冷轧延系统及冷轧延方法 【发明背景】
1、发明领域
本发明涉及一种具有串列式结构的冷轧延系统，该系统包括多个轧延装置，每个轧延装置具有驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置，所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置具有竖直设置的驱动辊和水平设置的从动辊。本发明还涉及一种应用上述系统的冷轧延方法。
2、背景技术的描述
冷拉是一种用于形成铁轨或在长度方向上均匀的类似物的方法。它需要具有相对大横截面的母材，以获得所要求的变形形状。这增加了整体加工速度，并且由于材料强度不高，或施加在要变形材料部分上的压力不稳定，而经常造成材料的断裂，或由于模具强度不高，而导致模具出现裂缝或异常磨损。因此，需要退火工序以便获得所要求的最终形状。此外，为了防止由于母材和模具间的高支承压力所产生地较大滑动摩擦而导致的拉模磨损及卡住，诸如锌硬脂酸盐涂层的化学固态润滑涂层必须被涂敷在母材的表面。这就需要酸洗工序和化学处理涂层工序，而这两个工序对环境非常有害。另外，传统方法包括退火、酸洗、化学处理涂层等工序，因而产品制成成品需要很长时间，增加了运行及设备成本。此外，在传统拉拨中通常使用杆材，由于其尖端部分的设置使得材料损失量达10-30％。同时，杆材趋于在其两端产生弯曲，因而需另花费时间矫直或调整该弯曲。
本发明是考虑了现有技术的缺陷而作出的，因而本发明的一个目的是提供一种冷轧延系统和一种冷轧延方法，它们能防止三轴压力下的塑性变形所导致的工件断裂，该塑性变形为冷轧延的特征。本发明还提供了一种冷轧延系统和一种冷轧延方法，它们通过极小尺寸的辊子与工件之间的相互滑动而取消退火、酸洗和化学处理涂层等工序，并实现成本降低及能源节省。本发明的另一目的是提供一种冷轧延系统和一种冷轧延方法，它们能将材料损失减少至5％或更少，且它们能减少轧件间的尺寸变化(在0.05mm内或更低)，并提高轧件的平直度，该轧件包括切断后的端部件(最后精确度为0.1mm)。本发明的再一目的是提供一种冷轧延系统和一种冷轧延方法，它们能减少产品制成成品所需的在其进入轧延线前处理母材的时间并因而降低了运行及设备成本。发明概述
根据本发明的冷轧延系统包括：提供第一压下量的第一轧延装置，该第一轧延装置包括第一非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置；提供第二压下量的第二轧延装置，该第二轧延装置的压下量大于第一压下量，并包括第二非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第二驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置，所述第二轧延装置相对第一轧延装置设置；向通过第一轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第一轧延装置并被送进到第二轧延装置的工件部分上施加第二张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第三张力的装置。
根据本发明的冷轧延系统包括：提供第一压下量的第一轧延装置，该第一轧延装置包括第一非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置；提供第二压下量的第二轧延装置，该第二轧延装置的压下量大于第一压下量，并包括第二非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第二驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置，所述第二轧延装置相对第一轧延装置设置；向通过第一轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第一轧延装置并被送进到第二轧延装置的工件部分上施加第二张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第三张力的装置；设置在第一轧延装置上游，用于矫直工件的第一矫正装置；向通过第一矫正装置的工件部分上施加第四张力的装置；设置在第二轧延装置下游，用于矫直工件的第二矫正装置；向通过第二矫正装置的工件部分上施加第四张力的装置；对位于第一轧延装置和第一矫正装置之间的工件部分上施加第五张力的装置。
根据本发明的冷轧延系统包括：提供第一压下量的第一轧延装置，该第一轧延装置包括第一非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置；提供第二压下量的第二轧延装置，该第二轧延装置的压下量大于第一压下量，并包括第二非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第二驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置，所述第二轧延装置相对第一轧延装置设置；向通过第一轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第一轧延装置并被送进到第二轧延装置的工件部分上施加第二张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第三张力的装置；设置在第一轧延装置上游，用于矫直工件的第一矫正装置；向通过第一矫正装置的工件部分上施加第四张力的装置；设置在第二轧延装置下游，用于矫直工件的第二矫正装置；向通过第二矫正装置的工件部分上施加第四张力的装置；对位于第一轧延装置和第一矫正装置之间的工件部分上施加第五张力的装置；位于第二矫正装置的下游并以与工件的线速度相同的速度运转的切断装置，该切断装置用于将工件切断成所需长度；向通过该切断装置的工件部分上施加第六张力的装置。
