生产实习专题报告.docx

生产实习专题报告摘要一车间冶炼为冶炼车间，主要设备有200kg真空感应炉、500kg真空感应炉、2t真空感应炉，主要工艺流程为：坩埚的制备加料抽真空熔炼、精炼、出钢和浇注；二车间为热轧车间，主要设备有10MN快锻液压机及450-750 600600四辊可逆热轧机，主要工艺流程为：钢锭加热锻造修磨热轧。三车间为冷轧车间，主要设备有450轧机、500轧机、森基米尔20辊轧机，主要工艺流程为：坯料准备过程（大兴分厂完成）冷带开坯切边、热处理冷带开坯切边、热处理冷轧拉矫清洗、低温退火剪切检验包装入库、发货；铁芯制品部铁芯制作的工艺流程为: 剪切分条辊压上油热处理检测、包装；物理检测主要集中在金属力学性能、金属物理性能、金属金相三个方面；化学检测主要应用化学分析及仪器反应两种方法。关键词：真空感应炉、四辊可逆热轧机、物理检验、化学检验- 1 -目录摘要1引言61特冶分厂7 1.1设备7 1.1.1设备简介7 1.1.2真空感应炉7 1.2工艺流程8 1.2.1坩埚的制备8 1.2.2加料8 1.2.3抽真空9 1.2.4熔炼、精炼、出钢和浇注92热加工分厂9 2.1设备9 2.1.1设备简介9 2.1.210NM快锻液压机10 2.1.3四辊可逆热轧机10 2.2工艺流程及参数控制11 2.2.1加热11 2.2.2锻造11 2.2.3修磨11 2.2.4轧制123冷加工分厂12 3.1冷轧原料的准备12 3.1.1黑退12- 2- 3.1.2碱浸或酸洗13 3.1.3修磨13 3.1.4探伤13 3.1.5焊接、打卷13 3.2设备13 3.2.1设备简介13 3.2.2500轧机、450轧机14 3.2.3退火炉14 3.2.4森吉米尔20辊轧机14 3.3工艺流程及参数控制15 3.3.1冷带开坯15 3.3.2厚的半成品切边16 3.3.3热处理16 3.3.4冷带开坯16 3.3.5薄的半成品切边16 3.3.6热处理16 3.3.7冷轧成品16 3.3.8成品带材的拉矫17 3.3.9清洗、低温退火17 3.3.10剪切17 3.3.11检验、包装入库、发货18 3.4冷轧特点184铁芯制品部18 4.1概况18 4.1.1部门简介18 4.1.2设备简介19 4.2工艺流程及参数控制19- 3- 4.2.1剪切分条19 4.2.2辊压上油19 4.2.3钢带卷绕19 4.2.4热处理20 4.2.5检测、包装205物理检测20 5.1概述20 5.2力性组21 5.2.1概述21 5.2.2高温持久性能测试21 5.2.3硬度测试21 5.2.4拉伸性能测试22 5.3磁性组22 5.3.1概述22 5.3.2交流性能测试22 5.3.3直流性能测试23 5.3.4膨胀系数测定24 5.3.5试样粗糙度测定24 5.3.6电阻的测定24 5.4金相组256化学检测25 6.1概述25 6.2化学分析25 6.2.1分析对象25 6.2.2分析方法25 6.2.3分析步骤26 6.3仪器分析26- 4- 6.3.1概述26 6.3.2电感耦合等离子体质谱仪27 6.3.3石墨炉原子吸收光谱仪27 6.3.4火焰原子吸收光谱仪28 6.3.5电感耦合等离子发射光谱仪28 6.3.6X射线荧光光谱仪287感受29结论30参 考 文 献31致谢31- 5-生产实习专题报告引言- 6 -2012年8月22日-2012年8月29日，我们参观了北京北冶功能材料有限公司的一车间（特冶分厂）、二车间（热加工车间）、三车间（冷加工车间）、铁芯制品部、物理检验部、化学检验部六个部门。在参观过程中，详细听了工厂技术人员对相应加工工序、设备的讲解，并且实地参观设备，对各生产工艺流程都有了一定生动鲜明的认识。