mm碳钢+铝两层复合中厚板轧制工艺设计-轧制工艺设计.docx

课程设计说明书1250mm碳钢+铝两层复合中厚板轧制工艺设计Rolling process design of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate with two layers学 院（系）： 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2015.11.15 1250mm碳钢+铝两层复合中厚板轧制工艺设计课程设计任务书-轧钢工艺一、学生基本信息姓名性别出生年月班级学科专业学号二、课程性质与考查方式在学习轧钢工艺学后，进行的课程大作业，主要目的是掌握轧钢工艺学所学内容。成绩考核办法：1、日常出勤情况考核，为期3周（10月26日至11月15日）；2、中期进度情况、完成情况考核；3、课程设计答辩，考核任务完成数量与质量，评价学生课程设计成绩。三、课程目标1、机自专业冶金机械方向轧钢机械课程设计的目的是综合运用所学机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、结构力学、塑性力学与轧制原理、轧钢工艺学等专业基础课的理论知识，按照轧钢工艺学专业课及其行业相关标准要求，对板带，型钢，棒线材，钢管等各类钢材轧制成型设计。包括生产工艺流程，工艺参数制定，孔型设计，压下规程设计，力能参数计算等，培养学生在该技术领域分析问题和解决问题的能力。2、学生应认真阅读和理解课程设计任务书，搜集与分析有关轧钢工艺学参考图纸与最新的专业文献资料，熟悉和学习有关各种最新设计标准和规范的内容，了解与设计内容相关的行业动态，在教师指导下，独立、认真、按时完成任务书规定的设计内容。3、培养学生具有运用工程工作所需的相关数学、自然科学以及经济和管理知识的能力；4、培养学生具有运用工程基础知识和本专业的基础理论知识解决问题的能力，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业前沿发展现状和趋势；5、培养学生掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用理论和技术手段设计系统和过程的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素；6、培养学生掌握文献搜索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；四、课程设计任务1、题目：1250mm碳钢+铝两层复合中厚板轧制工艺设计2、原始数据原料规格： 原料厚度：2.518mm（钢）；铝板厚度按需提供 原料宽度：1250mm；产品规格： 复合板：铝与钢厚度比为2:8 复合板厚度：3.7520mm； 复合板宽度：1250mm； 复合板长度：max10.0m； 最大板重：3.0t。3、设计要求通过了解复合板带生产工艺过程、技术现状和工艺制度的制订方法，确定合理的生产工艺流程，使产品质量达到国家标准、综合生产成本低。4、完成的工作内容1）.生产方案的确定；2）.产品大纲确定（以12mm代表规格，进行核算该生产线最大年产量）；3）.工艺流程设计；4）.轧制工艺规程制定；5）.技术经济指标计算。5、工作量及学术规范要求本课程设计的计算说明书应不少于1万字，完成的要求计算说明书计算准确、公式与图表格式规范、文字通顺、书写工整。说明书为打印文档时，须避免抄袭，应独立完成。摘 要复合材料是由两种或多种以上的材料通过某种方法结合在一起而形成整体,其各组元保持各自性能不变。金属复合材料技术可以发挥组元材料各自的优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足的性能要求，它既可以替代进口并填补国内空白，又具有广阔应用范围，具有很好的经济效益和社会效益，容易获得方方面面的扶持和帮助。钢+铝复合板兼有钢的高强度与铝的优良导电性, 导热性,耐蚀性等特点, 钢基复合材料因具有优良的综合特性因而被广泛地应用到工业、国防、航天等领域。主要介绍了1250mm碳钢+铝两层复合中厚板的设计流程，并着重分析了1250mm碳钢+铝两层复合中厚板轧制工艺的工艺流程，加热制度、轧制制度的计算。