轧钢工艺学(指南)

轧钢工艺学(指南) 1 系部名称: 机械工程系 授课教师: 刘 建 课程名称: 轧钢工艺学 课时安排: 102 授课班级: 材料成型技术 2008 至2009 学年第 1 学期 0 课 程 简 介 一、课程性质 本课程是材料成型与控制工程本科专业学生必修的最重要专业课之 一，是塑性成型工艺理论的重要组成部分。 二、课程任务 系统介绍各类轧材生产的工艺过程、工艺规律及有关的数学模型和 轧材生产的基本知识，阐述了工艺的基本方法，介绍了国内外轧材 生产的新工艺、新技术、新设备。 三、课程目的 使学生掌握轧制生产的质量和产量分析及改进技术经济指标的途 径，具备合理组织轧材生产过程、制定工艺规程的初步能力。 四、教学方法与教学手段 采用以课堂教学为主，学生自学为辅的教学手段，每章配以一定数 量的习题，加强理论联系实际的训练。 五、综合成绩评定 平时成绩占10%，实验成绩占20%，期末成绩占70%。 1 第一章 总 论 一、教学内容与要求 1)掌握轧材种类及其生产流程。 2)了解产品及技术要求。 3)掌握轧材生产基本工序及其对产品质量的影响。 4)掌握连铸坯与轧制生产的衔接的主要模式及其实现条件。 二、教学重点与难点 重点:1)轧材种类，基本工艺过程及其制定 2)连续铸造及其与轧制的衔接工艺 三、学时安排: 第一节 轧材种类、生产系统及生产工艺过程 1.1 轧材的种类 根据金属与合金种类的不同，可将轧材分为钢、铜、铝、钛等有色金属与合金 轧材。其中钢材应用最为广泛。 按钢种不同可分为:普碳钢材、优质钢材、低合金钢材及合金钢等。 按钢材断面形状特征可分为板带材、型线材及管材等几大类。板带材应用最为 广泛。 一、钢板 按生产方法可分为:热轧板带和冷轧板带; 按产品厚度可分为:特厚板、厚板、中厚板、薄板和箔材。 特厚板:厚度?0mm以上的板材，可厚至500mm以上，最宽可达 5000mm。 厚板:厚度为20~60mm，宽度为600~3500mm的钢板。 中板:厚度为4~20mm 薄板:厚度为0.2~4mm的钢板。迭轧薄板宽度为600~1000mm，长度为宽 度的2 倍;连轧机轧制的宽带钢厚度为600~2200mm，长度可达几百米至数千米。 箔材:厚度小于0.2mm以下的钢板。最薄可达0.001mm。 二、型钢 型钢在钢材中品种最多。每种形状的断面又有很多不同尺寸规格。按其断面形 状又可分为简单断面和复杂断面两大类。 1.简单断面型材 方钢:其规格以边长尺寸表示。一般方钢边长为5~250mm。 圆钢:其规格以直径尺寸表示。一般圆钢直径为5~200mm。其中直径为5~9mm 的圆钢成盘交货，故称盘条。由于断面小长度大，也成线材。 扁钢:其规格以其断面宽度与厚度之积表示。宽度为 12~200mm，厚度为 4~60mm。 角钢:有等边与不等边角钢之分，等边角钢每侧腿长 20~250mm，相应称为 ?.2~?.25 角钢。不等边角钢的两侧边长为 25/16~250/160mm，相应称为 ?.2.5/1.6~?.25/16。 此外，简单断面型钢中还有三角钢、六角钢及弓形钢等多种。 图1.1 简单断面型钢示意图 1.2 复杂断面型钢示意图 2 2.复杂断面型材 工字钢:有标准工字钢、轻型工字钢及宽度工字钢之分。标准工字钢腰的高度 为100~600mm，相应称为?.10~?.60 工字钢。标准工字钢边缘内侧有14%的斜度。 轻型工字钢腰的高度为 100~320mm，相应称?.10~?.32 轻型工字钢。宽腿工字钢 腰的高度为 80~1200mm，相应称?.8~?.120 宽腿工字钢。由于宽腿工字钢的边缘 内外两侧相互平行，也称H 型钢。 槽钢:标准槽钢的要高为50~450mm，相应称?.5~?.45 槽钢。标准槽钢的边 缘内侧斜度为9%。 此外，复杂断面型材常见的还有Z 字钢、T 字钢、钢板桩、重轨接板、窗框钢 等。 三、钢管 图1.3 部分钢管示意图 空心封闭断面的钢材。一般多采用轧制方法或焊接方法以及拉伸方法生产。 最常见的钢管断面形状一般为圆形。但也有很多种断面形状很复杂的异型钢管。