度。如果温度确实低于这个温度，那么在进行更多的热轧之前，材料必须重新加热。 [9]

万博下载连接app热轧金属的力学性能和变形引起的残余应力一般没有方向性。然而，在某些情况下，非金属夹杂物会使工件具有一定的方向性，厚度小于20毫米(0.79英寸)的工件往往具有一定的方向性。此外，非均匀冷却将导致大量的残余应力，这通常发生在具有非均匀截面的形状，如工字钢。虽然成品质量很好，但表面覆盖着磨垢，这是一种在高温下形成的氧化物。通常通过酸洗或光滑清洁的表面处理来去除，这样就会显示出光滑的表面。尺寸公差通常为总尺寸的2 - 5%。[11]

万博下载连接app热轧低碳钢比冷轧低碳钢对含碳量的容忍度更大，因此铁匠使用起来更困难。同样对于类似的金属，热轧产品似乎比冷轧产品更便宜。万博下载连接app[12]

热轧主要用于生产薄板或简单截面;比如铁轨。热轧金属的其他典型用途包括卡车车架，汽车车轮，万博下载连接app管状和管状，热水器，农业设备，捆绑带，冲压件，压缩机外壳，轨道车组件，车轮轮辋，金属建筑，铁路料斗车厢，门，货架，光盘，护栏，汽车离合器板。[13]

形状滚动设计

轧机通常分为粗、中、精三种。在板形轧制过程中，边缘直径通常在100-140 mm之间的初始坯料(圆形或方形)不断变形，以生产出截面尺寸和几何形状更小的某一成品。从给定的坯料出发，可以采用不同的生产顺序来生产特定的最终产品。然而，由于每台轧机都非常昂贵(高达200万欧元)，一个典型的要求是合同数量或轧制孔型。已经实现了不同的方法，包括经验知识、数值模型的应用和人工智能技术。Lambiase等人验证了一种有限元模型(FE)，用于预测圆扁孔道轧制棒材的最终形状。在设计轧机时，主要考虑的问题之一是减少孔道的数量;这种要求的一种可能的解决方案是用狭缝孔道表示的，这种孔道也称为劈缝孔道，它将一个进棒材分成两个或多个子部分，从而实际上增加了Lambiase所报道的每次孔道的截面减少率。减少轧机孔型数量的另一个解决方案是采用由兰贝斯和兰吉拉提出的辊道设计自动化系统。随后，Lambiase进一步开发了一个基于人工智能的自动化系统，特别是一个集成系统，包括一个基于遗传算法的推理机，一个基于参数化有限元模型训练的人工神经网络的知识库，以优化和自动设计轧机。 [18]

冷轧

冷轧发生在低于再结晶温度的金属(通常在室温)，通过应变硬化将强度提高20%。它还提高了表面光洁度，保持更紧的公差。通常冷轧产品包括薄板、带材、棒材和棒材;这些产品通常比相同的热轧产品要小。万博下载连接app由于与热轧板相比，工件尺寸更小，强度更大，所以采用四辊或集束式轧机。万博下载连接app在单道次内冷轧不能象热轧那样减少工件的厚度。

冷轧薄板和带材有多种情况:全硬、半硬、四分之一硬和皮轧。全硬轧制可使厚度降低50%，而其他方法的降低幅度较小。然后对冷轧钢材进行退火，使其具有延展性，这就是所谓的冷轧紧密退火。滚皮，也称为滚皮，涉及到最少的减少量:0.5-1%。它用于产生光滑的表面，均匀的厚度，并减少屈服点现象(通过防止Lüders带在后期加工成形)。它锁住了表面的位错，从而减少了Lüders带形成的可能性。为了避免Lüders带的形成，有必要在铁氧体基体中产生大量的非钉扎位错。它也用于破碎镀锌钢中的亮片。在需要良好延展性的后续冷加工过程中，通常使用皮轧坯料。

如果截面比较均匀，横向尺寸比较小，可以进行其他形状的冷轧。冷轧成形需要一系列的成形操作，通常沿着尺寸、分解、粗加工、半粗加工、半精加工和精加工的路线进行。

如果由铁匠加工，更光滑，更一致，更低水平的碳封装在钢，使其更容易加工，但代价是昂贵的。[20]

冷轧钢的典型用途包括金属家具、桌子、文件柜、桌子、椅子、摩托车排气管、电脑柜和硬件、家用电器和零部件、货架、照明装置、铰链、管材、钢桶、割草机、电子橱柜、热水器、金属容器、风扇叶片、煎锅、墙壁和天花板安装套件，以及各种建筑相关产品。[21]

流程

辊弯

辊弯生产的圆柱形产品由板或钢金属。[22]

辊轧成形

轧辊成形，轧辊弯曲或板轧制是一种连续的弯曲操作，其中一长条金属(通常是卷材)通过连续的辊组或机架，每个辊组只完成弯曲的一个增量部分，直到获得所需的截面轮廓。辊压成型是生产长长度或大批量零件的理想选择。主要有3道工序:4辊、3辊和2辊，每道工序都有不同的优点，可根据需要的输出印版规格而定。