关键词：中厚板；复合材料；工艺设计；压下制度；设备选择Rolling process design of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate with two layersAbstractThe composite material is formed by the combination of two or more materials, which is the same as the one in which the elements of each group remain unchanged. Metal composite technology can play a part in each of the advantages, to achieve the optimal allocation of the material resources, save precious metals, to achieve a single metal can not meet the performance requirements, it can replace the import and fill the gaps, but also has a broad application range, with good economic and social benefits, easy to obtain the support and help.Steel aluminum composite board has the characteristics of high strength and good electrical conductivity, thermal conductivity, corrosion resistance and so on. It has been widely used in industry, national defense, aerospace and other fields because of its excellent comprehensive properties.This paper mainly introduces the design process of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate with two layers, and analyzes the technological process of rolling process of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate with two layers, and the calculation of heating system, pressure, rolling speed and rolling time.Keywords: medium plate; composite material; process design; pressure system; equipment selectio目 录摘 要IIIABSTRACTIV1 绪 论11.1 复合材料的发展和应用11.2 钢+铝双金属复合材料的特点及应用21.3 双金属复合板的生产方法41.3.1 爆炸复合法41.3.2 挤压复合法41.3.3 轧制复合法51.4 双金属复合材料国内外发展情况61.4.1 国外发展状况61.4.2 国内发展状况62 生产方案和产品大纲的确定82.1 生产方案选择依据82.2 生产方案的确定82.3 产品方案的含义92.4 编制产品方案的原则92.5 产品方案93 工艺流程设计113.1 制定生产工艺流程的依据113.2 工艺流程方案114 轧制工艺规程制定134.1 原料设计134.1.1 不同温度对轧后组元厚比分配的影响134.1.2 不同压下量对轧后厚比分配的影响144.1.3 原料的尺寸154.2 轧机参数154.3 轧制规程的设计164.3.1 咬入条件164.3.2 轧辊的强度条件174.3.3 轧制速度的确定174.3.4 纯轧时间的确定184.3.5 温度制度的确定194.3.6 变形制度的确定204.3.7 轧制力能参数计算224.3.8 主电机的功率和力矩255 技术经济指标计算285.1 轧机作业率285.1.1 日历作业时间285.1.2 计划工作时间285.1.3 轧机日历作业率285.1.4 轧机有效作业率295.2 轧钢机的平均小时产量295.3 年产量计算29参考文献31致 谢32- 33 -1 绪 论自从人类诞生之日起，就开始利用材料和工具。伴随着人类社会的发展，材料技术也不断更新以满足人类的需求。直到今天，以信息、生命、材料三大学科为基础的世界新技术革命正如火如茶地进行着，它将把人类物质文明推向一个新的阶段。作为这三大基础学科一的材料科学将肩负起重要的历史使命。