冷轧工艺特点及冷轧工艺参数Word格式.docx
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孪生变形是否出现，与晶体的对称性有密切关系。
面心立方晶体组织的金属（如镍、铝等），由于对称性高，容易滑移，孪生变形不常见，只在少数情况下（如低温变形）才能见到。
体心立方晶体组织的金属（如α铁、铬、钼等），在高速变形（如冲击）或在低温拉伸时，常常出现孪生。
例如铁在低温受冲击载荷时，可发生孪生。
密排六方晶体组织的金属，其对称性
较差，滑移系少，当晶体取向不利于滑移时，孪生便成为塑性变形的主要形式。
孪生的进行过程往往是突变式的，并可听到特有的干裂声，在某些情况下会使晶体产生
空隙，降低其密度。
除了滑移和孪生外，在塑性变形中由于各个晶块（镶嵌块）相互转动的结果，晶体产生变
形，并破坏晶块间的联系和在晶块间界上形成显微破坏。
由于变形条件的不同，这些破坏可
能愈合，也可能发展为宏观破坏。
总之，滑移是金属塑性变形的主要方式，金属在冷塑性变形时通过滑移变形，使晶粒伸
长、镶嵌块碎化、晶格歪扭增多，导致金属变形抗力增加。
带钢在冷轧后，晶粒被压扁、拉长（见图3—4）、晶格歪扭畸变、晶粒破碎，使金属的
塑性降低、强度和硬度增高，这种现象叫做加工硬化。
图3—4冷轧前后晶粒形状变化
a-变形前的退火状态组织；
b-变形后的冷轧变形组织
冷轧带钢加工硬化后提高了钢的变形抗力，给带钢继续冷轧带来困难。
为了消除加工硬
化，大多数带钢必须在加工过程中进行再结晶退火（软化退火或中间退火）。
再结晶退火（软化退火或中间退火）时，将带钢加热到再结晶温度（碳钢一般为450～500?
）以上150～200?
，保温一定时间，然后在空气或炉中冷却。
再结晶退火时钢的内部组织变化过程，分为回复、再结晶和晶粒长大几个阶段。
金属加
工硬化后，处于组织不稳定状态，即处于高能状态，因而它本身就有自发恢复变形前组织的
倾向。
在回复阶段中，冷轧变形后形成无数的位错大部分密集在晶界上，随着加热过程的进
行，金属内部原子活动能力增大，使位错移动、合并或者重新排列，使晶格畸变减小，金属
的应力可以消除，但是金属的力学性能较回复前略有下降。
当继续加热时，由于位错聚集在晶粒间界上，这些位错移动合并，并形成新的晶核，随
着温度的继续升高，晶核逐渐长大形成新的晶粒。
这时晶粒的畸变大大减小，原子排列规则，
破碎的晶粒变成整齐的晶粒，长晶粒变成等轴晶粒，从而导致带钢力学性能恢复到加工前的
状态，这就完成了再结晶过程。
而以完全实现回复再结晶的温度称为再结晶温度。
图3-5是冷加工后在加热时组织性能的变化示意图。
冷轧带钢的再结晶退火，一般分慢速加热退火和快速加热退火两种。
慢速加热退火一般
用燃煤（气）退火炉或罩式退火炉进行；
快速加热退火一般采用连续退火炉。
图3-5冷加工后金属在加热时组织性能的变化
δ-伸长率；
ζb-抗拉强度
钢在常温下进行冷轧，将完全发生加工硬化现象。
钢在冷轧中组织发生如下变化：
（1）晶粒被拉长。
冷轧中，随着带钢厚度的改变，其内部的晶粒形状也发生相应的变化，
即都沿轧制方向（最大主变形方向）被拉长、拉细或压扁，如图3-4所示。
晶粒被拉长的程度取决于变形程度，变形程度越大，晶粒形状变化也越大。
在晶粒被拉长的同时，金属中的夹杂物也在延伸方向拉长或拉碎，呈链状排列，这种组
织称为纤维组织。
变形程度越大，纤维组织越明显。
由于纤维组织的存在，变形金属的横向
（垂直于延伸方向）力学性能降低。
（2）亚结构。
亚结构是金属冷轧后，其各个晶粒被分割成许多单个的小区域。
每个小区
域称为晶块。