由于本文为实习报告，故文中并不着重介绍各环节工艺原理，而是着重介绍北冶公司各车间生产所用的设备、工艺流程等现场的具体情况，并在文末给出参观后的一些思考与感悟。1特冶分厂1.1设备1.1.1设备简介特冶分厂拥有的设备有：电渣炉、50kg真空感应炉、200kg真空感应炉、500kg真空感应炉、2t真空感应炉、500kg中频感应炉、2t中频感应炉。在特冶分厂的冶炼中，电渣炉主要是起到重熔精炼的作用，即大多用于一次冶炼后，铸锭的再次熔化、进一步去除氧化物、P、S等杂质。由于其成本较高，只有在客户有特别要求时才会用到。在特冶分厂的冶炼中，主要用到的设备是中频炉跟真空感应炉，重量等级有50kg、200kg、500kg、2t。其公斤级以液态纯铁作装入标准，比如，炉子的重量等级为500kg，即冶炼时装入的纯铁为500kg。其中50kg级的炉子主要用于制作检验试样，不作工业生产用。公司根据客户的要求，选择不同重量级的炉子进行冶炼。真空感应熔炼由于其冶炼成本较高，多用于生产军工材料、耐高热、抗氧化的精密合金等。1.1.2真空感应炉真空感应炉熔炼法：真空感应炉是感应电炉的一种，在真空环境中进行加热的感应电炉设备。在金属罩壳或石英玻璃罩密封的炉膛中用管道与高真空泵系统联接。主要用于生产宇航、导弹、火箭、原子能和电子工业等领域所需的高温合金、超高强度钢、不锈钢以及其他特殊用途的合金。图一为卧室真空炉的基本构造。具体阐述见调研报告。- 7 -图一 卧室炉体坩埚转动浇铸真空感应炉1-真空系统；2转轴；3加料设备4坩埚；5感应器；6取样和捣料设备；7测温装置；8可动炉壳1.2工艺流程1.2.1坩埚的制备炼钢时，由于钢液的温度较高，盛放钢液的坩埚必须在高温下保持其性能。北冶特冶分厂真空感应炉熔炼时所用的坩埚由MgO、硼酸、水玻璃等制成。在坩埚质量及对废弃处理等方面，与国外仍有一定差距。1.2.2加料真空感应炉熔炼时所用的炉料种类有：钢铁料、合金料、特种添加剂等；真空感应炉熔炼时对炉料的要求有：入炉炉料的化学成分应当准确、金属料应保持清洁干燥无油污和少锈；真空感应炉熔炼时装料的原则有：上松下紧，以保证能输人较大的功率和防止熔化时出现架桥；高熔点不易氧化的炉料装在高温区即坩埚的中、下部；易氧化的炉料应在金属液脱氧良好及其真空度良好的条件下加入；少量或微量的合金元素用铝箔包好在精炼期加入；易挥发的元素在熔炼室充氩提高压力之后加入等。需要注意的是，北冶公司并不对矿石直接进行冶炼，而是直接买入成品钢铁以及镍、钛等金属锭进行所需钢种的生产。- 8 -上述资料详见上篇调研报告，此处不再复述。1.2.3抽真空真空感应炉抽真空所用的真空泵分为三种：机械泵、罗茨泵、油增压泵，分别对应低真空、中真空、高真空三种不同真空度的抽取。在生产中，首先利用机械泵将炉内气压抽至低真空，待到真空度、压力达到一定标准后，利用罗茨泵继续进行真空的抽取，中真空的真空状态在生产中常用。若生产工艺对真空度有更高要求，则需通过油增压泵进行高真空度的抽取，抽取时通过看压力表和耳朵听泵声音的方法确定其真空极限。同时，外围需要不停地通循环水进行冷却，以防内部高温的真空将盖子顶开。需要注意的是，抽高真空时，需另外增加过滤与加湿的步骤。1.2.4熔炼、精炼、出钢和浇注上述工艺流程的控制由于在调研报告中已有详细的论述，此处不再复述。需要注意的是，为了防止熔炼时高温情况下碳的烧损，添加料碳需要在快出钢时加入，以保证钢的硬度。浇铸时应掌握好浇注速度。另外，特冶分厂浇铸出的铸锭并不对外销售，而是只用于公司内部后续工序生产的原材料。- 9 -2热加工分厂2.1设备2.1.1设备简介热加工分厂拥有的设备主要有150kg气压机、750kg气压机、2t气压机、10MN快锻液压机、430轧机、450750，600600四辊可逆热轧机等，机器名称中重量为垂头落下时的工程重量，长度数字为轧机轧辊的直径，以毫米（mm）为单位。