社会发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，材料的发展从远古至今己经经历了漫长的石器、青铜器、钢铁时代，这其中不论是陶瓷、塑料，还是金属，每一种重要材料的发现和利用，都给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。但是，随着科学技术的迅猛发展，特别是高精尖科学的崛起与发展，传统材料也越发凸现其局限性，不论力学性能或是成形性能，或者是耐环境性能，都已经跟不上时代发展的步伐，越来越不能满足各种高新技术发展的需要。因此，材料必然要从天然、单一走向人造、复合。1.1 复合材料的发展和应用随着科学技术的飞速发展，在当前以信息、生命、材料三大学科为基础的世界新技术革命正如火如荼地进行着，它把人类的物质文明推向了一个新的发展阶段，作为这三大基础学科之一的材料学科将担负起重要崭新的历史使命。为适应科学的发展，时代的需求，历史的进步，复合材料作为一门新兴学科应运而生、应时而生，成为一种必然的结果。但人类使用复合材料的历史可以追溯到远古时代，从犹太人采用稻草加强泥块到印度人用虫胶树脂制作复合板，从我国三国时期著名武将吕布用木头和竹丝制成的方天画戟到中世纪武士叠成的头盔和剑，复合材料早已渗入人们的活动之中。到了20世纪复合材料的发展更为迅猛。1909年人们利用酚醛树脂和纸、布制成了现代的复合材料制品，40年代玻璃纤维增强塑料的出现则是现代复合材料发展的重要标志，60年代碳纤维、硼纤维、Kevlar纤维等复合材料的相继问世更是复合材料进步的代表。现代复合材料最初是应用于尖端领域如火箭制造、兵器工业、航天航空等部门，例如前苏联安一124巨型运输机所用的复合材料就达5吨之多。而随着国民收入的不断增长以及工农业产品的持续增多，人们审美观念正逐年提高，制品的使用条件也日益苛刻，特别是随着铬、镍资源的日趋缺乏，复合材料正逐渐走进大众；以节约稀缺资源为主要目的，将具有不同特性的几种素材作为构成要素，进而使之一体化的复合材料被不断开发出来。并且，随着科技的发展，各种复合材料的开发及应用也正处于一个急速发展的时期，同时也显示出了十分突出的经济效益。回首20世纪，纵观21世纪，材料的发展将由单一均质向复合材料，特别是复杂体系的复合材料的过渡和进一步发展将是新世纪材料发展的重要课题。复合材料根据其特点可分为三类：纤维复合材料、颗粒复合材料、层状复合材料。钢+铝复合板就是层状复合材料的一种。层状金属复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固的冶金结合而制备的一种新型材料。尽管各层金属仍保持各自原有特性，但层状金属复合材料的物理、化学、力学性能比单一金属优越得多。因此，由异种金属以层状结合而成的新型复合材料近年来受到世界各国的普遍重视。制备层状金属复合材料的主要方法有铸造复合法、爆炸复合法、轧制复合法、挤压复合法和扩散焊接法。第一次世界大战后，由于稀贵金属的短缺，英、美、苏、日等国相继开始研究用热轧复合法生产铜+钢、不锈钢+钢等双金属复合板，用以取代贵重的铜和不锈钢。各种复合金属板广泛用于国民经济各领域，如石油、化工、航天、电力、轻工业等。油气田及石油炼制企业、化工企业、城市煤气业、电力行业是防腐蚀双金属复合板和管材(含无缝复合管)的潜在用户。不同口径的不锈钢复合管普遍使用在饮水、路灯、旗杆、护栏、装演等轻工行业。人们根据需要也可将金属复合板冷轧至不同厚度，应用在电器、无线电、仪表等特殊领域以及深加工成金属复合锅、复合水箱等民用产品，使这些民用产品更新换代，功能得到充分发挥。1.2 钢+铝双金属复合材料的特点及应用双金属复合材料是层压型复合材料的一种，它是将两种或两种以上的不同物理、化学性能的金属利用各自的性能优势进行分层组合而形成的一类金属材料，得到的复合板所具有的综合性能是任一组元所无法具备的。随着科技进步，如今它们不仅在应用范围上愈加广泛，而且在材料性能组合和优化利用方面也突破了传统的认识。导电性、导热性、耐腐蚀性和力学性能的有效组合，既使材料的综合性能得到提高，也为合理选材和降低成本提供了更好的条件。双金属复合材料由于其特有的性能，越来越引起人们的重视，尤其是在航空、航天、国防、交通、电子和通讯等领域得到了广泛的应用。总的来说，双金属复合材料具有如下性能：(1)降低材料的使用成本；(2)满足某些特殊的机械性能，物理性能等指标，如良好的导电、导热性能；(3)成型性能及外观质量的要求；(4)可用作特殊功能材料，如热敏金属：(5)解决了异种金属的焊接问题。从高、精、尖的航空航天领域到工、农业生产的各部门，乃至人们的日常活上，铝及其合金无处不在。铝材的广泛应用，除了地球上有着丰富的蕴含量(约为地壳重量的8.2，地壳中分布最为广泛的金属元素)之外，最重要的原因铝还有一系列的优点：比重小，约为2.7gcm3，仅为铁或铜的13；塑性好，易加工，易成型；导电导热性能好，仅于银、铜和金；以纯铝(1050)为例，其导电率相当于等重量铜的两倍；耐腐蚀性，易焊接经济实惠等等。