《轧钢工艺学》.ppt

上午11时17分 封面 河北联合大学 上午11时17分 绪论 一 课程性质 学习目的和意义 二 轧钢工艺 1 轧制工艺实质 2 为什么是轧钢 三 授课内容 上午11时17分 绪论 1 轧制工艺基础 2 型材 棒线材生产 3 板 带钢生产 4 管材生产工艺和理论 上午11时17分 第二篇轧制工艺基础 7轧材种类及其生产工艺流程 8轧制生产工艺过程及其制定 上午11时17分 7轧材种类及其生产工艺流程 7 1轧材种类 7 2轧材生产系统及生产工艺流程 上午11时17分 7 1轧材的种类 黑色金属 Fe Mn Cr及其合金 一般将黑色金属统称为钢铁 可为板材 带材 型材 线材 管材等 有色金属 Cu Al Ti 一般型材用挤压方法生产 尺寸精确 而且它变形抗力低 板带及大批量 尺寸精度要求不高时 才采用轧制方法生产 7 1 上午11时17分 轻金属 Al Mg等 稀有金属 W Nb等 贵金属 Au Ag等 半金属 Si As 铁碳合金 钢材是应用最广泛的金属材料 而大部分的钢材都是通过轧制的方法得到的 因此 我们重点学习轧钢生产工艺 上午11时17分 一 钢材按钢种可分为 A7 Q235 45 36Mn2Si 1 普通碳素钢 甲类钢 只保证力学性能 A A0 A7 镇静钢 乙类钢 只保证化学性能 B A0F A7F 沸腾钢 特种钢 既保证化学性能又保证力学性能 C 2 优质碳钢 碳素结构钢 上午11时17分 同时保证化学成分和机械性能 且S P等含量比普碳钢要少 分普通含Mn量和高含锰量钢两类 普通含Mn量的钢 又称为 号钢 用钢中平均含C量的万分数表示 如 45 平均含炭量为0 45 45 15 60 含Mn量较高的钢 除用两位数字表示钢的含碳量外 另附一个Mn字在后面 上午11时17分 如 20Mn含C约0 2 Mn0 7 1 0 约1 65Mn含C约0 65 Mn0 9 1 3 约1 3 合金钢 按用途 结构钢 轴承钢 工具钢 不锈钢 耐热钢 弹簧钢 易切削钢 高速钢等 按退火后钢的金相组织 亚共析钢 共析钢 过共析钢 莱氏体钢 上午11时17分 按空冷后钢的金相组织 珠光体类 马氏体类 贝氏体类 奥氏体类及铁素体类 按钢中主要合金元素的类型 锰钢 硅钢 硼钢等 按合金元素总量的多少 低合金钢 中合金钢 高合金钢等 表示方法 36Mn2Si 平均含碳量用元素符号之前数字的万分之几表示0 36 上午11时17分 冶金元素的含量用元素符号后面数字的百分之几表示 如Mn的含量2 Si1 工具钢例外 当平均含碳量 1 00 时 含碳量不再标出 一般工具钢含碳量较高 平均含碳量 1 00 时 含碳量以元素符号之前数字的千分之几表示 如9Mn2V含碳量为0 9 Mn2 V1 上午11时17分 滚动轴承钢 含Cr量的千分之几表示 并冠以 G GCr15 G表示滚动轴承钢 含Cr量1 5 二 按断面形状分 1 板带钢 按生产方法分 热轧板带 冷轧板带 按产品厚度分 薄板 中厚板 箔材 按用途分 锅炉板 桥梁板 汽车板等 上午11时17分 板带钢产量在工业先进国家占钢材总量的50 60 在我国占30 多 2 型线材 4 6 50mm 型钢品种最多 按用途分 常见型材 方 圆 角 工 槽 专用型钢 钢轨 钢桩 窗框钢等 按断面形状 简单断面 复杂断面 简单断面 过其横断面轮廓上任意点作切线一般不交于断面之中 上午11时17分 按生产方法分 轧制型钢 焊接 弯曲型钢 除上述一些品种外 周期断面型钢和特殊断面钢材 周期断面 螺纹钢 竹节钢 特殊断面 钢球 车轮轮毂等 工业先进国家 型材产量占30 35 我国占50 以上 3 钢管 按用途分 输送管 锅炉管 钻探管 注射针管等 上午11时17分 按生产方法分 无缝钢管 焊接管 冷轧管 冷拔管等 工业发达国家产量占10 15 我国约占8 10 用轧制的方法生产钢材 有其优点 生产效率高 最适合于大批量生产 质量好 金属消耗少 生产成本低 上午11时17分 7 2轧钢生产系统及生产工艺流程 一 在介绍轧钢生产系统之前 首先介绍模铸和连铸 模铸 将钢水浇铸在一个个钢锭模内 钢水冷却凝固后脱模成为钢锭 然后送到轧钢车间 经加热后用初轧机 或开坯机 将其轧制成多种规格的钢坯 然后再经成品轧机轧制成各种钢材 这种生产方法仍在钢材生产中占着重要地位 上午11时17分 连铸 将钢水直接浇铸成一定断面形状和规格钢坯的连续铸钢生产连铸坯的过程 中间罐 贮存一部分钢水 保证连续铸钢 减小钢水注入后结晶时产生的冲击力稳定钢流和分流 分离钢水带下的炉渣和非金属夹杂物 上午11时17分 结晶器 无底水冷装置 强制钢锭迅速冷却 规定铸坯形状 夹送辊 防止铸坯因为内部钢液静压力的作用产生 鼓肚 对铸坯运动起导向作用 拉矫机 拉辊 拉着钢坯向前运动 矫直辊 对铸坯表面平整矫直 模铸与连铸生产过程的比较如图7 3所示 上午11时17分 图7 3模铸与连铸过程比较 上午11时17分 连铸的优点 1 简化生产工序 连铸可直接得到一定断面形状的铸坯 省去了整模铸锭 脱模 均热 初轧开坯等工序 2 节约金属 成材率高 钢锭头部有缩孔 轧材时必须切除 在钢锭模内钢液由下向上 由外向里凝固 体积缩小 最后在头部形成缩孔和疏松 在缩孔区存在有较多较大夹杂物 必须切除 3 节能 连铸省了一次加热 一次轧材 