鋼板在變形區(qū)內(nèi)的流動規(guī)律及平面形狀控制

中厚板軋

制變形理論及鋼板平面形狀控制

1.沿軋件斷面高向上變形的分布

中厚板軋制變形理論

中厚板軋制變形是一種不均勻變形。不均勻變形理論認為，沿軋件斷面高度方向上的變形、應力和金

屬流動分布都是不均勻的，如圖1所示。其主要內(nèi)容為：

(1)沿軋件斷面高度方向上的變形、應力和流動速度分布都是不均勻；

(2)在幾何變形區(qū)內(nèi)，在軋件與軋輯接觸表面上，不但有相對滑動，而且還有粘著。所謂粘著系指軋

件與軋根間無相對滑動；(前滑現(xiàn)象是軋件出口速度大于軋輻在該處的線速度)

(3)變形不但發(fā)生在幾何變形區(qū)內(nèi)，而且也產(chǎn)生在幾何變形區(qū)以外，其變形分布都是不均勻的。這樣

就把軋制變形區(qū)分成變形過渡區(qū)、前滑區(qū)、后滑區(qū)和粘著區(qū)，見圖1;

(4)在粘著區(qū)內(nèi)有一個臨界面，在這個面上金屬的流動速度分布均勻，并且等于該處軋輯的水平速度。

1?按不均勻變形理論金屬流動速度和應力分布1//〃>0.5-1.0時，)

金屬流動速度分布：1-表面層金屬流動速度：2-中心層金屬流動速度；3-平均流動速度；4-后外端金屬流動速度：5-后

變形過渡區(qū)金屈流動速度：6.后滑區(qū)金屬流動速度；7.臨界面金屬流動速度；8.前滑區(qū)金屬流動速度；9.前變形過渡區(qū)金屬

流動速度；10-前外端金屬流動速度。

應力分布：+拉應力，一壓應力：1-后外端；2-入短處；3-臨界面:f出短處：5-前外端。

圖2沿軋件斷面高度上變形分布圖3-軋制變形區(qū)(〃萬>0.8)

1?表面層：2.中心層：3-均勻變形1一易變形區(qū)；II一難變形區(qū)(粘著區(qū))；111一自山變形區(qū)

A-A一一入輯平面：B-B一一出輯平面

A.由圖2可看出，在接觸弧開始處靠近接觸表面單元體的變形，比軋件中心層單元本變形要大。這

不僅說明沿軋件斷面高度方向上的變形分布不均勻，而且還說明表面層的金屬流動速度比中心層的要快。

B.圖2中曲線1與曲線2的交點是臨界面的位置，在這個面上金屬變形和流動速度是均勻的。在臨

界面的右邊，即出車昆方向，出現(xiàn)了相反現(xiàn)象。軋件中心層單元體的變形比表面層的要大，中心層金局流動

速度比表面層的要快。

C.在接觸弧的中間部分，由線上有一段很長的平行于橫坐標軸的線段，這說明在軋件與軋輯相接觸

的表面上確實存在著粘著區(qū)。

D.從圖中還可以看出，在入輯前和出輯后軋件表面層和中心層都發(fā)生變形，這充分說明了在外端和

幾何變形區(qū)之間有變形過渡區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)變形和流動速度也是不均勻的。

1.2沿軋件斷面高度方向上的變形不均勻分布與變形區(qū)形狀系數(shù)的關(guān)系

1.當變形區(qū)形狀系數(shù)〃方時，即軋件斷面高度相關(guān)于接觸弧長度不太大時.壓縮變形完全深

入到軋件內(nèi)部，形成中心層變形比表面層變形要大；

粗軋階段，包括精軋前幾道次，大壓下量深入到軋件內(nèi)部，可以改善晶粒尺寸。

2.當變形區(qū)形狀系數(shù)〈時，隨著變形區(qū)形狀系數(shù)的減小，外端對變形過程影響變得更為特別，壓

縮變形不能深入到軋件內(nèi)部，只限于表面層四周的區(qū)域；此時表面層的變形比中心層要大，金屬流動速度

和拉力分布都不均勻，如圖2所示。

在精軋階段最后幾道次，因為壓下量小，溫度低，變衫深入不到內(nèi)部。

圖4」/萬

(a)金屬流動速度分布：1、6外端；2、5-變形過渡區(qū)；3-后滑區(qū)；4-前滑區(qū)