按 生产方法可分为无缝钢管与有缝钢管(又称焊接钢管)两大类。 四、周期断面钢材 在同一钢材上沿纵向各部断面尺寸或形状不同，并作周期性变化的钢材。这类 钢材有些可在一般轧机上进行轧制，最常见的有螺纹钢及肋骨钢。有些则必须在特 殊结构的专门轧机上才能生产。 五、特殊断面钢材 常见的有车轮、轮箍和钢球。这些产品是在特殊结构的轧机上生产的。 冷弯型钢是在冷状态下把带钢逐步弯曲成型，这种方法生产的钢材称为冷弯型 钢。与热轧型钢相比，冷弯型钢精度高、厚度小，并可生产出轧制法不能生产的品 种。 用轧制法生产的钢材，生产效率高、质量好、金属消耗小及生产成本低。随着 轧制技术水平的提高，轧制钢材产量的增加，钢材的品种日益增加。 1.2 钢材生产系统 在钢铁企业，由于轧制产品种类多，各类轧制产品的加工方法也不尽相同，所 以生产各种轧制产品的轧机必须组成各种专门生产系统。 传统的轧制产品的生产方法，是由炼钢车间浇铸的钢锭，经初轧机(或开坯机) 轧制成各种规格的钢坯，然后再通过成品轧机轧成各种钢材。近几十年来由于连续 铸钢技术的发展，连铸坯 的产量大幅度增加。炼出的钢水通过连铸机直接浇铸成 各种规格的连铸坯，然后再将连铸坯轧成各种钢材。 优点:省去了铸锭、初轧等许多工序，简化了生产工艺过程，而且节约金属、 提高成材率、节约能耗、降低生产成本、改善劳动条件、提高劳动生产率等。各国 都在大力发展连铸，连铸坯的发展为简化轧钢生产系统，提供了有利的条件。 按生产规模可分为大型、中型和小型生产系统;按产品种类可分为板带钢、型 钢、合金钢和混合生产系统。 一、板带钢生产系统 由板坯初轧机将大钢锭轧成板坯，然后再由钢板轧机轧成中厚板或热带钢。也 可以由连铸机铸成板坯后再轧制成中厚板或热带钢。该生产系统年产量高，应用最 为广泛。 二、型钢生产系统 型钢生产系统的规模往往并不很大。按其规模可分为:大型、中型和小型三种 生产系统。一般年产100 万吨以上的可称为大型的系统;年产 30~100 万吨的为中 3 型系统;年产30 万吨以下的可称为小型的系统。 三、混合生产系统 在一个钢铁企业中可同时生产板带钢、型钢或钢管时，称为混合系统。无论在 大型、中型或小型的企业中，混合系统都比较多，其优点是可以满足多品种的需要。 但单一的生产系统却有利于产量和质量的提高。 四、合金钢生产系统 由于合金钢的用途、钢种特性及生产工艺都比较特殊，材料也较为稀贵，产 量不大而产品种类繁多，故常属中型或小型的型钢生产系统或混合生产系统。 在钢铁联合企业，由于成品轧机生产不同规格的钢材所需要的原料规轧钢生产 都形成一定的生产系统。为了充分发挥成品轧机的能力，必须满足成品轧机的供料 要求。各轧钢车间所用原料，炼钢车间不可能做到直接用钢锭供料。因为多种规格 大小不等的钢锭会使炼钢铸锭无法处理，而且质量差消耗大，所以炼钢车间一般浇 铸少数几个规格的大钢锭。这些大钢锭再经初轧机轧制成各种规格的钢坯，供成品 轧机轧材。当然也可通过连铸机直接铸成连铸坯供成品轧机。这样原料的品种和规 格、产量都配套设置就组成了轧钢生产系统。各类成品轧机只有形成轧钢生产系续， 才能充分发挥其生产能力。 1.3 轧钢生产的工艺过程 将钢锭或钢坯轧制成一定形状和性能的钢材，需要经过一系列的工序，这些工 序的组合叫做轧钢生产工艺过程。由于钢材的品种繁多，规格形状、钢种和用途各 不相同，因此轧制不同产品采用的工艺过程不同。 正确地制定工艺过程，对保证产品的质量、产量和降低成本具有重要意义。轧 钢生产的工艺过程，根据使用原料的不同，生产品种的不同以及轧钢设备的不同而 不同。一般来说，轧钢生产工艺过程是由几个基本工序组成的。 一、坯料准备 包括按炉号将坯料堆放在原料仓库，清理表面缺陷，去除氧化铁皮和预先热处 理坯料等。 二、坯料加热 坯料加热是热轧生产的重要生产工序。将坯料加热到所要求的温度后，再进行 轧制。 三、钢的轧制 是轧钢生产工艺过程的核心工序。轧钢工序的两大任务是精确成型和改善组织 性能。 四、精整 精整工序通常包括钢材的切断或卷取、轧后冷却、矫直、成品热处理、成品 表面清理包装等工序。