初轧开坯 上午11时17分 连铸的优点 4 改善劳动条件 提高劳动生产率 连铸自动化程度高 省去大量人力 铸锭从整模 铸锭 脱模 初轧都穿插人工操作 自动化程度低 工人劳动条件差 5 质量好 与铸锭比 连铸坯内部组织均匀 致密 偏析少 性能稳定 表面缺陷少 6 生产成本低 连铸设备简单 省去初轧机 均热炉 并节约了燃料动力和人力 可连续化 大规模生产 上午11时17分 1 生产小批量 多规格坯料不灵活 需更换结晶器 结晶器价格昂贵 连铸机设备较复杂 对管理和操作的技术水平要求较高 不适合经常更换 连铸的缺点 2 沸腾钢 高合金钢的连铸还有一定困难 上午11时17分 二什么叫轧钢生产系统 在组织生产时 根据原料来源 产品种类及生产规模的不同 将初轧机或连铸机与各种成品轧机配套设置 组成各种轧钢生产系统 按产品种类分为板带钢 型钢 合金钢和混合生产系统 1 板带钢生产系统 生产钢板或带钢 年产量数百万吨 生产规模大 宽带钢热连轧机达500 600万吨 年 宽厚板轧机达100 200万吨 年 上午11时17分 2 型钢生产系统 与板带钢生产系统比生产规模不是很大 根据规模可分为 大型生产系统 100万吨 年以上中型生产系统 30 100万吨 年小型生产系统 30万吨 年以下 3 混合生产系统 既生产板带又生产型钢 钢管 这种生产系统较多 满足多品种的需要 上午11时17分 4 合金钢生产系统 产量不大 而品种繁多 一般为中 小型型钢生产系统 三 生产工艺流程 生产工艺流程 即生产过程 由于碳素钢与低合金钢的钢种特性相似 故其流程基本一样 上午11时17分 上午11时17分 重点了解 1 使用连铸坯为原料的生产工艺过程与使用铸锭为原料的工艺过程有那些不同 2 合金钢生产工艺过程与普通钢生产工艺过程有何不同 多哪些工序 为什么 3 冷加工生产工艺过程有何特点 为什么 上午11时17分 8轧制生产工艺过程及其制定 8 1轧材产品标准和技术要求 8 2金属与合金的加工特性 8 3轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响 8 上午11时17分 什么叫轧制生产工艺过程 由锭或坯轧制成符合技术要求的轧材的一系列加工工序的组合 组织生产工艺过程 确定加工工序 首先要保证生产出的产品符合质量要求 或称技术要求 同时要尽量提高产量 降低消耗 这就是我们常说的 优质 高产 低消耗 如何 优质 高产 低成本 的生产出符合技术要求的轧材 是制定工艺流程的总任务和总依据 8 1轧材产品的技术要求和产品标准 一 轧材的技术要求 8 1 上午11时17分 为了满足使用上的要求 对轧材提出的必须具备的规格和技术性能 包括 形状 尺寸 表面状态 机械性能 物理化学性能 金属内部组织和化学成分等方面的要求 轧材技术要求是由使用单位按用途的要求提出来的 我们生产的钢材 都有用户使用 用户根据使用的要求提出品种规格的要求 如 建筑桥梁需钢梁 工字钢 需要多大的规格 同时还提出其他要求 表面质量 裂纹 结疤 重皮 氧化铁皮 钢材机械性能 强度 塑性 韧性 工艺性能 弯曲 冲压 焊接等 物理化学性能 磁性 抗腐蚀性能等 上午11时17分 二 产品标准 钢材技术要求是由使用单位按用途的要求提出来的 使用单位很多 不可能一个用户提一个要求来进行生产 用户提出的要求要根据当时生产的技术水平和经济性来制定成产品的标准 然后钢厂按标准来生产 各种轧材的使用范围不同 有大 有小 因此各种产品标准也有不同的适用范围 有企业标准 地方标准 国家标准 企业标准 几个企业之间根据使用要求和生产条件相互协商而定的标准 适用于承认该协议的各企业 如 汽车制造厂的轮网钢就是企业标准 上午11时17分 地方标准 某些只在局部地区通用的产品所制定的标准 如 矿山用的钢轨适用于一定地区 国家标准 部颁标准 使用范围广 很多厂生产 制定出适合全国各生产的标准 钢材产品标准一般包括 品种 规格 标准 技术条件 试验标准 交货标准 上午11时17分 品种 规格 标准 主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求 形状要正确 不能有歪扭 弯曲不直 表面不平等缺陷 尺寸精度是尺寸偏差的大小 一般按负公差轧制 实际上对轧制精确度的要求提高一倍 而且节约金属 但有些轧材在使用时还要经过加工处理工序 为给加工留余地 常按正偏差交货 上午11时17分 技术条件 表面质量 钢材性能 组织结构及化学成分等 表面质量 要求表面缺陷少 表面光洁平坦 表面缺陷有表面裂纹 结疤 重皮和氧化铁皮 性能要求 机械性能 工艺性能及特殊物理化学性能 机械性能指强度 塑性 韧性 硬度等 工艺性能指弯曲 冲压 焊接性能等 物化性能 磁性 抗腐蚀性能等 轧材性能主要取决于轧材的组织结构和化学成分 因此规定了化学成分的范围 并提出金属组织结构方面的要求 上午11时17分 试验标准 试验时的取样部位 试样形状 尺寸 试验条件 试验方法 交货标准 交货时包装 标志方法 质量证明书内容 8 2金属与合金的加工特性 通过自学了解碳素钢与合金钢在塑性 变形抗力 导热系数 摩擦系数 相图 淬硬性及对某些缺陷的敏感性有何不同之点以及为什么 上午11时17分 8 3轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响 