钢则具有高强度，外表美观，易清洗等优点被广泛的应用于建筑，化工，石油，核能，纺织等各个领域，目前世界的钢用量每年已超过1000万吨，钢种100余种。近年国内外出现了的钢和铝复合材料，用这种材料制造的厨具制品不但保留了钢制品的外形美观，而且导热性能大大提高、重量轻，它综合了钢的高强度、易清洗和铝的质轻、价廉、优良的导电、导热性等优点而在多方面领域得到了广泛的应用，具有极好的市场前景目前钢+铝复合板的主要用途见表1.1。作为装饰材料，钢耐用、表面光亮且几乎不需要维护表面，因此可以大大减少了维护的费用，如美国纽约世界贸易中心的走廊墙壁就是采用大片的钢制品；铝质轻、表面可以氧化着色、易加工、将这两种金属组合成新型材料，不仅大大降低了装饰成本，降低了装饰工艺难度，而且更加的安全合理。在炊具制品方面铝制炊具一般导热系数大，灵便轻巧，价格低廉，但是耐腐蚀性能比不上钢制炊具，且不便清洁和卫生，作为炊具材料使用时间过长还会对钢+铝复合板性能和界面的研究人体产生有害的影响；但是钢制炊具虽然外形美观、易清洗、对人体无害，但其导热系数差，能源浪费价格昂贵。若使用钢+铝复合板制作的炊具则可具备以上两种材料的优点：比重小、强度和刚度好、具有比钢更好的导热导电性、具有良好的耐腐蚀性及表面加工和着色性。表1.1 钢+铝复合板的主要用途1行 业主 要 用 途航空航天飞机辅助装置、导弹外壳续表1.1行 业主 要 用 途化工防腐蚀压力容器交通汽车车身、地铁、高速列车装饰板、装饰条、汽车前后保险杠电子工业集成电路引线板、电器装饰板医疗医疗器件、特种医疗包装建筑高层建筑外装饰、宾馆及娱乐场所等的内装饰体育体育器械、健身器材日常生活炊具、餐具、家庭内装饰用材料1.3 双金属复合板的生产方法双金属复合板的研究最早是由美国于l860年开始，经过100多年的发展，双金属复合板的生产技术得到不断提高，生产方法也日益增多。目前双金属复合板的生产方法总体上可分为三大类：固-固相复合法、液-固相复合法和液-液相复合法。固-固相复合法包括爆炸复合法、挤压复合法、爆炸焊接热轧法、轧制复合法、扩散复合法、扩散焊接法等；液-固相复合法包括复合浇铸法、反向凝固法、喷镀复合法、钎焊法、铸轧法等；液-液相复合法目前仅有电磁连铸生产复合板法。1.3.1 爆炸复合法爆炸焊接法是上世纪60年代随着航空航天工业的发展而产生的一种加工工艺。在爆炸的瞬间，被焊表面发生高压高速的碰撞，碰撞可产生强大的压力，大大超过金属所能承受的极限，形成表面层金属的塑性流变。此外，平碰撞使金属在碰撞点产生射流，射流的冲刷作用会清除金属表面的氧化膜和吸附层，这样一方面会使金属内部的新鲜表面露出，另一方面在碰撞所产生的高压作用下使复材与基材的洁净金属原子间达到紧密结合，通过金属键形成牢固的焊接界面，而且因为作用时间很短(毫秒级)，所以接触界面上不产生金属间化合物。1.3.2 挤压复合法它主要用于生产双金属的管、棒、线材及简单断面的型材。其方法是将要复合的异种金属表面清理后组装成挤压坯，然后在适当的温度和挤压比下进行挤压，在压力作用下使金属紧密接触并达到复合。此方法特别适用于生产连续的长方形与矩形断面的复合型材，缺点是挤压复合的材料范围受限制，要求大功率的挤压机，而且不能连续化生产。1.3.3 轧制复合法如图1.1所示，轧制复合法是借助大压下量轧制迭起来的两层或多层金属或合金，依靠原子之间金属键的相互吸引力而使组元层结合起来的一种工艺。根据轧制复合时加热与否可分为热轧复合法和冷轧复合法。这种方法一般包括三个步骤：表面处理、轧制复合和扩散退火。表面处理是将复合的金属表面脱脂除油后，用钢丝刷、布砂轮等清刷，其目的在于：清除组元表面的吸附物和氧化层并形成一定的表面粗糙度，引起表面浅层的加工硬化，使表层在大压缩率的轧制压力作用下，氧化层破碎，露出内层新鲜金属。轧制复合是指在一定的压缩变形量下，粗糙的复合表面一方面相互嵌合，另一方面氧化膜被充分碾碎，并弥散分布，露出的新鲜金属原子间形成原子键。在这两种机制的共同作用下形成异种金属元素之间牢固的点结合。图1.1 轧制复合示意图1扩散退火即以轧制复合的大压缩变形所贮有的高内能为驱动力，在高温下异种金属间通过充分的互扩散，由轧制复合后的点结合扩展为面结合。破碎的氧化膜在表面张力的作用下收缩、球化，并向基体扩散、溶解，最终在结合面两侧形成一定深度的互扩散层，从而大大提高异种金属问的结合强度。轧制复合法可进行成卷连续生产，组元层合金之间厚度比均匀，产品尺寸精确，性能稳定，生产效率高。1.4 双金属复合材料国内外发展情况1.4.1 国外发展状况双金属复合板的研究最早是由美国于1860年开始的，通过采用不同的生产方式，复合板的复合层己经从两层发展到多层不等；有单面复合，也有双面复合；形状分板、管、线、棒、丝、异型复合材料；交货方式有单张和成卷。