该工序对产品质量起着最终的保证作用。 1.3.1 轧制生产工艺过程及其制定 任务一:获得合格的，即合乎质量要求或技术要求的产品，也就是说，保证产 品质量是轧制生产工作中的一个主要奋斗目标。因此拟订某种产品的生产工艺过 程，就必两以该产品的质量要求或技术要求作为主要依据。 任务二:在保证产品质量的基础上努力提高产量。这一任务的完成不仅取决于 生产工艺过程的合理性，而且取决于时间和设备的充分利用程度。此外，在提高质 量和产旦的同时，还应该力求降低成本。 因此，如何能够优质、高产、低成本地生产出合乎技术要求的轧材，乃是制定 轧制生产工艺过程的总任务和总依据。 一、产品标准及技术要求 产品的技术要求是制定工艺过程的首要依据。 产品的技术标准，按照其制定权限和使用范围可以分为国家标准(GB)、专业 标准(ZB)、部标准(YB)、企业标准等。但无论哪种产品技术标准都包括下列内 容: 1.规格标准:规定钢材应具有的断面形状、尺寸及允许偏差，并且附有供使用 时参考的参数。 4 2. 技术条件标准: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。 3.试验方法标准:规定做试验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件及试 验方法等内容。 4. 交货标准:规定钢材交货验收时的包装、标志方法及部位等内容。 二、金属与合金加工性能 在制定工艺过程时，还直考虑到所加工钢种的工艺性能，包括变形抗力、塑性、 导热性能、摩擦系数、相图形态、对某些缺陷的敏感性等。它反映了钢的加上难易 程度，决定并影响钢的加工方式和方法。生产工艺过程确定的合理与否与所生产的 产品成本有关，一般说来，钢的加工工艺性能越差，产品技术要求越高，其工艺过 程就越复杂，工艺要求越严格，生产过程中各种消耗也越高。反之，则成本下降。 因此成本高低在一定程度上反映了生产工艺过程是否合理。 1.塑性:一般纯铁和低碳钢的塑性最好，含碳越高塑性越差;低合金钢的塑性也 较 好，高合金钢一般塑性较差。钢的塑性取决于金属的本性与变形条件。 2.变形抗力:一般地说，随着含碳量及合金含量的增加，钢的变形抗力将提高。凡 能引起晶格畸变的因素都使抗力增大。 3.导热系数:随着钢中合金元素和杂质合量的增多，导热系数几乎没有例外地都要 降低。钢的导热系数还随温度而变化，一般是随温度之升高而增大，但碳钢在大约 800?以下是随温度之升高而降低。铸造组织比轧制加工后组织的导热系数要小。 4.摩擦系数:合金钢的热轧摩擦系数一般都比较大，因而宽展也较大。 5.相图形态:合金元素在钢中影响相图的形态，影响奥氏体的形成与分解，因而影 响到钢的组织结构和生产工艺过程。 6.淬硬性:是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。淬硬性主要与钢的化学成分特 别是碳含量有关，碳含量越高，则钢的淬硬性越高。合金钢往往较碳素钢易于淬硬 或淬裂。 7. 对某些缺陷的敏感性:某些合金钢比较倾向于产生某些缺陷，如过烧、过热、 脱碳、淬裂、白点、碳化物不均等。一般的说，钢中的合金元素多，可在不同程度 上阻止钢的晶粒长大，尤其是铝、钛、铝、钒、铬等元素有强烈抑制晶粒长大的作 用，故大多数合金钢较之于碳素钢的过热敏感性要小。 三、生产工艺过程 轧钢生产工艺过程，一般可分为碳素钢与合金钢两大类生产工艺过程。因为碳 素钢与合金钢从生产规模、钢种特性以及使用要求都不相同，所以工艺过程也不相 同。即使碳素钢与合金钢在生产工艺过程中都有相同的某一工序，但该工序的具体 规程也不完全相同。 1.碳素钢钢材的生产工艺过程 一般可分为如下四个基本类型: 1.采用连铸坯的生产系统的工艺过程 由连铸机铸成的连铸坯，一次加热轧出成品。并可采用连铸坯直接轧制 (CC-DR)。该工艺过程可大幅度节约热能，提高成材率及简化工艺及设备，是轧 钢生产发展的方向。 2.采用铸锭的大型生产系统的工艺过程 使用大钢锭一般采用热装均热，经初轧机开坯后再轧制成材。