型钢工艺学教学概论绪论PPT.ppt

材料与冶金学院李胜利 lishengli 型钢工艺学 2014 08 25 Schoolofmaterialandmetallurgy 几个问题 中国钢铁企业目前面临的困境是什么 什么是目前还算赚钱的产品品种 中国目前的钢铁生产规模 怎么样学好工艺学 把握课程特点记牢基础知识认真开展实验 问题学习法 Schoolofmaterialandmetallurgy 看考书目 轧制工程学 康永林编冶金工业出版社型钢孔型设计 徐春编化学工业出版社型钢轧制技术 中岛浩卫冶金工业出版社压力加工工艺学 王廷敷冶金工艺出版社 Schoolofmaterialandmetallurgy 课程简介 压力加工 工艺 学 板带钢 管钢 型钢 板 带按宽度分 规格按厚度分 大部分为圆 按成型方式分 经塑性成型的有一定断面形状的直条实心钢材 科学 学问 区别于钢管 区别于板钢 工作技艺 工业艺术 1干的漂亮 2干的巧妙质量和成本 课程主题 与金属型材生产有关的工具设计 工艺参数设定 产品质量 成本控制等技术 技艺的知识体系 背景知识 材料科学 加工设备和原理 生产实习感性认识学习目的 掌握型钢生产的工艺制度 能设计简单的孔型系统主要内容 24学时 两大部分 包括工艺制度介绍和孔型设计入门 轧制锻造挤压拉拔 劳动者利用生产工具对各种原材料 半成品进行增值加工或处理 最终使之成为制成品的方法与过程 Schoolofmaterialandmetallurgy 认识型钢 品种 作用 机械 金属结构 桥梁建筑 汽车 铁路车辆制造和造船等 占钢材总产量的50 左右 规格 断面形状和尺寸的总称 形状有1500多种 尺寸规格达到3900多个 典型的型钢图例 称谓 直径 边长 长 宽 腰高 单位重量等等 Schoolofmaterialandmetallurgy 认识型钢 分类 3按钢种分类国家标准91 以Cr为例 0 3为非合金钢 0 3 0 5低合金钢 0 5合金钢 4按钢材的用途 1按钢材断面形状 复杂断面型钢 简单断面型钢 方 圆 扁等 工 槽 角等 建筑用钢 压力容器钢 桥梁用钢 汽车用钢 核能用钢 耐腐蚀钢等 普碳钢 优碳钢 低合金钢 满足力学性能或成分即可 普碳Q235 优质碳素钢65Mn 成分性能保 要控制晶粒度 S P含量更低 表面质量好 低合金钢16Mn 20MnSi以加入Mn为主 另微量元素Mo V Nb等 合金钢 不锈 耐热 高速钢 弹簧钢 合结 易切削钢 轴承钢 模具 2按钢材生产方式 热轧或者冷弯 目前热轧为主 但冷弯有扩大的趋势 Schoolofmaterialandmetallurgy 典型的生产工艺流程 钢的冶炼 铁的冶炼 钢的浇铸 模铸钢锭 连铸钢坯 成品型钢 型钢轧机 初轧机 轧钢生产系统 锭或坯与不同轧机配套组成的系统按照产品不同可以分成板带 型钢 混合 合金钢生产系统等 Schoolofmaterialandmetallurgy 问题讨论 问1 为什么型钢生产中 基本不用冷轧方法 问2 什么是型钢 主要用途 国民经济中的地位 问3 连铸为什么逐渐代替了模铸 但又在什么情况下代替不了 问4 以汽车为例 讨论所用的钢材数量和品种 应知应会 品种规格 轧机命名方法 钢种和钢号 Schoolofmaterialandmetallurgy 轧钢生产工艺过程 看似简单的轧钢生产工艺过程到底有什么技巧和技艺需要掌握呢 原料 成品 中间过程有什么 加热 轧制 精整 轧钢生产工艺过程的定义 从原料到轧成具有一定形状和性能的产品 中间经过的一系列加工工序的组合 断面尺寸 长度公差 力学 物理 化学 主要内容 Schoolofmaterialandmetallurgy 工艺过程的主要内容 原料 种类 内部缺陷 原料的选择 原料缺陷和清理 断面 尺寸 外部缺陷 钢锭 钢坯和连铸坯 连铸比都在80 100 方形 矩形坯和异形坯 接近成品形状 咬入问题 开口度 H D 最后一道次允许轧制时间的长短 温降 成品长度的定尺倍数 成材率 坯料的公用性 管理 保证成品的质量 压缩比足够 性能尺寸差 或轧制愈合 或轧后探伤 裂纹 结疤 重皮 表面夹杂 表面气孔 皮下气孔 皮下气泡 飞翅 飞溅 翻皮 波皱面 压痕 耳子和折叠等 振痕 清理方法常用的有 火焰清理 风铲清理 砂轮清理 机械清理 电弧清理等 清理费用的比较 风铲 砂轮 机械 火焰 1 3 0 6 0 5 Schoolofmaterialandmetallurgy 工艺过程的主要内容 加热 铁碳合金中的Fe和C可形成铁素体 F 奥氏体 A 渗碳体三个基本相 这些基本相以机械混合物的形式结合还可形成珠光体 P 和莱氏体 Ld Schoolofmaterialandmetallurgy 工艺过程的主要内容 加热 加热的目的 提高塑性 降低变形抗力 有利于轧制 制定加热工艺制度时应考虑如下问题 1 根据钢种的特性 断面尺寸大小和工艺特点 2 加热终了的钢温应当力求均匀一致 3 保证加热质量 防止产生各种加热缺陷 4 加热炉便于操作 有较高的生产效率 加热温度 完全A化 A3 30 50 JE 100 150 碳钢要防止脱碳 含碳越高温度越低 合金钢要注意合金元素的影响 有的扩大奥氏体区 有的缩小 加热速度 加热快慢 以单位时间内的钢温变化表示 和断面尺寸 导热性有关 考虑热应力 也和炉子结构有关 应该越快越好 但注意加热质量 重点掌握几个参数 加热时间 它受钢种 钢料形状和尺寸 炉内布料方式 炉型结构 供热能力和采取的加热速度等许多因素的影响 