[科普中国]-热轧钢条

热轧工艺的类型

(1)热粗轧和热精轧同机的单机热轧工艺，包括无卷取热轧工艺；温轧卷取热轧工艺；单卷取热轧工艺；双卷取热轧工艺。(2)热粗轧和热精轧分开的分机热轧工艺，包括单机热精轧工艺；热精连轧工艺。(3)铸造与热轧合并的连续铸轧工艺，包括水平式连续铸轧工艺；倾斜式连续铸轧工艺。(4)铸造与热轧串连的连铸热连轧工艺，包括模块履带式连铸热连轧工艺；双钢带式连铸热连轧工艺。1

热轧带坯质量的控制方法为保证带坯的质量，热轧过程中应控制的内容主要有厚度控制，板形控制，温度控制，过程控制，表面质量控制等。带坯的质量问题必须在热轧过程中解决，也只能在热轧过程中解决，应尽量避免把质量上“先天不足”的带坯送往冷轧工序。1

厚度控制热轧时，压下量大，能耗低，在保持带坯温度的前提下，一般要求尽量增加热轧总压下量，减少带坯厚度，以减少冷轧道次，提高生产率和经济效益。把厚度600mm的铸锭轧成3mm的带坯，总压下量达99.5%。在热粗轧机开坯时，精密控制每个道次的带坯厚度是因难的，也是不必要的，重要的是控制热粗轧最后3个道次和热精轧各个道次的压下量，使进入热精轧机的带坯达到预期厚度，以便在精轧机列上实施自动厚度闭环控制。自动厚度控制系统应对轧辊偏心度进行补偿，并根据轧机模量和材料强度调节辊缝大小。控制厚度的执行机构是装在机架窗口下方或上方的液压缸。每个缸均备有数字式位置传感器和压力传感器，对缸的位置进行微米级的精确控制。带坯的化学成分必须严格控制在规定的范围内，因其变化对X射线测厚仪的输出值产生较大影响。热精轧机出料厚度的偏差，在轧机正常运转的平稳部分可达±0.02mm，在轧机加速和减速的头尾不稳部分可达±0.05mm。还应指出的是，在热粗轧过程中，由于轧件厚度大，温度高，延展性强，当金属通过辊缝时，不仅可以纵向延伸，并且可横向流动，因而为改变带坯凸度提供了必要条件。当轧件厚度减小到一定数值以后，金属的横向流动受到轧件与轧辊之间摩擦力的约束，使横向流动逐渐困难，以致在轧件厚度较小的热精轧机后面道次和在冷轧机上，金属只能纵向延伸。在这种情况下，想校正带材凸度就会导致平直度偏差，例如，表面平直而具有1%中凸度的带材，如果在工作模量等于无穷大的“硬性”轧机上试图用平行的辊缝消除凸度时，轧出的带材的平直度偏差将达到0.01×105=1000I，产生严重的中部波浪。如果增加轧制力并对工作辊施加负弯辊力，使辊缝具有0.9%凸度，则轧出带材的平直度偏差将成为0.001×105=100I，出现较轻的波浪。如果采用工作模量为零的“软性”轧机进行恒负荷轧制，则轧出带材可以保持平直，但带材原有1%凸度没有任何变化。所以，带材的横向板形或凸度在热轧过程中已经定型，不能指望在冷轧过程中得到明显改善。未来的铝加工厂将要求热轧带坯的中凸度小于0.5%，纵向厚度公差小于±0.8%，平直度偏差不超过30I。1