(b：應力分布：A-A入輯平面；B-B出程平面

.沿軋件寬度方向上的流動規(guī)律

依據(jù)最小阻力定律，由于變形區(qū)受縱向和橫向的摩擦阻力,、％的作用(見圖3),大致可把軋制變形

區(qū)分成四個部分：即ADR及CGE和ADGC及RDGE四個部分，ADR及CGF.區(qū)域內(nèi)的金屬沿橫向流動

增加寬展，面ADGC及BDGE區(qū)域內(nèi)的金屬沿縱向流動增加延伸。

a.外端對變形區(qū)金屬流動分布也產(chǎn)生一定可影響作用，前后外端對變形區(qū)產(chǎn)生張應力。

b.另一方面由于變形區(qū)的長度/小于寬度5,故延伸大于寬展，在縱向延伸區(qū)中心部分的金屬只有延

伸而無寬展，因而使其延伸大于兩側(cè)，結(jié)果在兩側(cè)引起張應力。這兩種張應力引起的應力以表示，它

與延伸阻力內(nèi)方向相反，削弱了延伸阻力，引起形成寬展的區(qū)域ADB及CGE收縮為adb和cge。事實證

實，張應力的存在引起寬展下降，甚至在寬度方向上發(fā)生收縮產(chǎn)生所謂“負寬展〃(連軋中均存在)。在

軋件頭部張應力較小，使得寬展較大。

c.沿軋件高度方向金屬橫向變形的分布也是不均日的，?般狀況下接觸表面由于摩擦力的阻礙，使表

面的寬度小于中心層，因而軋件側(cè)面呈單鼓形。當//萬小于0.5時，軋件變形不能滲透到整個斷面高度，

因而軋件側(cè)表面呈雙鼓形，在粗札機上可以觀察到這種現(xiàn)象。

所以濟鋼，因為粗軋的壓下量小，變形深入不到內(nèi)部，使得軋件側(cè)面呈雙鼓形。

圖5軋件在變形區(qū)的橫向流動

2.軋制過程的橫變形一一寬展

定義：沿橫向移動的體積所引起的軋件寬度的變化稱為寬展。在習慣上，通常將軋件寬度方向線尺寸

的變化，即絕對寬展直接稱為寬展。

2.1寬展分類

在不同軋制條件下，坯料在扎制過程中的寬展形式不同。依據(jù)金屬沿橫向流動的自由程度，寬展可分

為：自由寬展、限制寬展和強迫寬展。

(I)自由寬展

材料在軋制過程中，被壓下的體積往橫向流動時，具有沿垂直于軋制方向朝兩側(cè)自由流動的可能性，此

時不受其金屬流動除受接觸摩擦的影響外，不受其他任何的阻礙和限制，如孔型側(cè)壁、立根，結(jié)果顯然地

表現(xiàn)出軋件寬度上線尺寸的增加,這種狀況為自由寬展。如平軸上軋制矩形斷面軋件，以及寬度有很大寬

裕的扁平孔型內(nèi)軋制。板帶軋制，展寬表現(xiàn)為自由寬展，中厚板軋制亦是。在開軋階段，有30?40%體積

用于寬展，到較薄時，寬展很少。

(2)限制寬展

金屬橫向流動，除了受接觸摩擦的影響外，還承受孔型側(cè)壁的限制作用。

⑶強迫寬展

金屬橫向流動不僅不受任何阻礙，且有激烈的推動作用，使軋件寬度產(chǎn)生附加的增長，此時產(chǎn)生的寬

展為強迫寬展。如凸型孔型中軋制。

2.2寬展沿軋件橫斷面高度上的分布

由于軋輯與軋件的接觸表面上存在著摩擦，以及變形區(qū)幾何形狀和尺寸的不同，因此沿接觸表面上金

屬質(zhì)點的流動軌跡與接觸面四周的區(qū)域和遠離的區(qū)域是不同的。它一般由以下幾個部分組成：滑動寬展

△為、翻平寬展△線和鼓形寬展△之,如圖3所示。

(1)滑動寬展：變形金屬在與軋輻的接觸面產(chǎn)生相對滑動所增加的寬展量，以△片寬展后乳件由此軋件

達到的寬度為：

