热轧带肋钢筋的生产工艺及车间设计.doc

内蒙古科技大学高等职业技术学院 毕业设计说明书（论文）目录第一张 热轧带肋钢筋国内外发展概况及建厂的必要性与可行性分析51.1螺纹钢筋市场分析与前景展望51.2在齐河县建立螺纹钢筋的必要性与可分析行性61.3螺纹钢筋的研制与生产动向61.3.1 微合金化钢筋61.3.2 轧制余热处理钢筋71.4 当前螺纹钢筋存在的主要质问题81.4.1.不存在层服点81.4.2。弯曲横裂91.4.3脆断91.4 制订和采用先进标准，提高钢筋质最102.2轧钢生产工艺过程制定122.2.1原料准备132.2.2原料加热142.2.2.1加热温度142.2.2.2加热速度162.2.2.3加热时间172.2.3工艺流程的制定192.3钢的轧制192.3.1影响钢的轧制因素192.3.3 变形温度、速度对产品组织性能的影响。202.4 螺纹钢筋的控制轧制及控制冷却工艺222.4.1 螺纹钢轧后控制冷却的方法232.4.2影响控制冷却螺纹钢筋性能的因素232.4.3力学性能242.5轧制力的计算25第三章：轧钢机的选择283.1选择轧钢机的原则283.2轧钢机的布置形式283.3轧机机架数目的确定293.4轧机机架型式选择293.5轧辊尺寸确定31第四章：辅助设备的选择334.1加热设备选择334.1.1加热炉型的确定334.1.2加热炉产量的计算344.1.3炉子宽度的确定344.1.4炉子长度的确定344.1.5推钢机选择354.1.5.1推力大小354.1.5.2速度确定354.2切断设备354.3冷却设备选择364.3.1 冷床的结构形式364.3.2冷床宽度的确定364.3.3冷床长度的确定374.4运输辊道的选择374.5起重机的选择38第五章：车间平面布置及技术经济指标405.1平面布置的原则405.2金属流程线的确定405.3设备间距的确定415.3.1加热炉间距415.3.2加热炉到轧机距离425.3.3轧机机列间的距离435.3.4轧机到切断设备的距离445.4仓库面积计算445.4.1原料仓库而识计算445.4.2中间仓库面积计算465.4.3成品仓库面积确定465.5轧钢车间厂房组成及立面尺寸确定475.5.1厂房跨度布置475.5.2厂房跨度大小485.5.4吊车轨面标高48第六章 轧钢车间技术经济指标506.1各类材料消耗指标506.1.1金属消耗506.1.2燃料消耗536.1.3电能消耗546.1.4轧辊消耗556.1.5水的消耗556.1.6.压缩空气消耗566.1.7润滑油消耗566.1.8蒸汽消耗576.1.9.氧气消耗576.1.10耐火材料消耗586.2综合技术经济指标586.2.1日历作作率586.2.2.有效作业率596.2.3成材率596.2.4合格率606.2.5劳动生产率60第七章 轧钢厂的环境保护与综合利用627.1轧钢厂的环境保护627.1.1绿化637.1.2各类有害物质的控制与防治637.1.3.噪音637.1.4水质的处理647.2轧钢厂的综合利用647.2.1加热炉的余热利用647.2.2氧化铁皮的利用64参考文献：65感谢信66热轧带肋钢筋的生产工艺及车间设计摘要：从工艺配置，设备选型，工艺控制，平面布置，设备等多方面介绍了热轧带肋钢筋的生产工艺及车间平面布置的情况，并提供了热轧线上主要机组的工艺技术参数。 关键词：热轧带肋钢筋，工艺，平面布置，设备。Abstract: Focused on the process configuration, equipment selection, process control, layout, equipment, etc., and introduces the rolled ribbed bars production craft and workshop layout, and provides the hot line of main technical parameters.Key words: Rolled ribbed bars, craft, layout, equipment。第一张 热轧带肋钢筋国内外发展概况及建厂的必要性与可行性分析1.1螺纹钢筋市场分析与前景展望螺纹钢筋广泛应用于普通混凝土结构和预应力混凝土结构，是房屋、桥梁、隧道、水坝、桩基等建筑设施的重要材料，在国民经济中占有极其重要的地位，是我国重点发展和研究的钢材品种之一。目前，我国有四十多个厂家生产螺纹钢筋，产量逐年上升，1982年全国总产量近166万吨，除了满足国内需要外，近年来出口钢筋数量迅速增加，1981年为18万吨，1982年约30万吨;1983年预计可达35万吨。国内生产的螺纹钢筋，规格有小6一小40毫米，其中小40毫米规格主要供出口。钢筋的强度级别主要为GB1499一79标准规定的1级和l级钢筋。W级钢筋产量较低。(表l)。表11国内螺纹钢筋生产统计目前，各厂家生产螺纹钢筋的工艺，基本上为热轧、随后在冷床上空冷的传统流程。控制轧制尚未应用于生产。仅有少数厂家开展了轧后控制冷却工艺的试验生产。