确定加热时间要考虑加热温度的均匀性 并使钢在加热过程中消除或减轻某些缺陷 尽可能地减少钢的氧化和脱碳 防止产生过热 过烧等缺陷 尽可能短 减少氧化铁皮 确定加热时间的经验公式 t c b 其中 C是系数 普碳 低合0 1 0 15h cm 中碳和高碳 合金等0 3 0 4 b是边长cm Schoolofmaterialandmetallurgy 工艺过程的主要内容 加热 加热缺陷及其防止 缺陷主要有过热 过烧 表面脱碳 氧化 加热不均 热裂等 产生的原因主要是钢材在高温停留时间过长或加热温度过高等 减少加热缺陷的措施应该正确控制炉膛的气氛 氧化性 还原性 中性 炉膛压力 正压力 负压力 减少在高温停留时间等是减少氧化铁皮损失 防止出现过热和过烧等缺陷的重要条件 加热炉分为一段 两段 三段式 氧化铁皮形式和组成 Schoolofmaterialandmetallurgy 工艺过程的主要内容 轧制 目的 精确成型 改善性能 定义 工具 变形 产品 内容 1 变形制度2 变形温度3 变形速度 压缩比道次分配压下量翻钢程序 开轧温度终轧温度 轧辊速度咬入速度抛出速度卷取速度 Schoolofmaterialandmetallurgy 工艺过程的主要内容 精整 目的 控制性能 改进外形 方便包装发货 定义 轧后钢材的进一步加工处理 内容 1 冷却制度2 切断制度3 矫直制度4 包装检查 空冷水冷油冷雾冷堆冷坑冷 剪切 冷 热 锯切 冷 热 压力矫直拉伸矫直多辊矫直斜矫张力矫直 包装标准入库标准检查标准 5 后续特殊加工 防腐涂层 光亮 重轨的连接孔加工等 Schoolofmaterialandmetallurgy 制定工艺过程的依据 1 产品标准 技术条件 尺寸形状 公差 外形 孔型 辊型 表面质量 光洁度 缺陷 速度 轧辊材质 性能要求 力学性能 导电 导磁 耐热 耐酸 焊接等物化性能 化学成分及高低倍组织 100倍分界 缩孔 疏松 裂纹 晶粒度 夹杂 验收标准 取样 试验 包装 标签 2 钢种特性塑性 变形抗力 导热性 热膨胀系数 摩数系数 相图 C曲线 对缺陷的敏感性 白点 过热 脱碳 3 现场的工艺 设备条件轧机间距 吊车吨位 剪机能力 加热炉尺寸 推钢机能力 轧机强度 移钢机位置 辊道速度 精整能力 Schoolofmaterialandmetallurgy 问题讨论 问1 什么是压缩比 对产品质量有什么影响 问2 首尾温差怎么产生的 对产品质量有什么影响 问3 常见原料表面缺陷有哪些 怎么确定清理方法 问4 加热的目的和要求 加热缺陷和氧化铁皮控制方法 问5 怎么确定开终轧温度 轧后控冷方法与目的 问6 根据确定工艺过程的依据 研究讨论GCr15轴承钢轧制工艺过程的各种参数怎么确定 问7 什么是成材率 成坯率 企业为什么重视这个数字 问8 直径650mm的钢制轧辊 估算一下最大原料直径 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 开坯 基本流程 坯料准备 缺陷检查 加热 轧制 剪断 冷却 精整 检查 打捆 称重 标识 入库等环节 根据产品不同分类 开坯生产 型钢生产和棒线材生产 钢水 成品 半成品 开坯 钢坯 生产 伴随技术的发展 单纯的开坯车间已经大大减少 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 开坯 坯料的选择有品种之分 但更重要的是尺寸规格的选择 重要问题 料重的计算锭重和尺寸的计算 切定尺严格的型材 如 钢轨 保收得率GP glnkp 保头尾温差 控制公差 用于小型和线材 温降快 GP FVtrkp kp 1 1 a b c a 烧损b 切损c 取样轧废等损失 Gd GPnkd 本体重量Gb Gd 1 b 本体体积Vb Gb r 确定细长比 H D D Vb H D 确定钢锭锥度I A a 2H 100 tg 本体锥度 H 帽部容积 平均直径 a A D Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 开坯 原料选择中的原则性 1重量越大越好2断面越小越好3长度越长越好 钢坯采用普通的分段式加热炉 钢锭或钢坯的加热 钢锭采用均热炉 1推钢式2步进式 锭或坯的轧制 1断面大2塑性差 坯料的精整切断 外观 质量等 单机架 或者双机架布置 可逆轧制 直流或交流变频传动不带减速机和齿轮机座 孔型采用箱形孔 尽量使用大压下量轧制 钢锭断面高度H和辊工作直径D比值H D大 采用三角形和梯形速度图的条件 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 型材 常用型材的断面形状 尺寸范围及用途 Schoolofmaterialandmetallurgy 型材生产工艺过程 原料 一般为钢坯或连铸坯 按照通用的计算方法选择后进行清理 加热 一般为推钢式或步进式加热炉 轧制 型钢轧机 按轧辊的名义直径 可以分为大中小型型钢轧机 大型轧机 650以上 有时把 750 900的也叫轨梁轧机 中型轧机 350 650 小型轧机 250 320 轧机布置 横列式 全连续 一台交流电机带几架3辊水平轧机 上下线穿梭轧制 设备简单 品种灵活 投资少 不可调速 一架和末架温差大 移钢时间长 精度低 半闭口机架 孔型多L D大 自动化程度低 时间短 速度快 可轧制小规格 轻型薄壁产品 坯料重量大 成材率高 产量高 品种少 电机多 投资大 控制系统复杂 