(2)翻平寬展是由于接觸摩擦阻力的作用，使軋件側(cè)面的金屬，在變形過程中翻轉(zhuǎn)到接觸表面上。使

軋件的寬度增加，增加的量以△感表示，加上這部分展寬的量之后軋件的寬度為；

(3)鼓形寬展是軋件側(cè)面變成鼓形而造成的展寬量，用△也表示，此時軋件的最大寬度為：

顯然，軋件的總展寬量為：=△用+△%+△%

通常理論上所說的寬展及計算的寬展是指將軋制后軋件的橫斷面化為同厚度的矩形之后，其寬度與軋

制前軋坯寬度之差，即AB-B廠

因比，軋后寬度是一個為便于工程計算而采納的理想值。

滑動寬展△鳥、翻平寬展八星和鼓形寬展△星的數(shù)值，依賴于摩擦系數(shù)和變形區(qū)的幾何參數(shù)的變化.

它們有一定的變化規(guī)律，但至今定量的規(guī)律尚未掌握。只能依賴實驗和初步的理論分析了解它們之間的一

些定性關(guān)系。

例如摩擦系數(shù)越大，不均勻變形就越嚴重，此時翻平寬展和鼓形寬展的值就越大，滑動寬展越小。

各種寬展與變形區(qū)幾何參數(shù)之間有如圖7所示的關(guān)系，由圖中的曲線可見，

當//人越小時，則滑動寬展越小，而翻平和鼓形寬展占主導地位。這是因為//力越小，粘著區(qū)越大，

故寬展主要是由翻平和鼓形寬展組成。而不是由滑動寬展組成。

圖6.寬展沿軋件橫斷面高度的分布圖7.各種寬展與的關(guān)系

2.3寬展沿軋件寬度上的分布

關(guān)于寬展沿軋件寬度分布的理論，基本上有兩種假說：

第一種假說認為寬展沿軋件寬度均勻分布。這種假說主要以均勻變形和外區(qū)作用作為理論的基礎(chǔ)。因

為變形區(qū)與前后外區(qū)彼此是同一塊金屬，足緊密聯(lián)結(jié)在一起的。因此對變形起著均勻的作用，使沿長度方

向上各部分金屬延伸相同，寬展沿寬度分布自然是均勻的，它可用圖8來說明。

第二種假說，認為變形區(qū)分為四個區(qū)域，即在兩邊的區(qū)域為寬展區(qū)，中間分為前后兩個延伸區(qū)，它可

水平投影形狀〃力也增大，因而使縱向塑性流動阻力增加，縱向壓縮主應力值加大。依據(jù)最小阻力定律，

金屬沿橫向運動的趨勢增大，因而使寬展加大。另一方面，M/”增加，高向壓下來的金屬體積也增加，

所以使M也增加。

應當指出，寬展量隨壓下量的增加而增加的狀況由于△/?/"的變幻方法不同，使酸的變化也有所不

同，如圖10(a)所示，當口=常數(shù)或11=常數(shù)時，壓下率M/H增加，M的增加速度快，而兇=常數(shù)時,

M增加的速度次之。這是因為，當H或1!=常數(shù)時，欲增加M/”，需增加A/?,這樣就使變形區(qū)長度/

增加，因而縱向阻力增加，延伸減小，寬展M增加。同時M漕加，將使金屬壓下體積增加，也促使9

增加，二者綜合作用的結(jié)果，將使M增加得較快。

圖10.寬展與壓下量的關(guān)系

a.當M、H、h為常數(shù)，低碳鋼軋制溫度為900和速度為/s時，與M/H的關(guān)系

b.當H、h為常數(shù)，低碳鋼軋制溫度為900和速度為/s時，△〃與△〃/H的關(guān)系

圖II所示為相對壓下率M/H與寬展指數(shù)M/A/7之間關(guān)系的實驗曲線，對上述道理可以完滿地加

以解稱。當A/2/”增加時，助增加，故幼/△/?會直線增加；當h或H等于常數(shù)時，增加M/"是靠增

加M來實現(xiàn)的，所以增加得緩慢，而且到一定數(shù)值以后即AA增加超過了助的增大時，會出現(xiàn)

