[科普中国]-不对称轧制

简介

根据加工工具的不对称和所加工材料性能的不对称，可以把不对称轧制分为三种情况。第一种是异步轧制，指在轧制过程中有意识地使两个工作辊具有不同的表面线速度的轧制方法。第二种是异径轧制，指在板带生产中，两个工作辊的辊面线速度基本相同，而直径与转速差别较大的轧制方法。第三种是材料性能不对称的轧制，常出现在两种或两种以上的不同种材料的板带复合轧制中，指由于材料种类的不同而导致的轧制方法。

（1）异步轧制

和同步轧制相比，由于两个工作辊的线速度不同，轧制时变形区金属质点的流动规律和应力分布都有其自身的特点。在异步轧制时，慢速辊侧的中性点向变形区入口侧移动，快速辊侧中性点向变形区出口侧移动，导致轧件与两个工作辊接触区的中性点不对称，这样，自然就在上下两个中性点之间形成“搓轧区”。一种极端的状态是：当慢速辊中性点移至人口处、快速辊侧中性点移至出口处时，使整个接触变形区成为所谓的“搓轧区”，此种状态称为全异步轧制(PV)，当然这种情况在实际的生产中是根本不可能出现的，这里只是为了形象地说明“搓轧区”。在实际生产中，中性点受到工作辊摩擦力等条件限制，移到出、入口处的条件要求苛刻，所以在生产中很少出现。由此，变形区就出现前、后滑区，这样，变形区就由后滑区、搓轧区和前滑区三者组成，称为不完全异步轧制或半异步轧制(IPV)。

根据异步轧制的穿带及轧制特点的不同，分为异步恒延伸轧制和拉直异步轧制。

异步轧制的轧薄能力比同步轧制高得多。其轧薄能力强的根本原因是变形区内的搓轧区改变了轧件的应力状态，在搓轧区内有强烈的剪切变形存在，使异步轧制的轧薄能力大幅度提高。由于随着轧件厚度的减小，同步轧制时在变形区内的三向压应力状态越强，异步轧制则可以改变这种应力状态，有利于轧件的延伸变形，所以轧件越薄，其减小轧制压力的作用或效果越明显。

要保证异步轧制的稳定运行，异速比i不能过大，一般应小于1.4.异速比过大对稳定性不利，轧制过程中可能产生轧机振动现象，使轧件表面有横向的明暗相间的条纹，影响产品质量。因此，在拉直异步轧制中，要保持延伸系数μ大于异速比i。另外，轧制时，通常应保持前张力大于后张力。

（2）异径轧制

异径轧制利用一个辊径很小，靠摩擦从属转动的工作辊，由于其辊径小，轧件和轧辊的接触面积和单位压力就大幅降低，另外，轧制过程中小工作辊对轧件有楔入作用，在变形区内形成45°剪变形区，两者共同作用，使总的轧制压力和能耗大幅降低。采用大的工作辊来传递轧制力矩和提高咬人能力，还可以采用而且容易实现弯辊技术来控制板型。由于这些优点的存在使得异径轧制可在相同的原料和能耗的情况下，增大压下量，减少道次，提高轧机工作效率和轧薄能力，提高产品厚度精度和板型质量。

异径轧制通过将一个从动的工作辊的直径大幅度减小，实现大幅度降低轧制压力和力矩的效果及由此带来厚度精度的提高，能耗降低的效果。和异步轧制相比，异径轧制降低轧制压力效果明显的原因主要在于变形区的长度，由于从动辊的直径大幅度减小，使得轧件与轧辊辊面的接触面积大幅度减小和单位轧制压力显著降低，而两者也有相似之处，异步轧制的搓轧区内有剪切变形，在异径轧制的变形区内也会出现剪切变形区。

（3）材料性能不对称的轧制主要出现在双金属复合板的轧制中。2

研究工作人们利用各种不对称轧制工艺来生产普通钢板镀层板和复合板。同对称轧制相比，这种工艺更能提高生产率和产品几何形状的控制能力，同时更有潜力满足轧制新材料提出的更多要求，例如：轧制镀层板和复合板，因此，人们关注不对称轧制工艺，并对发展新工艺和新产品进行了各种研究工作。

一开始并没有建立不对称轧制的完整理论，人们对板材的不对称轧制进行了分析和研究工作，然而这些研究都基于所谓的板坯方法，这种方法实质上不能分析辊缝中板材的不对称变形。因此，它们仅对轧制扭矩、轧制力、轧制速度和轧制压力的分布进行了分析，而不能预测产品的几何形状。在这一领域也做了一些试验工作。试验中使用塑胶泥和铅试样，并对轧制力、轧制扭矩和产品形状进行了研究。但每项试验中所讨论的参数与另外的试验中所讨论的参数完全不同。每项试验都包括不对称轧制的特殊和有限的情况。所有这些工作都没有能够继续分析板材在辊缝中的不对称变形。他们的研究结果没能给出有关不对称轧制和不对称轧制产品特性的系统知识。而后有学者利用上限定理开发了中厚板和薄板不对称轧制的新的数学模型，并对分析过程进行了阐述。通过根据这一方法而得到的一系列模拟，首次在这一领域对辊缝中板材的不对称变形，轧材出现瓢曲的机制，轧制条件对产品几何形状的影响以及轧制扭矩和轧制速度系统地进行了计算。3