根据本发明的冷轧延系统包括：提供第一压下量的第一轧延装置，该第一轧延装置包括第一非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置；提供第二压下量的第二轧延装置，该第二轧延装置的压下量大于第一压下量，并包括第二非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和第二驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置，所述第二轧延装置相对第一轧延装置设置；向通过第一轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第一张力的装置；向通过第一轧延装置并被送进到第二轧延装置的工件部分上施加第二张力的装置；向通过第二轧延装置的工件部分上施加第三张力的装置；设置在第一轧延装置上游，用于矫直工件的第一矫正装置；向通过第一矫正装置的工件部分上施加第四张力的装置；设置在第二轧延装置下游，用于矫直工件的第二矫正装置；向通过第二矫正装置的工件部分上施加第四张力的装置；对位于第一轧延装置和第一矫正装置之间的工件部分上施加第五张力的装置；用于对通过第二矫正装置的工件部分进行热处理的热处理装置；向通过该热处理装置的工件部分上施加第七张力的装置；位于第二矫正装置的下游并以与工件的线速度相同的速度运转的切断装置，该切断装置用于将工件切断成所需长度；向通过该切断装置的工件部分上施加第六张力的装置。
第一张力根据所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊的轧延力，由非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的从动辊的减面率确定，第二张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊的旋转比确定，第三张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊和进给紧带辊之间的旋转比确定，所述进给紧带辊设置在驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊和矫正装置之间，第四张力由设置在矫正装置上游和下游的进给紧带辊的旋转比确定，第五张力由第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊与构成矫正装置的竖直和水平水准器间的旋转比确定，第六张力由设置在切断装置上游和下游的进给紧带辊的旋转比确定，第七张力由设置在热处理装置上游和下游的进给紧带辊的旋转比确定。
第二、第三、第四和第五张力An和第一张力Bn满足下述条件：
1 An σB/2 (kg/mm2)
1 Bn σB/2 (kg/mm2)
(An+Bn)＜{(Rn的轧延力矩产生的轧延力)+(An+1)}
其中σB是该工件的抗张强度，Rn表示相应的驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置。
Rn的轧延力由Rn的压下率确定，所述Rn的压下率在5-30％范围内，其中Rn具有5-30％的减面率，rn具有1-10％范围内的减面率，此处，Rn和rn分别表示相应的驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置。
该冷轧延系统还包括设置在第一和第二轧延装置之间的张力调节辊。
每个矫正装置都有水准器，用于沿竖直和水平方向对张力正施于其上的工件进行反复的配曲调整。
在冷轧延系统中，工件是一种具有圆形或方形横截面并适于连续加工的卷材。
根据本发明的一种用于冷轧延工件的冷轧延方法包括：对工件施加第一张力的步骤，该第一张力根据所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的轧延力，由非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的从动辊的减面率确定；对工件施加第二张力的步骤，该第二张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊的旋转比确定；对工件施加第三张力的步骤，该第三张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊和设置在第二矫直辊上游的进给紧带辊之间的旋转比确定。
