《金属轧制工艺学》课件：2轧制工艺基础

1、n轧材产品标准和技术要求n金属与合金的加工特性n轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响轧制生产工艺过程轧材的技术要求n轧材的技术要求是为了满足使用要求，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。n轧材的技术要求是由使用单位按用途的要求提出来，再根据当时实际生产技术水平的可能性和生产的经济性来制定的。轧材的技术要求有一定的范围，并且随着生产技术水平的提高，要求越来越高。 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、

2、结疤、重皮，氧化铁皮），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）轧材产品标准n轧材的技术要求的n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。n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。轧材产品标准n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

3、偏差交货。轧材产品标准表面质量，钢材性能，组织结构及化学成分等。n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。n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。轧材产品标准轧材产品标准n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。n交货标准交货时包装，标志方法，质量证明书内容。n各种轧材根据用途的不同都有各自不同的产品标准或技术要求。由于各种轧材不同的技术要求，再加上不同的材料特性，便决定了不同的生产工艺过程和生产工艺特点。金属与合金的

4、加工特性n为了正确制定轧材的生产工艺过程和规程，必须深入了解轧材的加工特征，即其固有的内在规律。n以碳素钢为例讲述生产工艺过程和规程有关的加工特性。碳素钢塑性，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。碳素钢加工特性n（1）塑性纯金属和固溶体有较高的塑性，单相组织比多相组织的塑性高，而杂质元素和合金元素愈多或相数愈多，尤其是有化合物存在时，一般都导致塑性降低(稀土元素等例外)，尤其是硫、磷、铜及铅锑等易熔金属更为有害。一般纯铁和低碳钢的塑性最好，含碳愈高，塑性愈差，低合金钢的塑性也较好，高合金钢一般塑性较差。碳素钢加工特性钢的塑性一方面取决于金属本身，这主要是与组织结构中

5、变形的均匀程度，即与组织中相的分布、晶界杂质的形态与分布等有关，同时也与钢的再结晶温度有关，再结晶开始温度高、再结晶速度慢，往往使钢的塑性变差。另一方面，塑性还与变形条件，即与变形温度、变形速度、变形程度及应力状态有关，其中变形温度的影响最大，故必须了解塑性与温度的变化规律，掌握适宜的热加工温度范围。此外，在较低的变形速度下轧制，或采用三向压应力较强的变形过程，如采用限制宽度和包套轧制等，都有利于金属塑性的改善。碳素钢加工特性n（2）变形抗力一般地说，有色金属及合金的变形抗力比钢的要低，随着合金含量的增加，变形抗力将提高。n合金元素尤其是碳、硅等元素的增加使铁素体强化。合金元素，尤其是形成稳定

6、碳化物的元素，在钢中一般都能使奥氏体晶粒细化，使钢具有较高的强度。合金元素还通过影响钢的熔点和再结晶温度与速度，通过相的组成及化合物的形成，以及通过影响表面氧化铁皮的特性等来影响变形抗力。当高温时，由于合金钢一般熔点都较低，因而合金钢变形抗力可能大为降低，例如，高碳钢、硅钢等在高温时甚至比低碳钢还要软。碳素钢加工特性碳素钢加工特性碳素钢加工特性碳素钢加工特性钢种钢号K3碳素钢莱氏体钢珠光体马氏体奥氏体含纯铁或莱氏体的奥氏体钢纯铁体钢含硫化物的奥氏体钢碳素钢加工特性碳素钢加工特性碳素钢加工特性n（7）对某些缺陷的敏感性轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响n虽然根据产品的主要技术要求和合金的特性

7、所确定的各种轧材的生产工艺流程各不相同，但其最基本工序都是：原料的清理准备加热轧制冷却精整检查轧材生产各基本工序n原料的选择及准备在轧钢生产中，一般常用的原料为铸锭、轧坯和连铸坯，也有采用压铸坯的。轧钢所用原料的优缺点及适用情况轧材生产各基本工序n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：一些钢厂又初轧，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。轧材生产各基本工序要考虑产量和质量n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）=坯料断面尺寸（面积