这些区域的内部位错密度很低，晶格的畸变很小。
而在这些小区域的边界上存
在有大量位错组成的位错缠结。
（3）变形织构。
如图3-6a所示，金属的多晶体是由许多不规则排列的晶粒所组成的。
但
在冷轧过程中，当达到一定的变形程度后，由于在各晶粒内晶格取向发生了转动，其特定的
晶面和晶向趋于排成一定方向（图3-66），从而使原来位向紊乱的晶粒出现有序化，并有严
格的位向关系。
金属所形成的这种组织结构叫做变形织构。
板结构是某一特定晶面平行于板
面，某一特定晶向平行于轧制方向。
图3—6多晶体晶粒的排列情况
a-晶粒的紊乱排列；
b-晶粒的整齐排列
钢的性能是与钢的组织密切相关的。
冷轧时，钢的组织要发生变化，因此钢的性能也要
改变。
（1）力学性能的改变。
由于在冷变形中产生晶格畸变、晶粒拉长和细化、出现亚结构以
及产生不均匀变形等，金属的变形抗力指标（屈服极限、强度极限、硬度等），随变形程度的增加而升高。
又由于在变形中产生晶内和晶间的破坏、不均匀变形等，金属的塑性指标（伸长率、断面收缩率等）随变形程度的增加而降低。
图3-7为碳的质量分数为O.27％的碳钢在冷拔时力学性能的变化图。
图3-7碳的质量分数为O.27％的碳钢冷拔时力学性能的变化
ζb-强度极限；
ζs-屈服极限；
ζp-比例极限；
ζyn-弹性极限；
ψ-断面收缩率；
δ10-伸长率；
HB-布氏硬度
（2）理化性质的改变。
变形金属的密度降低。
由于在冷变形过程中，晶内和晶间物质的破碎，
33，而经冷变形后则降低到7.78g／cm。
金属的导电性降低。
随着变形程度的增加，晶向和晶内的破坏，使单位电阻增加。
变形金属内产生大量的微小裂纹和空隙，使金属密度降低。
例如，退火状态钢的密度为金属的导热性降低。
7.865g／cm冷变形可改变金属的磁性。
磁饱和基本上不变，矫顽力和磁滞增大，而金属的最大磁导
率则降低。
冷变形使金属耐蚀性降低。
金属产生各向异性，即材料的不同方向上具有不同的性能。
这是由于冷变形后出现了纤
维组织和织构。
由于晶粒及晶间物质（杂质等）沿着变形方向被拉长，带钢在横向（垂直于纤维方向）的力学性能低于其纵向（平行于纤维方向）。
因织构的出现而形成的各向异性，有其不利的一面，但在一定条件下也可带来有益的效
果。
例如，若对具有织构的薄板进行冲压时，则常使加工后的产品的边缘带有波形，突出的
波形部分称为“制耳”，从而使产品的废品率和切边损失增加。
相反，铁的磁化性能与晶向
有关，若将硅钢片制成某一特定晶向的织构，用它作变压器的铁芯，与无织构硅钢片比较，
它具有很大的优越性。
因此，目前工业上大量生产单取向硅钢片。
冷轧带钢的轧制工艺特点有以下3点：
（1）带钢在轧制过程中产生不同程度的加工硬化。
加工硬化超过一定程度后，带钢因过
分硬脆而不适于继续轧制。
因此带钢经冷轧一定的道次（即完成一定的冷轧总压下量）之后，往往要经软化热处理（再结晶退火等），使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便继续轧薄。
在冷轧生产过程中，每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个“轧程”。
在一定轧制
条件下，钢质愈硬、成品愈薄，所需的轧程愈多。
（2）冷轧过程必须采用工艺冷却和润滑。
实验表明，冷轧带钢的变形功约有84％～88％转变为热能，使带钢与轧辊的温度升高，故须采用冷却措施。
辊面温度过高会引起工作辊淬
火层硬度下降，影响带钢的表面质量和轧辊寿命。
辊温的升高和辊温分布不均匀会破坏正常
的辊形，直接影响带钢的板形和尺寸精度。