根据本发明的一种用于顺次完成工件的矫直、冷轧延和矫直的冷轧延方法包括：对工件施加第一张力的步骤，该第一张力根据所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的轧延力，由非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的从动辊的减面率确定；对工件施加第二张力的步骤，该第二张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊的旋转比确定；对工件施加第三张力的步骤，该第三张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊和设置在第二矫直辊上游的进给紧带辊之间的旋转比确定；对工件施加第四张力的步骤，该第四张力由构成矫正装置的水平和竖直水准器与设置在水准器上游和下游的进给紧带辊间的旋转比确定；对工件施加第五张力的步骤，该第五张力由第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊与构成矫正装置的竖直和水平水准器间的旋转比确定。
根据本发明的一种用于顺次完成工件的矫直、冷轧延、矫直和切断的冷轧延方法包括：对工件施加第一张力的步骤，该第一张力根据所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的轧延力，由非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的从动辊的减面率确定；对工件施加第二张力的步骤，该第二张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊的旋转比确定；对工件施加第三张力的步骤，该第三张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊和设置在第二矫直辊上游的进给紧带辊之间的旋转比确定；对工件施加第四张力的步骤，该第四张力由构成矫正装置的水平和竖直水准器与设置在水准器上游和下游的进给紧带辊间的旋转比确定；对工件施加第五张力的步骤，该第五张力由第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊与构成矫正装置的竖直和水平水准器间的旋转比确定；对工件施加第六张力的步骤，该第六张力由设置在切断装置上游和下游的进给紧带辊的旋转比确定。
根据本发明的一种用于顺次完成工件的矫直、冷轧延、矫直、热处理和切断的冷轧延方法包括：对工件施加第一张力的步骤，该第一张力根据所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的轧延力，由非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的从动辊的减面率确定；对工件施加第二张力的步骤，该第二张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊的旋转比确定；对工件施加第三张力的步骤，该第三张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊和设置在第二矫直辊上游的进给紧带辊之间的旋转比确定；对工件施加第四张力的步骤，该第四张力由构成矫正装置的水平和竖直水准器与设置在水准器上游和下游的进给紧带辊间的旋转比确定；对工件施加第五张力的步骤，该第五张力由第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊与构成矫正装置的竖直和水平水准器间的旋转比确定；对工件施加第七张力的装置，该第七张力由设置在热处理装置上游和下游的进给紧带辊的旋转比确定，所述热处理装置设置在矫正装置的下游；在热处理后，对工件施加第六张力的步骤，该第六张力由设置在切断装置上游和下游的进给紧带辊的旋转比确定。
根据本发明的用于完成一系列工序的冷轧延方法包括对工件的顺次轧延与切断，其中张力在从轧延到矫直的过程中被施加到工件上。
第二、第三、第四和第五张力An与第一张力Bn满足如下条件：
1 An σB/2 (kg/mm2)
1 Bn σB/2 (kg/mm2)
An+Bn＜{(Rn的轧延力矩产生的轧延力)+(An+1)}
其中σB是该工件的抗张强度，而Rn的轧延力由Rn的压下率确定，所述Rn的压下率在5-30％范围内，其中Rn具有5-30％的减面率，rn具有1-10％范围内的减面率，其中，Rn和rn分别表示驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置。
第一张力为2～15(kg/mm2)，最好为5～10(kg/mm2)，第二张力为5～50(kg/mm2)，最好为15～25(kg/mm2)，第三张力为5～20(kg/mm2)，最好为10～15(kg/mm2)，第五张力为2～15(kg/mm2)，最好为5～10(kg/mm2)。附图的简要说明
图1是根据本发明所述冷轧延系统的示意图；
图2是根据本发明所述另一冷轧延系统的示意图。最佳实施例的详细说明
下文将结合附图对根据本发明的冷轧延系统和冷轧延方法的实施例进行详细描述。