&7/A/7下降的現(xiàn)象。

業(yè)、H、h為常數(shù)時寬展指數(shù)與壓下率的關(guān)系

(2)軋制道次的影響

實驗證實，在總壓下量一定的前提下，軋制道次愈多，寬展愈小，如表3—1所示的數(shù)據(jù)可完全說明

上述結(jié)論，因為在其他條件及總壓下量相同時，一道軋制時變形區(qū)形狀//〃比值較大，所以寬展較大；而

當多道次軋制時，變形區(qū)形狀//b值較小，所以寬展也較小。

因此，不能只是從原料和成品的厚度來決定寬展，而總是應該按各個道次來分別計算。

(3)軋輯直徑對寬展的影響

由實驗得知，其他條件不變時，寬展助隨軋輻直徑D的增加而增加。這是因為當D增加時變形區(qū)長

度加大，使縱向的阻力增加，依據(jù)最小阻力定律，金屬更容易向?qū)挾确较蛄鲃?，如圖3-15所示。

研究輯徑對寬展的影響時，應當注意到軋輯為圓柱體這一特點，沿軋制方向出于是圓弧形的，必定產(chǎn)

生有利于延伸變形的水平分力，它使縱向摩擦阻力減小，有利于縱向變形，即增大延伸。所以，即使變形

區(qū)長度與軋件寬度相等，延伸與寬展的量也不相等，而受工具形狀的影響，延伸總是大于寬展。

(4)摩擦系數(shù)的影響

實驗證實，當其他條件相同時，隨著摩擦系數(shù)的增加，寬展也增加，如圖3-16所示，因為隨著摩擦系

數(shù)的增加，軋根的工具形狀系數(shù)漕加，因之使b/bZ比值增加，相應地使延伸減小，寬展增大。摩棕系

數(shù)是軋制條件的復雜函數(shù)，可寫成下面的函數(shù)關(guān)系：

式中：分別為軋制溫度；軋制速度；軋輻材質(zhì)及表面狀態(tài)、軋件的化學成分。

凡是影響摩擦系數(shù)的因素，都將通過摩擦系數(shù)引起寬展的變化。這主要有：

(a)軋制溫度對寬展的影響軋制溫度對寬展影響的實驗曲線如圖3-17所示。分析此圖上的曲線特征

可知，軋制溫度對寬展的影響與其對摩擦系數(shù)的影響規(guī)律基本上相同。在此熱軋條件下，軋制溫度主要是

通過氧化鐵皮的性質(zhì)影響摩擦系數(shù)，從而間接地影響寬展。在較低階段由于溫度升高，氧化皮的生成，使

摩擦系數(shù)升高(精軋階段須除鱗)，從而寬展亦增。而到高溫階段由于氧化鐵皮開始熔化起潤滑作用，使

摩擦系數(shù)降低，從而寬展降低。

(b)軋制速度的影響軋制速度對寬展的影響規(guī)律基本上與其對摩擦系數(shù)的影響規(guī)律相同，因為軋制

速度是影響摩擦系數(shù)的，從而影響寬展的變化，隨軋制速度的升高，摩擦系數(shù)是降低的，從而寬展減小，

見組3-18所示。

(c)軋*昆表面狀態(tài)的影響軋輯表面愈粗糙，摩擦系數(shù)愈大，將導致寬展愈大，施行也完全證實了這

一點，譬如在磨損后的軋輻上軋制時產(chǎn)生的寬展較在新輻上軋制時的寬展為大。軋輻表面潤滑使接觸面上

的孽擦系數(shù)降低，相應地使寬展減小。

(d)軋件的化學成分的影響軋件的化學成分主要是通過外摩擦系數(shù)的變化來影響寬展的。熱軋金屬

及合金的摩擦系數(shù)所以不同，主要是由于其氧化皮的結(jié)構(gòu)及物理機械性質(zhì)不同，從而影響摩擦系數(shù)的變化

和寬展的變化。但是，目前對各種金屆及合金的摩擦系數(shù)研究較少，尚不能滿足實際需要。一般是，合金

鋼表面的摩擦系數(shù)比普碳鋼表面的摩擦系數(shù)大點。

(5)軋件寬度對寬展的影響