顺列式 棋盘式 半连续 轧制方法 普通热轧法 多辊轧法 弯轧法 热轧 纵剖法 热轧冷拨法 Schoolofmaterialandmetallurgy 典型型材生产工艺过程 工字钢 工字钢成H型 腿内侧平直 腿端呈直角 h 腰高d 腰厚b 边宽 腿宽 t 边厚 与同样高度的普通工字相比 腰部厚度小 边部宽度大 又叫宽边工字钢 1 截面横数大 强度高 常用于要求承载能力大 截面稳定性好的大型桥梁 高层建筑 重型设计 高速公路等 2 重量轻 节约金属3 边部内侧于外侧平直 边部呈直角 便于拼装组合成各种构件 提高生产效率 万能轧机 水平辊主动 左右两个立辊被动 以保证减速相等 腰部在水平辊间轧制 边部在水平辊侧面与立辊间使其同成形 未能对边端部施以压下 用轧边机对端边以压下并限制腿高 在腿部压下时 为减轻轧辊的摩损 使上下水平辊的侧面以及相应的立辊表面呈3 10 的倾角 为修正腿的角度 配置万能精轧机 其立辊表面水平的水平辊侧面垂直或有很小的倾角0 0 3 Schoolofmaterialandmetallurgy 典型型材生产工艺过程 重轨 重轨生产工艺过程 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 棒线材 认识棒线材 以盘卷形式交货的热轧圆钢 热轧品种中断面最小的一种 直径 5 42常用 5 5 25 国内5 9线材断面 方 圆 六角 异形重量 80 160千克500千克3000千克钢种 以碳素和低合金钢为主 软线 硬线 合金 琴线 电阻线 有色用途 直接使用 二次加工 建筑 钢丝 铆钉等 生产技术发展历史 1860年在比利时出现线材轧机 坯料重23KG 长90M 轧速4 6M S 50 60年代中期 自动化 计算机技术发展 连续活套和全连轧 采用水平 立式交替布置 坯重315公斤 轧速21 27M S 1966年第一套高速无扭轧机在加拿大钢铁公司生产 23架轧机 坯重725公斤 46 6m年产量18万吨 90年代后期 发展顶峰 天津钢厂 26架轧机 摩根型 设计120m s 年产35万吨 50 5 5 质量控制 椭圆度及尺寸精度 表面质量 组织性能 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 棒线材 原料准备 进厂 检查 称量 装料 加热 轧制 粗轧 中轧 预精轧 精轧 减定径轧制 t吐丝 控制冷却 水冷 风冷 空冷 后部工序 集卷 检查 打捆 称量 入库 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 棒线材 原料准备 进厂 检查 称量 装料 加热 轧制 粗轧 中轧 预精轧 精轧 减定径轧制 t吐丝 控制冷却 水冷 风冷 空冷 后部工序 集卷 检查 打捆 称量 入库 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 棒线材 原料 初轧坯或连铸坯 断面尽可能小 长度尽可能大 重量大 随着轧机能力的提高 目前的轧件断面也在增加 90 90mm 165 165mm 长9 12m 坯料重可以提高成材率 提高产量 减少设备冲击 例如420和1800公斤坯料相比 成材率分别为97 35 和98 82 由于轧后成卷供应 不能进行探伤 所以对原料要求较严格 表面要清理 内部要探伤 加热 采用测进侧出或端进侧出步进式加热炉 和轧机紧靠 头部轧制 尾部在炉内加热 高于头部20 快速加热 无氧化加热 加热温度偏低 轧制 小辊径 150 220mm 有利于延伸和降低轧制力 高转速 有利于减少温降 提高产量和成材率 9000n m 多机架 采用单道次轧制 一般21 28架轧机 过多不好 过少也不好 细分工 粗轧 低速 大变形 0 3m s左右 中轧 成品和调整断面 精轧 单槽 多线 高速 小变形 保证温度和精度 速度达130 140m s 轧机结构 二辊或三辊高速无扭线材轧机 孔型系统基本都是采用椭圆 园孔型系统 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 棒线材 Schoolofmaterialandmetallurgy 型钢生产工艺过程 棒线材 精整 STELMOR连续冷却线 在下部有风机鼓风 上部有保温盖 根据不同的钢种采用不同的工艺 灵活 节能 采用轧后穿水冷却快速降温 经过吐丝机后平铺在输出辊道上 后部又是风冷线 其它冷却线不常用 但各有特色 Schoolofmaterialandmetallurgy 棒线材的控冷 螺纹钢的轧后余热淬火处理 第一阶段 表面淬火阶段 急冷阶段 钢筋离开精轧机后尽快进入高效冷却装置进行快速冷却 冷却速度必须大于是表面层达到一定深度淬火马氏体到临界温度 钢筋表面温度低于马氏体开始转变温度 Ms 发生 M转变 该阶段结束时 表层为马氏体和残留奥氏体 心部温度还很高 仍处于 表面马氏体层的深度取决于强烈冷却的持续时间 第二阶段 空冷自回火阶段 此时钢筋截面上的温度梯度很大 心部热量向外层扩散 传至表面的淬火层 对已经形成的马氏体进行回火 根据回火温度的不同 表面组织可能转变为回火马氏体或回火索氏体 表层的残余 M 邻近表层的 根据钢的成分或冷却条件不同 贝氏体 屈氏体 索氏体 心部仍为 第三阶段 心部组织转变阶段 发生近似等温度转变 冷却条件不同可转变成铁氏体 珠光体或 索氏体 贝氏体 取决于钢的成分 钢筋直径 终轧温度 第一阶段的冷却效果和持续时间等 