同时，辊温过高也会使冷轧工艺润滑剂失效（油膜破裂），使冷轧不能顺利进行。
综上所述，为了保证冷轧的正常生产，对轧辊和带钢应采取有效的冷却与调节辊温的措
施。
水是比较理想的冷却剂，油的冷却能力则比水差得多。
因此大多数生产轧机都用以水为
主要成分的冷却剂。
冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力，这样在已有的轧机能力条件下实
现更大的压下，还可使轧机生产出更薄的产品。
图3-8为采用不同润滑剂的轧制效果比较。
由图可知，当冷轧机工作辊直径为88mm，带钢原始厚度为0.5mm，用水做润滑剂时，轧至厚度为0.18mm左右就难以再轧薄了；
而用棕榈油做工艺润滑剂时，则可用4道次轧至O.05mm的厚度。
此外，工艺润滑对降低轧辊的温升也起到良好的作用；
采用工艺润滑还可起到防止金属
粘辊的作用。
常用的工艺润滑剂有乳化液、各种黏度的矿物油（机油等）和动、植物油（牛油、菜油、棕榈油等）。
（3）冷轧中采用张力轧制。
张力轧制就是带钢在轧辊中轧制变形是在一定前张力和后张
力作用下进行的。
图3-8不同润滑剂的轧制效果比较
l-水；
2-矿物油；
3-棕榈油；
4-合成棕榈油；
5-干辊轧制
张力的作用主要是：
防止带钢在轧制过程中跑偏（即保证正确对中轧制）；
使所轧带钢保持平直（包括在轧制过程中保持板形平、直和轧后板形良好）；
降低金属的变形抗力，有利于轧制更薄的产品，起适当调整冷轧机主电机负荷的作用。
由于张力的变化会引起前滑与轧辊
速度的改变，故其对冷轧过程有一定的自动调节作用。
通过改变卷取机或开卷机的转速、各架轧机主电机的转速以及各架的压下，可以使轧制
压力、张力在较大范围内变化。
生产中张力的选择主要是指选择平均单位张力ζ。
不同的轧机，不同的轧制道次，不平
同的品种规格，甚至不同的原料，要求有不同的ζ平来适应。
当轧钢工人操作技术水平较高
时，可选用ζ平大些；
当带钢硬脆、边部不理想或者操作不熟练时，ζ平可取得小些。
根据
以往的轧制经验，ζ平在（0.1～O.6）ζs的范围内选取。
在冷轧中应用工艺润滑可达到下列几个目的：
（1）减小变形区接触弧表面上的摩擦系数和摩擦力，使轧制压力和能量消耗降低。
应用
润滑剂可增大道次压下量和减少道次数，同时还可提高轧制速度。
（2）有润滑轧制可使轧机轧出更薄的带材。
所谓“可轧制厚度的极限”，取决于轧辊的
弹性压扁。
润滑能减小摩擦系数和轧制压力，从而能轧制更薄的带材。
（3）润滑可防止金属粘（焊）在轧辊上。
（4）工艺润滑剂兼有冷却剂的功能。
润滑剂也能起洗涤剂的作用，它能保证从辊面和金
属表面冲洗掉金属微粒（磨损物）和其他污垢。
（5）冷轧带钢平整中，采用润滑剂可改善金属表面粗糙度。
工艺润滑剂应满足一系列工艺、经济和劳动卫生特点的要求。
一般的基本要求如下：
（1）降低外摩擦力（摩擦系数）；
（2）减少磨损并防止轧辊粘钢；
（3）保证轧材表面光洁；
（4）很高的热容（用做润滑一冷却液）；
（5）成分和性质的稳定性；
（6）便于喷涂到轧辊和金属上；
（7）对金属和设备没有损害（腐蚀等）；
（8）无毒性、没有难闻气味；
（9）最小污染和废水净化简单；
（10）便宜和资源丰富（适合广泛应用）。
菜子油或豆油能满足冷轧工艺润滑的要求；
棕榈油的润滑效果好，但来源短缺，成本昂
贵；
乳化液是实际生产中用得最广的一种冷轧润滑冷却剂。
矿物油中加入其他添加剂，也可
提高矿物油的润滑性能，且来源丰富，成本低廉。
冷轧工艺润滑剂常采用下列几种：
（1）矿物油。
轧制中采用的矿物油有：