一般需二次加热 轧出成品。由于钢锭重量大，为节约热能一般采用热锭作业。 3.采用铸锭的中型生产系统的工艺过程 由于钢锭重量较小，通常采用冷锭作业。经二辊或三辊开坯机后再轧材，也有 一次加热将小钢锭直接轧成材的。 4. 采用铸锭的小型生产系统的工艺过程 在中小型轧机上经过一次加热轧制成材。 在轧钢生产中，使用连铸坯为原料有许多优点。在生产工艺过程方面，与使 用铸锭为原料相比，可省去初轧开坯，使工艺过程大为简化，因而产生较大的效益。 使用连铸坯为原料使轧钢生产的发展方向。 2.合金钢的生产工艺流程 5 它可分为冷锭和热锭以及正在发展的连续铸还三种作业方式。由于按产品标准 对合金钢成品钢材的表面质量和物理机械性能等的技术要求比普通碳素钢要高，并 且钢种特性也较复杂，故其生产工艺过程一般也比较复杂。除各工序的具体工艺规 程会因钢种不同而不同以外，在工序上比碳素钢多出了原料准备中的退火、轧制后 的退火、酸洗等工序，以及在开坯中有时要采用锻造来代替轧钢等。合金钢的生产 工艺过程与碳素钢相比较为复杂，工艺要求也较严格，这是由于产品标准对合 金钢钢材的技术要求比碳素钢高，而且合金钢的钢种特性也较复杂。 1.4 有色金属(铜、铝等)及其合金轧材的生产系统及工艺流程 有色金属及其合金材料中主要属铜、铝及其合金的轧材应用最为广泛，其生 产系统规模却不大，一般是以重金属和轻金属分别自成系统进行生产的，在产品品 种上多是板带材、型线材及管材等相混合，在加工方法上多是轧制、挤压、拉拔等 相混合，以适应批量小、品种多及灵活生产的特点和要求。 轧材主要是板带材，型材、管材及棒材多用挤压及拉拔的生产方法。 板带材轧制方法: 1) 按轧制温度分:热轧、温轧和冷轧 2) 按生产方式分:成块轧制和成卷轧制。 实际生产中应根据合金、品种、规格、批量、质量要求及设备条件选择生产 方法及生产工艺流程。 第二节 轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响 2.1 原料的选择及准备 2.1.1 原料种类 轧钢所用原料有钢锭、钢坯、连铸坯，有时还有压铸坯。 一、钢锭 钢锭时是炼钢车间冶炼出来的钢水浇铸在钢锭模内凝固而成的。重量大小差 异很大，由几百公斤到几十吨重。钢锭的断面形状根据轧制要求主要有矩形和方形， 同时也有圆形和多边形的等等。 钢锭按浇铸方法分为:上铸和下铸。上铸为钢液直接由钢锭模上部浇铸，钢 锭内部质量较好。下铸为钢液经中铸管、流钢砖由钢锭模的下部同时浇铸数个钢锭， 钢液在锭模内平稳上升，故外部质量好。沸腾钢浇铸成上小下大的钢锭，镇静钢浇 铸成上大下小带保温帽的钢锭。沸腾钢:由于钢液脱氧不完全，浇铸时在锭模内发 生碳-氧反应，产生 CO 气泡使钢液沸腾。镇静钢:由于钢液脱氧完全，浇铸时钢 液平静。脱氧程度介于两者之间的称为半镇静钢，一般半镇静钢也浇铸成上小下大 的钢锭。 钢锭轧制成钢材两种方法:一是将钢锭轧成钢坯，然后在将钢坯轧成钢材; 一是直接将钢锭轧成钢材。一般使用小锭可一次轧成材或使用大扁锭一次轧成特厚 板。通常是先将大钢锭经初轧机或开坯机将其轧成钢坯，然后再经成品轧钢车间将 钢坯轧成钢材。这种二火成材(或多火成材)的轧制方法，对于钢铁企业便于使炼 钢与轧钢很好的衔接。 钢锭重量应根据钢材的单重和定尺长度来确定钢坯的重量，然后再依据每个 钢锭轧成几根钢坯来确定。 二、钢坯 钢坯是经过初轧机或开坯机将钢锭轧制成的。其断面形状和尺寸很多，可满足 各类成品轧钢车间的供料要求。 断面形状根据轧制不同产品要求，有矩形坯、方坯、圆坯及异型坯。轧制中厚 板、热轧带钢使用板坯，即宽高比较大的矩形坯;轧制各种型材可使用方坯、异型 坯或宽高比较小的矩形坯;轧制无缝钢管使用圆坯。 由钢锭轧成钢坯，再由钢坯轧制称钢材。 三、连铸坯 炼钢车间冶炼出来的钢液，经连铸机直接铸成的各种钢坯经连铸机铸出的连 6 铸坯，其规格可与初轧机轧制出的钢坯类似。 连铸坯金属消耗小，不用初轧机开坯简化生产工序，而且成分均匀质量好。 使用连铸坯是轧钢生产的发展方向，但目前受一定限制，只适用于镇静钢和半镇静 钢。