提高钢材等级降低生产成本 Schoolofmaterialandmetallurgy 棒线材的控冷 根据轧后控制冷却所得到的组织不同 线材控制冷却可分为珠光体型控冷和马氏体型控冷 目的 通过连续冷却过程获得有利于提拔的索氏体组织 过程 将终轧温度高达1000 1100 的线材出轧辊后立即通过水冷区急冷到相变温度 此时加工硬化的效果部分保留 破碎 晶粒间界成为相变时P和 的结晶核心 使P和 缩小 此后减慢冷却速度 使其类似等温转变得到索氏体 减少P和 目的 通过轧后淬火 回火处理 得中心索氏体 表面为回火马氏体的组织 提高强度 线材轧后急冷 使表面温度急剧降至Ms 马氏体开始转变温度 以下 使钢的表层产生马氏体 在线材出冷阶段后 利用中心残余热量及相变释放出来的热量使表面层温度上升 达到平衡温度 表面马氏体回火 得到中心为索氏体 表面为回火马氏体的组织 Schoolofmaterialandmetallurgy 问题讨论 问题1 型钢生产为什么不全部采用连轧布置 问题2 型钢为什么用控轧控冷比较少 思考3 查阅分析型钢生产的主要技术进步在什么方面 思考4 型材和线材轧制的特点有什么不同 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 认识孔型 定义 孔型 Pass 两个或两个以上轧辊的轧槽在轧制面上所形成的孔称为孔型 轧槽 groove 是指在一个轧辊上用来轧制轧件的工作部分 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 开口孔 辊缝在孔型周边上闭口孔 辊缝在周边外半闭口孔 控制孔用 辊缝靠近底部或顶部 控制腿长 按孔型的用途分类 1 延伸孔型 开坯孔型 粗轧孔型 高温快轧 使其延伸 2 预轧孔型 也称毛轧 荒轧 造型或成形孔型 任务是继续减小轧件断面的同时 使轧件形状逐渐成为与成品相似的雏形 3 成品前孔型 也称K2孔型 为成品孔型轧出合格产品做准备 4 成品孔型 对轧件进行精加工 使其成品形状和尺寸公差要求 孔型分类 按用途 按配置 孔型按用途分类a 开坯孔型b 预轧孔型c 成品前孔型d 成品孔型 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 孔型的组成要素 辊缝s 实际轧钢时两辊环间的间距 包括预设定和弹跳值 作用 提高孔型寿命 即孔型磨损后使孔型高度增大 调整辊缝可保证轧件的几何尺寸 增加轧辊使用寿命 增加共用性 调辊缝 同一孔型轧不同尺寸的轧件 保证轧制顺利进行 轧制过程中条件变化或孔型设计不当 调整辊缝可使轧制过程顺利进行 提高轧辊强度 辊缝值增大可减小轧辊切槽深度 增加轧辊强度和重车次数 设计原则 综合考虑弹跳 摩损 调整量 辊强和产品尺寸精度 Smin大于弹跳值 避免两辊贴面S小于最小可轧厚度 异型孔 辊环接触 辊面不接触参考数据 孔型高度的10 20 保证顺轧基础上 取大 槽口 槽底 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 侧壁斜度y 垂直的侧壁是没有的 用侧壁和轧辊轴线的垂直夹角正切值表示 作用 形成喇叭口引导轧件进入孔型 出轧槽不易缠辊 利于脱槽 有宽展余地 调充满度 一孔多用 共用性好 增加轧辊寿命 重车量与斜度的关系 D 2a sin 重车系数K 14 16 梅花 18 20 万向 设计原则 综合考虑出孔型轧件的形状和轧件在孔型中的稳定性参考数据 初轧30 50 精轧5 10 延伸箱孔 10 20 孔型的组成要素 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 孔型的组成要素 圆角 孔型角部的圆弧 分内 槽底 外圆角 槽口 作用 减少角部温降 引起的磨损和角部开裂内减少角部应力集中 提高轧辊强度调整孔型实际面积和尺寸 改变宽展量和充满度防止耳子出现尖锐折线 形成折迭外防止咬入不正时辊环切割轧件 出现表面缺陷异型孔中减少应力集中 提高辊环强度设计原则 成品孔 R以标准定 r可取小或0从前到后 R r逐渐减小初设计时 R取大 r取小值 以便于调整 不同外圆角对轧件尺寸的影响 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 孔型的组成要素 锁口t 闭口孔中用来隔开孔型与辊缝的两轧辊间的缝隙 作用 控制轧件断面形状 便于闭口孔型调整设计原则 相邻孔型锁口要上 下交替 防止飞翅 锁口要大于孔型轧不同厚度时的调整量 参考数据 锁口长度m r1 2 8mm m调整量 槽底凸度f 箱形孔型将槽底作成梯形或弧形凸起 作用 轧件在辊道上运行平稳 提高轧槽寿命 翻钢后轧制 抵消单鼓变形 侧面平直 防止出耳子 设计原则 单鼓变形严重 f要大些 成品孔不用 翻钢后如果是高轧件则要少用或不用参考数据 f 0 6mm 以2 4为多 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 孔型设计 钢锭或坯料在带槽轧辊上经过若干道次变形 以获得所需断面尺寸 形状 性能的产品而进行的一系列设计计算工作 涵盖了型钢轧制的主要过程参数 生产中调整余地小 断面孔型设计 轧辊辅件设计 轧辊孔型设计 根据原料 成品 性能要求 选择孔型系统 计算出道次 变形量 孔型形状和尺寸 作出孔型图 根据孔型图 在轧辊上分配道次 在轧辊上的位置 状态 保证轧制顺利 高产 必要的强度校核 作出配辊图 导卫 