如前所述.可將接觸表面金屬流動分成四個區(qū)域：即前滑、后滑區(qū)和左、右寬展區(qū)，用它可以說明軋

件寬度對寬展的影響。假如變形區(qū)長度/一定，當軋件寬度B逐漸增加時，由4＞用到/2=B2如圖3-19

所示，寬展區(qū)是逐漸增加的，因而寬展也逐漸增加，當由=B?到4＜層時，寬展區(qū)變化不大，而延伸

慢慢增加。因此，關(guān)于絕對量上來講，寬展的變化也是先增加，后來區(qū)域不變。這已是試驗證實的。

從相對量來說，則隨著寬展區(qū)七和前滑、后滑區(qū)的比值與/巴不斷減小，而AB/B逐漸減小。同樣

假設B堅持不變，而/增加時，則前滑、后滑區(qū)先增加，而后接近不變；而寬展區(qū)的絕對量和相對量均不

斷增加。

一般說來，當//8增加時，寬展增加，亦即寬展與變形區(qū)長度/成正比，而與其寬度B成反比，此比

值越大，寬展亦越大。的變化，實際上反映了縱向阻力及橫向阻力的變化，軋件寬度B增加，助減

小，當B值很大時，9趨近于零，即b/B=L現(xiàn)平面變形狀態(tài)。

2.5寬展計算公式

式中：變幾何因素一一形區(qū)高度、長度、軋輯直徑、變形區(qū)橫斷面積、壓下量和壓下率；物理因素一

一摩擦系數(shù)、溫度、金屬化學成分、變形抗力、軋輯線速度和變形速度。

簡化后公式很多，其下面的公式合適于中厚板的寬展計算：

式中：寬展率、軋前軋后厚度、軋前軋件寬度、軋輻直徑。

3.軋制過程的縱變形一一延伸

3.1軋制過程中的前滑與后滑

在軋制過程中軋件在高度方向受到壓縮的金屬，一部分縱向流動，使軋件形成延伸，而另一部分金屆

橫句流動，使軋件形成寬展。軋件的延伸是由于被壓下金屬向軋混入口和出口兩個方向流動的結(jié)果。在軋

制過程中，軋件出口速度以大丁軋輯在該處的線速度v的現(xiàn)象稱為前滑現(xiàn)象。而軋件進入軋輻的速度也

小于軋轉(zhuǎn)在該處線速度v的水平分量NCOS。。的現(xiàn)象稱為后滑現(xiàn)象。在軋制理論中，通常將軋件出口速

度以與對應點的軋輻圓周速度的線速度之差與軋輯圓周速度的線速度之比值稱為前滑值，即

軋件尺寸為冷尺寸，故必需用下面公式換算成熱尺寸(Lh)

分別表示：軋件冷卻后測得的尺寸、軋件軋制時的溫度和測量時的溫度、膨脹系數(shù)。

碳素鋼膨脹系數(shù)表

用刻痕法測量前滑

同樣，后滑值是指軋件入口斷面軋件的速度與軋輯在該點處圓周速度的水平分量之差同

軋輯圓周速度水平分量之比值來表示，即

3.2中性角

中性角/是決定變形區(qū)內(nèi)金屬相對軋輻運動速度的參量。由圖2可知，依據(jù)在變形區(qū)內(nèi)軋件對軋車昆的

相對運動規(guī)律，中性面nn，所對應的角/為中性角。在此面上軋件運動速度同軋輯線速度的水平分速度相

等，而由此中性面mf將變形區(qū)劃分為兩個部分，前滑區(qū)和后滑區(qū)。在中性面和入口斷面間的后滑區(qū)內(nèi)，

在任一斷面上金屬沿斷面高度的平均運動速性小于軋輯圓周速度的水平分量，金屬力圖相對乳輻.表面向后

滑動；在中性面和出口斷面間的前滑區(qū)內(nèi)，在任?斷面上金屬沿斷面高度的平均運動速度大于軋程圓周速

度的水平分量，金屬力圖相對軋餛表面向前滑動。由于在前滑、后滑區(qū)內(nèi)金屬力圖相對軋輯表面產(chǎn)生滑動

的方向不同，摩擦力的方向不同.在前滑、后滑區(qū)內(nèi)，作用在軋件表面上的摩接力的方向都指向中性面。

中性角公式：/=y(l-^)