20世纪70年代国外开发成功“爆炸焊接+热轧”的工艺，结束了单纯采用爆炸焊接生产产品的厚度、长度、宽度限制，可以生产出薄规格、成卷以及异型复合材料。前苏联对层状复合材料的研究始于20世纪30年代，主要有轧制法、铸造法、爆炸法、扩散焊接法等方法生产铝、钛、钢等金属的复合材料，尤其在冷轧复合发面的研究比较深入。英、法、德等发达国家对复合材料的研究也有相当的水平，其中英国伯明翰大学在20世纪五、六十年代对固相复合进行了较为系统的研究，取得了很多的成果。目前，金属复合材料在这些国家得到了广泛的应用。在日本，采用直接轧制法生产复合板工艺己较为成熟。日本川崎钢铁公司到90年代初采用“包浇-轧制法”己成功批量生产犁桦、化学液体专用船用的复合板及不锈钢复合板。多层金属板的复合在日本是利用上层的驱动板铺设炸药的方法来生产；帝国化学工业公司采用厚的驱动板和惰性隔离颗粒层的爆炸复合多层金属板的制造技术己经取得了欧洲专利。生产方式主要有固-液相复合法和固相复合法。固-液相复合法的工作环境比较恶劣，而且复合温度、各层厚度等方面的控制难度很大。固相复合法具有生产效率高。生产成本低，无污染，节约能源，成材率高的特点，因此，采用固相复合技术是层状复合板生产的发展趋势。大量多品种规格的复合材料的迅速发展证明了这一类新型材料不仅仅可以节约稀有金属，而且与各行业科学技术发展对制成品的使用性能要求有密切关系。1.4.2 国内发展状况我国的复合板研制起始于20世纪60年代初，主要方式有爆炸焊接、爆炸焊接坯+轧制、冷轧、热轧、包浇+轧制等，其中“包浇+轧制”在重钢五厂生产过；直接热轧法在上钢三厂生产过，但实物质量水平与日本还有差距，主要表现在未结合面积占有的比例较大、结合面抗剪强度较低以及复层金属厚度不均等方面。其余绝大多数厂家采用爆炸焊接和“爆炸焊接坯+轧制法”生产。多层金属板的复合在国内仍处于试验阶段。我国的爆炸焊接法生产的复合板与国外水平相当，但轧制法生产的复合板其实物水平与日本还有差距，主要表现在未结合面占有的比例较大、结合面抗剪强度较低以及复层金属厚度不均等方面，而且不同类型的钢板之间的复合轧制技术还不成熟。因此开发复合板轧制技术既可弥补爆炸焊接法的缺陷，又可降低生产成本，有利于提高产品在国际市场上的竞争能力。但是，在生产钢+铝复合板时，常常会遇到以下几个方面的问题：（1）对于单复层复合板而言，在热轧过程中由于基、复层的延伸系数不同，造成复合板周边基层的延伸、宽展量较大，从而导致切头切尾及切边量增大，更有严重者会造成复合板翘起抱辊或下爬钻地沟，影响正常生产。（2）对于单复层复合板而言，由于基、复层的热膨胀系数不同，在热处理过程中钢板会上凸或下凹。若复层朝上则钢板上凸，这样钢板头部易钻入炉底辊道造成卡钢：若复层朝下则钢板下凹，由于钢板接触辊道底面积减少，因此，钢板在运行过程中容易跑偏撞炉墙。出现这两种情况均需停炉降温处理，同样影响生产。（3）对于对称轧制复合板而言，板坯边部的复合率不高，造成轧制过程中烂边现象严重，一方面给组织生产带来了困难，如增加切边工序，损伤辊面，烂边处应力集中造成轧制过程中断带等；另一方面切边量太大导致成材率过低。（4）成品热处理工艺不够成熟，在所生产出的复合板中，有一部分性能达不到用户使用要求。总的来说，我国的复合板生产水平与国外先进技术相比仍存在不小差距，但在某些方面己经同国外水平相当，比如钢复合板爆炸焊接结合率问题、脆性材料的复合问题、合理热处理工艺制度以及焊接工艺的确定等。2 生产方案和产品大纲的确定生产方案是指为完成产品方案中所规定的产品生产任务而采取的生产方案。应根据设计规模、产品质量及技术经济指标的要求，结合具体条件，制定合理的生产方案。2.1 生产方案选择依据生产方案的选择与设备的选择是紧密相关的，两者应同时加以考虑。确定生产方案时主要考虑以下几点:（1）金属与合金的品种、规格、状态及质量要求。产品品种和规格不同，生产方案的选择也不同，所设计的车间差别就很大，例如热轧中厚板生产车间和管棒型材生产车间就存在根本性的差别。即使是同一种合金品种与规格产品，如果产品质量要求不同，也可能采用不同的生产方案。（2）年产量的大小。年产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备选择、连铸坯尺寸和产品规格有直接的影响。例如，对于冷轧板带钢生产来说，产量不大时，可采用单机架生产；而产量大时，可采用连轧生产。（3）投资、建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、生产人员与管理人员的数量以及将来的发展。生产方案的选择主要考虑经济效果，在设计时可参考生产工艺比较成熟的类似车间，在满足建厂的原则下制定合理的生产方案。