轧钢工艺参数对产品质量影响的研究论文

 

　　关键词：轧钢工艺,工艺参数,产品质量,轧钢温度,轧钢速度

 

　　在钢铁制造过程中，轧钢是一个关键的环节，其工艺参数的精准管理直接关系到最终产品的品质和功能。随着工业化技术的稳步提升和市场对产品品质的日益高要求，深入研究轧钢工艺参数及其对产品质量的影响变得尤为关键。文章旨在从系统角度分析轧制过程中温度、速度、力量及道次等关键指标的影响机制，并进一步探讨其对产品微观结构、力学特性以及表面品质的具体作用。通过结合实验观测和理论分析，提出了针对轧钢工艺的优化建议，涉及精细的技术参数调整和采用前沿的监控系统，以确保产品质量的稳定性和一致性。

 

 

 

　　轧钢工艺通过利用一组或多组旋转的轧辊的间隙施加所需的压力，以达到理想的成型和尺寸。这种方法依靠轧辊施加的压力促使金属材料发生塑性变形，伴随着一定程度的热影响及应力与应变的变化。具体来说，在热轧阶段，材料的温度通常控制在900~1200℃,以确保材料具备良好的塑性和较低的变形抗力[1]。轧辊的旋转速度和压力参数同样对产品的力学特性和变形特性至关重要。典型的轧制速度控制在每分钟30~100转，压力则根据材料和产品规格在几百至几千吨之间变化。通过精确选择和管理这些关键参数，不仅可以提升轧制质量，还能显著优化工艺流程，减少产品缺陷的产生。

 

 

　　常见的轧制流程包括热轧、冷轧和连续轧制等。热轧工艺在高温环境下进行，温度通常控制在900~1200℃,旨在降低金属的抗变形能力，提高其塑性，适用于生产大尺寸和厚度的钢材，如20~200mm的钢板。冷轧工艺则在常温下完成，通过多次轧制操作减小金属的厚度，通常在0.1~3mm，特别适用于生产高精度和表面质量要求高的钢材，如汽车板材或家电用钢材。在冷轧过程中，金属经过轧制后需进行冷作固化，并进行中途退火以恢复其塑性。连续轧制工艺将多个轧制阶段无缝连接，提升了生产效率和产品一致性，例如，连轧机组可达100~200m/min的轧制速度，生产出厚度最薄为0.8mm的钢带。利用连轧工艺，不仅显著提升了生产效率，还优化了产品质量，满足了现代工业对高效和优质材料的需求。

 

 

　　在钢铁轧制过程中，技术参数涉及多个关键方面，如温度、转速、压力和道次。这些参数的选择和管理直接决定了轧制过程的稳定性和最终产品的质量。温度调节是其中最关键的参数之一。例如，在热轧过程中，轧制温度通常维持在1000~1200℃,以确保金属保持良好的塑性和流动性，同时防止裂纹和其他缺陷的产生。速度参数也是关键的考虑因素，一般来说，热轧工艺的速度通常在1~20m/s，而冷轧则可达1~10m/s。速度过高可能导致表面缺陷，过低则影响生产效率。轧制力的控制通过微调轧辊之间的间隙和压力，例如，在热轧过程中，轧制力可达数千吨，确保金属坯料充分变形。道次指的是轧制操作中的变形频率和幅度，如在冷轧中通常需要多次轧制，每次的变形幅度约为10%~30%。合理设定这些参数不仅提升了产品的物理特性和表面质量，还有效降低了生产成本，提高了制造效率。

 

 

 

　　温度作为关键参数，直接影响轧钢过程中材料的塑性变形能力。在高温环境下，金属材料的塑性明显增强，有利于轧制过程中的形变操作。然而，过高的温度可能导致晶粒迅速长大和组织不均匀，这对产品的机械特性和持久性构成挑战。例如，在热轧加工中，为确保金属材料保持良好的塑性和适当的抗变形能力，通常将温度控制在1000~1200℃。超过1200℃的高温会加速晶粒生长，影响材料的强度和韧性[2]。相反，过低的温度则会增加轧制的力度，可能导致设备和成品表面出现裂纹和其他缺陷。为了优化产品的微观结构以提升性能，精确控制轧制温度至关重要。从表1可以观察到，随着轧制温度的增加，晶粒尺寸显著增大，同时材料的屈服强度和延展性也随之变化。例如，当温度为900℃时，晶粒尺寸较小且分布均匀，同时材料的屈服强度和延展性达到最佳水平；而当温度升至1200℃时，晶粒明显增大，导致材料的屈服强度和延展性受到影响。因此，通过在适宜的温度范围内调节，可以有效地控制产品的质量和性能。

