华北理工轧钢工艺学讲义

PAGEPAGE55讲稿课程名称：轧钢工艺学课程编号：H02218授课学期：2013-2014春授课班级：10成型,10轧任课教师：田亚强河北联合大学冶金与能源学院第周，第1讲次绪论一课程的性质、地位与任务本课程介绍轧钢生产工艺过程及其基本生产特点，使学生能够正确制定生产工过程及通过生产工艺改进来达到提高钢材的产量和质量，降低各项消耗及生产成本。在学习本课程时，应该培养“理论联系实践“的观点，并且着重培养分析和解决工程问题的方法和能力。本课程是材料工程专业本科四年制的必修专业课程之一，在学习本课程之前应该先修金属塑性加工力学，金属压力加工金属学和轧制理论等专业基础课，并且在学习本课程之前要进行生产实习教学。二课程要求１了解和熟悉各类钢材的生产工艺过程，工艺和有关数学模型，掌握轧钢生产的基本知。时。２了解和掌握工艺分析的基本方法，包括提高钢材产品的质量和产量的分析方法及改进技术经济指标的途径。３具有合理的组织轧钢生产工艺过程，制定工艺规程及进行挖潜改造的初步能力。４了解和掌握轧钢车间工艺设计的基本知识和必要的工程计算方法与技能。５了解当前国内外轧钢生产的新工艺、新技术与发展趋势及其轧钢生产的技术经济指标和生产效益。第二篇轧制工艺基础7轧材种类及其生产工艺流程基本内容：介绍钢材的种类及轧钢生产的发展趋势，轧钢生产系统及轧钢生产工艺流程，着重指出短流程生产工艺的优点及发展方向。授课重点：短流程生产工艺授课学时：２一、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，经加热后用初扎机（或开坯机）将其扎成多种规格的钢坯。然后再经成品轧机轧成各种钢材。这种生产方法知道仍在钢材生产中占着重要地位。连铸：将钢水直接铸成一定断面形状和规格的钢坯，连续铸钢生产过程见图1-1图1-1连铸机的组成结构中间罐：贮存一部分钢水，保证连续铸刚，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。图1-1连铸机的组成结构结晶器：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。拉娇机：拉辊：拉着钢坯向前运动。娇直辊：对铸坯表面平整娇直。图1-2模铸与连铸过程比较模铸与连铸生产过程的比较图1—2。图1-2模铸与连铸过程比较连铸的优点：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、初扎开坯工序。节约金属、成材率高钢锭头部有缩孔，扎材时必须切除，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。(1)节能。连铸省了一次加热一次扎材(2)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、初扎都穿插人工操作，自动化程度低，工人劳动条件差。(3)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。(4)生产成本低。（连铸设备简单，省去初扎机，均热炉，并节约了燃料动力和人力）缺点：(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）(2)沸腾钢，高合金钢的连铸还有一定困难。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，将初扎机或连铸机与各种成品扎机配套设置，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，宽带钢热连扎机达500~600万吨/年。宽原板扎机达100~200万吨/年(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，原因是可满足多品种的需要。(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？图1-31-4合金钢的一般生产工艺过程②图1-31-4合金钢的一般生产工艺过程(1)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？）(2)冷加工生产工艺过程有何特点？为什么？以上问题对照图1—3、1—4，通过自学教材，然后进行书面回答。第周，第2讲次8轧钢生产过程及其制定基本内容：介绍产品标准和技术要求，钢材的加工特性以及轧钢生产各工序对产品质量的影响，生产工艺过程的制定及其依据。授课重点：产品标准和技术要求，生产工艺过程的制定及其依据。授课学时：２什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轧材的技术要求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。它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），刚才机械性能（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）产品标准：钢材的技术要求是由使用单位按用途的要求提出来的，由于使用单位很多，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，然后生产就按标准来生产。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。地方标准：某些只在局部地区通用的产品所制定的标准。如：矿山用的铁轨使用于一定地区国家标准（部颁标准）：使用范围广，很多长生产，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。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。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。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？