2.2 生产方案的确定表2.1 生产方案2轧机名称成品规格（厚度宽度）/mmmm设计年产量/万吨单机架轧机双机架轧机1450mm中厚板轧机（4030（10001250）15253060单机架轧制：单机架布置生产是指在一架轧机上完成中厚板的轧制。轧机可选用四辊式和万能轧机。这种方式由于是单机架轧制，粗轧与精轧都在一架轧机上完成，因此产品质量较差、规格受限、产量较低。但该方式投资小，适于对产品质量和产品要求不高的钢板轧制。2.3 产品方案的含义产品方案是指所设计的车间拟生产产品的名称、品种（钢种）、规格、交货状态、执行标准、年计划产量及在总产量中的比例。产品方案是车间今后组织生产的依据，因为产品方案不但规定了车间的类型，同时也规定了车间生产品种的方向。根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。产品方案一旦决定，不宜轻易变更，否则就无法组织生产。2.4 编制产品方案的原则在适应市场需要的前提下，应根据原料、公辅设施、总图、能源、环保、投资等来确定轧钢车间的设计规模。轧钢车间的产品方案应按市场调查、供坯条件及主要工艺设备的组成及性能进行编制。产品方案的编制一般应遵循下列原则：（1）满足市场和国民经济发展对产品的要求。产品方案的编制根据国内外市场短期和长期对产品数量、质量和品种等方面的需要。（2）产品平衡。产品方案的编制应考虑国内外钢厂生产的布局和配套设施以及出口的问题。（3）建厂地区的条件、生产资源、自然条件、运输条件、投资等的可能性。在进行产品方案编制时，要以以上三点为依据，全面考虑，三者不可偏废。如果一个企业有两个以上同类轧钢车间，那么各车间生产的产品品种、规格应有合理的分工，尽量实现专业化生产；即使只有一个轧钢车间也应确定最佳的产品范围，以便经济合理地进行生产。2.5 产品方案产品方案确定之后，应按名称、钢种、状态、执行标准、规格范围、年产量、比例等列成表，也称产品大纲。表2.2 产品方案2序号产品名称及用途代表品种产品规格/mm执行标准年产量/t比例/%厚度宽度1碳素结构钢Q23A0.812.78501750JIS G31019.610480%2铝合金1050348250070002.410420%Q235A韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。Q235A一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢板、钢管可用于制造各种焊接结构件、桥梁及一些普通的机器零件，如螺栓、拉杆、铆钉、套环和连杆等。中文名：Q235A 标准：GB/T 700-2006碳：C0.22% 抗拉强度：b370500mpa铝合金1050为工业纯铝，具有高的可塑性、耐蚀性、导电性和导热性，但强度低，热处理不能强化可切削性不好；可气焊、氢原子焊和接触焊，不易钎焊；易承受各种压力加工和引伸、弯曲。（国家标准GB/T 6893-2000）3 工艺流程设计3.1 制定生产工艺流程的依据轧钢生产工艺流程就是将不同的原料（不同成分、形状、尺寸的钢坯或连铸坯）轧制成具有一定形状、尺寸和性能的钢材所必须进行的一系列生产工序按次序排列起来。显然，不同的轧制产品具有不同的工艺流程。制定轧钢厂生产工艺流程是轧钢产设计的核心问题，也是工艺设计中的一项重要工作，它直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求。合理的生产工艺流程应该是在保证完成设计任务书中规定的质量和产量的前提下，具有最低的消耗、最少的设备、最小的厂面积、最低的产品成本，并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展，具有较好的劳动条件和最好的经济效果。制订生产工艺流程的主要依据有一下几点：（1）根据生产方案的要求。由于产品的产量、品种、规格及质量的要求不同，所采用的生产方案也就不同，那么主要工序就有很大的差别。因此，生产方案是编制生产工艺流程的依据。（2）根据产品的质量要求。为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。（3）根据厂生产率的要求。由于厂的生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的厂，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。3.2 工艺流程方案脱脂处理又称除油处理。指从废水、污泥或固体废物中去除油脂的方法。从废水中分离油脂的设备有隔油池和除油池。另外，它也指从机器部件或铁制产品表面上除掉油脂的过程。