　　

 

　　轧制速度是一个对轧制钢材产品表面质量和内部缺陷产生重要影响的关键参数。过快的轧制速度可能导致表面裂纹、刮痕和层间瑕疵的形成。例如，在高速轧制试验中，当速度超过10m/s时，产品表面明显出现裂痕和划痕现象。此外，过快的生产速度也可能改变产品内部结构，影响其整体强度和韧性。相反，过低的轧制速度会导致形变不均匀和表面粗糙度增加，从而增加生产成本和时间。在实际生产中，为了在表面质量和生产效率之间取得平衡，通常将轧制速度控制在1~5m/s的范围内。精确控制轧制速率有助于显著降低表面缺陷，提高产品质量。表2列出了不同轧制速率下产品的表面状况和内部缺陷情况。随着速度增加，表面粗糙度显著减少，裂纹密度和分层缺陷数量也相应减少，因此，合理调节速度对减少表面不完美和提升产品质量至关重要。

 

　

 

 

　　轧制力是控制轧钢产品精度和机械性能的重要指标。过大的轧制力可能导致材料过度变形，甚至破坏其内部组织。例如，在生产过程中，若轧制力超出设计要求的20%，可能导致材料内部出现微小裂纹和应力集中，从而降低产品整体的强度和韧性。相反，过小的轧制力度可能导致产品尺寸不一致或形变不均匀。例如，某实验中，当轧制力降低到设计载荷的80%以下时，产品厚度公差增加了50%，显著降低了尺寸的精度。为确保产品达到预定的尺寸和机械性能标准，精确控制轧制力是至关重要的。一般来说，在热轧过程中，轧制力应保持在500~1500t；而在冷轧时，则应控制在100~500t范围内[3]。通过调整轧辊间隙和优化轧制力的方式，能有效控制产品厚度和宽度的精度。例如，在某热轧过程中，通过调整轧制力，产品厚度公差从±0.5mm缩小至±0.2mm，机械性能显著提升，屈服强度达到480MPa，延展性为22%。

 

 

　　道次指的是原材料在轧钢过程中通过轧辊的次数，直接影响产品的均匀性和表面的光滑度。通过精心设计和安排道次，可以确保材料的均匀变形，显著提高表面的光洁度和可靠性。过多的道次可能导致连续误差，进而影响表面质量。例如，在多道次轧制操作中，随着道次增加，表面粗糙度可能从0.8μm上升至1.5μm，表面光洁度明显下降。此外，多次轧制可能导致内部应力积累，进一步引起不均匀形变和内部缺陷。相反，道次过少可能导致形变不足，无法满足预定的尺寸和性能标准。例如，单道次轧制测试中，材料形变较小，厚度偏差高达1.5mm，并且表面存在明显的缺陷。一般情况下，热轧的道次设置在3~7次之间，冷轧时则在5~15次之间，通过合适的道次设置，能够平衡形变和表面质量。

       2.5变形参数的影响

 

　　在轧钢过程中，变形参数对产品质量有着关键影响。压下量与产品的形状、尺寸及内部质量紧密相连。较大的压下量可能使产品厚度不均匀，影响厚度精度，而适宜的压下量能确保产品厚度符合要求。同时，压下量对板形控制起着决定性作用，不合理的压下量会导致板形出现翘曲、波浪等不良状况。延伸率和宽展影响着产品的长度和宽度，在轧制过程中，其变化规律受多种因素影响。延伸率的变化会使产品纵向组织均匀性发生改变，若延伸率不稳定，可能导致产品局部区域性能差异。宽展的变化则关乎产品横向组织均匀性，宽展过大或过小都会影响产品的整体质量。只有精准把握并合理调控这些变形参数，才能生产出尺寸精确、板形良好且组织均匀的高质量轧钢产品。

 

 

 