螺纹钢筋的纹型，国内l、l级钢筋大部分按首钢、唐钢和冶金部建筑研究总院共同制定的热轧月牙纹钢筋技术条件生产纵横筋不相交的月牙纹钢筋，少数仍采用国际规定的人字纹型;F级钢筋则采用不带纵筋的连续螺旋型。随着国民经济的发展和高层建筑的增多，对高强度、大规格螺纹筋的需求不断增加，在许多国家的技术条件中，都规定钢筋最低屈服强度应在42公斤/毫米“以上，而且同时要具备较好的延伸率、弯曲性能和焊接性能。靠增加碳、锰等元素的含量来提高强度的途径是不能满足上述要求的。近年来，为了提高钢筋的性能，国内外均进行了大量的试验、研究，概括起来主要有两大类，一类是采取添加微量合金元素改善性能，采用钥、泥、钒、钦等元素。另一类方法是控制轧制。对此，国内外做了大量的研究与应用方面的工作。目前在钢筋生产中主要采取轧后余热处理，即终轧后的钢筋从高温状态加速冷却(主要采取水冷)至予定温度后在冷床上自回火。经此处理可以提高钢筋的综合机械性能，减少二次氧化铁皮改善表面质量，节约能源及合金元素，降低成本。在83年召开的全国螺纹钢技术交流会上亦将此列为今后发展的重点。1.2在齐河县建立螺纹钢筋的必要性与可分析行性（1）地理优势 齐河县位于祖国的中原、山东西部，南邻黄河，并与济南隔河相望，隶属德州市（2）矿产资源 齐河资源丰富，境内沿黄62.5公里，是北方少有的丰水县。林木覆盖率47.2。地下矿藏有煤、石油、温泉、优质矿泉水等，其中煤炭储量60亿吨，现有煤矿3座。（3）水资源 齐河县可利用的水资源有地下水、水库储水和黄河水。齐河及邻近县市的地下水年平均补给量为5562*338m3/a;因全年降水量丰富，水库可大量储水，可向城市提供水资源8*200m3/d，作为城市自来水公司的调节水源；黄河自流在齐河南部穿越而过，水储量为1100*200m3/a作为供水补给。综合地下水和水库储水，除去黄河引水，足以满足新建钢铁厂的用水消耗，黄河水用于供水补给，以供干旱时使用。（4）交通条件 齐河区位优越，交通发达。是济南市周边最近的卫星城。京沪、济邯两条铁路，京福、济聊、青银三条高速公路，308国道和804、101、316、324四条省道以及正在建设的京沪高铁穿越县境。乘车15分钟可到达济南市区，30分钟到达济南国际机场。即将开工建设的济齐黄河大桥和长清黄河大桥，以及规划中的建邦黄河大桥、石济客运专线黄河铁路大桥和济泺路黄河隧道，使省城济南北跨格局将升级为“七桥一隧”，齐河的交通 优势将进一步。（5）政策扶持 随着山东经济的快速发展，一些重要工程及工厂的厂房、设备均需要螺纹钢筋，例如钢筋混凝土和厂房窗户等。人们生活质量的提高推动了房地产业的开发，各种小区住房大批建设，使用的钢筋时螺纹钢的主要消费之一。此外，永锋钢铁计划选址在齐河经济开发区，这也是山东省重点经济开发区，随着德州市经济重心的南移，齐河经济开发区在未来几十年内势必会成为德州市甚至是山东省经济的发展重心。选在齐河县，将大幅解决当地人员的工作问题并带来大量税收，当地政府势必会在土地利用、上交税收、资金贷款等各方面给与大力支持。基于以上几点在齐河地区建立螺纹钢筋生产厂是非常有必要同时也是可行的。1.3螺纹钢筋的研制与生产动向对于不同用途的钢，虽然对其强度、塑性(韧性)要求不尽相同，但要求二者间具有良好的匹配则是共同的。对于螺纹钢筋而言，除此之外还要求较好的焊接性能、弯曲性能以及一定的握裹力等。因此改善和提高螺纹钢筋的性能，应从改善钢筋钢的性能及钢筋形状着手。1.3.1 微合金化钢筋“微合金化”是指在传统C一Mn钢中，加入一种或几种微量合金元素(0.1%以下)，使钢得到强化的方法。常采用的合金元素有钥、泥、钒、钦等。近年来，也有报道加入微量铝、硼、错、稀土和钙等合金元素的。但采用得最广泛的是泥、钒、钦。在30一50年代，为了提高结构钢的强度，采取的是增加钢中碳、锰或C十Mn含量的办法，以热轧钢筋为例，这样虽然提高了强度，但使塑性、韧性下降，同时导致焊接开裂。这就使得这类螺纹钢筋的屈服强度限于40公斤/毫米“左右。从50年代末期起，美、英、苏等国报道了在C一Mn钢中添加微量钒、钦、泥等元素，可以在不增加碳、锰含量的情况下提高钢的强度而又不降低其塑(韧)性。因其不需要改变传统的轧钢工艺而提高了钢的性能，因而迅速被应用于生产。主要应用于各类板材和线、棒材等品种。我国具有丰富的钒、针资源，近年来为了提高螺纹钢筋的性能，尤其是为了生产供出口的高屈服强度钢筋，许多厂家，如上钢三厂、承德钢铁厂、首钢小轧厂、杭州钢铁厂、南昌钢铁厂、马钢小轧厂、沈阳线材厂、唐钢小轧厂等都采用微合金化方式，生产了ZoMnsiV、ZoMnsiTi、25MnsiV、25MnsiTi、25MnsiVTi、20MnNb、35SiZV、45SIMnV等不同等级的螺纹钢筋。加钒微合金化后，强度提高幅度为2一15公斤/毫米“，又不降低塑性、韧性。我国热轧钢筋标准GB1499一79中也制定了40SiZMnV、45MnsiV、35SiZMnV以及35MnsiV等品种，也是基于这种情况。