(整理)多辊轧机冷轧技术概述

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1 多辊轧机冷轧技术概述

冷轧钢带的轧制最初是在二辊、四辊轧机上进行的。随着科学技术和工业的发展，需要更薄的带材，原有的四辊轧机已经不能满足这一要求，因为四辊轧机的轧辊直径比较大，轧制时轧辊本身产生的弹性压扁值往往比所要轧制的带材厚度还要大。

轧辊的弹性压扁，在单位压力相同时，与轧辊直径成正比。当轧辊材质一定时，要减小轧辊的弹性压扁值，就必须缩小辊径；而轧辊辊径的减小，相应又会出现轧辊刚度不够的问题。为了解决这一对矛盾，便出现了既具有小的轧辊直径，同时又具有良好刚度的塔形支撑辊系的新型结构轧机——多辊轧机。

最初出现的多辊轧机是六辊轧机，接着发展为十二辊轧机、二十辊轧机。图1—1为六辊轧机、十二辊轧机、二十辊轧机的辊系配置示意图。为了获得厚度不大于0.001mm的极海带，还出现了工作辊直径为2mm的二十六辊轧机，工作辊直径为1.5mm的三十二辊轧机和三十六辊轧机，其辊系配置示于图1-2。在多辊轧机的发展过程中还出现过一些复合式多辊轧机，其辊系配置示于图1-3。另外，还有诸如MKW(偏八辊)轧机、“Z\)轧机、CR(十二辊)轧机等形式的多辊轧机，其辊系配置示于图1—4。在诸多的多辊轧机类型中，以二十辊轧机发展得最为完善，使用得最多、最广泛。二十辊轧机亦有多种形式。．MKW轧机和“Z\轧机的辊系可以转换成四辊辊系，也可以将四辊轧机改造成MKW轧机和“Z\

图1-1 六辊、十二辊、二十辊轧机辊系配置图 a-六辊轧机；b-十二辊轧机；c-二十辊轧机

图1-2 二十六辊、三十二辊、三十六辊轧机辊系配置图 a-二十六辊轧机；b-三十二辊轧机；c-三十六辊轧机

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图1-3复合式多辊轧机辊系配置图 a- 八辊轧机；b-十二辊轧机；c-九辊轧机

b-

图1-4 偏八辊、“Z”、CR轧机辊系配置图

a-MKW轧机(偏八辊轧机)；b-双偏八辊轧机(十六辊轧机)；

c-“Z\(十八辊轧机)；d-CR轧机(十二辊轧机)

图1-5 三十辊轧机辊系配置图

20世纪80年代初我国自行研制成功了三十辊轧机。图1—5为该轧机的辊系配置图。轧机工作辊直径2mm，背衬轴承直径26mm，轧制金属及合金，轧制成品最大宽度45mm，最小厚度O.001mm。现已轧出O.O008mm×40mm极薄钛带。 -------------

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1．1多辊轧机的用途

多辊轧机的用途主要有以下三个方面：

(1)轧制高强度的金属和合金薄带材。用四辊轧机冷轧高强度薄带材，不但不经济，而且在许多情况下在技术上还不可能达到。

比如，铬镍不锈钢1Crl8Ni9Ti，在变形程度为80％时的拉伸强度达1840MPa，而碳的质量分数w(c)为0．08％的优质结构钢08F，在80％变形率时的强度极限仅为696MPa。可见，在其他条件相同的情况下，轧制合金钢的变形功要比轧制碳素钢时大得多。为了减小变形抗力，可以采用中间退火(或淬火)、减小工作辊直径或减小道次压下量等办法实现。显然，采用中间退火(或淬火)及减小道次压下量的方法是不经济的，并且不可能轧到很薄的成品厚度，而采用减小工作辊直径的办法，即采用多辊轧机则是合适的。 (2)轧制极薄带材。轧机的最小可轧制厚度受工作辊直径的限制，往往轧辊的弹性压扁值可以同带材的厚度相比拟，当工作辊本身的弹性压扁值大于轧件厚度时，就妨碍其继续压下。