8、）压缩比成品断面尺寸（面积）轧材生产各基本工序n原料的准备主要是检查、清理表面各种缺陷（结疤、裂纹、夹渣、折叠等）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。n清理方法： 火焰清理：至于碳素钢、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，金属消耗量大。轧材生产各基本工序加热目的：n（1）提高塑性n（2）降低变形抗力n（3）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。加

9、热缺陷n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。主要加热缺陷：过热、过烧、脱碳、氧化铁皮和加热不均。加热缺陷n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n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）n脱碳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加热缺陷n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

10、材表面缺陷（麻点，铁皮等）。n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。加热缺陷n坯料在加热时为防止出现加热缺陷，加热出合格的坯料，要注意以下问题：（1）正确确定加热速度n加热速度是指单位时间内，钢坯表面升高的温度。n确定钢的加热速度，考虑钢的塑性，导热性，断面尺寸大小。正确确定加热速度合金钢和高碳钢：n在500600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600650以下要缓慢加快，加热到700以上温度时钢塑性已转好，内外温差减小，可尽可能快的速度加热。普碳钢：n其塑性和导热性能好，可快速加热，以提高生产

11、能力，可防止氧化，脱C，过热等。n对于小断面料可快加热，对于大断面料，要降低加热速度，防止温差过大。加热缺陷n坯料在加热时为防止出现加热缺陷，加热出合格的坯料，要注意以下问题：2）合理确定加热时间n加热时间的长短影响到质量和产量n连续式加热炉加热钢坯，加热时间的经验式：tCBB：坯料边长或厚 cmC：系数 碳钢:0.10.15； 合金结构钢:0.150.2轧材生产各基本工序n钢的轧制轧钢工序的两大任务是精确成型及改善组织和性能，因此轧制是保证产品质量的一个中心环节。精确成型精确成型轧制过程工艺参数稳定：n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。改善组织和性能n一般说来，

12、变形程度愈大，三向压应力状态愈强，对于热轧钢材的组织性能就愈有利。因为：(1)变形程度大、应力状态强有利于破碎合金钢锭的枝晶偏折及碳化物，即有利于改变其铸态组织。(2)为改善机械性能，必须改造钢锭或铸坯的铸造组织，使钢材组织致密。因此对一般钢种也要保证一定的总变形程度，即保证一定的压缩比。 (3)在总变形程度一定时，各道变形量的分配(变形分散度)对产品质量也有一定影响。n从产量、质量观点出发，在塑性允许的条件下，应该尽量提高每道的压下量，并同时控制好适当的终轧压下量。n开轧温度的确定原则：必须以保证终轧温度为依据。0 00 0. .5 50 0. .8 8 1 1. .0 01 1. .7 7

13、5 54 4. .3 32 20 00 04 40 00 06 60 00 08 80 00 01 10 00 00 01 12 20 00 01 14 40 00 0A AH HJ JN NE E1 11 13 30 07 72 23 3S SK KA A2 2A A1 1+ +A A3 3终终轧轧温温度度加加热热温温度度范范围围开开轧轧温温度度范范围围n在轧制亚共析钢时，一般终轧温度应小于Ar3线约50100，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。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

14、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，它将强烈阻止位移的移动，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。）n过共析钢的终轧温度应比SK线高出100150，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）n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

15、机设备及强度、机械化自动化水平以及咬入条件等限制。n轧制速度通过硬化和再结晶的影响也对钢材性能质量产生定的影响。n轧制速度的变化通过摩擦系数的影响，还经常影响到钢材尺寸精确度等质量指标。n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。轧后冷却与精整轧后冷却n常用冷却方式：（1）水冷：在辊道或冷床上喷水、喷雾冷却，线材通过冷却水管强制冷却。n对钢材有要求，对某些合金、高合金钢易产生应力和裂纹，对碳素钢，开坯（半成品对性能不要求）可水冷。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，都可以室冷，可通过吹风，钢材排列疏密来调整冷却速度。（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。n堆冷：在冷床上冷却到一定温度之后堆垛冷却。n缓冷：在缓冷坑中缓慢冷却或在保温炉中进行等温处理。精整n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，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；