加钒微合金化可以改善钢筋的性能，而在添加钒的同时加入氮，则强化效果更为显著，美国伯利恒钢铁公司早在1965年就取得了专利，目前美国、瑞典、西德的厂家都工业规模生产了V一N系微合金化钢筋。试验表明，钒和氮复合加入较之单独添加钒对提高钢筋的性能显著得多。从而可以节约钒合金的用量。表2列出了一些国家生产的V一N微合金化钢筋的化学成分和。还须指出，由于钒和氮微合金化钢筋还具有不时效性，因此发展钒微合金化和钒、氮复合加入微合金化钢筋对我国现有中小型钢筋生产厂是十分切实可行的。1.3.2 轧制余热处理钢筋近年来的研究表明，对钢材轧后进行控制冷却(水冷或气体喷射冷却)，是一种节约能源、资源而又能显著提高钢材性能的经济而有效的手段。它不需对需处理的钢材加热，而利用终轧后钢材的“余热”直接进行热处理，使钢材迅速地从高温状态强制冷却到适当温度，然后进行自回火或回火处理。螺纹钢筋、线材、棒材、角钢、工字钢等产品的热强化主要是通过“轧制余热处理”工艺来达到的。各国对此均十分重视。从六十年代开始就对此进行了广泛的试验研究，并在生产中广为应用。其中以美国摩根公司与加拿大钢公司开发的斯太尔摩(Stelmor)法，西德的施劳曼(Sehloemann)法，日本的沸水冷却表12一些国家生产的典型V一N橄合金化钢筋 (ED)法应用效果较好。苏联对此也十分重视，其螺纹钢筋产量的一半左右(400万吨)采用了轧制余热处理工艺，以达到其节约建筑用钢8一11%的指标。除了提高钢筋性能外，经轧制余热处理后，还可改善钢筋表面质量，降低二次氧化铁皮量。如美国萨西钢厂采用轧制余热处理工艺生产的小12毫米钢筋，成材的二次氧化铁皮率从原来的4.9公斤/吨下降到l公斤/吨。我国不少研究单位和厂家亦对钢筋、线材等的轧制余热处理进行了试验、研究，有的厂家已成功地运用于生产。1983年，成都钢铁厂选用普通热轧25Mnsi螺纹钢筋为材料，采用临界间淬火及临界间淬火+自回火工艺进行处理，得到了最终组织为铁素体+马氏体的双相螺纹钢筋，这种螺纹钢筋因其铁素体中包含有马氏体相变产生的大量可动位错，其应力一应变曲线呈现连续屈服的特征，并且初始加工硬化能力强，按BS4449一78标准测定，其0*5值在100公斤/毫米2左右，b/0*51.3，10 8%，冷弯合格，同时在一定的化学成分下通过控制加热温度和冷却速度可以在一个较宽的范围内调整组织中马氏体的体积分量，以达到不同的强塑性匹配，从而提出了一种生产高强度预应力精轧螺旋钢筋的轧制余热处理新工艺途径。近年来，上海钢铁研究所研制了用于螺纹钢筋轧制余热处理的冷却器，在上钢三厂使用结果表明效果良好，而且即将在其它厂家投入生产使用。1.4 当前螺纹钢筋存在的主要质问题当前，国内螺纹钢筋生产有一系列问题尚待改进。其中，对螺纹钢筋性能影响最大，而又带普遍性的问题主要有:1.4.1.不存在层服点据有关厂家统计，出现无屈服点及无屈服点脆断的螺纹钢筋大多数都是妇。毫米以下的小规格2SMnsil级钢筋。其特点为静拉伸曲线呈现连续屈服，变形早;a。.:值降低。其显微组织特征则是在原来的铁素体+珠光体正常组织中出现了由(马氏体/贝氏体)构成的异常组织。产生无屈服点的原因，认为是由于发生马氏体(贝氏体)相变时，因切变和体积膨胀使铁素体内产生可动位错所致。产生马氏体的原因主要是由所用钢筋在某种化学成分下的冷却制度引起。当钢中锰及其它提高淬透性的残余合金元素含量较高时，在轧后冷却过程中导致马氏体(贝氏体)转变。而在相同化学成分下，一切提高冷却速度的因素都会加剧这一转变。因此，往往易在淬透性较高的25Mnsi螺纹钢筋上出现，小规格尺寸出现多(热容量小、冷却快)，冬季比夏季出现的比率大，单根冷比堆冷出现得更多。试验表明，当钢筋组织中马氏体(贝氏体)的数量达到15%(体积百分比)左右时，即不存在屈服点。控制钢筋中锰及提高淬透性的残余合金元素的量是防止无屈服点的行之有效的方法。1.4.2。弯曲横裂螺纹钢筋在进行冷弯，以及反弯检验时，出现横裂，是不少厂家都出现过的质量问题。造成这类问题的因素很多，此处只讨论化学成分、机械性能、显微组织等均属正常情况下的原因。这类横裂，带有共同性的特征，即多发生在规格较大的螺纹钢筋上，尺寸越大越厉害。横裂的部位都出现在螺纹钢筋顺轧制方向一侧的横筋根部。一般认为，造成这一问题的根本原因是轧制过程中横筋改变了正常的应力分布，使其两侧根部应力线密度升高，蓄积了应力;此外钢筋脱槽时存在一个前滑作用，使顺轧方向一侧横筋根部受到拉应力，由于两种应力蓄积在顺轧一侧横筋根部，使该部位在弯曲以及反弯时产生弯曲横裂。因此，一切减小应力集中的措施，如增大横筋根部的r值，降低横筋高度，加大轧辊直径，及时更换槽孔防止脱槽时因槽孔磨损形成的飞刺刮伤横筋根部等措施都被实践证明十分有效。此外在进行弯曲检验时采取保护措施，减少横筋受损也是防止弯曲横裂的一个方面。1.4.3脆断螺纹钢筋脆断，也具有一定的普遍性。在许多场合下，脆断的螺纹钢筋同时也不存在屈服点。脆断因各生产厂工艺、原材料等情况的差别而异。据各有关资料介绍，大致有以下几种原因:1)与无屈服点现象一样，由于钢筋钢中锰及其它提高淬透性的残余合金元素含量较高，使组织中产生了一定数量的马氏体(贝氏体)，当其体积比超过40%后，使螺纹钢筋既无屈服点，又同时脆断。