平轧制

扁平轧制是一种最基本的轧制形式，其起始和结束材料的截面均为矩形。物料被送入两个向相反方向旋转的辊(称为工作辊)之间。两辊之间的间隙小于起始材料的厚度，导致其变形。材料厚度的减少导致材料伸长。在材料和辊之间的界面处的摩擦导致材料被推过。单道次可能的变形量受轧辊间摩擦的限制;如果厚度变化太大，轧辊就会在材料上打滑，而不会把材料拉进去。最终产品为薄板或板材，板材厚度小于6mm (0.24 in)，板材厚度大于;然而，较厚的钢板往往是用锻造而不是轧制的压力机来成形的。

通常，轧辊要加热，以提高金属的可加工性。经常使用润滑来防止工件粘在辊上。为了微调工艺，轧辊的速度和轧辊的温度都要进行调整。[23]

H为薄板，厚度小于200 μm (0.0079 in)。轧制是在集束轧机上进行的，因为小厚度需要小直径的轧辊。为了减少对小卷筒的需求，采用了包卷的方式，将多张纸卷在一起，以增加有效的起始厚度。当铝箔纸通过滚筒时，要用圆形或类似剃刀的刀具对其进行修整和切割。修边指的是铝箔的边缘，而切割涉及到把它切割成几张。铝箔是包装轧制最常用的产品。这从两种不同的表面饰面可以明显看出;有光泽的一面是在卷的一面和暗淡的一面是在另一张箔。[24]

环轧

环轧是一种特殊类型的热轧，增加环的直径。起始材料是一个厚壁圆环。这个工件被放置在两个辊之间，一个内托辊和一个从动辊，从外面压环。当轧制发生时，壁厚随着直径的增加而减小。可以对辊进行成形，以形成各种截面形状。所得到的晶粒组织是周向的，具有较好的力学性能。直径可以大到8米(26英尺)，表面高度高达2米(79英寸)。常见的应用包括ManBetX万博官网地址下载轴承，齿轮，火箭，涡轮机，飞机，管道和压力容器。[10]

结构形状滚动

控制轧制

控制轧制是一种集控制变形和热处理于一体的热力加工技术。使工件超过再结晶温度的热量也用于进行热处理，因此任何后续热处理都是不必要的。热处理类型包括生产细晶粒结构;控制各种转变产物(如铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体和马氏体)的性质、尺寸和分布;诱导析出硬化;控制韧性。为了实现这一目标，必须对整个过程进行密切监测和控制。控制轧制中的常见变量包括起始材料的组成和结构、变形水平、各阶段的温度和冷却条件。控制轧制的好处包括更好的机械性能和节约能源。[11]

轧锻

锻造轧制是一种纵向轧制过程，通过将加热棒或钢坯引入两个相反的旋转辊段，以减少其截面积。该工艺主要用于为后续模锻工艺提供优化的材料分布。因此，在模锻工艺中可以获得更好的材料利用率、更低的工艺力和更好的零件表面质量。[25]

基本上任何可锻造的金属都可以锻轧。锻轧主要用于曲轴、连杆、转向节、车辆车轴等零件通过定向分配质量来预制长尺寸坯料。最窄的制造公差只能部分通过锻造轧制来实现。这就是为什么锻轧很少用于精加工，而主要用于预成形的主要原因。[26]

锻造轧制特点:[27]

生产率高，材料利用率高

锻压件表面质量好

扩展工具终身

工具小，工具成本低

与纯模锻工件相比，由于优化的晶粒流动，提高了机械性能

米尔斯

轧机，也被称为还原轧机或轧机，有一个共同的结构，独立于正在进行的特定类型的轧制:

• 工作辊
• 备份辊-旨在提供工作辊所需的刚性支撑，以防止在轧制负荷下弯曲
• 轧辊平衡系统-确保上辊和支承辊相对于下辊保持在适当的位置
• 换辊装置-使用高架起重机和安装在辊颈上的装置，可以从轧机上取下或插入轧机。
• 磨机保护装置——确保施加在备用轧辊轴承座上的力不会大到使轧辊颈断裂或损坏磨机外壳的程度
• 辊冷却和润滑系统
• 小齿轮-齿轮分配权力之间的两个主轴，旋转他们在相同的速度，但在不同的方向
• 齿轮传动-建立所需的轧制速度
• 驱动电机-轧窄铝箔产品到上千马力
• 电气控制-对电机施加恒定和可变电压
• 卷取机和开卷机-展开和卷起金属卷

板坯是热轧带钢或中厚板轧机的原料，在钢坯轧机上轧制出钢坯，在结构轧机上轧制出大截面钢坯。从带钢轧机的输出被卷起来，随后，用作冷轧机的进料或直接用于制造商。用于重新轧制的小方坯，随后在商人、棒材或棒材轧机上轧制。商人或棒材轧机生产各种形状的产品，如角，渠道，梁，圆(长或盘)和六边形。