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：鞍钢又初轧，又生产板坯，有生产方坯（同时生产），而用连铸则办不到，同时连铸坯受钢种限制。选择原料应注意的问题：(1)要考虑产量和质量。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）孔型中轧制时，压缩比用坯料断面尺寸（面积）与成品断面尺寸（面积）的比值。在德国，轧制薄板压缩比为10左右，轧制厚板的压缩比为5，在我国，轧制厚板的压缩比为7~8，薄板的压缩比为十几，轧制普钢达到20。粗轧压下量在60%~70%，精轧压下1.2，1.25，1.3以内，精轧速度快，压下量必须小。(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，甚至影响钢在轧制时的塑性与成型。因此，为了提高钢材表面质量和合格率，对于轧前的原料和轧后的成品，都应该进行仔细的表面清理，特别是合金钢要求就更加严格。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、合金钢某些高碳钢（合金钢导热性能差，直接用火焰清理易开裂，必须先预热）和合金钢也可采用风铲或火焰清理。砂轮清理或机床刨削：适于合金钢，剥皮，金属消耗量大8.3.2原料的加热加热目的：(1)提高塑性(2)改善金属内部组织和性能，如偏析经加热可减轻或消除为达到上述目的。一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，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(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发生。加热温度愈高，时间愈长，脱碳层愈厚；钢中钨和硅也促使脱碳的发生。(4)氧化铁皮：金属表面层的氧化膜，氧化铁皮组成由外到内依次是Fe2O3(2%)，Fe2O3·FeO(18%)，FeO(80%)。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，加热温度愈高（尤其是900(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，弯曲和内拉裂坯料在加热时为防止出现加热缺陷，以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，断面尺寸大小对合金钢和高碳钢：在500~600℃塑性导热性差，如果突然将其装入高温炉中或开始加热速度过快，表层和中心温差过大，造成很大的热应力，加上组织应力和铸造应力，使钢锭中部产生“穿孔”开裂（常伴有巨大响声，故称为“响裂”或“炸裂”）。对导热性、塑性差的钢种，在600~650℃以下要缓慢加快，加热到700℃以上温度时，钢的塑性已转好，内外温差减小，可尽可能快的速度加热。对普碳钢：起塑性和导热性能好，可快速加热，以提高生产能力，可防止氧化，脱C，过热等。对于小断面料可快加热，对于大断面料，要降低加热速度，防止温差过大。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，而且生产中往往引起事故，损坏设备。(2)合理确定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cmc：系数碳钢：0.1~0.15合金结构钢：0.15~0.28.3.3钢的轧制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：精确成型，改善组织和性能影响精确成型的因素有：①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②轧制过程工艺参数稳定，如：温度、速度、张力等。例如，在连续轧制小型线材和板带钢时，这些工艺因素的波动直接影响到变形抗力，从而影响到轧机弹跳和辊缝的大小，影响到厚度的精度。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。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：按照相图确定轧制制度。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，一般终轧温度应小于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γ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（γ+α）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，α易变形，γ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α基体上出现γ，可将γ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γ基体上出现α，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。）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SK变形速度（轧制速度）：提高可提高质量；头尾温差减小，对质量好，但速度上升受电机能力、轧机设备、强度、机械化自动化水平以及收入条件等限制。8.3.4轧后冷却与精整冷却：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γ→α+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，线材通过冷却水管强制冷却。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)室冷：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。