2)炼钢过程中，因出钢温度低，合金块度大，加入速度慢，镇静时间短，使锰、硅等元素来不及充分扩散均匀，从而引起脆断。3)钢材表面增碳，这主要由炼钢过程和浇注造成。钢筋表面增碳后，表层出现白色的亮带，其显微组织为含碳大于0.8%的共析或过共析组织，比正常组织更硬更脆，在拉伸或弯曲时发裂而脆断。4）加热温度，特别是终轧温度过高。加热温度过高会造成钢筋钢组织中晶粒粗大，产生网状或魏氏组织，降低塑性，导致脆断。1.4 制订和采用先进标准，提高钢筋质最目前，我国螺纹钢筋采用的质量控制与性能检验标准是GB1499一79“热轧钢筋”国家标准。此外，各生产厂为了提高螺纹钢筋质量和满足用户需求，分别制定了“内控标准”。特别是近年来，随着我国螺纹钢筋生产的发展，不少厂家还开始向香港、东南亚等地区出口螺纹钢筋，这就需要按国外标准检验验收。表3对我国l级钢筋及各主要国家类似我国l级螺纹钢筋的性能进行了比较。表13一些国家钢筋主要性能比较从上述比较可以看出，英国标准BS4449一78所规定的机械性能、焊接和弯曲要求均严于我国及美、日、苏等国标准。从我国GB1499一79标准和英国BS4449一78标准可以看出，我国标准对钢筋使用性能的要求不如英国标准完善和严格，而对化学成份等某些规定则过细过死。此外，英国标准以0。5作为屈服强度，规定b 1.150.5 ，较之我国规定s亦更为先进。这不仅提高了钢筋的利用效率，而且对于有无屈服点亦没有要求。这些规定既有利于用户，又给了生产厂家以灵活性。对于冷弯及反弯性能，英国标准要求既严格又合理，尤其是反弯性能，我国和许多其它国家的标准却未作要求。随着高层建筑的增多，将反弯性能检验纳入标准，是十分必要的。七十年代以来，法国、西德、比利时、荷兰、西班牙等国先后将反弯性能的检验列入国家标准(表4)，在这些标准中，英国标准亦更先进实用。鉴于上述情况，修改和补充我国现行钢筋标准，统一检验方法和试制合适的弯曲试验机是十分必要和迫切的。第二章：生产大纲及工艺流程的确定 2.1产品方案及金属平衡表的编制 产品方案是设计任务书中的主要内容之一，是进行车间设计时制订产品生产工艺过程、确定轧机组成和选择各项设备的主要依据。产品方案一经确定，车间的类型及性质即已确定。 编制一个车间的产品方案一般是由下达设计任务书的领导机关负责的，由有关部门根据对拟建车间的要求在设计任务书中作出明确的规定，但在我国有时编制产品方案也由设计部门来考虑。产品方案的主要内容包括： 车间生产的钢种和生产规模； 各类产品的品种和规格； 各类产品的数量和其在总产量中占的比例等。201.1230.02812.50.02812.50.0575.10.113510.11.011.112.2轧钢生产工艺过程制定 正确制订工艺过程是轧钢车间工艺设计的重要内容。制订轧钢生产工艺过程的首要目的是为了获得质量符合要求的产品，其次要在保证质量的基础上追求轧机的高产量，并能做到降低各种原料、材料消耗，降低产品成本。因此，正确制订产品工艺过程，对于工艺过程合理化，对于充分发挥轧机作用具有重要意义。优质、高产、低消耗是制订产品工艺过程的总要求。 按照制定权限和使用范围的不同，产品标准可以分为国家标准（GB）、部标准（YB）、企业标准（QB）等几种。但无论哪种产品标准一般都应包括下列内容：（1） 规格标准 也称品种标准。规定钢材应有的断面形状、尺寸大小及允许偏差，并且附有供使用参考的有关参数。有时也规定某些产品的性能、试验于交货验收的某些特殊要求。（2） 性能标准 规定有关金属的化学成分、物理机械性能、热处理性能、晶粒度。抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊性能要求等。这是对成品钢材内部质量的基本要求。（3） 试验标准 规定做试验是的取样部位，试样形状和大小，试验条件以及试验方法等内容。（4） 交货标准 规定钢材交货、验收时的包装、标志（如打印、涂色等）方法及部位等有关内容。尽管由若干工序组成的产品生产工艺过程时比较复杂的，但工序的取舍不是任意的。工艺设计的任务就是要掌握制订工艺过程的原则，正确地选择工序内容和确定各个基本工序的主要参数，以达到获得产量高、质量好、消耗低的目的。制订工艺过程的主要依据是：（1） 产品的技术条件 通常在产品标准中规定了钢材品种规格、技术条件、产品性能检验等内容。但技术要求则是其主要方面，它对产品的质量要求，即它对产品的几何形状与尺寸精确度，钢的内部组织与性能以及表面质量都做出了明确的规定，显然，产品的技术要求是制订工艺过程的首要依据。它是我们组织生产的出发点。（2） 钢种的加工工艺性能 钢的加工工艺性能包括了钢的变形抗力、塑性、导热性以及形成缺陷的倾向性等内容，它反映了金属在加工过程中的难以程度，决定并影响了我们对金属采用何种加工方式和方法，决定并影响了我们选择工序内容和确定工艺参数。因此，钢的加工工艺性能是制订工艺过程的重要依据。（3） 生产规模大小 一般生产规模大小有两个含义，即企业规模的大小和品种批量的多少。