轧制工程学

绪论

第1章 轧制过程的基本概念

1.1 简单(理想)轧制过程模型

1.1.1 咬入条件

1.1.2 轧制的变形、运动学、力学条件

1.2 影响轧制过程的因素及三种典型轧制情况

1.2.1 轧制影响因素

1.2.2 三种典型轧制情况

1.3 第一类影响轧制因素

1.3.1 影响金属变形抗力的因素

1.3.2 金属变形抗力的理论和假说(数学模拟)

1.3.3 轧制时变形程度、变形速度、变形温度的确定

1.4 第二类影响轧制因素——外摩擦及外区

1.4.1 外摩擦

1.4.2 外区的作用

第2章 轧制参数计算的理论基础

2.1 塑性加工学的综合体系

2.2 应变与应力的关系

2.3 塑性加工学的基本定律

2.3.1 质量守恒定律

2.3.2 动量守恒定律

2.3.3 能量守恒定律

2.4 塑性加工的物性方程

2.4.1 屈服条件

2.4.2 应变与应力的关系

2.4.3 轧制过程流变学

2.5 连续介质力学的边值问题

2.6 塑性加工问题的求解方法

2.6.1 虚功原理、最大塑性功原理和上下界定理

2.6.2 塑性变分原理

2.6.3 轧制力学问题的求解方法

第3章 工艺和设备强度设计的理论基础

3.1 轧制压力

3.2 轧制压力计算

3.2.1 截面法

3.2.2 其他轧制压力计算方法

3.3 关于提高轧制力计算精度问题

3.3.1 关于计算精度

3.3.2 密切结合生产建立模型

第4章 设备结构设计的理论基础

4.1 二辊轧机辊系受力分析

4.1.1 简单轧制情况下辊系受力分析

4.1.2 作用在轧辊上的力的方向

4.2 四辊轧机辊系受力分析

4.2.1 工作辊驱动情况下的辊系受力分析

4.2.2 轧制稳定性的分析与偏移量的计算

4.2.3 驱动支撑辊情况下的辊系受力分析

4.2.4 工作辊的侧向弯曲与打滑

4.3 多辊轧机辊系受力分析

4.3.1 十二辊轧机的辊系受力分析

4.3.2 偏八辊轧机的辊系受力分析

4.4 辊系受力分析的简化方法

第5章 设备电气设计的理论基础

5.1 传动轧辊所需力矩

5.2 轧制力矩

5.2.1 由轧制力计算轧制力矩

5.2.2 按能量消耗确定轧制力矩

5.2.3 张力、轧辊压扁等因素的影响

5.3 轧制功率

5.3.1 理论计算方法

5.3.2 附加力矩

5.3.3 动力矩

5.3.4 负荷图

5.3.5 由能耗曲线确定功率

5.4 单位能耗曲线

第6章 设备刚度设计及厚控的理论基础

6.1 轧制的弹塑曲线

6.1.1 轧件的塑性曲线

6.1.2 轧机的弹性曲线

6.1.3 轧制的弹塑曲线

6.2 轧机调整图示

6.3 轧制弹塑曲线的建立方法

6.3.1 轧机刚度

6.3.2 刚性系数K的计算

6.3.3 塑性系数M的计算

6.4 厚度自动控制及厚控方程

6.4.1 厚控方程

6.4.2 厚控方案

6.5 最小可轧厚度

6.6 轧制时的振动——轧机弹性变形的另一形式

6.6.1 冷带轧机的振动

6.6.2 轧机振动频率计算方法

6.6.3 振动的实验研究和生产性研究

第7章 轧制动态过程控制的理论基础

7.1 连轧张力

7.1.1 张力公式推导

7.1.2 连轧张力分析

7.2 前滑

7.2.1 前滑及后滑的表示方法

7.2.2 影响前滑的因素

7.2.3 孔型中的前滑

7.3 连轧综合特性及过程模拟

7.3.1 影响系数法

7.3.2 直接计算法

7.4 全连续轧制理论

7.4.1 动态规格变换工艺

7.4.2 动态规格变换的数学模拟

7.5 连轧综合力学模型

7.5.1 力学方程

7.5.2 轧制运动学方程

7.5.3 轧制物理方程

7.5.4 起始条件与边界条件

第8章 孔型设计及宽度控制的理论基础

8.1 轧制时金属的流动

8.1.1 应力、应变沿轧件截面的分布假设

8.1.2 用视塑性法建立轧制的应力、应变场

8.1.3 沿轧件长度方向变形不均匀性

8.1.4 带材轧制时沿轧件宽度的应力分布

8.2 坯料端部变形

8.3 孔型的界定及几何描述

8.3.1 孔型的分类

8.3.2 孔型的组成

8.3.3 孔型的配置

8.4 金属在孔型中的流动和变形计算

8.4.1 孔型轧制的变形特点

8.4.2 宽展的计算

8.4.3 变形系数

第9章 板形控制的理论基础

9.1 板带产品的几何偏差描述

9.1.1 板带断面形状的限定

9.1.2 板带形状的限定

9.1.3 板形与延伸的关系

9.1.4 平直度表示法

9.2 板形影响因素的理论基础知识

9.2.1 轧制力的三元理论