其中150kg气压机、750kg气压机、2t气压机、430轧机位于旧厂房中，由于设备比较老旧，生产效率不高，工作时噪音较大，现主要用于生产小方（如12.15mm、40mm的小方锭）、小圆柱（如9mm的小圆柱）等辅助产品，不用于主要产品的生产。10MN快锻液压机、450-750 600600四辊可逆热轧机位于大厂房中，是北冶公司进行热加工的主要设备。2.1.210MN快锻液压机10MN快锻液压机，其中兆牛为冲力单位。其主机部分由整体框架式焊接机身、滑块、一个1000t 的油缸以及其他辅助设备组成。快锻液压机示意图见图二。快锻液压机兼具了水压机和气压机二者的特点，锻锤压力大、速度快、工作效率高、工作噪音小。在国内的锻造工艺中处于领先地位。图二 快锻液压机示意图2.1.3四辊可逆热轧机热轧分厂使用主轧机的全称是450-750，600600四辊可逆热轧机，北冶的这台设备为德国进口设备。其中450为工作辊的直径，750为支承辊的直径，600为所轧制的辊料最大直径。（这台热轧机效率较高，一个月只工作12、13天就可以完成生产任务，我们所参观的时候，热轧机并未工作）在轧制过程中，轧辊由于与坯料之间存在相互积压、摩擦，会有一定程度的损伤与消耗，大约每过轧100件坯料后，需要换一组工作辊。换下的工作辊可进行车削等机械加工回复其表面质量，但车削的同时会带来轧辊直径上的损耗。待到轧辊直径减小到420mm时，轧辊不再使用，宣告报废。- 10 -2.2工艺流程及参数控制2.2.1加热从特冶分厂出厂的钢锭进入加热炉加热。加热温度控制在8001300之间，加热时间为4090min。若加热时间过短，则钢锭受热不够，在变形时易出现变形抗力较大、易开裂的情形，若加热时间过长，则有可能出现过热、过烧的情况，导致坯料直接报废。一般在1200左右出钢。需要注意的是，厂房中的温度显示器显示的温度为炉顶热电偶的温度，一般要比炉内温度高50左右。2.2.2锻造 加热后的炉料首先进行锻造。北冶公司所用的锻造设备是10MN快锻压力机。夹持出加热好的炉料后，先锻造保温帽一端以便加持，之后开始锻造主体部分，锻造时上下垂头间的距离已经由电脑程序事先设定好，最大距离设为1。距离的设定据产品型号、坯料情况的不同而有不同方案。由于头部及尾部存在成分不均匀、裂缝、疏松、缩孔等缺陷，锻造时，锻造完成后对坯料进行切头切尾。快锻机上共有三个台子：方形台用于锻造时承重，圆形台用于锻好保温帽后旋转坯料，（圆台可转动，锻好保温帽后，师傅人工旋转），刃型台用于对坯料进行切头切尾操作。切头切尾后的坯料再次送入特冶分厂进行重熔冶炼，这也是特冶分厂原料的一个重要来源。在锻造过程中对锻造速度也有一定要求，锻造结束时应控制终端温度在700800之间。 锻造好的坯料成批放置一旁进行冷却，同时要对坯料进行编号。2.2.3修磨由于锻造后的坯料有裂纹、气泡、折叠、表面氧化皮等缺陷，为了保证以后轧制时产品的质量，需要对锻造后的坯料进行修磨精整。 坯料冷却后，进入修磨机进行修磨。若欲出去表面氧化层，需事先对待修磨的坯料进行酸浸蚀或碱浸蚀。修磨机上快速转动的砂轮会一条条除去坯料表面的缺陷，相当于对坯料作了表面剪切。值得注意的是，修磨后得到的废料由于含有杂物较多（如砂轮碎屑），并不进入特冶分厂进行回收利用，而是直接作为废料处理。- 11 - 修磨机的工作档位分为1、2、3档，其中各档位指修磨深度，1档位最浅，3档位最深。2.2.4轧制热轧通常是指轧制温度高于再结晶温度的轧制。经过修磨的冷坯料经过加热后进入热轧机进行轧制。轧制过程中控制的参数有：轧制温度（开轧温度、终轧温度、轧后冷却等）、轧制速度、轧制变形量等。压下量的制定：由于轧制时温度逐渐降低，材料的变形抗力逐渐增大，为尽量减小材料的加工硬化情况，对压下量的设定采取开始时较大，越往后轧越小的制定方法。轧制道次：一般坯料的轧制要经过7个道次，有时根据坯料的性质、轧制质量以及厚度的要求，会轧制9道次不等。