企业规模的大小决定了工艺过程中是采用热装锭还是冷装锭作业的问题，是一次成才还是二个阶段生产的问题。至于批量的多少主要反映在选取设备的技术水平、产品成本的高低上，而对产品的工艺过程无显著影响。（4） 生产成本 成本是生产效果的综合反映，是各种因素影响的结果。一般钢的加工工艺性能愈差产品的技术要求愈高，其生产工艺过程就愈复杂，生产过程中金属、燃料、电力、劳动力等各种消耗也愈高，产品成本必然会相应提高。反之，则产品成本下降。成本的高低在一定程度上也是工艺过程是否合理的反映。（5） 工人的劳动条件 工艺过程中所采用的工序保证生产安全，不危及劳动者的身体健康，不造成环境污染。否则，应采取妥善的防护措施。2.2.1原料准备 原料准备的内容包括表面缺陷的清理，表面氧化铁皮的消除和原料的预先热处理等。钢坯或连铸坯表面会存在各种缺陷（如结巴、折叠、裂纹、气泡等），如不在轧制前后加以清理去除，会在轧制过程中延伸、扩大，严重影响成品的质量及产品的合格率。因此，有必要对原料进行表面清理。清理表面的缺陷的方法很多，对碳素钢一般常用风铲清理和火焰清理；对于合金钢，由于表面容易淬硬，一般采用砂轮清理或机床刨削清理（剥皮）等。根据情况某些高碳钢和合金钢也可以用风铲或火焰清理，但在火焰清理前往往要对钢坯进行不同温度的预热。每种清理方法都有各自的操作规程。 氧化铁皮清除的目的在于暴露表面缺陷便于检查、光洁表面和减少下道工具的磨损。清除表面氧化铁皮的方法有机械法和化学法两种。机械清除金属材料损耗少，劳动条件好，氧化铁皮也可回收，但表面清理不够彻底。而用化学方法清除表面氧化铁皮保证的清除质量，但金属和其他材料消耗增加，劳动条件和工作环境也随之恶化，故一般只适用于合金钢生产或成品质量要求很高的情况。连铸坯表面质量直接影响成品钢筋的外表面质量，因此，钢筋在交货前应经过认真检查，表面不得有肉眼可见的裂纹、结疤、折叠、夹杂、针孔等缺陷存在，对于上述的局部缺陷应及时清理，但清除深度不得大于公称直径的5%，宽度不得小于深度的6倍，清理处应圆滑无棱角，且同一截面最大清理处只能有1处。 钢坯内部质量检验通常采用低倍组织。钢坯的低倍组织中不应有肉眼可见的白点、缩孔残余、分层、裂纹、气泡、夹杂、翻毛等缺陷。一般疏松、中心疏松、偏析应各不大于3级，皮下气泡和皮下夹杂深度不得大于2。2.2.2原料加热钢在高温时大部分钢种是单相的固溶体，变形抗力小，容易实现轧制变形而且变形均匀，具有再结晶所需要的温度条件。所以热轧是轧钢生产的主要方式之一，金属加热则成了轧钢生产工艺过程的重要影响工序。正确的选择轧钢加热设备，制订合适的加热工艺制度对提高车间生产能力，改善产品质量有重要影响。相反，加热设备选择不当，加热制度制订不妥，可能引起钢的氧化、脱碳、过热，过烧等缺陷，给轧钢生产带来严重后果。在加热工序上进行工艺设计时应该认真考虑的问题有以下几方面:2.2.2.1加热温度钢的加热温度是指钢加热终了时出炉的表面温度。钢加热的主要目的是为加工变形提供条件，因此，一般加热温度越高，则加工条件愈好。但是温度过高又会产生过热、过烧、氧化铁皮增多、甚至发生熔化等加热缺陷，因此钢的加热温度有一个“上限”;另一方面，根据对金属加工的工艺要求，希望金属在加工完了时能保持在一定的温度上，以期得到理想的内部组织和性能，并保证轧制的顺利进行3所以加热温度又有一个“一F限”。各种钢各有其不同的加热温度的上、下限。确定钢的合理的加热温度范围是工艺设计的一个内容。在轧钢之前，将原料进行加热的目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工。这就是说，一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的温度范围内，并使其具有较高的温度和尺够的时间以均化组织及溶解碳化物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工性能好的金属组织。一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加工温度应尽量高一些好。但是高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，降低钢的质量，甚至导致废品。因此，钢的加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定。加热温度的选择应依钢种不同而不同。对于碳素钢，最高加热温度应低于固相线100150；加热温度偏高，时间偏长，会使奥氏体晶粒过分长大，引起晶粒之间的结合力减弱，钢的机械性能变坏，这种缺陷称为过热。过热的钢可以用热处理的方法来消除其缺陷。加热温度过高，或在高温下时间过长，金属晶粒除长的很粗大外，还使偏析夹杂富集的晶粒边界发生氧化或熔化，在轧制时金属经受不住变形，往往发生碎裂或崩裂，有时甚至一受碰撞即行碎裂，这种缺陷称为过烧。过烧的金属无法进行补救，只能报废。过烧实质上是过热的进一步发展，因此，防止过热即可防止过烧。随着钢中含碳量及某些合金元素的增多，过烧的倾向性亦增大。