轧辊的弹性压扁，在单位压力相同时，与轧辊直径成正比。当轧辊材质一定时，要减小轧辊的弹性压扁值，就必须减小辊径。为了经济而可行地轧制薄带和极薄带材，必须采用直径尽可能小的工作辊。

在四辊轧机上采用小直径工作辊不能保证它们在轧制方向上的稳定性和补偿用小辊径而降低的侧向刚度。塔形辊系的多辊轧机很好地解决了使用小直径工作辊的技术问题。

(3)轧制高精度带材。现代四辊轧机(包括VC,HC,UC,HCW,CVC,UPC,PC等轧辊为简支梁结构的轧机)，在控制带材的厚度精度和平直度方面采取了各种有效措施，并取得了很大成绩。20世纪60年代至70年代中期，由于液压压下厚度自动控制(HAGC)技术的采用，带材纵向厚度精度得到了明显的提高。但是，由于现代四辊轧机的支撑辊辊子数量少，支撑辊支点间的距离大，因此产生挠度大。为了进一步增大轧辊的刚度，四辊轧机支撑辊的长度L与直径D之比值已经接近于1，甚至小于1 。因此，带材横向厚度(或称横截面)和平直度(或称板形)的控制很困难，并且不是随意的(见图1-6)。多辊轧机，特别是二十辊轧机，支撑辊数量多，轧制负荷通过辊系的许多支点传给机架(部分钳式轧机除外)，因此，轧机辊系的刚度较大；支撑辊的长度与心轴直径比L／D轴达5.2～30，钢带横向厚度可以用多点调节支撑辊心轴的曲线来控制，调节非常方便、可靠，从而轧制出横向精度非常高的带材。

图1-6二十辊轧机与四辊轧机结构特点比较图

a- ZR-33WF-18″二十辊轧机；b-φ250mm/φ600mm×550mm四辊轧机

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1.2多辊轧机的特点

与一般冷轧机相比，多辊轧机具有许多优点，其中主要有：

(1)工作辊径小。多辊轧机的最大特点之一就是采用小直径的工作辊。轧机的辊子数越多，工作辊直径可以越小，轧制带材厚度就越薄。例如：十二辊轧机(ZRl5型)的最小工作辊辊径为12mm，可轧成品厚度O.01mm；二十辊轧机(WV20S一55型)的最小辊径为5.5mm，可轧成品厚度O.0015mm；二十六辊、三十二辊及三十六辊轧机的工作辊直径分别为2mm、1.5mm及1.5mm，能够轧制O.001mm厚的带材。 辊径与带材厚度的关系可以用下式表示：

式中D—— 工作辊直径，mm； E—— 轧辊弹性模量，Pa； hmin——带材最小可轧厚度，mm； μ——轧辊与带材间的摩擦系数； K——1.15σs，Pa；

σs——材料的屈服强度，Pa；

σ——由带材张力产生的应力，Pa，并有：σ=(σo+σ1)/2 σo——后张力，Pa； σ1——前张力，Pa。 由上式可以看出，轧制带材的最小可轧厚度与轧辊直径成正比。因此，可以用小直径的、多辊轧机生产用四辊轧机无法轧出的极薄带材。 工作辊径小，轧制压力也小。

轧制时，被轧带材对轧辊的总轧制力P可用下式计算：

P-Fp (1-2)

式中P——平均单位压力，Pa； ．

2

F——接触面积，mm。

对于简单的轧制情况，当工作辊直径相同时，轧件对轧辊的接触面积可用下式计算：

式中，B——带材宽度，mm； R——轧辊半径，mm； Δh——绝对压下量，mm。 从式1-3可以看出，接触面积与轧辊半径的平方根成正比。当带材宽度、压下量相同时，辊径越小接触面积也越小。

从式1-2、式1-3可以得出：轧辊直径的减小导致变形区接触面积减小，从而使轧制力减小。在轧制条件相同的情况下，二十辊轧机的轧制压力约为四辊轧机的1／3～1／4。表1-1列出了在φ215mm／φ560mm×450mm四辊冷轧机及ZR-33WF-18″二十辊森吉米尔冷轧机上，将3.0mm×350mm的08F钢卷轧到O.354mm厚的成品，在相同轧制条件下的轧制压力和能耗比较(详见附表1、附表2)。

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