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。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，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：σs,σs,αψ扭度、硬度等低倍组织及显微组织的检验，脱C，白点，晶粒度断口试验，疏松非金属夹杂质第周，第3讲次第三篇型材和棒线材生产前面已经讲过，型材产量在工业发达国占30%左右，我国占50~60%。现在中国各大钢铁企业纷纷调整产业结构，上板带生产线，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，现在板带钢需求量大，是由于国家拉动内需，基础设施建设力度加大，以及汽车工业的发展。而现阶段型材生产能力大于市场的需求，在中型材范围内表现尤为突出，型材生产存在的主要问题是：①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②型材品种数远远低于工业先进国家③装备水平落后的企业所占的比例过大。10．大、中型型材及复杂端面型材生产型钢生产基本内容：介绍角钢生产方式，轧机布置形式及生产特点。结合典型产品说明生产工艺流程及其特点。了解经济断面型材H型钢的生产方法、特点及型钢生产的发展方向。授课重点：H型钢的生产及连轧张力控制。10.1生产特点、用途及典型产品10.1.1型材的生产特点：(1)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。(2)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。(3)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。(4)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，用途几市场对型材的要求分类及用途：（见表1—1）表1-1型材的断面形状、尺寸范围及用途品种尺寸范围用途H型钢高度×宽度，宽边500×500，中边900×300，窄边600×200土木建筑、矿山支护、桥梁、车辆、机械工程钢板桩有效宽度，U型500，Z行400，直线型5000港口、堤坝、工程围堰钢轨单重，重轨30~78kg/m，轻轨5~30kg/m，起重机轨120kg/m，铁路、起重机工字钢高度×宽度，100×68~630×180土木建筑、矿山支护、桥梁、车辆、机械工程槽钢高度×宽度，50×37~400×104土木建筑、矿山支护、桥梁、车辆、机械工程角钢高度×宽度，等边20×20~200×200，不等边25×16~200×125土木建筑、铁路、桥梁、车辆、舰船矿用钢工字钢、槽帮钢支护、矿山运输T型钢高度×宽度，150×40~300×150土木建筑、铁塔、桥梁、车辆、舰船球扁钢宽×厚度，180×9~250×12舰船钢轨附件单重6~60kg/m钢轨垫板、接头夹板异型钢车辆、机械工程、窗框等市场对型材的要求对技术要求是要求越来越严格。(1)建筑用材：①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。②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(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：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。优点：(1)截面横数达，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H型钢轧制(1)辊万能轧机，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，未能时边端部施以压下，用轧边机对端边以压下并限制腿高。在腿部压下时。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`H型钢的发展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，万能-轧边端可逆轧机生产方式持续了70年，1970年随着生产技术特别是计算机技术的发展。出现了连续是万能轧机。大大提高了生产效率，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，工业发达国家H型钢在型钢产量中的比重是最大的，1973年H型钢产量占全部型钢产量的45%。我国H型钢生产始于70年代，包钢轧梁厂用二辊轧机+立辊生产少量H型钢，以满足国内建设急需，后来，上海，武汉，鞍山等地的金属结构厂和桥梁厂生产含焊接H型钢。中国国产轧制H型钢生成于1991年在马鞍山钢铁公司投产，又一组可逆式万能-轧边端连轧机和一台万能精轧机组成。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。10.1.3.2钢轨钢轨的横截面分为轨头，轨腰和轨底三部分。钢轨的规格的每米长重量表示轻轨<30kg/m主要用于矿山，森林，盐场重轨>30kg/m铁路重点介绍重轨重轨生产的发展：(1)轨底宽度：轧腰高度增加（提高重轨的抗弯截面模式）(2)单重增加：70kg/m以上(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，提高使用寿命钢轨的轧制两辊孔型法：（常规法）只靠水平轨压下，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，产量提高1.8倍钢轨轧后处理(1)冷却：①自然室冷：高炼钢厂采用无氢冶炼方法时，可直接在冷床上冷却②缓冷：钢轨中氢时，在冷却至500~600℃，进缓冷抗缓冷，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。