图1是构成冷轧延系统的串列式轧延装置的示意图。卷绕成线圈的工件10安装在开卷机12上。工件10是中碳钢、渗碳钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢制成的盘条，或具有圆形或正方形横截面的类似物，它们通常形成横截面为100至800mm2的最终产品。
如图1所示，工件10在沿图示方向所形成的轧延线上从左向右移动。冷轧延系统有一轧延装置组18，该机组18包括具有第一压下量的第一轧延装置14，具有第二压下量并相对第一轧延装置14设置的第二轧延装置16，所述第二压下量大于第一压下量。轧延装置组18还包括设置在第一和第二轧延装置14和16之间的多个轧延装置。
第一轧延装置14具有第一非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置20和第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置24。第二轧延装置16具有第二非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置22和第二驱动式互成直角的四辊轮拉丝模装置26。第一和第二轧延装置14和16构成串列式轧延结构。非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置20和22均包括四个上下左右的从动辊，而驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置24和26均包括一对上下驱动辊及一对左右从动辊。所述驱动辊为反向控制或伺服控制。最好，轧延装置14和16的辊子配置成易于调换成不同直径的辊，以使冷轧延系统可适用于小数量及多种类的工件。
张力(第一张力)根据第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置24的驱动辊的轧延力，由第一非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置20的从动辊的减面率确定，并被施加到通过第一轧延装置14的工件10的一部分上。同样，张力(第一张力)根据第二驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置26的驱动辊的轧延力，由第二非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置22的从动辊的减面率确定，并被施加到通过第二轧延装置16的工件10的部分上。即，当工件被轧延装置的驱动式互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊拉拨时，第一张力依据非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的减面率，被施加到工件10上。
张力(第二张力)施加到通过第一轧延装置14的工件10部分上。即，第二张力被施加到位于第一驱动式互成直角的四辊轮拉丝模装置24的下游但位于第二轧延装置16的上游的工件10的部分上。第二张力由第一驱动式互成直角的四辊轮拉丝模装置24的成对驱动辊的旋转比确定。张力(第三张力)施加到通过第二轧延装置16的工件10部分上。即，第三张力被施加到位于第二驱动式互成直角的四辊轮拉丝模装置26下游的工件10部分上。第三张力由第二驱动式互成直角的四辊轮拉丝模装置26和下文描述的进给紧带辊34之间的旋转比确定。
轧延线上还设有位于第一轧延装置14上游的第一矫正装置28和位于第二轧延装置16下游的第二矫正装置30。矫正装置28和30均包括一竖直水准器和一水平水准器。一对进给紧带辊32设置在第一矫正装置28的上游和下游，而一对进给紧带辊34设置在第二矫正装置30的上游和下游。张力(第四张力)被施加在通过矫正装置28和32的工件10部分上。第四张力由构成矫正装置的竖直和水平水准器与配置在水准器上游和下游的进给紧带辊间的旋转比确定。当工件10通过竖直水准器时在张力作用下承受竖直方向的反复配曲调整，当工件10通过水平水准器时在张力作用下承受水平方向的反复配曲调整。从而，工件10在竖直和水平方向的弯曲被消除而形成一矫直工件。
通过第二矫正装置30的工件10部分被切断装置36切断成所需长度。切断装置36可以是以与轧延线速度相同速度运行的运转切刀。当工件10以高速被切断时，张力(第六张力)最好施加于其上。但是，当工件10以很高的尺寸精度或以光滑切断面被切断时，不需要施加第六张力于其上。
最好第二、第三、第四和第五张力An与第一张力Bn满足如下条件：
1 An σB/2 (kg/mm2)
1 Bn σB/2 (kg/mm2)
(An+Bn)＜{(Rn的轧延力矩所产生的轧延力)+(An+1)}
其中σB是该工件的抗张强度，而Rn表示相应的驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置。
第一张力为2～15(kg/mm2)，最好为5～10(kg/mm2)，第二张力为5～50(kg/mm2)，最好为15～25(kg/mm2)，第三张力为5～20(kg/mm2)，最好为10～15(kg/mm2)，第五张力为2～15(kg/mm2)，最好为5～10(kg/mm2)。其中第二张力高于第一、第三或第五张力中的任一个。第三或第五张力低于第二张力。