配置

轧机有不同类型的配置，最基本的是两辊不可逆，这意味着两个辊只能在一个方向上转动。二辊可逆式轧机的轧辊可以向两个方向旋转，但缺点是轧辊必须停止，翻转，然后在每道工序之间恢复到轧制速度。为了解决这个问题，人们发明了三辊轧机，它使用三个向一个方向旋转的轧辊;金属通过两个辊，然后通过另一对返回。该系统的缺点是必须使用电梯来升降工件。所有这些轧机通常用于一次轧制，轧辊直径范围从60到140厘米(24到55英寸)。[9]

为了使轧辊直径最小化，使用四辊或集束式轧机。小的辊径是有利的，因为较少的辊是接触的材料，这导致较低的力量和功率的要求。小辊的问题是减少刚度，这是使用备份辊克服。这些备份辊是较大的，并接触背面的小辊。四辊轧机有四辊，两辊小，两辊大。集束轧机有4个以上轧辊，通常分为三层。这些类型的轧机通常用于热轧宽板，大多数冷轧应用，以及轧制箔。ManBetX万博官网地址下载[9]

历史上，工厂是根据生产的产品分类的:[29]

• 初轧机、开坯轧机和扁轧机，分别作为轧制成品钢轨、型材或板材的预备轧机。如果倒车，直径为34 - 48英寸，如果是三高，直径为28 - 42英寸。
• 连铸机，三辊轧机，直径为24 - 32英寸，用于进一步将大坯缩小到1.5 × 1.5英寸，是棒材和棒材的准备轧机
• 三辊式横梁轧机，辊径28到36英寸，用于生产12英寸以上的重梁和槽钢。
• 轧辊直径26到40英寸的钢轨轧机。
• 轧辊直径为20到26英寸的型钢轧机，用于较小尺寸的梁、槽钢和其他结构形状。
• 直径在16到20英寸之间的商业棒材轧机。
• 精加工辊直径为8至16英寸的小型商用棒材轧机，一般配备较大尺寸的粗轧机。
• 精加工辊直径为8 - 12英寸的棒材和线材轧机，总是配备较大尺寸的粗加工机架。
• Hoop和cotton tie mills，类似于小型的商人棒材加工厂。
• 装甲钢板轧机的辊直径从44到50英寸和140到180英寸的身体。
• 轧辊直径从28英寸到44英寸的中厚板轧机。
• 直径20到32英寸的薄板轧机。
• 由水平和垂直轧辊组成的通用轧机，用于生产方边板或所谓的通用板和各种宽边板。

连轧机

连轧机是一种特殊类型的现代轧机，轧制是一次完成。在传统轧机中，轧制是在几个孔道中进行的，但在连轧机中有几个机架(>=2机架)，并依次进行压下。展位数量为2 ~ 18个。串联轧机可以是热轧或冷轧类型。

缺陷

在热轧中，如果工件的温度不均匀，材料的流动将在较热的部分发生较多，而在较冷的部分发生较少。如果温差足够大，就会发生开裂和撕裂。[9]

平面度和形状

在平面金属工件中，平面度是表征与参考平面几何偏差程度的描述性属性。偏离完全平整度是热轧或冷轧后工件松弛的直接结果，这是由于轧辊的横向压缩作用不均匀和入口材料几何特性不均匀造成的内应力分布。差应变/伸长诱导应力的横向分布相对于材料的平均施加应力通常被称为形状。由于形状和平整度之间的严格关系，这些术语可以互换使用的方式。在金属带材和薄板的情况下，平整度反映了跨工件宽度的差动纤维伸长。为了保证金属薄板在最终变形过程中的可加工性，必须对该特性进行精确的反馈控制。给出了平面度反馈控制的一些技术细节。[30]

配置文件

剖面由冠形和楔形的测量组成。冠是在中心厚度相比，平均厚度在工件的边缘。楔子是指一个边缘相对于另一个边缘的厚度。两者都可以表示为绝对测量值或相对测量值。例如，一个可以有2密耳的冠(工件的中心比边缘厚2密耳)，或一个可以有2%的冠(工件的中心比边缘厚2%)。

通常希望在工件上有一些冠，因为这将导致工件倾向于拉到轧机的中心，从而将以更高的稳定性运行。

平面度

保持轧辊之间的均匀间隙是困难的，因为轧辊在变形工件所需的负载下发生偏转。变形导致工件边缘变薄，中间变厚。这可以通过使用冠辊(抛物线冠)来克服，但是冠辊只会补偿一组条件，特别是材料，温度和变形量。[11]

其他补偿轧辊变形的方法包括连续变凸度(CVC)、副交叉轧制和工作辊弯曲。CVC是由西玛格公司开发的，它是将三阶多项式曲线磨入工作辊，然后将工作辊横向、均匀、相反地移动。其结果是，两辊之间将有一个抛物线形状的间隙，并将随着横向位移而变化，从而允许动态控制辊的凸度。双辊交叉轧制包括使用平辊或抛物线辊，但将两端偏移一个角度，从而使辊边之间的间隙增加或减少，从而实现动态凸度控制。工作辊弯曲涉及在辊的末端使用液压缸来抵消辊偏转。

另一种克服挠度问题的方法是通过减少辊上的负荷，这可以