而且受结晶器的限制，不像初轧机那样可以灵活地改变品种和规格。 2.1.2 轧前准备 轧前原料准备中清除钢锭或钢坯的表面缺陷，是保证成品钢材的质量，提高成 品率的重要工序之一。 钢锭和钢坯在原料库储存时，要严格按要求堆放，若发生钢号混乱，则将作 为废品处理。 一、原料表面缺陷 1.钢锭 1)表面裂纹 2)结疤 3)重皮 4)飞边 5)水纹 1)表面裂纹 在钢锭的表面上有横裂纹和总裂纹。横裂纹是由于冷却时铸锭在模内“悬挂”， 由于拉应力而产生的。总裂纹一般在铸锭角部是由于浇铸事浇注速度过快，温度太 高，钢锭脱模过早缓冷不当，在钢液压力和冷凝过程中所产生的横向收缩应力而造 成的。一般横裂纹对钢坯质量影响较大，在轧制中不易消除。总裂纹如果深度不大， 在轧制中可能消除。 2)结疤 上注钢锭时由于钢水飞溅于锭模内壁等原因，不能与原铸锭形成一体，而造 成结疤。严重时会使轧后钢坯报废，轻微的需要清除。 3)重皮 钢液浇注时由于激荡，贴在锭模内壁上的金属或者氧化膜翻卷到钢锭内部等 会造成重皮。后果与结疤类似。 4)飞边 在浇注沸腾钢时钢锭模底与底盘处漏钢，或镇静钢保温帽与锭模接口处有缝 隙，造成钢水流入而形成飞边。飞边影响钢锭在辊道上的运行，同时也影响轧件的 顺利咬入。在轧制时飞边可能造成折叠。 5)水纹 由于整模不当，或钢锭模内壁不平在钢锭表面形成成片的小裂纹。严重时轧 后钢坯表面也存在小裂纹。 由于浇注不当不仅易形成表面缺陷，而且易形成内部缺陷，如缩孔、偏析、 气泡等等。因此为保证轧材的质量，需要对原料提出质量要求。 2.钢坯 1)结疤 2)裂纹 3)折叠 4)耳子 5)表面凹坑 1)结疤:在钢坯表面形成块状、不规则分布且与钢坯本体间形成氧化层。其 产生原因是由于钢锭表面的结疤或重皮而造成的。 2)裂纹:在钢坯表面形成的小沟槽，由于钢锭表面有裂纹，在轧制后该裂纹 保留在钢坯表面。 3)折叠:在钢坯表面形成的金属夹层，由于钢锭有飞边或在轧制中产生耳子 在翻钢轧制时而形成。 4)耳子:在孔型的辊逢处出现沿轧制方向凸起的边棱。 5)表面凹坑:钢锭在轧制过程中，氧化铁皮去除不良，压入金属内部而形成 表面凹坑。 以上的钢锭和钢坯的表面缺陷，都严重影响成品钢材的质量，严重者应报废， 轻者应将缺陷清理掉，以保证钢材的质量。 二、原料清理 清理表面缺陷的方法有:火焰清理、风铲清理、砂轮清理、机械清理、酸洗清 理等。 1) 火焰清理 利用高温火焰将原料表面的缺陷熔化后去除掉。生产效率高且成本低，广泛使 用。采用火焰清理时，由于原料表面有缺陷的部位温度骤然升高，对于导热性能差 7 塑性差的钢种容易由于热应力而产生裂纹，因此需要在清理之前进行预热。一般碳 素钢和低合金钢都采用该法。 火焰清理可以由人工火焰枪来进行处理，灵活，可根据原料局部缺陷的严重程 度面清理;也可以用火焰清理机清理，生产率高，在线清理时金属消耗大。 2)风铲清理 利用风铲将原料的表面缺陷除掉，风铲清理适用于高碳钢与合金钢。因为高碳 钢与合金钢导热性能和塑性较差，适用冷状态下清理。但劳动强度大，生产效率低， 不适合于大规模生产的清理需要。 3)机械清理 用车床、刨床或铣床对原料表面进行切削加工，俗称“扒皮”。适用于重要用途 的合金钢，因为表面质量要求非常严格，为保证钢材的表面质量，需将原料表面车 去一层。 4)酸洗 可以去除所加工原料表面的氧化铁皮，同时可以使原料的缺陷暴露，便于清 理。常用于合金钢原料，也用于去掉冷加工原料的表面氧化铁皮。酸洗可以用硫酸 或盐酸，用硫酸洗劳动条件不好，环境污染严重，目前倾向于用盐酸洗。 原料的清理，对保证钢材质量很重要，虽然很难做到使原料完全没有缺陷， 但是原料的缺陷及时被清理掉同样是合乎要求的原料。 三、原料的堆放 炼钢车间来的钢锭、连铸坯以及由初轧车间来的钢坯，送到成品轧钢车间轧材 时，先存放在原料仓库。要按钢种、炉罐号和规格号分别堆放，避免发生混钢。 2.2 原料的加热 目的: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。