轧制量：我们参观时所看到的修磨后坯料厚度为60.80mm，热轧后坯料的厚度为6mm。热轧完成后，原来的扁平矩形坯料已成为25m长、6mm厚、300mm宽的薄板。终轧温度：轧制完成后由于坯料较长，需要对坯料进行打卷。一般终轧完成，打卷的温度控制在400左右。若打卷温度太高，则容易发生粘钢现象，若打卷温度太低，则加工硬化情况加剧，钢带易断裂。在轧制过程中，由于轧制时释放变形热会引起材料的组织不均匀，需要不停地用循环水冲洗轧制部分，以进行冷却。3冷加工分厂3.1冷轧原料的准备3.1.1黑退从热加工分厂出来的冷带坯会运往大型分厂进行加工处理，为冷轧作准备。为改善热轧所得冷带坯的塑形和韧性、消除坯料内部应力，以利于冷轧时变形的质量，首先对冷带坯进行黑退处理。（一般采用固溶处理和人工时效处理方法。固溶处理：将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体；人工时效处理：将铸件加热到550650进行去应力退火，从而减少残余应力。）所用设备为3室井式炉，处理时保持的温度为1200左右。- 12 -3.1.2碱浸或酸洗为去除冷带坯表面的氧化皮，采用碱浸或酸洗的方法。由于酸洗时易发生钝化反应，导致内层氧化皮无法去除，一般采用碱浸法去除。具体操作为讲坯料浸入NaOH、NaNO3的混合溶液中，加热到500保温，直到冷带坯表面泛白，则氧化皮去除。对于不能用碱浸法去除氧化皮的坯料，可采用机械法或酸洗法。机械法，即对坯料表面施加力的作用，而不施加形变量，使氧化皮受力而开裂，达到去除的目的。3.1.3修磨经过碱浸或酸洗后的坯料表面仍会存在一些肉眼可见的毛刺、发黑情况以及与坯料成分接近的氧化皮等。此时需借助扫描电镜判定氧化皮厚度，再参照顾客要求确定修磨参数。修磨时的工艺参数包括砂轮粗糙度的配置、修磨速度、磨头压力（一般为恒定）等。修磨常用的设备为拆头、矫直机等。3.1.4探伤冷带坯进行过上述处理后，为保证坯料的质量，需进行探伤操作，以确定坯料内部气泡、夹杂、疏松等缺陷是否去除。北冶使用的探伤设备为超声波探伤仪。3.1.5焊接、打卷在进行轧制时，由于单片轧制效率较低，故在工业生产中多采取将多片坯料焊接起来，而后进行轧制的方法。北冶冷加工分厂一般将3-4片坯料焊接为一卷。（焊接前单片坯料的重量为300-400kg，焊接完后整卷坯料约中1.2t左右）在焊接工艺上，由于冷带坯厚度的原因，采用气体保护氩弧焊。其优点在于：既能保证本体间的焊接质量，同时又有惰性气体的保护气气氛，使得焊口不易被氧化，不会对坯料引入杂质。3.2设备3.2.1设备简介三车间为冷轧车间，在清河区拥有的设备有500轧机、450轧机、360纵剪、立式喷氢光亮退火炉、卧式连续光亮退火炉、森基米尔20辊轧机、500mm拉矫机、600mm拉矫机、圆盘式剪切机等。- 13 -3.2.2500轧机、450轧机500轧机、450轧机均为四辊轧机，二者的参数对比见下表。表一 500轧机、450轧机参数对比设备500轧机450轧机工作辊直径265mm220mm支撑辊直径500mm450mm可提供最大轧制力600t500t轧制卷重1%）、微量分析（被测成分含量在0.01%1%之间）、痕量分析（被测成分含量0.01%）。按照分析时材料在生产流程中所处的位置，可分为炉前检验、过程检验和成品检验。对于北冶公司的高温合金产品，要求其中低熔点元素（如As、Sb、Sn、Pb、Bi等）尽可能少，在熔炼前便需对原材料进行检验（比如要求原材料中Pb含量10ppm，Bi含- 26 -1ppm）符合条件时方可进行熔炼；而在钢液熔炼过程中，也需对钢液成分进行测定；制得成品后，根据用户的要求，需检测成品中制定元素的含量。