[科普中国]-精密轧制

简介

我国目前已有不少横列式小型轧机, 把成品及成前轧机改成短应力线高刚度轧机或预应力轧机, 使轧材的精度提高了一个等级,但这与国际上采用精密轧制技术轧出的实物标准还有相当的差距。精密轧制轧出的成品,其公差带比国际标准的高精度公差小1/2左右, 轧出的棒材、线材, 不需经过拉拔或切削,就可以直接进行磨削加工由于工序的省略,成材率提高, 从而大大降低成本因此, 精密轧制钢材的有求量逐年增大, 尤其对一些高级合金钢, 其原料成本高, 精密轧制就更具有其特殊意义。

精密轧制工艺，它包括模具制作、棒料加热、精轧成型、精整矫直等工序。与现有的楔横轧粗轧技术相比，节材率提高10%以上，零件的综合机械性能提高5%以上，产品的直线度控制在0．2mm－0．4mm以内，产品弯曲率由25%下降到一次矫直后的3%，设计并制造出的特殊轧齐曲线，解决了密集非对称凹档台阶轴的轧制难点，使凸轮轴的凸轮侧面及轴颈不加工即可达到技术要求1。

特点棒线材减定径机组作为在线产品质量控制的一个重要方面，也越来越受到厂家重视。合金钢棒材通常采用减定径机组进行精密轧制。棒材减定径机组通常为3～5架，前两架用于轧件延伸变形，后几架用于轧件定径。4机架轧机的孔型为椭—圆—圆—圆系统。使用减定径机组后，产品的尺寸公差可控制在±0.1mm内，甚至达到±0.05mm，椭圆度可控制在60%～80%，达到二次冷加工时所能达到的公差值，因此可省略或简化一些机械加工工序。

机架间张力要达到高尺寸精度, 应该采用无张力轧制, 如果是连轧机, 则应实行无张力控制或微张力控制, 尺寸较小的轧件在部份中轧及精轧机组中采用活套控制轧制, 而断面大的, 形成活套困难的轧件在粗轧机组和部份中轧机组中采用根据轧制负荷、电机力矩等间接地计算出张力的控制方法或直接测定加在轧机上的张力的控制方法以达到微张力轧制的目的。

轧槽轧槽的影响, 这是直接影响成品尺寸精确的主要因素之一, 正确的孔型设计和轧辊材质、热处理方式的选择, 都与之有关, 轧制时冷却水的运用、轧制速度等影响轧槽磨损的各种因素也在此考虑之列2。

轧机刚度轧机的刚度和机构上不可避免的间隙的影响也是直接影响轧件精度的最重要因素几年来我国在提高成品架及成前架的轧机刚度上做了大量的工作, 取得了明显的效果, 但由于前面轧机刚度太差, 要完全依靠最后两架轧机消除前面积累的误差是不可能的, 目前国外实行精密轧制对全部轧机, 包括粗轧机均提出高刚度的要求。据日本实验模拟的结果证明, 要实行精密轧制, 如果各机架刚度达2000KN/mm, 出炉温度为950℃±20℃ ,且加热均匀, 进行无张力轧制, 按照轧机弹跳的累计, 轧制八道后的大型棒材的尺寸精度可达成品直径±0.1%以内。为此, 近年来在小型轧机的粗轧机中如紧凑式轧机有采用大直径、短辊身的单孔型轧辊, 以减少辊子的挠曲, 提高刚度的趋势。国外对粗轧机尚如此重视提高刚度, 可见我们只停留在改造两架轧机刚度上是不够的。我国一些厂家有改造精轧机K1、K2、K3或一列五架的实践, 结果证明, 对提高成品精度卓有成效。

对于横列式中型轧机, 前两架可以考虑采用滚动轴承开式机架, 最后一架精轧机可用闭口式二辊滚动轴承的轧机, 这样可使轧机的刚性提高1-2倍以上。据我们计算∅500二辊闭口式滚动轴承轧机在辊身长达1150mm时刚度可达1300KN/mm, 如果缩短辊身, 则可更提高刚性。以∅500紧凑轧机的高刚度机架为例, 因其辊身短(单孔型轧制,辊身为320mm), 轧机又是短应力线结构, 其刚度达2456KN/mm。总之提高轧机的刚度是实行精密轧制首先应该解决而且也是不难解决的问题。

轧机机构的间隙, 特别是成品、成前机架的轴向窜动间隙, 也是影响轧件尺寸精度的重要因素。这种间隙包括轧辊的止推轴承在轴承座内的间隙, 也包括轴承座本身相对牌坊或对无牌坊轧机的其它固定支承件的间隙。据国外研究结果证明, 不仅是止推轴承本身间隙应限制在0.05mm以内, 就是轴承座与牌坊之间轴向的间隙, 亦应由惯用的±0.15mm降低到±0.025mm。为达到此目的,开发了液压楔紧固侧压板的方式, 使轧制时轴承座能牢固地固定在机座上, 而调压下时又不会被卡住。

对于短应力线、高刚度、预应力轧机等无牌坊轧机, 轴向间隙问题也应要求更严格控制才能达到预期的轧制精度。

导卫影响轧件的扭转也是影响轧件尺寸精度的因素, 应尽可能采用无扭轧制。在现代的连轧机中, 为了能适应多规格品种轧制而在轧机中采用平一立可换轧机, 就是这个目的。贵钢引进的小型连轧机中就有这种平—立可换轧机。我们认为这也是应该推广应用的一种新的机型。在轧机前部采用平—立相间的粗轧机、中轧机, 比全部用水平轧机设备投资费用高, 但由于可以缩短轧机间距, 避免扭转导板的磨损消耗, 从综合效益与长久的影响看,经济上并不见得不合算。

轧件温度的影响轧件加热均匀, 是保证轧材尺寸精度的前提, 为避免加热炉滑道的黑印, 采用先进的步进式加热炉加上配套的先进的加热制度是解决此问题的关键。

轧件即使在加热炉中加热均匀了, 但在后面的轧机中轧制时间过长, 头尾温差过大,也会影响尺寸的精度, 这在横列式轧机、半连续轧机都有这方面的间题存在, 由于横列式轧机轧制时间长, 轧制速度低, 这方面的影响就更大了。在半连续轧机上也有这个问题, 例如西德哈根克虏伯钢公司的特钢车间为解决高合金钢生产方面存在的难题—轧材在进入连轧机之前的温降, 在开口式粗轧机和连轧机之间安装了中频感应再加热设备, 安装该设备的目的是为生产更重的盘卷, 减少脱碳及缩小尺寸偏差。有了这种功率为2300KW、3KHz、最小进料速度为0.5m/s的中频感应加热设备, 可使坯料进入连轧机时从头至尾保持恒定温度, 坯料尾部从750℃加热到1050℃ , 而坯料头部任一点表面温度均不超过规定温度范围1200℃ , 这种加热设备长度7.5m, 装在连轧机组前, 可以使步进炉加热的温度降低些, 虽然因此三辊粗轧机电耗增加, 但由于连轧机电耗下降, 综合起来, 全车间的电耗非但没增加, 反而略有减少, 确保了高合金钢轧制的可靠性, 并且提高了质量和尺寸精度。

除了解决加热问题本身, 轧机的布置方式也有一定影响。目前世界各国大力发展近距离布置轧机, 提高轧制速度, 缩短轧制周期, 使轧件温降少, 可以降低开轧温度, 而且还能保证头尾温差小, 尺寸精度高, 机械性能均匀3。