方法：{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(4)铣头：钻眼(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命名：以轧辊名义直径命名（或传动轧辊的人字齿轮节圆直径）如：Ф650型材轧机轧机尺寸：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10.2.2型材轧制工艺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，易实现连铸连轧加热：采用进步式加热炉推钢式加热炉（介绍其优缺点）推钢式加热炉：加热不均，推钢比水冷黑印，能耗大轧制粗轧：轧制温度高,大压下，减小断面尺寸，将坯料轧成中轧需要的中间坯中轧：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，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(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个部分的压下量，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①材质上要求碳量低，控制化学成分控轧控冷②低温加热低温轧制（细化晶粒，提高材料的机械性能）③精轧后水冷精整传统：热锯切定尺，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）第周，第4讲次基本内容：介绍型钢轧机的典型布置形式，工艺特点及应用，棒线材产品概念、生产工艺特点、发展趋势。授课重点：型钢轧机的典型布置形式，工艺特点。10.2.3型材轧机的典型布置形式大型型钢轧机的典型布置形式，见图1-5。图1-5大型型钢轧机的典型布置图1-5大型型钢轧机的典型布置10.2.3.1串列式粗轧+中轧+精轧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（见图1-6）以一列或两列最多。图1-6横列式轧机的两种布置形式图1-6横列式轧机的两种布置形式优点：厂房的长度短；产品灵活；设备简单；造价低；操作方便；便于生产；断面形状复杂的产品；适于小批量；多品种生产产品（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10.2.3.4中型型钢轧机的典型布置形式1.横列式优点（见前面）缺点：㈠产品尺寸精度不高。原因：①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②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。(1)轧机需要横移和翻钢，故尺寸受限制；间隙的间长，降温大壁厚受限制(2)不便于实现自动化，用一个电机带动数架轧机，各架轧机的转速不能单独调整（粗轧件粗咬入希望v低，精轧轧长，为保证终轧温度和减少轧件头尾温度，希望v高）2.顺列式：连轧机单独转动每架只轧一便，不形成连轧。优点：(1)每架可单独调速，使轧机能力得以充分发挥，提高生产能力。(2)每架轧一道，棍子短，可采用闭式机架轧机刚度大，产品尺寸精度高。(3)各架轧机相互不干扰，自动化、机械化程度高，调整方便。缺点：(1)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。(2)机架数目多，投资多(3)机架相隔较远，调整不便为弥补上述缺点可采取顺列布置，可逆轧制，从而减少机架数和厂房长度3.连续式：一跟轧件可在数架轧机内同时轧制，每架只轧一便，单独或集体转动，遵循秒流量相等原则优点：(1)速度高产量高(2)轧机紧凑，间隙时间短，温降小，适于小规模产品(3)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受得率缺点：(1)设备复杂，投资高(2)调整困难，品种单一10.2.3.5生产小型异型材的轧机布置形式以生产小型异型材为主的轧机一般都不是以追求产量为目标，而是以多品种小批量来填补市场空白的，故这种轧机的适用布置形式是横列式。10.6大、中型型钢生产新技术（看书）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10.6.2在线控轧令和余热淬火目的：在不明显增加生产成本的前提下提高钢材使用性能如：①重轨轧后余热淬火②H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，冷却后轧机的残余应力很大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：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P159表1—2表1-2棒、线材的产品分类及用途表1-2棒、线材的产品分类及用途11.1.2市场对棒材的质量要求(看书)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、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。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，坯料长度大，目前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，对坯料质量要求高，棒、线材产品轧后可探伤检查，表面缺陷情况。11.2.2.2加热和轧制(1)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，甚至生温轧制，，故一般棒、线材加热温度较低，采用步进式加热炉。(2)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。①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，轧机采用平、立交替布置。