9.2.2 轧件的不均匀变形及其对板形的影响

9.2.3 轧制时的张应力

9.2.4 轧件的残余应力

9.2.5 轧辊的弹性变形

9.2.6 轧辊热凸度的计算

9.3 板形控制的基础理论知识

9.3.1 弯辊技术

9.3.2 轧辊轴移技术

9.3.3 改变轧辊凸度

9.4 板形仿真及对板形问题的分析

9.4.1 产品板形的确定——板形方程

9.4.2 轧制因素对板形的影响

9.4.3 板形控制技术及控制效果

9.4.4 横向刚度的数学及几何描述

9.5 板形综合治理

9.5.1 板形综合治理策略

9.5.2 产品诊断

9.5.3 原料精度

9.5.4 各工序的板形治理

第10章 工艺规程制订的理论基础

10.1 最优化技术的基础知识

10.1.1 统筹法及优选法

10.1.2 线性规划

10.1.3 动态规划

10.1.4 不确定规划

10.2 最佳参数选择

10.2.1 工作辊径的选择

10.2.2 轧制速度选择

10.3 工艺方案最优选择

10.3.1 孔型系统的选择

10.3.2 工艺制度优化

10.3.3 优化技术的应用实例

10.4 工艺规程制订的基本原则

第11章 轧制生产过程仿真的理论基础

11.1 轧制生产系统

11.1.1 现代轧制生产是一个巨系统

11.1.2 轧制生产系统的分析方法

11.2 轧制生产系统的数学特征及仿真

11.2.1 关于非确定性的哲学思考

11.2.2 离散事件仿真方法的基本原理

11.2.3 离散事件仿真方法

11.2.4 离散事件仿真语言

11.3 轧制生产物流学

11.3.1 物流学基础知识

11.3.2 轧制生产的物流学特征

11.4 轧制生产物流系统仿真

11.4.1 方坯连铸－连轧(CC－CR)物流系统仿真

11.4.2 宽带连铸－连轧(CC－CR)物流系统仿真

11.4.3 “上引－盘拉”紫铜小管生产物流系统仿真

第12章 轧制生产运作管理的关键技术

12.1 生产运作管理及管理系统

12.1.1 生产运作管理系统

12.1.2 生产作业计划

12.1.3 冶金企业生产作业计划的编制、实施及控制

12.2 冶金一体化生产－连铸坯热送热装技术

12.3 作业计划编制

12.3.1 冶－铸－轧一体化作业计划编制和控制的困难性

12.3.2 冶－铸－轧一体化作业计划的编制

12.4 冶－铸－轧一体化作业计划的动态变更

12.4.1 一体化生产系统稳定性分析

12.4.2 冶金一体化生产系统在线计划调整策略的制订

12.5 作业计划的评价分析

12.5.1 冶－铸－轧一体化生产系统的仿真模型

12.5.2 冶－铸－轧一体化生产系统的仿真结果

12.5.3 简单的分析

12.6 生产分析

12.6.1 市场需求带来的问题

12.6.2 设备故障和生产操作

12.6.3 生产管理状况

12.6.4 库存状况

12.6.5 综合收得率

12.7 信息发掘及利用

12.7.1 信息利用中的问题

12.7.2 信息利用举例

12.7.3 培训仿真器及虚拟实验室

第13章 产品质量管理及控制的关键技术

13.1 产品质量

13.1.1 质量要求

13.1.2 产品精度与成本的关系

13.1.3 产品几何精度标准

13.2 质量管理

13.2.1 质量管理的发展简述

13.2.2 全面质量管理

13.2.3 实现全面质量管理的方法

13.2.4 质量管理数学工具

13.3 厚板厂质量管理系统

13.3.1 产品质量的协同管理

13.3.2 厚板厂质量管理系统

13.4 产品缺陷及工序的管理和控制

13.5 质量控制

13.5.1 质量控制追求的目标

13.5.2 无目标值的质量控制

13.5.3 无缝钢管壁厚不均分析

13.5.4 无缝钢管壁厚精度的控制

第14章 产品性能预报及控制的理论基础

14.1 冶金学因素及合金设计

14.1.1 合金成分的主要作用

14.1.2 化学成分、微观组织与性能的关系

14.2 热轧的高温热力学过程

14.3 形变热处理及控制轧制

14.3.1 奥氏体向铁素体转变的类型

14.3.2 控制轧制时奥氏体晶粒的三个变化阶段

14.3.3 控制轧制工艺参数设计

14.4 轧制产品性能预报及控制

14.4.1 性能预报模型

14.4.2 金属学模型

14.4.3 热学模型

14.4.4 性能预报系统

参考文献

从事轧制工程的人员都知道，大学期间所学轧制理论仅是从力学角度分析轧制过程，亦即力能、变形、运动学诸参数的计算，而工艺课基本上是经验性地描述。这种情况远不能满足从事现代轧制工程的技术人员的要求。