围盘 翻钢装置 检查样板 防止出现偏心 缠辊等 主要内容 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 孔型设计的基本步骤 了解产品的技术条件 选择合理的孔型系统 计算道次并合理分配在各架轧机上 钢种特性 变形抗力 摩擦 膨胀产品标准 断面形状 尺寸 公差 压差 性能现厂情况 原料 轧机 平面布置等 每种孔型系统各有优缺点 影响到产量 质量 方案对比举例 轧制 16m圆钢的成品孔 方 椭 圆 0 9万能孔型 0 26 椭圆 圆 0 07 n 三辊开坯机k 0 3 0 5大型轧机k 0 25 0 48中型轧机k 0 15 0 27线型轧机k 0 17 0 2小型轧机k 0 1 0 3 平由经验定 630 500 2 400 2 方 1 21 1 23 580 4 圆 1 2 1 264 430 2 300 5 圆 1 12 1 26 n取整数 奇列奇道 偶列偶道 负荷均匀 轧机节奏 第一根咬入到第二根钢咬入 相似第一道和最后一道走下轧制线成品道次和成品前分配在不同的机架上 各架道次分配原则 H D Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 分配延伸系数 轧件面积计算 孔型尺寸 孔型设计的基本步骤 原则 考虑塑性 咬入 辊强 电机 孔型磨损 成型等因素开始道次f 塑性 咬入为主 无铁皮后 辊径大 延伸为主 高温大压下 温度下降后 以精确尺寸为主 校核 总 1 2 3 n F1 由铁型 孔型 确定圆角 斜度 高度 宽度 孔型在轧辊上配置 辊环宽度 绘图标尺寸 检验校核 咬入辊强 电机负荷 充满度 稳定性 轧辊辅件设计 检查样板 导卫装置的设计 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 孔型在轧机上的布置 横向布置 纵向布置 对称还是非对称 多少个比较合适 怎么顺序 横向主要考虑如何有效利用辊身长度 顺轧制顺序排列 以便于操作正确的备用孔数 切分孔 成品孔多正确的辊环宽度 考虑辊环强度和导卫板的安装钢辊 bz 0 5hk铁辊 bz hk侧壁斜度大的孔bz可小些 但以能安装导卫板为限初轧机 50 100 轨梁大型 100 150 三辊开坯 60 150 中小型 50 100 纵向主要解决非对称布置出现的问题 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 纵向布置问题需要的几个概念 直径 直线 压力 名义直径 D0型钢轧机人字齿轮机座内人字齿轮的中心距或节圆直径 工作直径 Dg轧制时与轧件接触部分的辊径 或轧件速度对应的辊径 原始直径 D新辊含辊缝在内的假想直径D 1 k 2 D0 轧辊直径 Dh辊环直径 轧辊的实际直径 梅花轴K 0 14 0 16万向轴K 0 18 0 2 轧辊中线 上下轧辊水平轴线间距的等分线 轧制线 在轧辊上配置孔型的基准线 孔型中性线 孔型上 上 下辊作用力在该处弯矩和为0的一条水平线 上下轧辊工作直径的差 单位mm 上压力 Dg上 Dg下轧件下弯下压力 Dg下 Dg上轧件上弯 轧制线和孔型中性线要始终重合在一起 采用压力的目的 大型轧件防止冲击辊道 克服轧件受温度 孔槽磨损 轧辊及导卫安装不正确等引起的轧件方向随机性 人为控制轧件出轧辊方向 闭口槽 压力大易引起断辊颈 扭矩集中 和轴套事故 且加剧摩擦 轧件弯曲过大 Schoolofmaterialandmetallurgy 孔型设计基本知识 孔型的配置方法 零压力配置时 保证三条线重合 轧制线中性线轧辊中线 压力 配置时 保证轧制线和中性线重合 它们和轧辊中线的距离关系 x D 4 上压力时 轧制线在轧辊中线的下方 轧件下弯下压力时 轧制线在轧辊中线的上方 轧件上弯 画出上 下轧辊轴线 间距为轧辊平均直径D 求轧辊中线 选择 D 由x D 4 计算轧制线距中线的距离和方位 求孔型中性线 并使之与轧制线重合 确定孔型各部分与轧辊直径与尺寸 采用斜配时 将中性线绕中线转一个角度后 再标注尺寸 Schoolofmaterialandmetallurgy 小结 问1 孔型设计对型钢生产的重要性 包括哪些内容 问2 设计孔型要考虑哪些问题 主要设计步骤有哪些 问3 辊缝及其作用 问4 侧壁斜度及其作用 问5 圆角及其作用 问6 何谓压力 及其作用 问7 怎样分配延伸系数 计算道次 分配道次 Schoolofmaterialandmetallurgy 开坯孔型设计 二辊开坯孔型 道次计算 0 1 0 2炭钢 0 15 0 25合金钢 翻钢 一道一翻或2 4道次一翻钢 道次压下量 对于钢锭 由于有锥度 在开始道次存在二次咬入问题 可以大压下量轧制 每次翻钢前 各道压下量依次递减 Schoolofmaterialandmetallurgy 开坯孔型设计 三辊开坯孔型 1 连铸坯或小钢锭152 305 8 12 H 0 4 0 45 D 重量在200 650kg 对于初轧机可以采用H 0 7 0 8 D较大的断面2 采用交流电机 带飞轮 穿梭轧制 减少投资 电机容量较小 650 N 1500kw 二 700方坯初轧机 N 3000kw能力增加很多3 辊身长 孔数多 共轭箱形孔 70箱形 70箱 菱结合4 机前翻钢板 机后升降台 轧两道 翻钢5 为中小型钢铁 以开坯为主 方 圆 板 同时兼有生产中心型钢材 由1 4架组成一列或几列 特点 1 上下孔型在同一垂直面内 中辊轧槽共用 槽深h下 