高合金钢由于其晶界物质和共晶体容易熔化而特别容易过烧。过热敏感性最大的是铬合金钢，镍合金钢以及含铬和镍的合金钢。某些钢的加热及过烧温度如表22表22某些钢的加热及过烧温度钢种加热温度/过烧温度/碳素钢W（c）=1.510501140碳素钢W（c）=1.110801180碳素钢W（c）=0.911201220碳素钢W（c）=0.711801280碳素钢W（c）=0.512501350碳素钢W（c）=0.213201470碳素钢W（c）=o.113501490硅锰弹簧钢12501350镍钢W（Ni）=312501370W（Ni,Cr）=8镍铬钢12501370铬钒钢12501350高速钢12801380奥氏体镍铬钢13001420因此，根据FeFe3C相图，对于钢筋选用的优质碳素结构钢，含碳量W（c）=0.170.24，确定其加热温度范围为8001250.采用热装锭装炉，其加热温度的下限为800，上限加热温度为1250。2.2.2.2加热速度钢的加热速度系指在单位时间内钢的温度的变化。不言而喻，加热速度愈快，炉子生产能力愈高，燃料捎耗和金属氧化损失相对的也少。所以快速加热是强化加热炉生产的一个要措施。但是，提高加热速度是有条件的，它受到钢本身所能允许的内外温差和炉子给热能力的限制。对于低碳钢而言，由于它的导温系数大，塑性好，只要炉子给热能力允许，可以选用任意加热速度进行加热。对于高碳钢或合金钢，在低温时导热系数小，塑性又差，特别在钢锭内部存有较大的残余应力时，应选用较低的加热速度。只有当中心温度达到或超过500-600C时，才允许提高加热速度。确定钢的加热速度时，必须考虑到钢的导热性。这一点对于合金钢和高碳钢坯（尤其是钢锭）更加显得重要。很多合金钢和高碳钢在500600以下塑性很差。如果突然将其装入高温炉中，或者加热速度过快，则由于表层和中心温度差过大而引起的巨大热应力，加上组织应力和铸造应力，往往会使钢锭中部产生“穿孔”开裂的缺陷（常伴有巨大响声，故常称为“响裂”或“炸裂”）。因此，加热导热性和塑性都较差的钢种，例如高速钢、高锰钢、轴承钢、高硅钢、高碳钢等，应该放慢加热速度，尤其是在600650以下要特别小心。加热到700以上的温度时，钢的塑性已经很好，就可以用尽可能快的速度加热。应该指出，大的加热速度不仅可以提高生产能力，而且可防止或减轻某些缺陷，如氧化、脱碳及过热等。允许的最大加热速度，不仅取决于钢种的导热性和塑性，还取决于原料的尺寸和外部形状。显然，尺寸愈小，允许的加热速度愈大。此外，生产上的加热速度还常常受到炉子结构、供热能力及加热条件的限制。对于普碳钢之类的多数钢种，一般只要加热设备许可，就可以采用尽可能快的加热速度。但是，不管如何加热，一定要保证原料各处都能均匀加热到所需要的温度，并使组织成分较为均匀化，这也是加热的重要任务。如果加热不均匀，不仅影响产品质量，而且在生产中往往引起事故，损坏设备。因此，一般在加热过程中往往会分为三个阶段，即预热阶段（低温阶段）、加热阶段（高温阶段）及均热阶段。在低温阶段（700800以下）要放慢加热速度以防开裂；到700800以上的高温阶段，可进行快速加热。达到高温带以后，为了使钢的各处温度均匀化及组织成分均化，而需在高温带停留一定时间，这就是均热阶段。应该指出，并非所有的原料都必须经过这样的三个阶段。这要看原料的断面尺寸、钢种特性及入炉前的温度而定。例如：加热塑性较好的低碳钢，即可由室温直接快速加热到高温；加热冷钢锭往往低温阶段要长，而加热冷钢坯则可用较短的低温阶段，甚至直接到高温阶段加热。如图21所示。给出了不同钢种的加热速度的一般图示。所以，对于20钢来说，只要炉子给热能力允许，可以选用任意加热速度进行加热。由于所坯料尺寸断面较大，所以先缓慢加热，然后再快速加热的加热速度来进行加热，即采用曲线2的方式来进行加热。图21加热速度图示2.2.2.3加热时间加热时间指金属加热到加工要求温度所需要的时间。加热时间长短不仅影响炉子产量，也影响钢材质量。所以合理确定加热时间对于实现正确加热、提高炉子产量，保证加热质量和改善炉子的各种技术经济指标具有重要意义。加热时间与钢种、坯料尺寸和形状、钢料在炉子摆法、炉型结构以及装炉温度等因素有关。确定加热时间除进行理论计算外，还可根据生产实验进行估算的方法。实际上运用经验公式和实验资料是当前设计中确定加热时间常用的方法。对于不同钢种的加热时问，也可以按单位厚度金属所需加热时间来计算。这时公式为式中B钢料厚度，（厘米); c-考虑钢的化学成分和其他因素影响的系数。对于连续式加热炉 C值可查下表。