轧制工艺详解：热轧与冷轧的特点及应用
轧制工艺详解：热轧与冷轧的特点及应用
轧制是一种重要的金属加工工艺，通过将金属坯料送入旋转的轧辊之间进行压缩变形，从而改变其截面形状和尺寸。这种工艺广泛应用于型材、板材和管材的生产，根据加工温度的不同，可分为热轧和冷轧两种方式。本文将详细介绍轧制工艺的基本原理、过程及其分类，并重点阐述热轧和冷轧的特点和应用。
简介
轧制（zhá zhì）是金属加工工艺中的一种重要方法，通过将金属坯料送入一对旋转轧辊的间隙中，利用轧辊的压缩力使材料截面减小、长度增加，从而实现塑性变形。这是生产钢材最常用的加工方式，主要用于制造型材、板材和管材等产品。根据加工温度的不同，轧制可分为热轧和冷轧两种类型。
过程
在轧制过程中，金属坯料（称为轧件）通过摩擦力被拉入旋转的轧辊之间，受到压缩力的作用而发生塑性变形。通过控制轧制参数，可以使金属获得所需的尺寸、形状和性能。
分类
轧制方式可以根据轧件的运动方向进行分类，主要包括纵轧、横轧和斜轧三种类型：
- 纵轧：金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通过，并在其间产生塑性变形的过程。
- 横轧：轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致。
- 斜轧：轧件作螺旋运动，轧件与轧辊轴线呈一定角度。
此外，根据金属的加工温度，轧制还可以分为热轧和冷轧两种方式。
冷轧
冷轧是以热轧钢卷为原料，经过酸洗去除表面氧化皮后，在常温下进行连续轧制的工艺。冷轧成品通常被称为轧硬卷，由于连续冷变形引起的冷作硬化效应，使得轧硬卷的强度和硬度显著提高，但韧性和塑性指标下降，因此冲压性能较差，仅适用于简单的变形零件。
轧硬卷可以作为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组通常配备有退火线。轧硬卷的重量一般在20-40吨之间，内径为610mm。由于没有经过退火处理，轧硬卷的硬度很高（HRB大于90），机械加工性能较差，只能进行简单的有方向性的折弯加工（垂直于卷取方向）。
冷轧工艺流程一般为：热轧→酸洗→磷化→皂化→冷轧。虽然在加工过程中钢板会因轧制而升温，但整个过程仍被称为冷轧。未经退火处理的冷轧产品称为轧硬卷，主要用于生产不需要折弯或拉伸的产品。对于厚度在1.0mm以下的轧硬卷，有时可以在两边或四边进行折弯加工。
热轧
优点
热轧工艺具有以下优点：
- 可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织更加密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体。
- 浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，可以在高温和压力作用下被焊合。
缺点
热轧工艺也存在一些缺点：
- 经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。这种分层会恶化钢材沿厚度方向的受拉性能，并且在焊缝收缩时容易出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变常常达到屈服点应变的数倍，远大于荷载引起的应变。
- 不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。
- 热轧的钢材产品，对于厚度和边宽的控制较为困难。由于热胀冷缩的原理，即使在热轧时长度、厚度都达标，冷却后也会出现一定的尺寸偏差。这种偏差在边宽越宽、厚度越厚的情况下表现得越明显。因此，对于大号的钢材，很难精确控制其边宽、厚度、长度、角度以及边线的精度。
热轧工艺广泛应用于大型结构件和厚板的生产，其产品具有较好的塑性和韧性，但尺寸精度相对较低。冷轧工艺则适用于生产薄板、带材和精密型材，其产品具有较高的尺寸精度和表面质量，但需要后续的退火处理来恢复机械性能。