②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(3)线材的盘重加大，线材直径加大，：到2000年国外以出现了直径60mm的盘卷线材。(4)控制轧制：为了细化晶粒，控轧控冷低温精轧。11.2.2.3棒、线材的冷却和精整棒材：精轧→飞减→控制冷却（余热淬火）→冷床→定尺切断→检查→包装线材：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优点：连铸坯以650~800℃热装热送，可提高加热炉的能力20%~30%，比冷装减少坯料的氧化损失0.2%~0.3%，节约加热能耗30%~45%。同时可减少钢坯的库存量，减少设备和操作人员，缩短生产周期，加快资金周转。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，采用尺寸自动系统等。目前棒、线材的尺寸精度可达到±0.12mm目标±0.05mm11.3.4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/s11.3.5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：(1)降低开轧温度，从1050~1100℃降至850~(2)降开轧温度，将终轧温度降至再结晶温度（700~800℃11.3.6无头轧制：坯料在出炉辊道上前后焊接起来。优点：减少切损②100%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11.3.7切分轧制：主要方法：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。辊切法：利用特殊设计的孔型在变形的同时将轧件切开。第周，第5讲次基本内容：介绍线材生产的工艺特点及轧机布置，高速线材轧机的生产工艺特点，线材的冷却和性能控制，高速无扭线材轧机生产线材的工艺及设备，线材的控冷原理。授课重点：高速无扭线材轧制，线材的控冷方法及原理。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：(1)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，图1-7半连续式轧机(2)平连续式轧机：见图1—7图1-7半连续式轧机复二重式轧机：粗轧横列式，连续式或跟踪式，精轧为复二重式轧机与横列式比较：①速度升高，解决了轧件温降的问题；②取消反围盘，轧制稳定，便于调整；③盘重：产量升高1960~1980年复二重轧机鼎盛时期，逐渐被连轧取代，要取消横列式和复二重式线材轧机。(3)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，水平二辊式轧机在轧制扭转限制了速度，25~30m/s因此限制了盘重20世纪50年代：立平交替式，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。(4)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。11.5棒、线材轧制的控制冷却和余热淬火11.5.1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。工艺过程：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，①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②钢筋表面温度低于马氏体开始转变温度（Ms），发生γ→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γ表面马氏体层的深度取决于强烈冷却的持续时间，见图1-8。图1-8w(C)=0.5%钢的等温转变曲线第二阶段：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，对以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γ→M，邻近表层的γ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γ。图1-8w(C)=0.5%钢的等温转变曲线第三阶段：心部组织转变阶段，γ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α、索和贝氏体，（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）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。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γ晶粒间界成为相变时P和α的结晶核心，是P和α缩小，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α11.5.3.2马氏体型控制冷体目的：图1-9穿水冷却线材断面温度的变化简图通过轧后淬火—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，见图1—9。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。图1-9穿水冷却线材断面温度的变化简图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11.5.4.2斯太尔摩法：轧后冷却→吐丝机→散圈冷却。见图1—10。图1-10斯太尔摩冷却线图1-10斯太尔摩冷却线12.型、棒、线材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。(1)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，怎么办？