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。 2.2.1 加热温度 是指原料在加热炉内出炉前的温度。加热温度的确定应根据所加热钢种的相 图而定，加热的最高温度应保证不能出现各种加热缺陷，同时又要保证 一般，低碳钢加热温度较高，高碳钢及合金钢加热温度较低。尽可能高的加 热温度，便于轧制变形降低变形抗力。加热温度低可节省能耗。终轧温度。对于轧 制钢材来说，由于性能要求，故要求保证终轧温度。 对于碳素钢最高加热温度应低于固相线 100~150?.对于初轧开坯由于压下量 较大，为降低变形抗力，加热温度可适当高些，对于轧制复杂断面型材，为便于变 形，加热温度也可适当高些;对于轧制中厚板由于轧制压力大，为减小轧机的负荷 也可适当提高加热温度。对于加热避免脱碳要求的钢种，加热温度应低些。加热高 合金钢，要根据相图及塑性图、变形抗力综合考虑确定加热温度。 2.2.2 加热速度与加热时间 原料在加热时，单位时间内原料表面升高的温度，叫加热速度;原料幼奥? 到出炉所用的时间，叫加热时间。联系:加热速度快，则加热时间短;加热速度慢， 则加热时间长。 确定加热速度要考虑所加热钢种的导热性与种类及断面尺寸。 对于导热性差的钢，如果加热速度过快，表面温度骤然下降，而中心温度较 低，则会产生热应力，该应力过大时导致开裂;高碳工具钢、高锰钢、滚珠轴承钢、 高速钢、高硅钢等，在600?以下要缓慢加热，即降低加热温度。当温度较高时(700? 以上)，这时它们的塑性提高，便可快速加热。提高加热温度，可以提高加热炉的 产量，同时可以减少氧化喝脱碳，防止晶粒过于粗大等缺陷的产生。 钢锭、连铸坯为铸造组织，与钢坯相比导热性能喝塑性都较差。故加热钢锭、 连铸坯应适当降低加热温度，而加热钢坯可以比较快速。加热大断面的原料时，为 使表面和中心的温差不大，故可快速加热。 原料加热时间的长短不仅关系到加热炉的产量，而且关系到加热质量。即使 加热温度不过高，但由于加热时间过长也会产生某些热缺陷，如:坯料氧化、过热、 8 过烧、脱碳、加热温度不均等。 2.3 钢的轧制 轧制工序的两大任务是精确成型及改善组织和性能，以及保证表面质量符合标 准。因此轧制是保证产品质量的一个中心环节。 1.在精确成型方面，要求产品形状正确，尺寸精确，表面完整光洁。对精确成 型有决定性影响的因素是轧辊孔型设计(包括辊型设计及压下规程)和轧机调整; 轧制条件(温度和速度)的稳定性和设备与工具的刚度、耐磨性与加工精度也直接 影响成型的质量。 2.钢材的组织与性能 热轧钢材的组织和性能决定于变形程度、变形温度和变形速度。所谓变形程度 主要体现在压下规程和孔型设计中，而变形程度与应力状态对产品组织性能影响很 大。 一般变形程度越大，三向压应力状态越强，对改善钢的组织性能越有利，这是 因为变形程度大，应力状态强有利于破碎合金钢锭的枝晶偏析及硫化物，即有利于 改变其铸态组织，对某些合金钢的莱氏体组织才能得到充分击碎，从而得到硫化物 均匀分布、组织细密的钢材。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。 变形温度对钢材组织和性能的影响很大。轧制温度要根据有关塑性、变形抗力 和钢种特性的资料来确定，以保证产品正确成型，不出现裂纹，碳化物均匀分布， 晶粒细化和力求消耗最低。轧制温度主要指正确地确定开轧和终轧温度。开轧温度 应在不产生加热缺陷(如过热、过烧、氧化、脱碳等)情况下尽量提高，开始轧制 时必须在单相奥氏体范围内进行，还要保证在要求的终轧温度前完成轧制过程。 终轧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。 特别是轧后不进行热处理的产品，终轧温度的选择必须以获得要求的组织性能为依 据。 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，轧机设备结构 及强度，机械化自动化水平以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的影响。