h中 h上不等 所以三个辊切槽深度不等2 一对孔槽底宽度逐渐增加 为简单 可保持槽口宽度不变b下 B 0 4 bZ b下 0 4 b上 bZ 0 4 3 除最后一孔外 各孔均带有凸度 2 6 以 2 3 为多4 不可避免地有上压力 轧件下弯5 所轧件形状不规则 箱孔 菱 方孔 共轭孔的特点 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计 主要作用 压缩轧件断面 影响产量和质量 对成品形状 尺寸影响不大常用孔型 箱形 菱形 椭 园 方 六角孔等 常用系统 箱形孔型系统 菱 方 椭 方 六角方 椭 园 椭 方 椭 椭 菱 菱 混合形 特点 各有优缺点 间隔出方 或对称轴断面 为主 灵活性大 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计 1 箱形孔型系统 轧件在整个宽度上变形均匀 速度差小 孔型磨损较均匀 改变辊缝值可轧制多种尺寸规格的轧件 共用性好 孔型切入轧辊较浅 轧辊强度高 允许采用较大的道次变形量 轧件表面氧化铁皮容易脱落 稳定性也较好 不易扭转 轧件无尖锐棱角 轧件断面温降较均匀 操作方便 便于实现机械化操作 轧辊重车次数多 使用寿命长 不能轧出形状正确的轧件 轧制小断面轧件时不稳定 侧面不易轧制 有时出现皱褶 适用范围一般用于轧制大 中型断面产品 适用于初轧机 大中型轧机的开坯机 连续式钢坯轧机 二或三辊开坯机 型钢轧机前几个延伸孔以及小型或线材轧机的粗轧机架 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计 2 椭圆 圆孔型系统 变形较均匀 轧制前后轧件的断面形状能平滑过渡 可防止产生局部应力 提高了产品的尺寸精度 轧件无明显棱角 冷却比较均匀 消除因断面温度不均引起的轧制裂纹 有利于去除氧化铁皮 改善轧件的表面质量 必要时可在延伸孔型中生产成品圆钢 从而减少换辊 延伸系数小 不超过1 3 1 4 故使轧制道次增加 椭圆件在圆孔中轧制稳定性差 需导卫装置 需对其设计 安装及调整严格 圆孔型对来料尺寸波动适应能力差 容易出耳子 故对调整要求高 由于椭圆 圆孔型系统的延伸系数小 故早期在延伸孔型系统中应用不广 但在轧制优质或高合金钢时 可提高产品的表面质量 虽然轧制道次有所增加 但可减少精整工作量和提高成品率 从经济上合算 可保持轧制过程的稳定 适合连轧高速轧制 故高速线材轧机都采用椭圆 圆孔型 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计 3 菱 方孔型系统 优点 能轧出几何形状正确的轧件 共用性大 能从一套孔型中轧出多种方形轧件 轧制稳定 四面加工 改善组织 缺点 轧槽较深 角部冷却快 不适合金钢 不易去除轧件表面的氧化铁皮 横向有速差 孔型磨损大 适用范围 用在箱形之后 不能用在初轧机开坯机上 可用在开坯机的最后道次 也可用在精轧孔型系统轧制方钢 一般用于60 60 80 80mm以下方坯和方钢生产 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计 4 椭圆 方孔型系统 优点延伸系数大 max 1 8 2 4 因此可通过椭圆 方孔型系统迅速压缩轧件断面 减少轧制道次 保持较高的轧制温度 没有固定不变的棱角 轧件表面温度均匀 轧件角部位置变换和四个方向压缩轧件 使轧件得到均匀冷却 有利于改善金属的组织性能和防止角部裂纹的产生 轧件在孔型中的稳定性较好 椭圆孔型在轧辊上的切槽深度较浅 缺点 不均匀变形严重 使孔型的磨损快且不均匀 椭圆孔型比方孔型磨损快 若用于连轧易破坏连轧常数 椭圆孔型和方孔型的延伸系数差别较大 按此孔型设计的集体传动连轧机 很难再改用其他孔型系统 适用范围 广泛用于小型和线材轧机上作为延伸孔型轧制40 40 75 75mm以下的轧件 用于箱式或六角方之后 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计 六角 方 椭 立椭 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计方法 在估计各道次变形基本准确的情况下 由前向后或由后向前逐道推出各孔型的尺寸 其中宽展系数的确定是关键 对于变形复杂的孔型采用等效或相似或移动体积法等加以变换 中间夹扁法 已知来料和出延伸孔型的断面都是方或者园等对称面形状 利用延伸孔型系统间隔出方的特点 设计中间方断面 然后再设计每对方间的其它断面 经验法 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计方法 则方孔的个数为n 2 A a b h Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计方法 中间件的外轮廓尺寸 箱 方0 2 0 450 25 0 35菱 方0 25 0 40 15 0 3椭 方0 6 1 60 45 0 55有强迫宽展椭 园0 35 0 550 25 0 35椭 立椭0 5 0 60 3 0 4 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计方法 方 菱形 Schoolofmaterialandmetallurgy 延伸孔型设计方法 宽展量的科学评估 乌萨托夫斯基公式 斯米尔诺夫公式 压下系数 轧辊转换系数 