油脂主要来自机加工时沾上的润滑油、防锈油，贮存期间的油封，模制时的脱膜剂以及磨抛光时沾上的抛光膏等。脱脂的方法有：有机溶剂脱脂、化学脱脂、电化学脱脂等。有时需要几种方法同时使用。退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。铆接是一个机械词汇，是使用铆钉连接两件或两件以上的工件。轧制复合法主要用于双金属板及减震钢板、铝塑复合板的成形。轧制复合时，按照坯料是否加热，可分为热轧复合、冷轧复合和温轧复合三种。碳钢+铝复合的一般生产工艺过程如图3.1所示：纯铝打磨打磨脱脂处理脱脂处理清洗清洗铆接加热退火轧制复合碳钢粗矫精整图3.1 碳钢+铝两层复合中厚板轧制工艺流程4 轧制工艺规程制定4.1 原料设计4.1.1 不同温度对轧后组元厚比分配的影响在本实验中对四块相同初始厚度铝为0.5mm,钢为2mm，原始厚比(H2H1)都为0.25的钢+铝板材在压下量为30%时，预热温度为300，400，450，500,预热时间十分钟进行轧制复合，得到不同温度下轧后组元压下量分配如图4.1所示1。图4.1 不同温度下轧后组元压下量分配1图4.1是预热温度对各组元压下量比分配规律的曲线，可以看出预热温度越高复合板材热轧后的相对压下量差越大。从图4.1中可看出，随着预热温度的升高，钢组元的变形率下降。这是因为加热后金属铝发生了软化，轧制时更容易发生变形。而且预热温度越高，铝的软化程度越大，铝的变形分配也就越大，钢的变形分配相应就会减小。在轧制复合过程中，铝层的变形杭力远小于钢层的变形抗力。因此，铝层的变形占总变形的大部分。在共同加热轧制复合情况下，热轧预热温度越高，钢的相对变形量越小。随着预热温度的提高，铝的变形率增加，钢的变形率减小很明显，这说明提高预热温度可以增大铝合金的变形和提高各组元的塑性，同时又对降低钢的变形程度有一定的效果，即减少了钢的加工硬化，所以适当提高预热温度有利于复合板的再加工性能。4.1.2 不同压下量对轧后厚比分配的影响在本实验中对四块相同初始厚度铝为0.5mm、钢1.5mm，原始厚比(H2H1)都为0.33和都在同一温度400预热十分钟后的钢+铝复合板材进行压下量分别为20%,30%, 35%和40%的热轧，得到不同压下量下轧后厚比分配如图4.2所示1。图4.2 总压下量与组元压下量的关系1对于软金属铝而言，在相同的预热温度下，由于铝较钢的变形抗力低，所以铝的压下量总是大于钢的压下量。但是随着压下量的增加，铝和钢压下量的差值逐渐减小。当总的压下量继续增大时，大的压下量和快的变形速率导致钢和铝的加工硬化都增加，继续变形变的越来越困难，由于铝的压下量大于钢的压下量，所以铝先于钢达到高的加工硬化，使得铝和钢的变形抗力趋于一致。所以随着总压下量的增大，二者压下量的差值减小，这有利于共同变形，达到良好的复合效果。4.1.3 原料的尺寸根据上述实验结果，取轧制温度400、压下量30%时的实验数据计算：原料规格：Q235A 钢规格：15.7mm1250mm7133mm1050铝合金厚度：4.3mm1250mm6511mm产品规格：根据金属塑性变形时的体积不变条件；复合板规格：14mm1250mm10000mm钢的规格： 11.2mm1250mm10000mm铝的厚度： 2.8mm1250mm10000mm总压下量： 6mm4.2 轧机参数根据上述原料尺寸，选取1450mm四辊可逆轧机,具体参数如下：（1）辊身长度： L=b+a (4.1) =1250+200 =1450mm式中 b钢板的最大宽度 a辊身长度裕量系数，它决定轧制钢板的最大宽度（2）轧辊直径： 轧辊辊身长度与轧辊直径之比通常取为：LDW=2.54.0 (4.2)1=480mm（3）支承辊直径：支承辊辊径与工作辊辊径之比为：DBDW=1.62.5 （4.3)2=960mm（4）支承辊长度：支承辊辊身长度与轧辊直径之比通常取为：LDW=1.32.5 (4.4)支承辊辊身长度一般比工作辊辊身长度短100200mmL=1350mm（5）轧辊辊径尺寸：d=0.50.6D=0.5480=240mm (4.5)式中 d辊颈直径，mmD轧辊直径，mm4.3 轧制规程的设计4.3.1 咬入条件hhmax=D1-cosmax=D(1-11+f2) (4.6)式中 hmax最大允许压下量； D轧辊直径； max最大允许咬入角； f轧辊与扎件间的摩擦系数。根据实验资料，平辊热轧时最大咬入角与轧制速度之间有如下近似关系：如表4.1所示表4.1 平辊热轧时最大咬入角与轧制速度之间有如下近似关系3轧制速（ms）00.51.01.52.02.53.5最大咬入角（）252322.522211711二辊和四辊可逆式中厚板轧机的轧制速度可调，因此可以采用低速咬入，所以实际的最大咬入角可以达到2225。实际生产中，热轧钢板时，咬入角一般为1522，低速咬入可取为20。