圖3.軋制過程速度圖

3.3前滑的計算公式

欲確定軋制過程中前滑值的大小，必需找出軋制過程中軋制參數(shù)與前滑的關(guān)系式。此式的推導是以變

形區(qū)各橫斷面秒流量體積不變的條件為出發(fā)點的。變形區(qū)內(nèi)各橫斷面秒流量相等的條件，即Fxvx=常數(shù),

這里的水平速度認是沿軋件斷面高度上的平均值。按秒流量不變條件，變形區(qū)出口斷面金屬的秒流量應等

于中性面處金屬的秒流量，由此得出：vhh=vyh7

由圖可知幾何關(guān)系：3=vcos/;/?z=〃+0(1-cosy)由上式得：

由前滑的定義得到：

由上式可知，影響前滑值的主要工藝參數(shù)為軋輻直徑、軋件厚度、中性角。

當中性角很小時，njER1-COSX=2sin2//2=y2/2,cos/=1,故上式可以徇化為:

Sh=tR-l），又2>1，

3.4影響前滑的因素

很多實驗研究和生產(chǎn)施行說明，影響前滑的因素很多。但總的來說主要有以下幾個因素：壓下率、軋

件厚度、摩擦系數(shù)、軋餛直徑，前、后張力，孔型形狀等等，凡是影響這些因素的參數(shù)都將影響前沿值的

變化。下面分別論之。

I.壓下率對前滑的影響

前滑隨壓下率的增加而增加，其原因是由于高向壓縮變形增加，縱向和橫向變形都增加，因而前滑值

增加。

2.軋件厚度對前滑的影響

軋后軋件厚度減小,前滑增加.當軋根半徑和中性角不變時，軋件厚度越減小，則前滑值愈增加.

3.軋件寬度對前滑的影響

軋件寬度小于40mm時，隨寬度增加前滑亦增加；但軋件寬度大于40mm時，寬度再增加時，其前滑

值則為一定值。這是因為軋件寬度小時，增加寬度其相應地橫向阻力增加，所以寬展減小，相應地延伸增

加，所以前滑也因之增加。當大于一定值時，達到平面變形條件，軋件寬度對寬展不起作用，故軋件寬度

再增加.寬展為一定值，延伸也為定值，所以前滑值也不變。

4.軋輯半徑

從E.芬克的前滑公式可以看出，前滑值是隨輻徑增加而增加的，這因為在其他條件相同的條件下.當

根徑增加時，咬人角就要降低，聲摩擦角堅持常數(shù)，所以穩(wěn)定軋制階段的剩余摩擦力相應地就增加，由此

將導致金屬塑性流動速度的增加，也就是前滑的增加。

5.摩擦系數(shù)對前滑的影響

實驗證實，在壓下量及其他工藝參數(shù)相同的條件下，摩擦系數(shù)越大，其前滑值越大。這是由于摩擦系數(shù)增

大引起剩余摩擦力增加，從而前滑增大。利用前滑公式同樣可以證實摩擦系數(shù)對前滑的影響，由該公式看

出摩擦系數(shù)增加將導致中性角增加，因此前滑也增加。

6.張力對前滑的影響

前張力增加時，則使金屬向前流動的阻力減少，從而增加前滑區(qū)，使前沿增加。反之，后張力增加時,

則后滑區(qū)增加。

4.平面形狀控制

5.1概述

中厚板用途廣泛，因此產(chǎn)品尺寸規(guī)格也多種多樣。為了獲得不同尺寸規(guī)格的產(chǎn)品，板坯不僅要在長度

方句上軋制，也需要在寬度方向上軋制。由于板坯在長度和寬度方向的端部都要產(chǎn)生不均勻變形，使軋后

的鋼板平面形狀一股不為矩形，從而造成鋼板的切頭、切尾和切邊量增加，嚴重影響中厚板成材率。

早在1976年，日本就開始了中厚板平面形狀控制技術(shù)的研究，在平面形狀控制的基本原理、工藝技

術(shù)及平面形狀檢測等領(lǐng)域進行了許多工作。

隨著液壓控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)在中厚板軋機上的成功應用，使中厚板的成材率得到J'顯著的提

升，據(jù)報道，日本多家中厚板生產(chǎn)廠的成材率在80年代初期，就已經(jīng)普遍達到90與以上，切頭尾及切邊損

失控制在4%以下.