轧前高宽比 孔型高宽比 孔型充满度 摩擦系数 Schoolofmaterialandmetallurgy 问题讨论 问1 如何评价一套延伸孔型设计是合理的 问2 两方夹扁的设计怎样转换成孔型尺寸 问3 怎样根据不同孔型系统的特点选择其合理性 问4 在450轧机上将90方经菱 方孔型系统轧成55方 计算并设计孔型系统 Schoolofmaterialandmetallurgy 精轧孔型设计 成品孔的设计 一般问题 热断面 热断面形状 断面温度不均引起X Y轴收缩不同 热尺寸 1 at a 0 000012 1 007 1 02 负公差轧制 根据钢材用途和轧制技术水平 按照负公差设计孔型 达到节约钢材的目的 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 作为简单断面型材 一般指圆钢生产中最后3 5个孔 1 方 椭圆 圆孔型系统优点 和延伸系统链接灵活 延伸系数较大 方轧件在椭圆孔型中可以自动找正 轧制稳定 缺点 方轧件在椭孔中变形不均匀 轧件断面上会出现局部附加应力 孔形磨损严重 尺寸不精 用于生产小型圆钢 5 20mm Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 2 圆 椭圆 圆孔型系统优点 轧件变形和冷却均匀 成品表面质量好 成品尺寸比较精确 共用性较好 缺点 延伸系数较小 椭圆件在圆孔型中轧制不稳定 用于小型和 40mm以下圆钢生产和高速线材轧机的精轧机组 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 3 椭圆 立椭圆 椭圆 圆孔型系统优点 轧件变形均匀 成品表面质量好 椭圆件在立椭圆孔型中能自动找正 轧制稳定 缺点 延伸系数较小 容易出现中心部分疏松 用于轧制塑性较低的合金钢小型和线材连轧机 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 4 万能孔型系统 方 平箱 立孔 椭圆 圆优点 共用性强 轧件变形均匀 成品表面质量好 缺点 延伸系数较小 道次多 立轧孔型轧出的等轴断面不够正确 且轧制不稳定 容易产生扭转现象 用于轧制 18 200mm圆钢 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 以25架高速线材轧机 120mm 120mm方坯料为原料 经25道次 粗轧7道次 中轧6道次 预精轧2道次 精轧10道次 轧制成 6 5mm成品 设计各道次孔型尺寸 确定孔型系统 确定道次 确定延伸系数 计算孔型尺寸 根据经验选取孔型系统为 1 轧机为箱形孔型 其余为2 4 6 为椭圆孔型 3 5 7 为圆孔型 孔型设计步骤 成品孔型k1尺寸计算 k3 k5 k23 成品前孔型k2尺寸计算 k4 k6 k24 最后计算第一个箱形孔K25 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 保证圆钢的椭圆度变化最小 调整范围也较大 R 外圆角r 0 5 1 或按照表查 双半径圆弧法 孔型主要由两段圆弧组成 基圆半径 R 0 5 d 0 1 0 1 007 1 02 孔宽 bk d 0 5 1 0 1 007 1 02 式中 为负公差 为正公差 d为圆钢的公称直径 1 007 1 02为热膨胀系数 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 椭圆孔与成品孔尺寸关系hk d及bk d见下表 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 S 0 2 0 3 hk r 0 08 0 12 bk内弧半径R hk Sk 2 bk2 4 hk Sk F 2 3 h s b s b孔型的充满度验算 b bk 0 85 0 92之间最佳 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 轧件在箱形孔型中轧制时的展宽系数 0 0 45 在不同情况下的值如表 Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 轧件在箱形孔型中的延伸系数一般在1 15 1 60之间 平均压下系数可取为1 2 1 4 孔型高度h 等于轧后轧件的高度 凸度f 一般f 4 6mm 孔型槽底宽度 bK B 0 6 或bK 1 01 1 06 B mm式中B为来料宽度 孔型槽口宽度 Bk b mm b为轧件出孔型的宽度 为展宽余量 可取5 12mm或更大一些 孔型侧壁斜度 一般10 25 个别取30 或更大 内外圆半径R和r R 0 1 0 2 h r 0 05 0 15 h h H h b h Schoolofmaterialandmetallurgy 圆钢孔型设计 计算坯料面积 F坯 120 120 14400mm2 以120方坯为算例 计算成品面积 F成 d2 4 3 14 6 52 4 33 2mm2 以 6 5成品为算例 求总延伸系数 总 F坯 F成 434 0求平均延伸系数 均在1 2 1 4之间 宽展在0 3 0 4之间 考虑现场经验取 均 1 28 求总道次数 n lg 总 lg 均 lg434 lg1 28 25 若不是25道次 可修正 均 验证 均n 总 ln 总 nln 均 延伸系数分配一般规则 粗轧再取大一些 