变压器油、12号和20号机油（2号和3号锭子油）、11号汽缸油、24号汽缸油（黏油）、28号轧钢机油（亮滑油）等。
在轧制中以纯油方式应用，或者加少量防腐添加剂、洗涤剂、抗氧化剂等。
（2）植物油。
作为工艺润滑油的植物油中用途最广的是：
棕榈油、蓖麻油、棉子油、葵
花子油等。
（3）乳化液。
一种液体以细小的液滴分布在另一种液体中，形成两种液体组成的足够稳
定的液体，称为乳化液。
乳化液广泛应用于各种轧制过程。
它的冷却能力比油大得多，在循环系统中可长期使用，
耗油量较低，而且有良好的抗磨性能。
乳化液所用的基础油有矿物油、植物油和动物脂肪等。
常见的以矿物油和植物油（或合成产品）混合物为基础的乳化液有：
以20号或12号机油加合成脂肪酸和三乙醇胺聚合物形
成的乳化液；
聚合物棉子油和20号机油（配比1：
1）混合物的乳化液。
实际上，常用乳化油一混合物（油和乳化剂组成）制备乳化液。
乳化油由油脂化工厂供应。
在轧钢车间直接用乳化油制备乳化液。
在轧钢生产中采用的水一油乳化液，其质量分数通常在1%～10%范围内。
生产实践表明，在一定轧机上轧制某种产品时，随着带钢的逐渐变薄，压下愈来愈困难，
当带钢厚度薄到某一限度后，不管如何旋紧压下螺丝或加大液压压下的压力，不管反复轧制
多少道，也不可能再使产品轧薄。
这时带钢的极限厚度称为最小可轧厚度。
在轧制中，轧件与轧辊相互作用,轧件在轧辊作用下产生塑性变形。
当然，轧件也伴有
微小的弹性变形，通过轧辊后有一极小的弹性变形量恢复，增加了轧件厚度。
轧机、轧辊等
受轧件的反力产生弹性变形。
如图3-9所示，厚度为H的轧件经过轧辊压下?
h总，但轧辊弹性变形使轧件减少压下?
h1，同时轧件出轧辊后，弹性变形恢复又使轧件压下减少?
h2，
结果，轧件实际压下量为：
由上式可知，当
时，轧件通过轧辊将不产生压下。
这时的轧件的厚度就叫最小可轧厚度。
图3-9轧机弹性变形对轧件尺寸的影响
生产中，一台带钢冷轧机所能轧出的最薄厚度是一定的。
如四辊轧机，工作辊直径为
85～90mm，可轧出最小厚度为O.05～0.10mm的钢带。
工作辊辊径与成品带材厚度的比例关系为：
这是最大的比例，轧制较困难，往往需增加中间退火和轧制道次，对轧辊材质的要求也
更高。
一般工作辊辊径与成品带材厚度的比例关系按下式来选取或确定：
应该指出：
带钢最小可轧厚度不仅仅由轧机工作辊直径这一因素所决定，还取决于金属
材料的性质、张力、润滑情况、轧辊材料等。
带钢最小可轧厚度为：
根据上式分析，要想轧制厚度更薄的带钢，显然应该：
（1）有效地减小金属在轧制过程中的实际变形抗力，减小工作辊直径，采用高效率的工
艺润滑剂，适当采用张力轧制，适当安排软化热处理。
（2）增加轧机的刚性，主要是要有效地减小轧辊的弹性压扁。
例如，二十辊冷轧机采用
直径小达10mm的碳化钨工作辊，其弹性模量E几乎是一般合金锻钢辊的30倍，可轧制厚度小达O．001mm的极薄带钢。
轧制是利用两个旋转着的轧辊将轧件咬入辊缝而进行的。
轧辊咬入轧件是实现轧制所必
须的条件。
在实际生产中，咬入是否顺利对轧钢机的正常操作和产量有直接影响。
压下量大
不易咬入。
如图3-10所示，轧制时轧件与轧辊表面接触的弧线叫咬入弧。
咬入弧所对的圆心角称
为咬入角。
咬人角由压下量确定。
在不同轧制条件下，最大允许咬人角是不同的，其大小与
轧辊表面和轧件的表面状态、轧制温度以及轧辊转速等因素有关，即与轧辊和轧件间摩擦系
数有关。
当轧辊的线速度在1.5～2.5m／s时，在表面粗糙的轧辊上冷轧，最大允许咬人角
为5º
～6º
；
在表面光滑带润滑的轧辊上冷轧，咬人角为3º
～4º
。
图3-10?