a.日本名古屋中厚板廠采納立輻軋邊法，除了對鋼板的平面形狀實施控制外，還能對鋼板的寬度進行

控制，生產(chǎn)出齊邊的鋼板，使中厚板的成材率達到96.8%的高指標。

b.日本川崎水島廠開發(fā)了MA3軋制法，在中厚板軋制初始的成形道次和展寬道次軋制時，沿軋制方向

將軋件兩端軋成楔形，使軋件的四角在隨后的軋制過程中被充滿，整個軋件呈近似矩形，從而減少了切頭

尾及切邊的損失。

先進的平面形狀控制方法的共同特點是，需要四輯軋機和近接配置的立根軋機的互相配合。在成形及

展寬階段，通過平輯或立輯的連續(xù)壓下，適當改變軋件的形狀，控制金屬的橫向流動和縱向流動，使軋件

在延伸軋制階段獲得最正確的矩形“充滿度”。同時，立輻軋機依據(jù)測寬儀的測量，對軋件進行AWC控制,

提升了寬度控制精度，使以此為基礎(chǔ)的平面形狀控制技術(shù)更加完善。

國內(nèi)外的許多中厚板工廠在控制鋼板平面形狀即鋼板的矩形化方面開展了大量卓有成效的工作?？偨Y(jié)

出符合各自工藝及裝備特點的控利方法，都不同程度地達到了減少切損的目的，國外主要中厚板廠采納的

平面形狀控制技術(shù)見表3-U

表3—1國外主要中厚板廠采納的平面形狀控制技術(shù)

廠家住友鹿島川崎水島NKK京浜NSC君津浦項2#迪林根

平面形狀控制技術(shù)立短軋邊法MAS法類似MAS類似MAS立根無

5.2平面形狀形成過程

重要性：研究軋制過程中的平面形狀變形規(guī)律，使平面形狀矩形化，減少切頭尾與切邊損失，提升成

材率

在中厚板生產(chǎn)中，影響成材率的因素有切頭尾、切邊、氧化鐵皮、軋廢、質(zhì)量缺陷等，其中平面形狀

不良（切頭尾與切邊）造成的損失占了很大的比例。中厚板軋制過程的特別性造成其軋后的平面形狀多不

呈矩形，在交貨以前必需進行切頭尾和切邊處理。

中厚板軋制過程中，軋制完成后的鋼板平面形狀，是成形軋制、展寬軋制及延伸軋制各個過程中平面

形狀變化量疊加的結(jié)果。

成形和展寬軋制階段頭尾端產(chǎn)生的不均勻變形合成起來，導致軋后鋼板的平面形狀不是真正的矩形。

成形和展寬軋制過程中發(fā)生的平面形狀變化如圖3-5所示。圖中C1和C3部分那樣的凹形是由于頭

尾端局部展寬造成的，而C2和C4部分那樣的凸形是因為在寬度方向上，兩邊部分比中間部分展寬大，因

而在長度方向上發(fā)生延伸差，再加上C1和C3部分局部展寬的影響而產(chǎn)生的。所以軋制結(jié)束時的平面形狀

是由板坯尺寸、成品尺寸及影響展寬的諸多因素決定的。

就影響平面形狀的因素而言，除了橫向軋制比（軋制寬/板坯寬，即展寬比）和長度方向軋制比（軋

制長/板坯長）之外，還有壓下率、變形區(qū)接觸弧長等因素。一般來說，在展寬比大和長度方向軋制比小

的狀況下，軋件頭尾端部顯凸形，而邊部顯凹形，變形結(jié)果如圖3—6（a）所示，在展寬比小和長度方向

軋制比大的狀況下，軋件頭尾端部顯凹形，而邊部顯凸形，結(jié)果如圖3—6（b）所示。

〔a〕成形軋制后〔b〕展寬軋制后

圖3—5軋制過程中的平面形狀改變圖3—6軋制結(jié)束時的鋼板平面形狀

5.3平面形狀控制技術(shù)