基本工序 原料的清理准备 加热 轧制 冷却 精整 检查 8 3 1原料的选择及准备 在轧钢生产中 一般常用的原料为钢锭 轧坯和连铸坯 也有采用压铸坯的 以上几种原料的优缺点及适用情况见表8 2P109要求能够掌握 上午11时17分 上午11时17分 说明 连铸坯的优点很多 是发展方向 但是还不能完全取代铸锭 一个重要的原因就是初轧开坯生产钢锭的尺寸规格可以灵活 如 鞍钢有初轧 又生产板坯 又生产方坯 同时生产 而用连铸则办不到 同时连铸坯受钢种限制 上午11时17分 选择原料应注意的问题 1 要考虑质量和产量 选取适当的坯料尺寸 在保证压缩比的前提下 尽量减少轧制道次以提高产量 断面大需要的道次多 压缩比 2 考虑经济效益和生产的可能性的条件下要使各项消耗降低 原料的准备主要是检查 清理表面各种缺陷 结疤 裂纹 夹渣 折迭等 如果不在轧前加以清理 轧制中将不断扩大 并引起更多缺陷 上午11时17分 清理方法 火焰清理 适于碳素钢 低合金钢 金属耗量较大 风铲清理 适用碳素钢 合金钢 高碳钢 合金钢导热性能差 直接用火焰清理易开裂 必须先预热 砂轮清理 刨削 适于合金钢 剥皮 金属消耗大 8 3 2原料的加热 加热目的 1 提高塑性和降低变形抗力 2 改善金属内部组织性能 如偏析经加热可减轻或消除 为达到上述目的 加热温度尽量高一些 但是过高或加热方法不对 都会造成加热缺陷 影响钢材质量 甚至造成废品 上午11时17分 加热缺陷有 1 过热 加热温度偏高 加热时间偏长 使晶粒长大 晶粒间结合力减弱 机械性能变坏 可逆性缺陷 2 过烧 在过热基础上 继续使加热温度过高 晶粒边界发生氧化或熔化 轧制时发生碎裂 报废 3 脱C 原料表面层所含碳被氧化而减少 使钢材表面硬度降低 许多合金钢及低合金钢不允许脱碳 4 氧化铁皮 金属表面层的氧化膜 加热温度越高时间越长 炉内的氧化气氛越强 则生成的氧化铁皮越多 造成金属烧损 引起钢材表面缺陷 麻点 铁皮等 上午11时17分 5 加热不均 沿坯断面或长度各处的温度不同 轧制时发生歪扭 弯曲和内拉裂 为防坯料在加热时止出现加热缺陷 能够加热出合格的坯料 要注意以下问题 1 正确确定加热速度 加热速度是指单位时间内 钢坯表面升高的温度 确定钢的加热速度 考虑钢的塑性 导热性 断面尺寸大小 上午11时17分 对合金钢和高碳钢 在500 600 塑性导热性差 开始加热速度过快 表层和中心温差过大 造成很大的热应力而开裂 对导热性 塑性差的钢种 在600 650 以下要缓慢加热 加热到700 以上温度时钢塑性已转好 内外温差减小 尽可能快的速度加热 对普碳钢 其塑性和导热性能好 可快速加热 以提高生产能力 可防止氧化 脱C 过热等 对于小断面料可快速加热 对于大断面料 要降低加热速度 防止表层和中心温差过大 上午11时17分 2 确定合理加热时间 加热时间的长短影响到质量和产量 连续式加热炉加热钢坯 加热时间的经验式 t cB小时 B 坯料边长或厚cm c 系数碳钢 0 1 0 15合金结构钢 0 15 0 2 上午11时17分 8 3 3钢的轧制 要想轧出合乎质量要求的轧材 轧钢工序是非常重要的 是保证产品质量的一个中心环节 轧钢工序有两大任务 精确成形 改善组织和性能 影响精确成形因素有 合理的孔型设计 型钢 辊型设计 板带钢 压下规程及轧机调整 压下规程 内容是确定所需采用的轧制方法 轧制道次及每道次压下量 轧制过程工艺参数稳定 如 温度 速度 张力等 上午11时17分 影响组织和性能的因素 变形程度 应保证改善铸态组织 保证压缩比和细致均匀的晶粒度 变形程度较大 压应力状态强 有利于改善组织 性能 变形温度 钢材性能 组织 终轧温度 开轧温度 钢坯在不影响质量的前提下尽量提高开轧温度 开轧温度的确定原则 必须以保证终轧温度为依据 终轧温度 上午11时17分 上午11时17分 终轧温度因钢种不同而不同 主要取决于产品技术中规定的组织性能 如果产品在热轧以后没有热处理 那么终轧温度的选择便以获得的所需要的组织性能为目的 在轧制亚共析钢时 一般终轧温度应高于Ar3线约50 100 以便在终轧以后迅速冷却到相变温度 获得细化的晶粒 若终轧温度过高 破碎的 晶粒会继续长大 得到粗晶组织 降低机械性能 上午11时17分 若低于Ar3线 在 区进行了一定的塑性变形 将导致加工硬化 塑性降低 变形抗力提高 因为在同样温度下 易变形 不易变形 导致不同相变形不均匀 从而引起附加应力 另一方面 在 基体上出现 可将 看作硬的夹杂物 它将强烈阻止位错的移动 而在该处形成位错堆积 引起应力集中 在一定条件下形成断裂 若在 基体上出现 这将使强固的机体削弱 同样也引起应力集中易使金属过早断裂 上午11时17分 过共析钢的终轧温度应比SK线高出100 150 低于SK线 易析出石墨出现裂纹 高于SE线在晶粒边界析出的网状碳化物不能破碎 使钢材的机械性能恶化 变形速度 轧制速度 提高可提高产量和质量 头尾温差减小 对质量好 但速度上升受轧机设备 电机能力 强度 机械化自动化水平以及咬入条件等限制 上午11时17分 8 3 4轧后冷却与精整 一 冷却 轧后冷却条件不同会得到不同的组织和性能 控制冷却可以达到我们要求的性能 如 冷却速度提高 F 渗碳体 