表23各钢种的影晌系教C值K值和值的大小列于表和表表24钢种系数K值决定系数的图表2.2.3工艺流程的制定热坯、冷坯检查不合格坯剔除装炉加热出炉高压水除鳞不合格坯剔除粗轧轧制（550*6）1号曲柄飞剪中轧轧制（450*6）2号回转飞剪精轧轧制（350*6）穿水冷却3号曲柄复合飞剪冷床冷却850T冷剪定尺剪切定尺分剪计数打捆、包装称重、焊标牌、计数入库发货工艺流程描述：由炼钢厂生产的钢坯用过跨车或汽车运送到原料跨，由加热炉依据钢坯验收标准进行验收、接料、码垛、入炉加热等工作；钢坯加热到规定温度出炉轧制，先由推钢机把钢坯推到出炉辊道由辊道送入粗轧机组进行轧制（6架轧机），然后1号飞剪进行切头处理，再进入中轧（6架轧机）继续轧制；中轧结束后2号飞剪进行切尾，中轧后轧出精轧需要的料型竟如精轧（6架）轧制出合格的成品进行穿水冷却，然后经3号飞剪倍尺剪切，再由冷床输送辊道输送到冷床进行冷却，冷却好的钢材齐好头用冷床移钢小车移到冷床输出辊道，送到冷剪进行定尺剪切，剪后的钢筋进入后部通尺分拣，然后打捆、包装、焊标牌等，最后码垛、入库。2.3钢的轧制2.3.1影响钢的轧制因素轧制是整个工艺过程的核心，坯料通过轧制完成变形过程，因此它对轧制产品的质量起着决定作用。 轧制产品的质量要求包括了产品的几何形状和尺寸的精确度、内部组织和性能、产品表面光洁度三个方面。工艺设计的任务就是在深人分析轧制工艺过程特点的基础上，制初合理的轧制工艺参数，保证达到上述质最要求，并使轧机具有良好的技术经济指标。 从工艺设计角度看，确定轧制工艺参数主要在于正确制定变形规程、速度规程和温度规程。2.3.2 变形规程在既定的轧制条件下(工艺、设备条件)，完成由还料到成品的变形过程的规程谓之变形规程。变形规程的主要内容是确定总的变形量和道次变形量。变形量的分配是个重要参数，它是选择轧制设备、进行工具设计(孔型设计、辊型设计等)的主要依据，对轧机产量、产品质量起着决定作用。一般说来，变形量越大，从坯料到成品的变形过程越快，轧制总的延续时间越短，轧机的产越高。另外，变形程度愈大，加工过程中三向压应力状态愈强，对产品的组织与性能也更为有利。这是因为:(1)变形程度大、三向压应力强，有利于破碎树枝状结晶和某些合金钢的碳化物分布，改变J露铸态组织。(2)变形程度大，改进了钢锭或钢坯的组织，使其内部更加致密，有利于改善钢的机械性能。因此，对一般钢的加工都有一个总变形量的要求，也即一定压缩比的要求。例如铁路用轨的压缩比须在数十以上，钢板的压缩比也要达到5-12倍。(3)在总变形量不变的情况下，道次变形量的大小对变形渗透，对金属的流动都发生影响，因而对产品质量也有一定影响。因此在塑性条件允许的情况下也希望提高每一道次的变形量，并控制好对产品性能有重大影响的终轧道次变形量。 但是，变形过程中的变形量越大，金属变形也越剧烈，变形过程中的金属流动也越严重，它对产品的质最以及设备的使用、轧辊的磨损、导卫板的要求等也同样有着不良影响。因此确定变形量的大小和分配要进行综合的分析和比较。根据金属的加工性能、电机能力、设备强度、咬入条件以及工具形状等许多影响变形量大小的因素中抓住主要矛盾，进行正确处理。一般都是在保证产品质量和机械设备安全的前提下，尽可能的选用较大的变形量，以缩短轧制过程，提高轧机产量。不少轧机如初轧机所采用的所谓强化轧制就是加大变形量的例证。2.3.3 变形温度、速度对产品组织性能的影响。 轧制温度规程要根据有关塑性、变形抗力和钢种特性来确定，以保证产品正确成型，不出裂纹、组织性能合格及力能消耗少。轧制温度的确定主要包括开轧温度和终轧温度的确定。钢坯生产时，往往并不要求一定的终轧温度，因而开轧温度应在不影响质量的前提下尽量提高。钢材生产往往要求一定的组织性能，故要求一定的终轧温度。因而，开轧温度的确定必须以保证终轧温度为依据。一般来说，对于碳素钢的加热温度最高温度常低于固相线100200.开轧温度由于从加热炉到轧钢机的温度降，一般比加热温度还要低一些。确定加热最高温度时，必须充分考虑到过热、过烧、脱碳等加热缺陷产生的可能性。 轧制终了温度因钢种不同而不同，它主要取决于产品技术要求中规定的组织性能。如果该产品可能在热轧以后不经热处理就具有这种组织性能，那么终轧温度的选择更应以获得所需要的组织性能为目的。在轧制亚共析钢时，一般终轧温度应该高于Ar3线约50100，以便在终轧以后迅速冷却到相变温度，获得细致的晶粒组织。若终轧温度过高，则会得到粗晶组织和低的机械性能。反之，若终轧温度低于Ar3线，则有加工硬化产生，使强度提高而伸长率下降。究竟终轧温度应该比Ar3线高出多少？这在其他条件相同的情况下主要取决于钢种特性和钢材品种。对于含Nb、Ti、V等合金元素的低合金钢，由于再结晶较难，一般终轧温度可以提高（例如950）；如果采用控制轧制或进行变形热处理，其终轧温度应可以从大于Ar3到低于Ar3，甚至低于Ar1，这主要取决于钢种特性。 如果亚共析钢在热轧以后还要进行热处理，终轧温度可以低于Ar3。轧制过共析钢时热轧的温度范围较窄，即奥氏体温度范围较窄，其终轧温度应不高于SE线。否则，在晶粒边界析出的网状碳化物就不能破碎，使钢的机械性能恶化。若终轧温度过低，低于SK线，则易于析出石墨，呈现黑色断口。这因为渗碳体分解形成石墨需要两个条件：一是缓慢冷却以满足渗碳体分解所需要的时间；一是钢的内部有显微间隙或周围介质阻力小，以满足石墨形成和发展时钢的密度小和体积变化的要求。终轧温度过低，有加工硬化现象，且随变形程度的增加，显微间隙也增加，这就为随后缓冷及退火时石墨的优先析出和发展创造了条件。因此过共析钢的终轧温度应比SK线高出100150。 