书中全面、系统地介绍了轧制工程中技术人员应掌握的塑性加工学、工艺编制、技术仿真、原料物流、质量控制等知识。在编写中，打破了传统板、管、型的界限，例如：生产计划的编制以最为复杂的—体化的热轧板带生产为重点介绍，产品精度以无缝管壁厚不均为典型介绍，其他方面难题读者可以举一反三、迎刃而解。

《轧制工程学》是在本科教育的基础上，为继续从事轧制生产和技术工作的人员编写的，可帮助读者解决现代轧制工程的问题。

轧制压力对异步轧制过程中轧制压力的研究具有十分重要的工程意义。异步轧制是指上下轧辊线速度不等的一种轧制方法。由于其轧制方式的特点，轧制变形区内存在搓轧区，具有轧制压力低，轧薄能力强、细化晶粒等优点，特别适合于极薄带材的轧制，近年来得到了广泛的关注。一些学者对异步轧制过程中的轧制压力进行了深入的研究，通过解析法推导出一些轧制压力计算公式，但这些公式都比较复杂且推导过程假设条件较多，存在一定的适用范围，计算精度也有待进一步提高。同时，大部分的研究工作集中在速比小于1.5的情况，此时轧制压力将随着速比的增加而减小已得到认可，但对高速比条件下轧制压力的变化规律认识还不够深入 。

活套轧制是以细化晶粒为主，用以提高钢的强度和韧性的方法。活套轧制后奥氏体再结晶的过程，对获得细小晶粒组织起决定性作用。根据奥氏体发生塑性变形的条件（再结晶过程、非再结晶过程或γ－α转变的两相区变形），活套轧制可分为三种类型。

（一）再结晶型的活套轧制

它是将钢加热到奥氏体化温度，然后进行塑性变形，在每道次的变形过程中或者在两道次之间发生动态或静态再结晶，并完成其再结晶过程。经过反复轧制和再结晶，使奥氏体晶粒细化，这为相变后生成细小的铁素体晶粒提供了先决条件。为了防止再结晶后奥氏体晶粒长大，要严格控制接近于终轧几道的压下量、轧制温度和轧制的间隙时间。终轧道次要在接近相变点的温度下进行。为防止相变前的奥氏体晶粒和相变后的铁素体晶粒长大，特别需要控制轧后冷却速度。这种控制轧制适用于低碳优质钢和普通碳素钢及低合金高强度钢。

（二）未再结晶型活套轧制

它是钢加热到奥氏体化温度后，在奥氏体再结晶温度以下发生塑性变形，奥氏体变形后不发生再结晶（即不发生动态或静态再结晶）。因此，变形的奥氏体晶粒被拉长，晶粒内有大量变形带，相变过程中形核点多，相变后铁素体晶粒细化，对提高钢材的强度和韧性有重要作用。这种控制工艺适用于含有微量合金元素的低碳钢，如含铌、钛、钒的低碳钢。

（三）两相区活套轧制

它是加热到奥氏体化温度后，经过一定变形，然后冷却到奥氏体加铁素体两相区再继续进行塑性变形，并在Ar1温度以上结束轧制。实验表明：在两相区轧制过程中，可以发生铁素体的动态再结晶；当变形量中等时，铁素体只有中等回复而引起再结晶；当变形量较小时（15%-30%），回复程度减小。在两相区的高温区，铁素体易发生再结晶；在两相区的低温区只发生回复。经轧制的奥氏体相转变成细小的铁素体和珠光体。由于碳在两相区的奥氏体中富集，碳以细小的碳化物析出。因此，在两相区中只要温度、压下量选择适当，就可以得到细小的铁素体和珠光体混合物，从而提高钢材的强度和韧性。2100433B

半连续轧制是指在型材轧制中，粗轧和精轧两个工序一个采用连续轧制，另一个采用其他非连续轧制的一种组合轧制法。型材半连续轧制法有两种形式:一种是粗轧为连续轧制，精轧为横列式轧机的穿梭轧制或活套轧制;另一种是粗轧为横列式轧机采用穿梭轧制，精轧为连续轧制。目前，一些小型车间采用的复二重轧机(见复二重精轧机组)的轧制方法亦属于一种特殊的半连续轧制方法，它是在前后两机架间实行连轧，在相邻两组轧机之间用围盘进行活套轧制。精轧过程为连续轧制时，轧制速度不受限制，产量高，但轧机调整复杂，改变产品品种困难，生产不灵活，适于简单断面型材的少品种批量生产;精轧过程为横列式轧机穿梭轧制或活套轧制时，改变轧制品种方便，但轧制速度低，产量也低，适于异形断面型材的轧制和多品种小批量生产;复二重式的半连续轧制亦称双排半连续轧制，其优点是:设备布置紧凑;调整方便;可采用多线轧制，产量较高。缺点是:多线轧制时棍跳不一，产品精度难于控制;轧件经正围盘转向180°，使轧制速度的提高受到限制 。