h-a-D图表
由图3—10可知，咬入角的计算公式为：
或
式中?
h——压下量（Δh=H-h），mm；
D——轧辊工作直径，mm；
a——咬入角。
当咬入角大于最大允许的咬入角时，轧件不能咬入。
a、?
h和D三者之间的关系可用图表表示出来（见图3—10）。
如果上面三值中二者为已知，则另一值能够迅速地借此图表求得。
例如，已知D=165mm、a=5?
时，由图可求得?
h=0.627mm。
已知D=460mm、Δh=29mm时，由图可求出α=20?
20ˊ。
影响轧制压力的因素很多，基本上可以分为两大类。
第一类是影响金属变形阻力的，其
中有金属材料的化学成分、变形温度与变形程度，金属变形阻力增高，将使压力加大。
第二
类是影响应力状态条件的因素，其中有外摩擦（即摩擦系数）、轧件及轧辊直径、张力等。
下面分别说明上述各因素的影响：
（1）钢种不同，即金属材料化学成分不同，材料本身力学性能不同，因而变形阻力不同。
（2）变形程度的影响也就是加工硬化的影响。
金属塑性变形时，其形状变化能量大部分
用于塑性变形，以热的形式存在；
另外一部分则产生晶格扭转、位错等，内能增高，这部分
保留在金属中的能量叫做残留畸变能，此能量将使金属的变形阻力增加，出现加工硬化现象。
在冷轧时，轧制是在再结晶温度以下进行的，其组织性能不能恢复，产生了强化，则变形阻
力将随变形程度增加而增加。
（3）随着变形温度的升高，变形阻力降低。
随着变形速度的提高，变形阻力将增加。
是，对冷轧来说，变形温度和变形速度对变形阻力的影响不很显著。
（4）摩擦力越大，压力也越大。
粗糙表面轧辊的摩擦系数比光滑表面轧辊高，所以压力
也大。
（5）轧件厚度和轧辊直径的影响。
随着轧件厚度的减薄，轧制压力增加。
在其他条件相
同情况下，轧辊直径越小，轧制压力越低。
这一方面是接触面积减小使轧制力减小，另一方
面是单位压力减小而使轧制压力减小，所以在冷轧薄带时，为了降低轧制压力，一般均采用
小直径轧辊，如轧制极薄带材时，轧辊直径甚至小到2mm。
此时用增加支撑辊的办法来提高其刚性。
（6）张力的影响。
带钢的前后张力都使单位压力降低，且后张力影响更为明显。
由于存
在张力，变形区内金属在轧制方向产生附加拉应力，此拉应力引起轧制时三向压应力状态的
水平方向主应力减小，从而降低了单位压力。
因中性面偏向带钢出口，故后张力影响大于前
张力。
轧制压力是指金属轧制变形时所需的总压力，它是选择和确定轧钢设备的主要数据。
变形抗力是指金属抵抗塑性变形的能力，它的单位是Pa。
变形抗力的大小取决于金属中原子间的结合力。
这与钢种、变形温度、变形程度和变形速度有密切关系。
轧制压力的大小，除了与钢种的变形抗力有关之外，还与变形时的受力方式、轧件形状
尺寸和摩擦条件等有关。
金属所以能轧制，主要是由于金属具有塑性这一特点。
金属塑性是指金属在外力作用下，能确定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
金
属塑性的大小，可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。
它表示压力加工时金属塑性
变形的限度，所以也叫塑性极限，一般通称塑性指标。
金属的塑性，不仅受金属内在的化学成分和组织结构的影响，也和外在的变形条件有密
切关系。
同一金属或合金，由于变形条件（拉伸或压缩等）不同，可能表现有不同的塑性，甚至由塑性物体变为脆性物体，或由脆性物体变为塑性物体。