hmax=D1-cos=33.6mm (D取480mm)4.3.2 轧辊的强度条件按辊身的弯曲应力计算的允许最大轧制力为：Pmax1=0.4D3RbL+l-0.5B=0.44803781450+432-625=2.7106N (4.7)式中 D、L、l分别为轧辊直径、辊身长度和辊径长度； B钢板的宽度； Rb轧辊许用弯曲应力。按支承辊辊径弯曲强度计算的最大轧制力为：Pmax2=0.4d3Rbl=0.4240378432=0.9106N (4.8)式中 d、l轧辊辊径直径与长度。按传动滚辊径许用扭转应力计算的最大允许轧制力为：Pmax3=0.4d3Rh=0.4240326.892406=3.9106N (4.9)式中 d传动辊辊颈直径； R轧辊半径； 许用扭转应力； h该道次的压下量。以辊径强度出发可近似得到最大允许轧制力矩：MmaxPmaxRh=0.4d3=0.4240326.89=148106Nm (4.10)满足轧辊强度条件应为：PPmax1PPmax2PPmax3MMmax根据上面计算结果,最大允许轧制压力为：P=0.9106N4.3.3 轧制速度的确定中、厚板生产中由于扎件较长，为操作方便，可采用梯形速度图。根据经验资料取平均加速度a=40r/(mins),平均减速度b=60r/(mins)。图4.3 轧机速度梯形图2如图5.3所示，由于咬入能力很富余，顾可采用稳定高速咬入，0t1时间内，转速从0增至n1,为空载加速阶段；t1t2时间内，转速由n1增至n2，咬入速度取n1=20r/min，为负载加速阶段；t2t3时间内，转速保持n2=80r/min恒速，为高速轧制阶段；t3t4时间内，转速从n2降至n3=20r/min(n3为轧件的抛出速度)，为负载减速阶段；t4t5时间内，转速从n3降至0，为空载减速阶段。4.3.4 纯轧时间的确定多边形（梯形）面积：12n2n2a+n2t3-t2+12n2n2b=n122a+n322b+60LD (4.11)12808040+803.4+12808060=202240+202260+6010000480=405.33mm2等速轧制时间：t3-t2=1n260LD+n122a+n322b-a+bn222ab (4.12)=1806010000480+202240+202260-40+6080224060=3.4s加速轧制时间：t2-t1=n2-n1a=80-2040=1.5s (4.13)减速轧制时间：t4-t3=n2-n3b=80-2060=1s (4.14)纯轧时间：tz=t4-t1=t2-t1+t3-t2+t4-t3=1.5+1+3.4=5.9s (4.15)4.3.5 温度制度的确定温度是影响钢板组织和性能的最主要因素，要控制组织和性能，就必须首先在生产过程中控制温度制度。铝合金热轧的工艺制度主要包括热轧温度、热轧速度、热轧压下制度等，根据设备能力和控制水平合理制定热轧轧制制度有利于提高产品质量、生产效率和设备利用率，保证设备安全运行。热轧温度热轧温度包括开轧温度和终轧温度。（1）开轧温度合金的平衡相图、塑性图、变形抗力图、第二类再结晶图是确定热轧开轧温度范围的依据。合金的塑性图在一定程度上反映了金属的高温塑性情况，它是确定热轧温度范围的主要依据。根据塑性图可选择塑性最高、强度最小的热轧温度范围。理论上热轧开轧温度取合金熔点温度的0.850.90倍，但应考虑低熔点相的影响。热轧温度过高，容易出现晶粒粗大，或晶间低熔点相的熔化，导致加热时铸锭过热或过烧，热轧时开裂。由于铝的熔点低，所以开轧温度为400。（2）终轧温度铝合金热轧的终轧温度是根据合金的第二类再结晶图确定的，塑性图不能反映热轧终了金属的组织与性能。铝及铝合金在热轧开坯轧制时的终轧温度一般都控制在再结晶温度以上。当对热轧产品组织性能有一定要求时，必须根据第二类再结品图确定终轧温度。终轧温度要保证产品所要求的性能和晶粒度。温度过高晶粒粗大，不能满足性能要求，而且继续冷轧会产生轧件表面橘皮和麻点等缺陷，当冷轧加工率较小时，还难以消除。终轧温度过低引起金属加工硬化，能耗增加，再结晶不完全导致品粒大小不均及性能差。终轧温度还取决于相变温度，在相变温度以下，将有第二相析出，其影响由第二相的性质决定。一般会造成组织不均，降低介金塑性，造成裂纹甚至开裂。终轧温度一般取相变温度以上2030。无相变的合金，终轧温度可取合金的熔点温度的0.650.70倍。为保证终轧温度，采用多机架连轧是有效的工艺手段。表4.2 铝合金热轧开轧温度和终轧温度6合 金热粗轧轧制温度/开轧温度终轧温度1系420500350380（3）加热炉参数选用步进式加热炉炉子用途：板坯轧制前加热加热炉尺寸：14m45m板坯规格： 钢的规格：11.2mm1250mm10000mm铝的规格：2.8mm125