分析时所用到的仪器有：电感耦合等离子体质谱仪（ICR-MS）、石墨炉原子吸收光谱仪（GF-AAS）、火焰原子吸收光谱仪、电感耦合等离子发射光谱仪（ICP）、碳硫仪、氮氧仪、X射线荧光光谱仪、直读光谱仪等。6.3.2电感耦合等离子体质谱仪 在北冶公司的检测中，电感耦合等离子体质谱仪主要用于痕量及超痕量多元素分析用。电感耦合等离子体质谱仪由样品引入系统、电感耦合等离子体(ICP)离子源、接口、离子透镜系统、四极杆质量分析器、检测器等构成，其他支持系统有真空系统、冷却系统，气体控制系统，计算机控制及数据处理系统等。工作时，管内通入大量氩气，氩气承担着工作气（氩气工作时典礼为一价等离子体）和保护气（整个检测过程需在隔绝空气的环境中进行，由氩气填充）的作用。其工作原理为：首先将待测样品用王水溶解（若王水都溶解不了的元素，则可用氢氟酸溶解，但对应的容器必须换为聚四氟乙烯材料），配制成定量的溶液，通过雾化器将溶液样品送入等离子体光源，在高温下汽化，解离出离子化气体，通过铜或镍取样锥收集的离子,在低真空约133.322帕压力下形成分子束,再通过12毫米直径的截取板进入四极质谱分析器，根据元素质量数与核电荷数之比将不同元素分离，经滤质器质量分离后，到达离子探测器，根据探测器的计数与浓度的比例关系,可测出元素的含量。其突出有点为可同时检测多种元素，检测效率高，仪器灵敏度高，可检测出痕量元素；不足之处是仪器购买费用较贵，而且在后续使用中，其配套耗材价格也较贵。国外检测多用质谱仪。6.3.3石墨炉原子吸收光谱仪每种元素都有特定的吸收谱线，检测时根据欲检测的元素选择特定光源，照射事先配制好的溶液汽化后的气体，测定其吸收量，利用吸收量与浓度的比值得到所测定元素的含量。- 27 -与电感耦合等离子体质谱仪相比，石墨炉原子吸收光谱仪灵敏度较低，检测效率低，但成本也相对便宜。由于成本问题，国内多用石墨炉。6.3.4火焰原子吸收光谱仪火焰原子吸收光谱仪分为四个部分：箱体（提供空气与乙炔，通入时，一般控制空气与乙炔比为1.5:1）、光源（由空心阴极灯发射特征光谱，光源根据所检测的元素不同而换不同的阴极灯）、雾化室（将雾化的溶液、空气、乙炔同时通入室内，使燃烧）、吸收与检测（乙炔燃烧后，特定元素对乙炔会有特征的吸收，吸收光谱的强度反馈到电脑数据库中，由数据处理软件处理，最后显示待测元素的含量）。火焰原子吸收光谱仪用于测量高温合金中Mn、Fe、Co、Cu、Cr、Ni等微量元素的含量，其成分分析范围在0.05%2%之间。本仪器所选用的燃料乙炔具有成本低、干扰性小等优点。本台仪器已只用三十多年，比较老旧，目前新的吸收仪内部装有6个灯管，可根据所分析元素的不同进行自动换灯。6.3.5电感耦合等离子发射光谱仪北冶公司的电感耦合等离子发射光谱仪承担着北冶公司近50%的分析任务，主要用于分析不锈钢、原材料等，它分析范围广，对成分含量的分析可从0.01%20%，对元素种类的分析可从元素光谱200nm400nm之间，并且能够同时测定多种元素的含量。（最多可同时测定16种）其工作原理类似于电感耦合等离子体质谱仪，不同之处为此处测定含量时依据特定元素激发的特征谱线的强度来测量。6.3.6X射线荧光光谱仪其原理见上学期材料分析方法的讲述，此处不再详细论述。值得指出的是，X射线荧光光谱仪在样品制作时，精度要求可略低，一般指用120#砂纸打磨即可，在样品形状方面也限制较宽松，薄片、粉末样品压片等具有一定面积的试样均可测试。样品可薄可厚，装样时需用留有一定直径圆孔（如10、30等）的罩壳将样品罩住，此设备最多可装12个样轮流进行检测，由于检测时射线强度随样品与探针之间距离的变化而强烈变化，装样时需将样品通过限高器以保证期高度。- 28 -北冶公司的X射线荧光光谱仪主要用于厂内纯金属、精密合金、高温合金、不锈钢等产品的炉前快速分析以及产品的成分分析，从元素含量来说，X射线荧光光谱仪主要用于分析合金中含量较高的元素，并不使用