得到细晶粒组织 但对于某些导热性能差 塑性差 合金钢 易冷裂 常用冷却方式 1 水冷 在辊道或冷床上喷水 喷雾冷却 例如线材通过冷却水管强制冷却 上午11时17分 水冷对钢材有要求 对碳素钢 开坯 半成品对性能不要求 可水冷 某些合金 高合金钢易产生应力和裂纹不宜水冷 水冷还可清除表面氧化铁皮 提高冷床生产能力 2 空冷 钢材放在冷床上 靠辐射和对流冷却 凡是在空气中冷却 不产生热应力裂纹的钢种 都可以空冷 而且可通过吹风 钢材疏密排列来调整冷却速度 3 堆冷 缓冷 对于某些合金钢 高合金钢 易产生应力和裂纹 要进行堆冷 缓冷 上午11时17分 堆冷 在冷床上冷却到一定温度之后堆垛冷却 缓冷 在缓冷坑中缓慢冷却或在保温炉中进行等温处理 二 精整 精整加工对质量也有重要影响 保证轧材正确的形状和尺寸 轧件冷却之后往往是弯曲的 要使之平直 要经过矫直机矫直 轧材头尾组织性能较差 且轧制时易出缺陷应剪去 轧材按要求剪切成定尺 剪切用锯或剪 简单断面型材用热剪 热锯 复杂断面型材多用热锯 冷锯或异型剪刀的剪 钢板多用剪剪切 钢管多用锯或专用的切管机 上午11时17分 8 3 5钢材质量检查 任务是确定成品质量是否符合产品标准和技术要求 化学成分检查 材质率 避免混号 机械物理性能检验 s b 扭度 硬度等 低倍组织及显微组织的检验 断口试验 疏松非金属夹杂质 脱C 白点 晶粒度 上午11时17分 上午11时17分 上午11时17分 第三篇型材和棒材生产 10大中型型材及复杂断面型材生产 11棒线材生产 12型材和棒线材轧制及其轧制 过程的自动化控制 上午11时17分 10大中型型材及复杂断面型材生产 10 1生产特点用途及典型产品 10 2轧机规格轧制工艺和轧机布置 10 6大中型型钢生产新技术 10 上午11时17分 前已述及 型材产量在工业发达国占30 左右 我国占50 60 中国各大钢铁企业纷纷调整了产业结构 上马板带钢生产线 这是不是意味着型材不重要了或型钢厂下马呢 不是的 由于型材品种繁多 规格齐全 用途广泛 在很多领域里都是不可替代的 且生产方式是最经济的 现在板带钢需求 是由于国家政策调整 基础设施建设力度加大 以及汽车工业的发展所致 而现阶段型材生产存在的主要问题是 经济断面型钢 如H型钢和轻型薄壁型钢等品种的市场开发缓慢 型材品种数远远低于工业先进国家 装备水平落后的企业所占的比例过大 上午11时17分 10 1生产特点用途及典型产品 10 1 1型材的生产特点 品种规格多 目前以达万种以上 少数专用轧机生产 大多数型材轧机多品种 多规格生产 断面形状差异大 如工 槽 Z H型钢 钢轨不仅断面形状大而且相互之间差异很大 其孔型设计和轧制生产都有其特殊性 断面形状复杂 在轧制过程中各部分金属变形不均匀 断面各处温度不均 轧辊摩擦也不均匀 轧件尺寸难以精确计算 轧机调整和导卫装置安装复杂 故复杂断面型材的连轧技术发展缓慢 上午11时17分 轧机结构和轧机布置多种多样 结构形式上 二辊式 三辊 四辊 万能式 45 轧机 悬臂式轧机等 轧机布置 横列式 顺序式轧机 半连续式 连续式轧机等 10 1 2型材的分类 用途及市场对型材的要求 一 分类及用途 表10 1型材的断面形状 尺寸范围及用途 上午11时17分 上午11时17分 二 市场对型材的要求 总的形式是要求越来越严格 1 建筑用材 提高强度 如常用建筑螺纹钢筋要求强度为400 500Mpa 而最新要求是600 1000Mpa 增加功能 如具有耐火性能 耐腐蚀性能等 唐山地区要求抗震性能 上午11时17分 2 铁板桩 用在港口 堤坝 工程围堰 耐腐蚀性 3 铁路用材 要适应高速重载的要求 要求重轨高尺寸精度 高平直度 具有良好的组织性能和焊接性能 耐磨 4 造船用材 良好的焊接性能和耐腐蚀性能 5 各个部门都要求使用高效经济断面钢材 从尺寸上说 要求型材轻型薄壁 并可以充分发挥其形状效能 10 1 3典型产品 10 1 3 1H型钢 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 上午11时17分 图10 1H型钢和普通工字钢的区别 上午11时17分 与同样高度的普通工字钢相比 H型钢腰部厚度小 边部宽度大 又叫宽边工字钢 优点 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 边部内侧与外侧平直 边部呈直角 便于拼装组合成各种构件 提高生产效率 一 H型钢轧制 上午11时17分 上午11时17分 上午11时17分 1 万能辊轧机 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时成形 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 2 在腿部压下时 由于水平辊与轧件之间有滑动 轧辊的摩损比较大 为此 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 二 H型钢的发展 上午11时17分 1902年德国建成世界第一台带旋转立辊和单独设置轧边端机的H型钢轧机 1970年出现了连续式万能轧机 提高了生产效率 到2000年 世界上约有上百套万能型钢轧机 不仅生产H型钢 还可轧制钢轨 