板形控制带坯板形的传统控制方法包括轧辊倾斜，工作辊弯辊和调节轧辊冷却液系统。但这些方法还不能完全满足带坯板形控制的要求，因为弯辊装置虽然反应灵敏，却受到轧制力和超出轧件宽度以外的有害弯矩干扰，使相当一部分弯辊力的作用被抵消，阻碍了弯辊效果的发挥；冷却液系统的调节反应迟缓，为了增加冷却液流量的分辨精度，现已将喷嘴的流量比例扩大到10∶1。此外，还采用各种机械方法改造轧辊系统，以达到迅速改变轧辊弧度(rollcaber)的目的:(1)HC(高弧度)六辊轧机—在四辊轧机的工作辊与支承辊之间增添一对可沿轴向相对移动的中间辊，移动距离按轧件宽度确定，用于消除轧件宽度以外工作辊与支承辊之间的有害接触，减少轧件两边的减薄量，提高弯辊力对控制板形的效果。(2)VC(可变弧度)辊—采用内部备有液压腔的轧辊作为支承辊，利用改变腔内压力的方法调节支承辊弧度，抵消轧辊在轧制力作用下的挠度。(3)TP(锥形柱塞)辊—在支承辊内部两端设置锥形柱塞环，用液压推动柱塞环以调节支承辊弧度。(4)DSR(动态弧度)辊-在支承辊内部设置7个液压缸，利用液压推压转动轴套，以便在轧件板形所需要校正的位置直接调节轧辊弧度。(5)CVC(连续可变弧度)辊—采用一对似保龄球形工作辊，两个辊的磨削程度相同，但互相错位180°上下排列，辊身长度上的实际直径差小于1mm。辊缝形状在轧辊相对移动时按线性规律连续变化。当工作辊位置在±150mm之间轴向移动时，每个轧辊的弧度可从-0.5mm变化到+0.3mm。在上述辊系中，HC轧机中间辊和CVC工作辊的移动需要几秒钟，所以一般是在轧机空载运转时作预设定调节，而不是在轧制进行中作动态调节。VC辊、TP辊和DSR辊则既可作预设定调节，也适用于动态调节。VC辊和TP辊在使用时，轧制力仍作用于支承辊的辊颈上，DSR辊在使用时，则以支承辊内部的液压缸代替辊颈部位的压下装置，所以能改变轧制力而不影响轧辊挠度。热轧带坯的板形偏差是最终产品厚度偏差的主要原因。在冷轧机上采用先进的装备和控制系统可以获得小于千分之几的纵向厚度公差，但横向厚度公差却往往大于1%，这是因为带材冷轧时，由于厚度较小，金属的横向流动受到限制，所以无法改善其原始凸度而不产生平直度偏差。当铝合金带材厚度大于12mm左右时，才能校正轧件凸度而不影响其平直度。鉴于热精轧机的终轧厚度小于上述下限厚度，在热精轧机上轧过最后道次进行卷取时，除用轮廓仪检测产品凸度外，还需要用板形仪监控产品的平直度。从热精轧机轧出的带坯应具有轻微的中凸度，而不宜具有中凹度，因为带坯的中心部位能容纳多于边部的应力仍保持其平直度。1

温度控制带坯的热轧温度是决定其变形组织的主要参数。在整个热轧过程中，带坯温度不断变化。影响带坯温度变化的因素有:通过辐射和对流与空气进行热交换，与辊道和轧辊在接触过程中进行热传导，带坯轧制时产生变形热和摩擦热，冷却液从轧辊和带坯吸收热量，工作辊与支承辊之间的热传导等。带坯的温度控制是通过冷却液喷淋和改变轧制速度实现的。有资料表明，在三机架热精连轧机上，当轧制速度降低或增加10r/min时，带坯的终轧温度将下降或上升10℃。在热精轧机上采用闭环系统自动控制轧制速度，可使带坯终轧温度偏差达到±5℃以内。在热粗轧机和热精轧机前后都装有非接触式红外线测温仪和接触式热电偶，前者测定值作为热轧生产线上各控制系统的参数，后者装于前者邻近位置用于定期标定前者测定值。厚度300～600mm的铸锭加热到500～600℃开轧，在热粗轧机上可逆轧制到15～30mm厚，切去头尾后用冷却液喷淋降温到350～450℃，然后进入热精轧机轧成厚度2～3mm带坯，终轧温度200～350℃。在热粗轧机出口侧用冷却液喷淋降温的目的是防止带坯晶粒粗大和控制合金化元素从固溶体上析出的程度。从数据可以看出，在提高轧制速度后，热精轧5道次的工艺仍优于3道次的，也充分说明热轧带坯的终轧温度对最终产品显微组织有重要影响。1