另外，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。总的来说，提高轧制速度不 仅有利于产量大幅度提高，而且对提高质量，降低成本等也都有益处。 2.4 轧后冷却与精整 一、冷却 热轧钢材的终轧温度约为800~900?，通过不同的速度或过冷度冷却到常温会 得到不同的组织结构和性能。所以冷却过程实质上是利用轧制余热的热处理过程， 对钢材质量有很大影响。冷却速度或过冷度，对奥氏体转化温度及转化后的组织要 产生显著的影响。对于不同的钢种和产品技术要求应选择不同的冷却方式，选择不 当，不但得不到要求的性能，还可能产生白点、裂纹等缺陷，甚至前功尽弃变为废 品。 1.空冷 这是最常用的一种冷却方法，凡是在空气中冷却不会由于热应力而产 生裂纹的和最终组织不是马氏体或半马氏体的钢种，均可采用。 2.水冷 水冷包括在冷床或辊道上进行喷水、喷雾、浸水和使钢材通过涡旋流 动的冷却器等几种方式。 3.堆冷及缓冷 对某些钢材为了获得具有较高的强度韧性和塑性等良好的综合 机械性能，在冷床上冷却到一定温度后，可采用堆垛冷却或缓冷坑中冷却，炉冷及 等温处理等方法。 二、精整 钢材的精整是冷却、切断、矫直、酸洗、热处理、成品表面清理和检查等后 部工序的总称。它是轧制工艺的重要组成部份，对产品质量也有很大的影响。 9 2.5 质量检查 包括生产工艺过程和成品质量两个方面的检查。现代轧钢生产的检查工作可分 为熔钢检查、轧钢生产工艺过程的检查及成品质量检查。依据是生产技术规程及产 品标准。 熔炼检查内容:配料、冶炼、脱氧、出钢及铸锭的情况; 轧制过程检查内容:原料的加热制度及压下规程与孔型设计及精整制度是否正 确; 热轧工序主要检查开轧温度、终轧温度和压下规程等。 最终成品质量检查的任务是确定成品质量是否符合产品标准和技术要求。 第三节 连续铸造及其与轧制的衔接工艺 3.1 连续铸钢技术 连续铸钢是将钢水连续注入水冷结晶器，待钢水凝成硬壳后从结晶器出口连续 拉出或送出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料或直送轧制工序的铸造坯料，称为 连续铸坯或连铸坯。 在冶金方面的优点:(1)钢水在结晶器内得到迅速而均匀的冷却凝固，形成较 厚的细晶表面凝固层，无充分时间生成柱状晶区;(2)可避免形成缩孔或孔洞，无 铸锭之头尾剪切损失，使金属收得率大为提高;(3)整灌钢水的连铸自始自终的冷 却凝固时间接近，连铸纵向成分偏差可控制在10%以内，远比模铸钢锭为好;(4) 在塑性加工时为消除铸态组织所需的压缩比也可以相对减小，铸坯的组织致密，有 良好的机械性能。 3.1.1 连铸机类型 连铸机可以按铸坯断面形状分为厚板坯、薄板坯、大方坯、小方坯、圆坯、异 型钢坯及椭圆形钢坯连铸机等，也可按铸坯运行的轨迹分为立式、立弯式、垂直一 多点弯曲形、垂直—弧形、多半径弧形(椭圆形)、水平式及旋转式连铸机。 3.1.2 连铸机组成 一般连铸机由钢水运载装置(钢水包、回转台)、中间包及其更换装置、结晶 器及其振动装置、二冷区夹持辊及冷却水系统、拉引矫直机、切断设备、引锭装置 等组成。 3.1.3 连铸工艺 连铸工艺必须保证连铸坯的质量和产量。浇注温度控制在钢的液相线温度以上 30?10?范围内;ω(C)=0.1%~0.2%，尽量提高Mn/Si 比值(>3.0)，硫含量尽量低 及Mn/Si 比值大于25。 最大拉坯速度: 2 max K—平均凝固系数，碳钢坯取27mm/min，方坯取30mm/min L—连铸机冶金长度，m d—铸坯厚度，m。 3.2 连铸与轧制的衔接工艺 连铸与轧制的连续衔接匹配问题包括:产量的匹配、铸坯规格的匹配、生产节 奏的匹配、温度与热能的衔接与控制以及钢坯表面质量与组织性能的传递与调控等 多方面的技术，其中产量、规格和节奏匹配是基本条件，质量控制是基础，而温度 与热能的衔接调控则是技术关键。 一、 钢坯断面规格及产量的匹配衔接 连铸坯的断面形状和规格受炼钢炉容量、轧机组成及轧材品种规格和质量要求 等因素的制约。