槽钢 角钢等 日本是H型钢产量和用量最大的国家 我国H型钢生产始于70年代 包钢轨梁厂用二辊轧机 立辊生产少量H型钢 以满足国内建设急需 国产轧制H型钢生成于1991年在马鞍山钢铁公司 1998年马鞍山从德国引进代表国际先进水平的现代化H型钢轧机 1998年莱芜钢铁总厂从日本引进 上午11时17分 10 1 3 2钢轨 钢轨的横截面分为轨头 轨腰和轨底 钢轨的规格以每米长单重表示 轻轨 30kg m主要用于矿山 森林 盐场 重轨 30kg m铁路 重轨生产的发展 1 轨底宽度 轨腰高度增加 提高重轨的抗弯截面模数 2 单重增加 70kg m以上 起重轨达到128kg m 3 长度增加 达100m 根 以减少钢轨接头附件和车轮磨损 4 新材料 低合金钢轨 热处理提高强韧性 耐磨性 提高使用寿命 上午11时17分 10 1 3 2钢轨 上午11时17分 两辊孔型法 常规法 由一个梯形孔 三个帽形孔和五个轨形孔组成 只靠水平辊压下 对钢轨头部和底部仅进行间接压下 变形率低 孔型易磨损 轧机刚度差 轨头踏面形状难以保证 断面形状不对称 轨高和轨底的精度较差 轨头和轨底的加工量小 尺寸精度差 一 钢轨的轧制 上午11时17分 万能轧法 产品质量好 头底均有压下 变形大 产品表面光滑 尺寸精确 轧辊磨损少 生产率高 产量提高1 8倍 导卫装置设计简单 易于安装 轧辊孔型设计简单 投资少 生产费用低 既能轧制钢轨 又能轧制 型钢 万能轧法基本原理 在控制轨腰 轨底和轨头厚度的同时 在四个垂直方向上给轧件施加了大的压下量 延伸系数相当大 每道次在1 25 1 4之间 上午11时17分 上午11时17分 上午11时17分 上午11时17分 二 钢轨轧后处理 1 冷却 自然空冷 当炼钢厂采用无氢冶炼方法时 可直接在冷床上冷却 缓冷 钢轨中含氢时 在冷却至500 600 进缓冷坑缓冷以消除 白点 2 矫直 矫直温度 100 3 淬火 火车车轮在通过重轨接头处会产生较大的振动和冲击 因此要求轨端有足够的强度 韧性和耐磨性 上午11时17分 轨端淬火 钢轨全长淬火 现在为适应高速重载列车运行线路和弯道 隧道等特殊地段的要求钢轨全长淬火以提高整根重轨头部的强度 韧性和耐磨性 淬火后 重轨头部呈索氏体组织 有一定的淬透深度 轧后余热淬火 轧后利用余热喷水然后回火 重新加热淬火 轧后冷却后 高频感应加热 火焰加热 到880 920 然后喷水至450 480 回火 上午11时17分 上午11时17分 4 铣头 钻眼 钢轨附件连接 5 探伤 全自动超声探伤 安装在矫直机后面 10 2轧机规格 轧制工艺和轧机布置 10 2 1轧机命名原则 轧机尺寸和轧机形式 一 命名 型钢轧机以轧辊名义直径命名 或传动轧辊的人字齿轮节圆直径 如 650型材轧机 二 轧机尺寸 按轧辊直径的不同将轧机分类 三 轧机形式 二辊 三辊 万能式 上午11时17分 上午11时17分 10 2 2型材轧制工艺 一 原料准备及清理 检查一般用肉眼 火焰清理 用连铸坯轧制普通型钢一般不必检查和清理 从这个角度说 易实现连铸连轧 二 加热 采用进步式加热炉推钢式加热炉 介绍其优缺点 步进式 加热均匀 能耗小 加热坯料范围广建造费用高 不易维护 推钢式 加热不均 易出黑印 能耗大 不适于加热断面小的坯料及圆形坯料 建造费用低 易维护 上午11时17分 中轧 进步缩小轧件尺寸 接近成品尺寸 精轧 保证产品的尺寸精度 变形小 延伸量较小 现代化的型钢生产对轧制过程有以下要求 1 一种规格的坯料在粗轧阶段轧成多种尺寸规格的中间坯 生产的成品尺寸规格灵活 多方位满足市场需求 企业开拓市场能力强 上午11时17分 2 对于异型材 复杂断面 在中轧和精轧阶段尽量多使用万能孔型和多辊孔型 容易单独调整轧件断面上各部分的压下量 减少轧辊的不均匀磨损 提高尺寸精度和轧辊利用率 3 到20世纪来 在两辊孔型中进行异型材的连轧孔在理论和实践上尚未完全解决 日本提到的型钢连轧 主要指用万能轧机轧制H型钢 4 使用上一般要求低温韧性好和具有良好的可焊接性 上午11时17分 材质上要求碳量低 需要控制化学成分并控轧控冷 低温加热低温轧制 细化晶粒 提高材料的机械性能 精轧后水冷 四 精整 传统 热锯切定尺 切头尾 冷却 矫直工艺 新式 长尺冷却 长尺矫直 冷锯锯切 提高轧件平直度 减少矫直盲区 提高产品定尺率 提高冷床能力 使用效率 10 2 3型材轧机的典型布置形式 10 2 3 1串列式 大型型钢轧机的典型布置形式 上午11时17分 10 2 3 2横列式 什么是横列式 一台电机传动 横向排列的几架轧机以一列或两列最多 图10 9串列式大型型钢轧机的典型布置 a 二列式 b 一列式 上午11时17分 若在多列横列式布置的轧机中再装1 2架万能轧机 则具有更大的市场竞争力 10 2 3 3半连续式 大型型钢半连续式布置的轧机多见于万能连轧机 粗轧一台 或二台 二辊可逆开坯机 精轧为万能连轧机由5 9架万能轧机 U 和2 3架轧边端 E 组成 上午11时17分 10 2 3 4中型型钢轧机的典型布置形式 1 横列式 优点 厂房的长度短 设备简单 造价低 操作方便 便于生产断面形状复杂的产品 产品灵活 适于小批量 多品种产品生产 缺点 产品尺寸精度不高 原因 中型轧机换辊一般在机架上部进行 故多采用开口式或半闭口式机架 