Rn产生的轧延力由Rn的压下率确定，所述Rn的压下率在5-30％范围内，其中Rn具有5-30％的减面率，rn具有1-10％范围内的减面率，其中，Rn和rn分别表示相应的驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置。
第一和第二轧延装置14和16之间最好装有张力调节辊38。该张力调节辊能将张力设为所需值并易于调控，因而适合用作在末级轧延装置上游施加第二张力的装置，此处工件的尺寸精确度非常重要。如需要，可以移去第一轧延装置14的非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置20，并容许在第一轧延装置14上游设置喷丸装置或构成第一矫正装置28的水准器以实现非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置20的功能。
根据应用上文冷轧延系统的冷轧延方法，工件获得(a)第一张力，该第一张力根据所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的轧延力，由非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的从动辊的减面率确定，(b)第二张力，该第二张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊的旋转比确定，(c)第三张力，该第三张力由驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊和设置在驱动式互成直角的四辊轮拉丝模装置与矫正装置间的进给紧带辊之间的旋转比确定，(d)第四张力，该第四张力由构成矫正装置的水平和竖直水准器与设置在水准器上游和下游的进给紧带辊间的旋转比确定，(e)第五张力，该第五张力由第一驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置的驱动辊与构成矫正装置的竖直和水平水准器间的旋转比确定，(f)第六张力，该第六张力由设置在切断装置上游和下游的进给紧带辊的旋转比确定。
如上所述，当工件被高速切断时，张力(第六张力)被施加于其上。但是，在此情况下，如果材料必须以很高的尺寸精度或很好的切断表面被切断，最好不对工件施加第六张力。当材料必须以很高的尺寸精度或光滑的切断表面被切断时，可以使用圆盘形金属开槽锯或硬质合金切断锯。当切断是随增加的轧延线速度以高速进行时，可以使用凸轮式或液压剪断装置。
因此，工件在其通过第一矫正装置、第一和第二轧延装置、第二矫正装置并被切断装置切断的过程中顺次获得张力。这允许轧延装置轧延力的降低及使工件稳定插入辊子之间，提高了工件的尺寸稳定性。同时，作为矫直结果，工件的平直度也能被提高，并且相对均匀的塑性应力被施加到工件上。这就减少了冷轧延后工件内的残余应力，并因而减小了工件在淬火或随后的机加工过程中的尺寸变化。
下文将结合附图详细描述根据本发明的一种冷轧延系统和冷轧延方法的另一实施例。
如上文实施例相同情况，冷轧延系统包括：使工件10展开的开卷机12；第一矫正装置28；具有第一压下量的第一轧延装置14；具有第二压下量并相对第一轧延装置14设置的第二轧延装置16，所述第二压下量大于第一压下量；第二矫正装置30；用于切断工件的切断装置36。如上所述，工件在其通过第一矫正装置28、第一和第二轧延装置14和16、第二矫正装置并被切断装置36切断的过程中顺次获得张力。
所述冷轧延系统具有热处理装置38，用于热处理通过矫正装置30并被切断装置36切断的工件部分。张力由设置在热处理装置38上游和下游的进给紧带辊40的旋转比确定。因此，工件在其通过热处理装置38的过程中，在张力作用下进行热处理。热处理装置38可以是易于电控的淬火装置，诸如高频加热与冷却装置或激光加热装置。通过适度控制热处理装置38上游和下游的进给紧带辊40的旋转比，工件10可以在所需的张力作用下被热处理。这提高了工件的平直度。
根据本发明上述两实施例的冷轧延系统和冷轧延方法适于生产特种元件，诸如特种铁轨和特种轴。
根据本发明的冷轧延系统和冷轧延方法，由于三轴压力下的塑性变形而导致的工件断裂能够被制止，该塑性变形为冷轧延的一个特征。并且，小尺寸的辊子与工件间的相互滑动被应用，以取消退火、酸洗和化学处理涂层等工序，并实现成本降低及能源节省。此外，材料损失量能被减小至5％或更少。另外，工件间的尺寸变化能被减少(在0.05mm内或更低)，切断后包括端部的轧件的平直度能被提高(最后精确度为0.1mm)。另外，产品制成成品所需的在其进入轧延线之前处理母材的时间能被相应减少，因而降低了运行及设备成本。工业实用性
本发明适用于具有串列式结构的冷轧延系统，该系统包括多个轧延装置，每个轧延装置装有驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置和非驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置，所述驱动式的互成直角的四辊轮拉丝模装置包括竖直设置的驱动辊和水平设置的从动辊。此外，本发明还适用于应用上述系统的冷轧延方法。进一步，本发明的冷轧延系统和冷轧延方法适于生产特种元件，诸如特种铁轨和特种轴。