过程控制过程控制用于设定和控制带坯热粗轧和热精轧的全部参数和数据。除每台轧机分别配备计算机之外，所有计算机都进行联网，协调控制轧机进口侧和出口侧的带坯厚度、温度、板形、压下液压缸位置和压下量、轧制力、轧制速度、轧辊倾斜、弯辊液压缸位置和弯辊力、冷却液喷射位置和流量、清辊器压力和转速、带坯卷取速度和张力等。此外，根据带坯尺寸和板形的要求在冷轧时设定HC轧机中间辊和CVC工作辊的移动位置，VC辊、TP辊液压腔的压力和DSR辊液压缸的压力和分布。轧制开始时，先按照设定的参数从计算机的内选择储存的模式进行运转，再根据运转中实测数据调节主要参数，以便在轧制过程中连续地优化产品质量。热粗轧机轧出带坯的预测数据正馈到热精轧机作初步定位，然后将热精轧机轧出产品的实测数据反馈到控制系统与目标数据对比。任何偏差将经过控制系统分析“过滤”，确定轧辊倾斜、工作辊弯辊、冷却液区段喷射以及其它工艺参数的最佳综合方案，作为对预设定参数进行调整的依据。计算机网络将监控每块铸锭从加热炉到热粗轧和热精轧的整个过程，使轧制过程标准化，防止各带坯之间有过程差异，避免操纵手可能输入不规范数据和占用操作时间，确保优秀和稳定的产品质量。1

表面质量控制热轧带坯的表面油斑、烧痕、擦划伤、裂纹、夹杂和粘铝等，在后续加工过程中很难消除，所以，最后产品的表面质量大多取决于热轧带坯的表面质量。控制热轧带坯的表面质量，首先应保证铸锭的熔铸质量，这是众所周知的；其次，各种合金和用途的铸锭都必须铣面，以清除表面波纹、结疤、偏析层、泄漏瘤、污垢等，铣面深度根据铸锭表面缺陷深度和翘曲情况而定，一般为10mm左右。用于加工铝箔的铸锭，无论表面情况如何都应该铣面。国外在生产质量要求严格的产品时，铝加工厂就订购铸锭能直立堆放的加热炉，还规定不得在运送过程中接触已铣面铸锭的任何部位。对铸锭侧面铣面，有利于防止金属碎屑在轧制中被压入带坯表面，并可减少带坯裂边和切边宽度，提高成材率。由于铝板热轧是在覆有“铝膜”(以氧化铝为主，含10%～15%铝粉及少量润滑油残渣的灰白色物质)的轧辊上进行的，清辊刷的材料、接触轧辊的压力、刷的特性(转速、摆动、冷却和清洗等)对带坯的表面有重要影响。必须经常注意各种辊道、导尺、夹送辊和剪切台的表面状况，及时清除粘附碎屑。严格控制带坯温度，防止发生粘辊和晶粒粗大现象。选择优质乳液作为冷却润滑剂，并定期分析、补充和更换。在轧辊咬入部位始终保持低水平的乳液喷射量，以保证轧机空载时轧辊的润滑。1

优点与缺点优点（1）热轧能显著降低能耗，降低成本。热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大减少了金属变形的能量消耗。（2）热轧能改善金属及合金的加工工艺性能，即将铸造状态的粗大晶粒破碎，显著裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织转变为变形组织，提高合金的加工性能。（3）热轧通常采用大铸锭，大压下量轧制，不仅提高了生产效率，而且为提高轧制速度、实现轧制过程的连续化和自动化创造了条件。2

缺点（1）经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多。（2）不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。（3）热轧不能非常精确地控制产品所需的力学性能，热轧制品的组织和性能不能够均匀。其强度指标低于冷作硬化制品，而高于完全退火制品，塑性指标高于冷作硬化制品，而低于完全退火制品。（4）热轧产品厚度尺寸较难控制，控制精度相对较差;热轧制品的表面较冷轧制品粗糙Ra值一般在0.5～1.5μm。因此，热轧产品一般多作为冷轧加工的坯料。2