每架排列的孔型数目较多 辊身较长 轧机刚度不高影响产品尺寸精度 上午11时17分 2 顺列式 轧机单独传动每架只轧一道 不形成连轧 优点 每架可单独调速 使轧机能力得以充分发挥 提高生产能力 每架只轧一道 辊身短 可采用闭式机架轧机刚度大 产品尺寸精度高 上午11时17分 各架轧机相互不干扰 自动化 机械化程度高 调整方便 缺点 轧机布置分散 轧机距离远 厂房长度大 温降较大 比横式小 不适合生产小型或薄壁产品 机架数目多 投资多 机架相隔较远 调整不便 为弥补上述缺点可采取顺列布置 可逆或者往复轧制 从而减少机架数和厂房长度 上午11时17分 优点 速度高 产量高 产品质量好 轧机紧凑 间隙时间短 温降小 适于小规模产品 轧件长度不受机架距离限制 可增大坯重 提高轧机产量和金属收得率 缺点 设备复杂 投资高 10 6 调整困难 品种单一 上午11时17分 10 6大 中型型钢生产新技术 10 6 1连铸异型坯及连铸坯直接热装轧制 CC DHCR 优点 减少粗轧开坯的异型孔型数量 减少轧制道次 降低坯料的加热温度 减少轧辊消耗 缩短轧制周期 减少切头切尾量 有明显经济效益 上午11时17分 如 重轨轧后余热淬火 H型钢的控制冷却 轧制过程中边部和腰部温度有明显差别 如果自然冷却 冷却后轧件的残余应力很大 上午11时17分 11棒线材生产 11 1棒 线材的种类和用途 11 2棒 线材的生产特点和生产工艺 11 3棒 线材轧制的发展方向 11 4棒 线材轧机的布置形式 11 5棒 线材轧制的控制冷却和余热淬火 上午11时17分 11棒线材生产 11 1棒 线材的种类和用途 11 1 1棒 线材的种类和用途 棒材 是一种简单断面型材 以直条状交货 断面形状 圆 方 六角形及建筑用螺纹钢筋 产品范围 国外9 300mm 国内10 50mm 线材 是热轧产品中断面面积最小 长度最大且呈盘状交货 断面形状 圆 方 六角 异型 产品范围 国外5 40mm 国内5 10mm 上午11时17分 上午11时17分 邢台钢铁公司产品 上午11时17分 用途 直接使用 如 做建筑材料 二次加工 深加工 如 做拉丝的原料 拔制 具体见表11 1 上午11时17分 11 1 2市场对棒材的质量要求 1 总的要求 提高内部质量 根据深加工的种类 材料本应具有适合的性能 以减少深加工工序 提高最终产品的使用性能 2 建筑用材的质量要求 拔丝原料的线材的质量要求 3 市场对其他棒 线材产品的质量要求及对策 上午11时17分 11 2棒 线材的生产特点和生产工艺 11 2 1棒 线材的生产特点 线材断面小 长度大 从坯到成品轧制的总延伸非常大 需要轧制道次很多 线材的发展 规模向大 盘重 向小 线径减小 两个方向发展 盘重越来越大 增大盘重与减小线径 提高尺寸精度之间是矛盾的 因为盘重增加和线径减小会导致轧件长度增加 轧制时间延长 从而轧件温度下降 头 尾温差大 轧件头 尾尺寸公差不一致 并且性能不均 上述矛盾推动了线材生产技术的发展 上午11时17分 11 2 2棒 线材的生产工艺 11 2 2 1坯料 在供坯料允许的前提下 坯料断面尽可能小 以减小轧制道次 保证终轧温度 目前坯料长度大 断面形状一般为方形 边长120 150mm 最大可达22mm 由于线材成卷供应 不便于轧后探伤 检查和清理 因此 对坯料质量要求高 棒 线材产品轧后可探伤检查 表面缺陷易清理 11 2 2 2加热和轧制 加热 在现代化的轧制生产中 棒 线材的轧制速度很高 轧制过程中温降较小 甚至升温轧制 故一般棒 线材加热温度较低 坯料应加热均匀 故采用步进式加热炉 上午11时17分 轧制 为提高生产效率和经济效益 适合棒 线材的轧制方式是连轧 若连轧机均为水平布置 轧件需要扭转翻钢 需扭转导管 导卫 轧件表面易被划伤 轧制不稳定 轧速提高受限制 因此 现代化轧机多采用平 立交替布置 轧制道次多 机架数目多 一般棒材车间 18架 线材车间21 28架 线材的盘重加大 线材直径加大 到2000年国外已出现了直径60mm的盘卷线材 控制轧制 为了细化晶粒 控轧控冷低温精轧 上午11时17分 线材 精轧 吐丝机 线材 散卷控制冷却 集卷 检查 包装 11 3棒 线材轧制的发展方向 11 3 1连铸坯热装热送或连铸直接轧制 11 3 2柔性轧制技术 利用无孔型轧制 共用孔型等手段迅速改变轧制规程 改变产品规格 上午11时17分 11 3 3高精度轧制 棒 线材二次加工 直径公差大 对加工的影响较大 故对其尺寸精度要求越来越高 孔型高向尺寸可控 不能严格限制宽度方向的尺寸 另外 机架间的张力和轧件的头 尾温差也会明显影响轧件的尺寸 方法 精确孔型设计或三辊孔型控制高向和宽向 或在成品孔型后设置专门的定径机组 采用尺寸自动控制AGC系统等 目前棒 线材的尺寸精度可达到 0 12mm目标 0 05mm 上午11时17分 11 3 4继续提高轧制速度 线材盘重大 断面小 为提高产量减小头 尾温差 高速轧制 线材的终轧速度一般是100 120m s最高130m s150m s的研究在进行中 先进棒材的终轧速度一般是17 18m s 11 3 5低温轧制 轧制速度高 轧制温升 终轧温度过高会导致产品质量下降 低温轧制可提高质量 节能 方法 降低开轧温度 从1050 1100 