例如，受单向拉伸的大理石是脆
性物体，但在较强的静水压力下（三向压应力）压缩时，却能产生明显的塑性变形而不破坏。
金属柔软性是反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量。
因此，不能把塑性和
柔软性混淆起来，不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或变形抗力大的金属塑性就差。
例
如，室温下奥氏体不锈钢的塑性很好，可经受很大的变形而不破坏，但其变形抗力却很大；
过热和过烧的金属和合金的塑性很小，甚至完全丧失塑性变形的能力，而其变形抗力也很小；
也有些金属塑性很好，变形抗力又小，如室温下的铅等。
由于各种因素（如摩擦、温度不均匀或轧辊变形等）造成轧件变形不均匀时，在金属内部
就会引起内应力。
金属在轧制过程中产生的这种内应力称为附加应力；
轧制后残存在金属内
部的附加应力称为残余应力。
无论是附加应力还是残余应力，其中各自都包含拉应力和压应力，二者同时存在，且互
相平衡。
其中拉应力更为有害，当其值超过强度极限时，轧件就会产生裂纹。
由于变形和应
力分布不均匀，单位变形力升高，则可能在轧件中较早达到金属的强度极限而发生破坏，因
而使塑性降低。
附加应力会使变形能量消耗增加，单位变形力增高。
此外，应力不均匀分布，将使轧件
内实际的应力分布情况与基本应力有很大不同，使主应力状态发生变化，可能使单位变形力
升高。
若轧件中存在残余应力，会使轧件的力学性能降低，此外还要使轧件形状弯曲或起皱纹，
严重时将产生裂纹或破断而造成废品。
在实际生产中，力求变形和应力均匀分布，以减少附加应力和残余应力。
例如，在冷轧
薄板时，由于轧辊中部产生的弹性弯曲与压扁较大，故应将轧辊磨成凸形。
冷轧时，由于存在加工硬化现象，在计算冷轧薄板平均单位压力时，轧件材料变形阻力
（对冷轧亦可称为屈服极限）需按考虑加工硬化后的来选用。
由于存在加工硬化的影响，各道
次的变形阻力不仅与各道次变形程度有关，而且还与前面各道次的总变形程度有关。
对各道
次来说，沿接触弧上金属变形阻力也是变化的，出口处比入口处要大。
计算时一般把变形区总，按此平均总变形程度来查出变形阻力作为圆弧（或抛物线）变化来计算平均总变形程度ε（即ζ0.2）。
平均总变形程度ε总用下式计算：
例题：
由退火原料开始轧制，带钢原始厚度为1.85mm，轧制0.50mm的产品，轧制道次为两道。
Q215?
F钢种的加工硬化曲线如图3-11所示。
第1道：
ho=1.85mm，h1=1.0mm，Δh=0.85mm，由于为退火状态进行轧制，故入口压下
率ε。
为零，出口压下率为：
总为：
ε总=O.4ε0+0.6ε1=0.4×
0+0.6×
46％=28％由图3-11查出对应于；
ε总=28％的平均总压下率ε
ζ0.2=490MPa。
图3-11Q215?
F钢种的加工硬化曲线
1-纵向；
2-横向
第2道：
入口总压下率为46％，h2=0.5mm，出口总压下率为：
第2道平均总压下率为：
对应于ε
总为62％的ζ0.2=700MPa。
若多道次轧制，计算方法相同。
冷轧时的摩擦系数与采用的润滑剂及轧辊表面状况有关，可按表3—2选择。
轧材品种润滑剂摩擦系数
表3-2在研磨的轧辊上轧制冷轧钢板、
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