变形速度或轧制速度对产品组织性能的影响。 变形速度或轧制速度主要影响到轧机的产量，因此，提高轧制速度是现代轧机提高生产率的主要途径之一。但是，轧制速度的提高受到电机能力、轧机设备及强度、机械自动化水平及咬入条件和坯料规格等一系列设备和工艺因素的限制。要提高轧制速度，就必须改善这些条件。轧制速度或变形速度通过对硬化和再结晶的影响也对钢材性能质量产生一定影响。此外。轧制速度的变化通过摩擦系数的影响，还会经常影响到钢材尺寸精确度等质量指标。总的说来，提高轧制速度不仅有利于产量的大幅度提高，而且对提高质量、降低成本等也都有益处。2.4 螺纹钢筋的控制轧制及控制冷却工艺连轧棒材生产线中 ,钢材是在规定的孔型系统中完成的 ,变形条件基本固定 ,不可能进行大范围的变形量调整。全连轧棒材生产线在生产螺纹钢筋时 ,主要是采用控制开轧温度和终轧温度的手段来改善变形奥氏体的组织状态 ,提高钢材综合性能螺纹钢轧后的控制冷却工艺包括下三个阶段 :第一阶段为螺纹钢表面淬成马氏体阶段：螺纹钢离开精轧机后 ,在终轧温度下,尽快地进入高效冷却装置进行快速冷却。螺纹钢的冷却速度必须大于使表面层达到一定深度淬火成马氏体的临界温度 ,表面温度低于马氏体开始转变的临界温度,发生奥氏体向马氏体的转变。心部由于温度高仍处在奥氏体状态 ,表层则为马氏体及残余奥氏体组织 ,表面马氏体层的厚度决定于轧后强制冷却的时间。第二阶段为自回火阶段： 螺纹钢经第一阶段快速冷却后 ,在冷床上进行空冷。由于第一阶段快冷造成螺纹钢截面上各点的温差较大 ,心部的热量将向表面层扩散传导 ,形成马氏体的自回火。 根据自回火的温度高低 ,可以得到回火马氏体或回火索氏体 ,表层的残余奥氏体转变为马氏体。靠近表面的过渡层 ,根据钢的成分冷却条件的不同 ,奥氏体将转变成贝氏体、托氏体或索氏体 ,心部仍处在奥氏体状态。这一段时间的长短取决于螺纹钢直径大小和前一阶段的冷却条件。第三阶段为心部的奥氏体转变阶段螺纹钢在冷床上空冷一段时间后断面上的温度趋于一致 ,并同时降温 ,达到奥氏体向铁素体转变温度 ,开始相变。根据钢的化学成分、螺纹钢直径大小以及前阶段的冷却效果 ,心部将转变成铁素体和珠光体或索氏体或贝氏体组织2.4.1 螺纹钢轧后控制冷却的方法根据螺纹钢在轧后快冷前变形奥氏体的再结晶状态 ,螺纹钢轧后冷却的效果可以分为两类 :一种是变形的奥氏体已经完全再结晶,变形引起的位错或亚结构强化作用已经消除 ,变形强化效果减弱或消除 ,因而强化只能靠相变完成 ,综合力学性能提高不多 ,但是应力腐蚀稳定性较高另一种是轧后快冷之前奥氏体未发生再结晶或者仅发生部分再结晶。在变形奥氏体中保留或部分保留变形对奥氏体的强化作用 ,变形强化和相变强化效果相加 ,可以提高螺纹钢的综合力学性能 ,但应力腐蚀开裂倾向较大。螺纹钢轧后控制冷却的方法一般可分为两种：一种是轧后立即冷却 ,在冷却介质快速冷却到规定的温度 ,或者在冷却装置中冷却一定时间后停止快冷 ,随后空冷 ,进行自回火。生产小断面螺纹钢适合采用此种冷却方法 。另一种是先在高速冷却装置中用很短时间将螺纹钢表面过冷到马氏体转变点以下形成马氏体 ,并立即中断快冷 ,空冷一段时间 ,使表面层的马氏体回火 ,形成回火索氏体 ;然后进行二冷快冷一定时间 ,再次中断快冷进行空冷 ,使螺纹钢芯部获得索氏体组织、贝氏体及铁素体组织。这种冷却方法获得的螺纹钢筋抗拉强度及屈服强度略低 ,延伸率几乎相同 ,而抗腐蚀稳定性好。同时 ,对大断面钢材来说 ,还可以减小内外温差2.4.2影响控制冷却螺纹钢筋性能的因素1 加热温度 加热温度影响钢坯的原始奥氏体晶粒的大小、各道次轧制温度及终轧温度 ,影响道次之间及终轧后的奥氏体再结晶程度及晶粒大小。当其他变形条件一定时 ,随加热温度的降低控制冷却后的钢筋性能明显提高。如果不降低坯料的加热温度 ,又需要降低终轧温度 ,则可以在终轧前设置快冷装置 ,降低终轧前的钢坯温度。2变形量控制终轧前几道次的变形量 ,将道次变形量与轧制温度很好的配合 ,对钢筋快冷以前获得均匀的奥氏体组织、防止产生个别粗大晶粒以及造成混晶有重要作用 ,水冷后可以得到均匀组织。3终轧温度 终轧温度高低决定了奥氏体的再结晶程度。当冷却条件一定时 ,直接影响淬火条件和自回火条件。为了保持钢的自回火温度相同 ,在终轧温度不同时 ,必须通过改变冷却工艺参数来达到。经验表明 ,一般终轧温度较低时钢筋的强化效果好。4终轧到开始快冷的间隔时间。主要影响奥氏体的再结晶程度 ,如果轧后钢筋处于完全再结晶条件下 ,高温下停留时间加长 ,奥氏体晶粒容易长大 ,将使钢筋的力学性能降低。如果轧后钢材处于部分再结晶区 ,则延长轧后的停留时间 ,可以增加奥氏体的再结晶数量 ,快冷之后有利于获得均匀的组织。轧后为未再结晶状态时 ,则要求轧后立即快冷 ,防止发生部分再结晶。5冷却速度:提高冷却速度可以缩短冷却器的长度 ,保证得到钢筋表面层的马氏体组织。如果冷却速度比较低 ,则用加长冷却设备即增加冷却时间来达到。一般钢筋从 1 0 3 0到 40 0的控制冷却速度是 :1 0的钢筋冷却速度