平面形狀控制技術(shù)是成品鋼板的矩形化技術(shù)，平面形狀控制的實質(zhì)是實現(xiàn)中間道次的變斷面軋制。當

前已經(jīng)開發(fā)出許多平面形狀控制手段，如MAS法、狗骨軋制法（DBR法）、薄邊展寬軋制法、立餛軋邊法等。

（合成照相法、激光測量法）

（1）厚邊展寬軋制法（MizushimaAutomaticPlanViewPatternControlSystem,即MAS）

日本川崎制鐵公司水島中厚板廠開發(fā)并于1978年開始用于生產(chǎn)的平面形狀控制技術(shù)。這種技術(shù)通過

猜則每塊鋼板軋制終了的平面形狀變化量，給出相應的壓下量及控制輻縫的開度以改變軋材的厚度，最終

使鋼板的平面形狀成為矩形。這種技術(shù)的控制過程如下：

①由預報模型求得邊部和端部形狀的變化量，把它換算成成形軋制最終道次的板厚分布；

②在成形軋制的最后一個道次中，給沿長度方向相應各點以規(guī)定的厚度差：

③將板坯回轉(zhuǎn)90”進行展覽軋制，由于寬向厚度不同，從板邊到板中心的壓下率也不同，從而使平面

形狀得以改善。

厚邊展寬軋制法的原理如圖3-7所示。實線表示采納厚邊展寬軋制法軋后的鋼板形狀，虛線為采納

傳統(tǒng)軋制法軋后的鋼板形狀。

厚邊展寬軋制法(MAS軋制法)的要點

a.正確預報終軋后的形狀，定量取得軋制過程中階段的平面形狀變化。

b.在控制方面，為了實現(xiàn)在軋制中板坯的厚度變化，不僅需要大負荷響應性能優(yōu)良的液玉AGC控制,

而且需要對厚度變化模型的偏移的設定和厚度變化量的高精度控制系統(tǒng)。

圖3—7厚邊展寬法(MAS)車」制原埋

(2)狗骨軋制法(DBR法)

狗骨軋制法(DogBoneRolling)是日本鋼管福山中厚板廠開發(fā)的一種平面形狀控制技術(shù)，該技術(shù)：

將猜測到的長度方向的平面形狀變化量都補償?shù)綄挾确较虻暮穸冉孛嫔?，將軋件先軋成兩邊厚、中間

薄為“狗骨”形狀，然后再沿坯料的長度方向一直作延伸軋制，直到軋出成品鋼板。該方法與MAS法的補

償原理基本相同，不同之處在于，狗骨軋制法只能解決軋件頭尾的“舌形"，不能補償軋件邊部的不均勻

變形。此外，DBR法在確定“狗骨”量時，合計了“狗骨”部分在壓下時的寬展。圖3—8為DBR法原理示

意組。

..__DBR

旭3—8孵個科制原理

(3)薄邊晟輪制「\]\1

薄邊展寬軋㈣法也稱差厚展寬色帝，去、是日本飛崎削鐵公司千葉中厚板廠采納的平面形狀控制技術(shù)。

該技術(shù)是將畿物%翳牌因普?嬲折鼻梯垂蟲1頃斜的角度，在展寬軋制力；，緊接著傾斜軋轉(zhuǎn)，追

加兩道次變形，對板坯的兩邊進行軋制，使鼠展寬弘崛的板坯形狀接近矩期&松消降廄卷軋制與展寬

軋制階段不均勻變形而形成的頭尾凸形。然后將軋件轉(zhuǎn)動90度，延伸軋制為平面形狀較好的‘成品鋼板。

薄邊展寬軋制法的生產(chǎn)過程如圖3-9所示，虛線為未實施該技術(shù)時成品鋼板的平面形狀。

帶部

昆軋

狀

犬

無立輯軋制

的板環(huán)形狀

5,中厚板軋制過程的變形特點

中厚板的軋制一般需要三個階段：成形階段、展寬階段、伸長階段。

因為中厚板軋機的產(chǎn)品寬度范圍和厚度范圍很大，而中厚板的坯料規(guī)格是有限的。所以中厚板的軋制

過程需要進行成形軋制和展寬軋制來適應終軋產(chǎn)品的尺寸要求。不同的產(chǎn)品可能需要的軋制階段不一樣，

為比需要依據(jù)實際狀況制定中厚板的軋制策略。軋制策略的好壞直接影響最終產(chǎn)品的平面形狀和成材率，

同時它還影響到軋制節(jié)奏。一般來說，中厚板的軋制策略有5種，如圖1。

4.1軋制策略類型

a.縱一橫一縱軋制策略表示坯料先進行成形軋制，然后進行展覽軋制，最后進行仲長軋制；

b.橫一縱軋制策略表示坯料先進行橫向展寬軋制，然后進行伸長軋制；

c.縱一橫軋制策略表示坯料先進"縱向展寬軋制，然后進行伸長軋制；

d.全縱軋制策略表示坯料直接進行伸長軋制；

e.全橫軋制策略表示坯料旋轉(zhuǎn)90度后進行伸長軋制。