　　调整轧制温度策略对于提高轧钢工艺质量至关重要。首要任务是确保加热炉温度的稳定性。现代轧钢工厂普遍采用高精度的电弧炉或感应设备，并通过PID控制策略使温度波动控制在±5℃以内。接着，通过高端温度观测和管理系统，如红外温度计和实时热电偶，能够实时监控和调整轧制过程中的温度，以确保温度保持在最优状态并稳定波动。此外，在设定加热和冷却速度时需要特别谨慎，尤其是在连续轧制过程中，要精确控制每一步的温度波动，以避免热应力和组织的不均匀分布[4]。例如，在某热轧工艺中，通过保持5℃/s的加热速率和10℃/s的冷却速率，产品的晶粒大小和分布得到显著优化。

 

 

　　调整轧制速度是确保高质量轧钢的关键措施之一。首要任务是根据所需材料的特性和工艺标准设定合适的速度范围。例如，在加工高强度低合金钢时，通常将冷轧速度限制在2~4m/s之间，以避免裂缝和表面缺陷的形成。此外，采用伺服电机和变频器等高端速度控制系统，能够精确调整速度并确保轧制阶段的稳定性。为了实时监测和调整轧制速度，使用高速摄像机和表面缺陷检测仪器至关重要。通过这些手段，可以快速识别并调整因速度变化而导致的缺陷。例如，在某冷轧生产线上，通过实时监测系统，将速度从3m/s提升至3.5m/s，表面粗糙度从1.5μm降低到1.0μm。进一步地利用计算机模拟，可以预测在各种速度条件下应力、应变及其表面品质的演变，为确定最佳速度控制方法提供支持。

 

 

　　精确调节轧制力是确保产品尺寸精度和机械特性达标的关键步骤。首先，选择正确的轧辊材质和外形对提高轧制效果至关重要。采用高强度的合金钢或钛合金轧辊不仅能增加抗磨损性和使用寿命，还能减少轧制过程中的摩擦和形变。其次，确保轧制力的精确控制关键在于使用液压系统结合高精度传感器，实现对轧制力的即时监控和调整，以保持其稳定性。例如，通过精细控制液压系统，某高强度钢材的厚度公差从原来的±0.3mm降低到了±0.1mm，轧机的轧制力控制在1000~1500t之间。另外，采用闭环调控系统等先进力量调节系统能够实时反馈调整轧制力，确保产品尺寸精度和内部品质[5]。

 

 

　　为了增强产品均衡性和外观光洁性，需要优化轧制道次。首先，精确规划轧制道次的数量和排列顺序是关键。通过科学分析和实验验证，确定最适合的道次布置方式。例如，对于某高精度冷轧钢带，经过7次轧制，确保每次轧制过程中的变形量控制在约15%范围内，以获得最佳厚度均匀性和表面质量。其次，采用高端的数控系统和自动化控制手段，精确调整每个道次的参数和工作方式，确保生产过程的一致性和重复性。实时监控和调节道次，使用在线测厚仪和表面品质检测系统能够即时获取产品厚度和表面状况，并根据需求调整道次布局。例如，经过多次道次调整和实时监控系统的支持，产品厚度容差由±0.2mm缩小至±0.05mm，表面光滑度从1.2μm增加到0.8μm。最后，利用计算机仿真和优化方法，准确预测不同道次布置对成品质量的影响，并优化轧制工艺。

 

 

　　文章深入探讨了在轧钢工艺中温度、速率、轧力以及道次等因素对产品品质的具体影响，并提出了调整轧制温度、控制轧制速率、调节轧制力以及合理设置道次的改进建议。这些改进方案不仅对提升产品的微观结构、表面质量和机械性能具有积极作用，同时确保了工艺稳定性的维护。未来，基于实际生产数据，将继续利用大数据处理和人工智能方法来精细调整工艺参数，推动轧钢过程的智能化发展，并促进产品质量的稳步提升。

 

 

　　［1］杨晖.板坯预处理对宽厚板轧钢工艺的影响［J］.冶金与材料，2023，43（12）：157-159.

 

　　［2］赵露露.轧钢工艺参数对成材率与废品率影响的数值模拟与优化［J］.冶金与材料，2023，43（10）：135-137.

 

　　［3］杨晖.冷却方法对宽厚板轧钢的影响［J］.冶金与材料，2024，44（1）：22-24.

 

　　［4］景鹤.热轧带钢氧化铁皮性质影响因素的研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

 

　　［5］高贵勇.轧钢工艺改进对产品性能的影响与优化［J］.冶金与材料，2024，44（4）：16-18.