(2)张力直接测定(3)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。第周，第6讲次基本内容：中厚板轧机的种类和布置，中厚板的轧制方法及工艺过程，中厚板的速度制度。授课重点：中厚板的轧制方法，中厚板的速度制度。13．板带材生产13.2板带钢生产的技术发展回顾国内外的发展过程，我国的生产现状和发展。14．热轧板带材生产14.1中厚板生产轧机形式和布置，轧制方法，轧制工艺过程。第周，第7讲次基本内容：热连轧薄带钢生产特点和工艺过程，热连轧机轧制特点，卷取要求，温度控制。授课重点：热连轧薄带钢精轧机组的生产特点及加速轧制制度。第周，第8讲次基本内容：热连轧薄带钢生产特点和工艺过程，热连轧机轧制特点，卷取要求，温度控制。授课重点：热连轧薄带钢精轧机组的生产特点及加速轧制制度。14.2热连轧带钢生产第周，第9讲次基本内容：冷轧带钢生产的产品范围及原料，冷轧带钢的生产特点，冷轧带钢的生产工艺流程。授课重点：冷轧带钢的生产工艺特点，常规冷连轧，全连续冷连轧和全过程冷连轧。15．冷轧板带材生产15.1冷轧板带材的生产工艺特点(1)加工硬化：在轧制过程由于冷变形产生加工硬化，所以当变形量达到一定的程度要进行软化退火。(2)冷却与润滑：冷轧的变形热要是轧件和轧辊的温度升高，辊型要发生变化，所以要进行冷却，保证辊型不变，以保证板形。(3)张力轧制：保证轧制稳定，降低轧制压力。15.2冷轧板带材的生产工艺流程(1)酸洗：连续酸洗线(2)冷轧：轧机形式和布置(3)退火：罩式退火、连续退火(4)平整：平整机第周，第10讲次基本内容：板带钢厚度波动的原因和特点，厚度控制的基本方法，用PH图说明厚度控制原理。板带厚度控制的方法。图1-11p-h图授课重点图1-11p-h图16．板、带材高精度轧制和板形控制16.1轧板带材的厚度控制P-H图的介绍，厚度控制方法见图1-11。(1)调压下：改变辊缝，实现厚度控制(2)调速度：改变速度(3)调张力：控制张力控制厚度第周，第11讲次基本内容：板型概念及板型与横向厚差的关系。板型良好的几何条件和压力条件。辊型设计方法计算。板型控制的方法。授课重点：板型概念，板型良好的几何条件和压力条件，辊型设计方法。16.2横向厚差和板形控制技术横向厚差的概念板形控制方法：弯辊控制，辊型制度，辊凸度的概念17．板、带材轧制制度的确定17.1轧板带材轧制制度确定的原则主要原则有：(1)满足设备能力的情况下提高产量轧辊的强度要求，压下量与轧制压力的关系第周，第13讲次基本内容：确定板带材轧制制度的原则和要求，压下规程设计方法及步骤。授课重点：板带材轧制的稳定性条件积压下规程的方法与步骤。17．板、带材轧制制度的确定17.1轧板带材轧制制度确定的原则(2)在保证稳定的条件下提高质量自定心条件，提高钢板的精度17.2压下规程设计以中厚板的压下规程为例介绍设计方法和步骤，具体内容要求学生自学，然后辅导答疑。第周，第14讲次基本内容：介绍二辊斜轧穿孔机，狄舍穿孔机，压力穿孔及推轧穿孔。介绍自动轧管机、连续轧管机及高精度轧管机。定减机的结构及作用，变形量的分配。介绍原料准备、穿孔、轧管、定减径、矫直及切管等工序。授课重点：狄舍穿孔机、连续式轧管机、变形量的分配，原料准备和矫直机的结构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：(1)热轧法：热轧法可分为穿孔—轧管—定（减）径—（扩径）(2)焊接法：炉焊、电焊（直焊、螺缝焊、UOE）(3)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。18.1穿孔方法：先介绍什么是斜轧。①轧辊变断面，同向旋转，线互成一定角度。②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：(1)二辊斜轧穿孔，见图1—12。特点：①螺旋前进，对中性好，壁厚较均匀②延伸较大1.25~4.5③变形复杂，对管坯质量要求高，轧锻(2)三辊斜轧穿孔，不要导板，三个辊和顶头构成孔型。图1-12二辊斜轧穿孔图1-12二辊斜轧穿孔工作示意图①对中性好，壁厚均匀②适于塑性较差的钢种(3)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(4)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1-13菌式二滚辊斜轧穿孔机工作示意图见图1—13图1-13菌式二滚辊斜轧穿孔机工作示意图18.1.2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。18.2.2连续轧管机一般为7—9架连轧主要优点：(1)生产率低高，便于机械化，自动化。(2)长芯棒轧制，钢管内表面质量好，(3)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）操作过程如下：穿孔毛管送至连轧管机组后，将涂好润滑剂的芯棒快速插入毛管，再穿过连轧机组直至芯棒前端到达成品前几架中心线，然后推入毛管轧制，芯棒按规定恒速行驶。毛管轧出成品机架后，直接进入与它相连的三架定径机脱管，当毛管尾端一离开成品机架，芯棒即快速返回前台，更换芯棒准备下一周期轧制。限制芯棒优点：(1)缩短芯棒长度和使用根数，工具消耗少，(2)不用设专门的脱棒工序(3)芯棒恒速运行，轧制条件稳定，⑷轧件尺寸精度高（不考虑脱棒，芯棒与钢管间隙小）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/δ＞3018.2.4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λ—δ列环模，达到减径、减壁、延伸的目的。其特点：(1)设备简单，操作容易(2)适合于碳钢，低合金薄壁管，(3)压力穿孔，坯重受限制，管径、管长受限制。18.2.5周期轧管机（皮尔格轧管机）图1-14皮尔格轧管机的操作过程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，见图1—图1-1