中精轧依次取小一些 椭圆孔型中轧制 取1 2 1 6 圆孔型中轧制 取1 2 1 4 圆孔型延伸系数比椭圆孔型小2 3 Schoolofmaterialandmetallurgy 复杂断面孔型设计 复杂断面 也叫异形孔或者凸缘孔型 有腰和腿之分 成垂直或一定角度 工字钢 槽钢 钢轨 1腰部2腿部3头部 设计思路 为了简化设计计算和保证成型一般把复杂断面划分成有若干个简单断面组成 设计过程中要注意各组成部分的断面积的比值 如图工字钢腰腿面积比应控制在0 46 1 46槽钢0 485 1 75 Schoolofmaterialandmetallurgy 复杂断面孔型设计 复杂断面轧制时的变形特点 不均匀变形 腰部面积大 延伸大 腰部金属将带动腿部金属延伸 由于金属的整体性限制 平均延伸系数趋向腰部 但小于腰部 所以多余金属向腿部流动 产生金属的转移 腿部由腰部补充 并由高向的收缩补充 称为金属的拉缩 腰部面积大 延伸小 腿部金属将带动腰部金属延伸 但带动不了 所以多余金属向腰部转移 更多的是产生宽展 闭口侧充满孔型 开口侧强迫宽展 腿增长或产生波浪 腰部面积小 延伸大 腰部金属将带动腿部金属延伸 但带不动 所以多余金属向腿部流动 拉缩减少 当腰薄且面积小时产生腰部波浪 腿部金属向腰部转移 腿易于增高 当腰部面积小 延伸差大时 腰产生拉薄 Schoolofmaterialandmetallurgy 复杂断面孔型设计 复杂断面轧制时的变形特点 变形的非同时性 第一阶段 轧件首先与孔型闭口腿外侧壁和开口腿内侧接触面 腿部在上下轧辊力偶作用下发生一定的弯曲变形 第二阶段 随着腿部的弯曲 轧件插入孔型闭口腿 接触面积增加 插人阻力增加 开口腿部分首先受侧压开始变形 腰部与轧辊还未接触 第三阶段 轧件全部插入孔型闭口腿 腿高上受到直压 开口腿孔型对轧件产生较大的侧压变形 腰部变形仍未开始 第四阶段 腰部开始进行压缩变形 开口腿 闭口腿变形较小 上述断面各组成部分发生变形的顺序为开口腿 闭口腿 腰部 因而会造成轧件腰厚中心线上 下移动 同时增加了变形的不均匀程度和金属间的相互转移 复杂断面轧件进入轧制变形区后 断面各组成部分的变形不是同时开始进行的现象 Schoolofmaterialandmetallurgy 复杂断面孔型设计 复杂断面轧制时的变形特点 速度差 上下轧辊接触速度不同 同一轧辊斜度产生的速度差 侧压 开口轧槽两侧必须有斜度 并随着斜度的增加侧压增大 开口槽中的侧压使开口腿增高 宽展 这个值与摩擦系数和楔倾角有关 当摩擦和楔角增加时 宽展量减小 闭口槽的金属变形与开口腿不同 不允许采用太大侧压量 否则产生楔卡现象并使闭口腿剧烈拉缩 因此 闭口腿中只给一定直压量 侧压量很小 Schoolofmaterialandmetallurgy 复杂断面孔型设计 复杂断面轧制时的变形特点 受力分析 轧辊对金属的作用力对开口凸缘 摩擦力T1力图将金属压人开口凸缘 而T0 RZ1力图阻止金属进入开口凸缘 对开口凸缘不起拉缩和增长作用 而对闭口凸缘来说 To R1与RZ1方向一致 都与金属进入闭口槽的方向相反 阻止金属进人 引起闭口凸缘的拉缩 为保证闭口凸缘有足够高度 设计时要减少闭口凸缘所受的阻力 闭口凸缘的侧向压下量要比开口凸缘小 有时甚至不给侧压 并将开口侧设计得稍高一点 以避免出耳子 而在下一闭口槽中控制凸缘的高度 Schoolofmaterialandmetallurgy 复杂断面孔型设计 复杂断面轧制时的变形特点 受力分析 闭 开口槽的阻力之比 1阻力不同引起流动不同2f的减少有助于减少Cb Ck值3设计中闭口槽进入1 2 2 3 开口槽进入1 3 1 2 闭口槽侧压小于开口槽 假设 开 闭口槽的形状尺寸相同开 闭口槽的侧压相同开 闭口槽均无高向压下轧件无纵向应力 Schoolofmaterialandmetallurgy 角钢孔型设计 认识角钢 等边 90 顶角 等壁厚 等腰长 2 25 厚度变化2 7种 不等边 90 顶角 等壁厚 不等腰长 2 5 1 6 25 16 5厚2 4种 250 2 5 300 4 7 5 350 6 9 500 8 14 750 800 12 20 轧机和所轧制规格对照表 角钢轧制用蝶式孔型 Schoolofmaterialandmetallurgy 角钢孔型设计 轧制用孔型系统介绍 蝶式孔型系统 带立轧孔 设计简单 共用性好 控制腿长 表面质量 翻钢2 2 5 切槽深人工导卫 不带立轧孔 全平轧 易机械化 开口上下交替 闭口切入孔各种角钢 对角轧法 小坯料轧大角钢W型轧法 使腿伸长 热弯轧法 孔型简单 轧制 弯曲同时进行直腿轧法 轧制稳定 切槽深 差大 能耗高 特殊孔型系统 Schoolofmaterialandmetallurgy 角钢孔型设计 蝶式孔型中的金属变形规律 矩形坯 切分孔 蝶式孔 成品孔 坯料以能包容下成品角钢为好 矩形断面 蝶式孔数目4 6个 少 变形不均 多 产量下降 调整困难 道次平均延伸系数1 2 1 6平均压下系数1 2 1 65 越大越小宽展系数 大0 5 0 9中0 6 0 8小0 6 1 2 蝶式孔的组成 直线段 水平段 园弧段抬辊时 由于 hz hS Hs Hz进入成品孔时 水平段压下量大 出现强迫宽展 腿部伸长压辊时 hz hS Hs Hz进入成品孔时 直线段压下量大 延伸量大 带动水平段 腿部缩短 同一蝶式孔型轧制不同厚度 Schoolofmaterialandmetallurgy 角钢孔型设计 成品孔型设计 控制边长 加工端部