降至850 950 降终轧温度 将终轧温度降至再结晶温度 700 800 以下 节能且提高产品机械性能 上午11时17分 坯料在出炉辊道上前后焊接起来 优点 减少切损 100 定尺 生产率提高 对导卫和孔型不冲击 无冲击 不缠辊 尺寸精度高 主要方法 1 轮切法 用特殊的孔型将轧件或预备切分的形状在轧机的出口安装切轮 将轧件切开 2 辊切法 利用特殊设计的孔型在变形的同时将轧件切开 上午11时17分 上午11时17分 上午11时17分 上午11时17分 11 4棒 线材轧机的布置形式 11 4 1棒 线材轧机的发展过程 横列式轧机 单列式轧机速度不能单调 采用多列式 一般线材轧机多超过3列 终轧速度 10m s盘重 100kg 半连续式轧机 图11 3半连续式轧机 改进后称复二重式轧机 粗轧横列式 连续式或跟踪式 精轧为复二重式轧机 上午11时17分 上午11时17分 1960 1980年复二重轧机鼎盛时期 逐渐被连轧取代 在2003年前要取消横列式和复二重式线材轧机 传统连续式轧机 优点 轧制速度高 轧件沿长度方向上的温差小 产品尺寸精度高 产量高 线材盘重大 20世纪40年代 水平二辊式轧机 轧件在轧制时需扭转 限制了轧制速度 25 30m s 因此限制了盘重 20世纪50年代 平立交替式 轧件在轧制时无扭转 轧速提高到30 35m s 20世纪60年代以后45 高速无扭精轧机和Y型精轧机 图11 5连续式线材轧机布置示意图 上午11时17分 Y型三辊式或线材精轧机组 由3个互成120 角的盘状轧辊组成相邻相架互成倒置180 轧制时无扭转 多用于难变形合金和有色金属的轧制 三向压应力有利于轧制低塑性钢材 11 4 2现代化棒线材轧机 1 现代化棒材轧机 平 立交替布置全线无扭轧机 粗轧采用操作和易换辊轧机 中精轧机采用高精度轧机 微张力或无张力控制 合理孔型设计等以提高轧制速度 产量 产品尺寸精度和表面质量 上午11时17分 上午11时17分 唐钢棒材车间布置图 上午11时17分 11 4 2现代化棒线材轧机 2 现代化线材轧机 平 立交替布置全线无扭轧机 粗轧和中轧机与棒材轧机无区别 精轧机组采用高速无扭 微张力450轧机 线材发展总趋势 提高轧速 增加盘重 提高尺寸精度 改善产品力学性能 简化生产工艺 提高作业率 上午11时17分 11 5棒 线材轧制的控制冷却和余热淬火 11 5 2螺纹钢筋轧制后余热淬火处理工艺及原理 原理 钢筋轧后为奥氏体 利用其轧后余热进行热处理 通过对工艺参数的控制 如冷却速度 时间 冷却温度 得到要求的组织 性能 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 冷却速度必须大于使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 上午11时17分 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素体 珠光体或 索氏体和贝氏体 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 上午11时17分 上午11时17分 11 5 3线材控冷的基本原理 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 11 5 3 1珠光体型控制冷却 目的 通过连续冷却过程获得有利于提拔的索氏体组织 上午11时17分 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 晶粒晶界成为相变时P和 的结晶核心 使P和 细小 此后减慢冷却速度 使其类似等温转变得到索氏体 转少P和 11 5 3 2马氏体型控制冷体 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 上午11时17分 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 11 5 4线材控制冷却方法简介 11 5 4 1轧后穿水冷却 冷却器的形式有 双套管式 环行喷嘴 旋流式冷却器等 图11 11 上午11时17分 穿水冷却装置温度闭环自动控制系统 上午11时17分 上午11时17分 上午11时17分 11 5 4 2斯太尔摩法 图11 12斯太尔摩控制冷却法 线材出成品轧机通过水冷套管快速冷却到接近相变温度后 经导向装置引入线圈形成器 线材在成圈的同时陆续落在连续移动的链式运输机上 使每圈相隔一定距离而成散圈 视钢种不同 在运输过程中可用鼓风机强制冷却 或自然空冷 或加罩冷却 以控制线材组织性能 为了上述目的 运输机速度可调 当线材圈冷却至相变完成温度 约550 450 后 通过集卷器收集并打捆 轧后冷却 吐丝机 散圈冷却 上午11时17分 上午11时17分 11 5 4 3施罗曼法 与斯太尔摩法不同 它强调在水冷带上控制冷却 而在运输机上自然空冷 其作用是线材出精轧机后经环形喷嘴冷却器冷却至620 650 然后 经卧式吐丝机成圈并先垂直后水平放倒在运输链上 通过自由的空气对流冷却 而不附加鼓风 冷却速度为2 9 s 为了适应不同的要求 通过改变在运输带上的冷却型式而发展了各种型式的施罗曼法 如图11 13为五种类型的施罗曼法控制冷却示意图 上午11时17分 12型材和棒线材轧制及其轧制过程的自动化控制 连轧的张力控制 连轧过程 保持秒流量相等时很难 因为各种参数都处于动态变化的过程中 机架间经常出现张力 张力对轧体的尺寸有很大的影响 机架间轧件可以形成活套时 通过测量活套高度或活套对活套挑的压力变化 可以测量张力 进而调节轧辊转速 控制秒流量 实现无张力轧制在精轧阶段 型材断面形状复杂 棒 线材直径很小 尺寸精度要求高 且轧速高 不能用活套 张力直接测定 上午11时17分 间接张力控制方法 张力的变化 轧制力变化 轧机主电机电流变化 电流记忆方法 由于轧件尺寸变化和轧件温度波动 也会引起电流或轧制力矩的变化 故测量精度不高 为提高精度 将无张力是的轧制力矩G和轧制力P的比值G P 2a规定为力臂系数 该系数对轧件温度的轧制力的变化不敏感 通过控制利弊系数来保持张力恒定 上午11时17分 第五篇管材生产工艺和理论 18热轧无缝钢管的主要加工形式和基本工艺过程 19斜轧原理与工具设计 第五篇 上午11时17分 18热轧无缝钢管的主要加工形式和基本工艺过程 18 1穿孔方法 18 2轧管方法 18 3毛管精轧 18 4热轧无缝钢管生产的一般工艺过程 18 上午11时17分 18热轧无缝钢管的主要加工形式和基本工艺过程 钢管生产的主要方法 热轧法 热轧法可分为穿孔 轧管 定 减 径 扩径 焊接法 炉焊 电焊 直焊 螺缝焊 UOE 冷加工 冷轧 冷拔 冷旋压 其中热轧无缝钢管是介绍的主要内容 上午11时17分 先介绍什么是斜轧 轧辊变断面 同向旋转 线互成一定角度 金属沿轧辊交角的中心线方向进入轧辊 螺旋前进 18 1 1斜轧穿孔 二辊斜轧穿孔 特点 螺旋前进 对中性好 壁厚较均匀 延伸较大1 25 4 5 变形复杂 对管坯质量要求高 一般采用锻 轧坯 18 1穿孔方法 18 1 上午11时17分 上午11时17分 三辊斜轧穿孔 不要导板 三个辊和顶头构成孔型特点 对中性好 壁厚均匀 适于塑性较差的钢种 立动导盘大送进角二辊斜轧穿孔 特点 大送进角 提高穿孔效率 导盘便于轧件轴向前进 菌式二滚辊斜轧穿孔 蘑菇头状 轧辊直径顺轧制方向逐渐加大轴向分速度加大 促进纵变形 图18 8Accu Roll轧机示意图 图18 2菌式二滚辊斜轧穿孔机工作示意图 上午11时17分 二 压力穿孔 将坯料置于挤压缸中 压成中空坯体 延伸系数小 优点 对管坯没有苛刻要求 连铸坯和低塑性材料 穿孔比为8 12缺点 生产率低 偏心率大 18 2轧管方法 18 2 1自动轧机 介绍自动轧机结构 优点 采用短芯头 生产换规格时安装调整方便 品种规格范围广 缺点 延伸率低 壁厚不均 要设均整机 管长受顶竿长度限制 轧制时要送回翻钢 间隙时间长 辅助操作的间隙时间占整个轧制周期的60 以上 18 2 上午11时17分 18 2 2连续轧管机 7 9架连轧 主要优点 生产率低高 便于机械化 自动化 长芯棒轧制 钢管内表面质量好 延伸系数大 可达5 0不要求大延伸穿孔 可降低对钢坯塑性 可用连铸坯要求连续轧机可分为浮动芯棒 芯棒随轧件运行 和限动芯棒 芯棒自己以规定的速度运行 操作过程见P30018 5限制芯棒优点 缩短芯棒长度和使用根数 工具消耗少 不用设专门的脱棒工序 芯棒恒速运行 轧制条件稳定 轧件尺寸精度高 不考虑脱棒 芯棒与钢管间隙小 上午11时17分 18 2 3高精度轧管机 阿塞尔轧管机 采用长芯棒 三管斜轧 表面质量好 尺寸精度高 荻塞尔轧管机 主动导盘二辊斜轧 生产高精度薄壁管D 30 18 2 4顶管机组 由三辊或四辊构成辊模 在压力挤孔的空心杯体 内插入芯棒 推 列环模 达到减径 减壁 延伸的目的 其特点 设备简单 操作容易 适合于碳钢 低合金薄壁管 压力穿孔 坯重受限制 管径 管长受限制 图18 7阿塞尔轧管机工作示意图 上午11时17分 五 周期轧管机 皮尔格轧管机 轧管旋转方向与轧件送进方向相反 孔型为变断面 用于生产大直径厚管 异型管 合金钢管 但操作时间长 孔型不易加工 芯棒较长 18 3毛管精轧 减径扩大产品品种规格 增大轧制长度 减少前部工序要求的毛管规格数量 相应的管坯规格和工具备品等 简化生产管理 减少前部工序更换生产规格次数 节省轧机调整时间 提高机组的生产能力 18 3 1减径机 一般15 25架 30 二辊式 前后相邻两机架轧辊轴线互垂直90 图18 10 18 3 上午11时17分 三辊式 轴线互垂各60 沿断面所有方向都受到加工 三辊式较广泛采用 微张力减轻径 减径时壁厚增加 产生壁厚不均 总减径率在40 50 张力减径 减径器减壁 壁厚均匀 广泛采用三辊式减径机 入口毛管管径日益增大 达300mm 出口速度提高18m s 张力减径总减径率最大可达85 90 减壁量40 定径机 一般5 14架 总减径率为3 7 18 4热轧无缝钢管的一般生产工艺过程 18 4 上午11时17分 管坯准备 冷定心 加热 热定心 穿孔 轧管 再加热 减径 锯切 冷却 矫直 切管 矫直 打印 定径 称重 包装 分述如下 一 管坯准备 原料有轧制管坯 圆坯 连铸管坯 圆锭 首先要清理表面缺陷 切断 主要冷锯锯断和火焰切割 管坯长度Lp 始终 nclc L 热轧管长度Dc c 平均直径 上午11时17分 nc 每根热轧管的定尺数