铸机的生产能力应与炼钢及轧钢的能力相匹配，铸坯的断面和规格 应与轧机所需原料及产品规格相匹配，并保证一定的压缩比。 连铸机生产能力计算方法: 连铸单炉浇注的时间T 为: N v A G T g 10 铸机日产量: 2 1 d 铸机年产量: d y 二、 连铸与轧制衔接模式及连铸—连轧工艺 五种类型:(1)连续铸轧(ISP)—铸坯在铸造的同时进行轧制;(2)连铸直 轧(CC-DR)—高温铸坯不需要进行加热炉加热，只略补偿加热既可直接轧制;(3) 连铸坯直接热装轧制工艺(CC-DHCR 或 HDR)，也可称为高温热装炉轧制工艺— 铸坯温度仍保持在A 3 线以上奥氏体状态装入加热炉，加热到轧制温度后进行轧制; 以上统称为连铸坯热装(送)轧制工艺。(4)低温热装工艺(CC-HCR)—铸坯冷 却至A 3 甚至A 1 线以下温度装炉;(5)常规冷装炉轧制工艺。 注:在连铸机与轧机之间无正式加热炉缓冲工序的称为直接轧制工艺;有加 热炉缓冲工序且能保持连续高温装炉生产节奏的为直接(高温)热装轧制工艺。方 式(1)(2)和方式(3)称为连铸连轧工艺(CC-CR)。 连铸连轧工艺优点:铸坯在铸造的同时进行轧制，高温铸坯不需进加热炉加 热，只略经补偿加热即可直接轧制。主要优点是:利用连铸坯冶金热能，节约能 源 消耗;提高成材率，节约金属消耗;简化生产工艺流程，减少厂房面积和运输各项 设备，节约基建投资和生产费用;大大缩短生产周期，从投料炼钢到轧出成品仅需 几个小时;直接轧制时从钢水浇铸到轧出成品只需十几分钟，增强生产调度及流动 资金周转的灵活性;提高产品的质量。 实现连铸—连轧即CC—DR 和CC—DHCR 工艺的主要技术关键包括:1)高 温无缺陷钢坯生产技术;2)铸坯温度保证与输送技术;3)自由程序(灵活)轧制 技术;4)生产管理技术;5)保证工艺与设备可靠性的技术等多项综合技术。 三、 铸坯温度保证技术 (1) 争取铸坯保持更高均匀的温度，用液心凝固潜热加热表面的技术，或 称为未凝固再加热技术。 (2) 连铸钢坯的输送保温技术。 (3) 板坯边部补偿加热技术。 附录—加热缺陷: 1.坯料的氧化:坯料在火焰燃烧的加热炉里产生氧化是不可避免的。但是氧化严重时，不仅造成 金属消耗大，而且易于使轧材表面形成麻点。影响坯料氧化的原因:加热温度、加热时、炉内气 氛及坯料形状等。加热温度?、加热时间?、炉内氧化性气氛?、坯料与炉气接触的面积?，?氧化 铁皮生成量越大。采取:为减少氧化，应快速加热缩短在高温下停留的时间，保持炉压防止 冷空气的进入，同时控制炉气成分，避免氧化性气氛。 2.过热:加热温度过高或在高温下停留的时间过长，使钢中奥氏体晶粒过分长大引起晶粒间的结 合力减弱。过热的钢锭或钢坯，轧后易产生裂纹，使其性能变坏。一般过热是由于加热时间过长， 加热温度过高引起的，所以坯料在待轧时，应降低炉温，以防止过热。 3.热烧:过热的进一步发展，晶粒继续长大而且晶界熔化，使晶粒间的结合力更差，轧制时发生 崩裂或碎裂。过烧的金属只能报废。防止过热即可防止过烧， 4.脱碳:金属在加热时表面的含碳量减少称为脱碳。对于有些钢种如滚珠轴承钢，脱碳将严重影 响其使用性能。促进脱碳的气体是氧和二氧化碳，为了避免脱碳应控制炉内的氧化气氛。 5.加热温度不均:包括沿原料长度方向的温度不均和沿原料短毛的温度不均。加热不均在轧制时 会产生弯曲，扭转以及变形不均。均匀加热与加热设备有话，同时也与操作有关。步进式加热炉 钢坯在炉内三面受热，比连续推钢式加热炉加热温度要均匀。 原料在加热时要避免出现加热缺陷。加热缺陷将影响轧制产量的质量。 6、偏析:钢水在钢锭模内是按由外向内、由下向上的顺序逐渐凝固的，溶于钢水中的合金成分 和有害杂质随着钢水的逐渐凝固而逐渐向钢锭的上部和中部凝聚，因而造成钢锭的各部化学成分 不均匀。 7、缩孔与疏松:由于钢水凝固过程体积的收缩，在镇静钢钢锭的上部中心部分会造成漏斗形的 缩孔。在缩孔下面的延续部分形成疏松。 8、非金属夹杂:来源于钢水带入钢锭中的钢渣、在钢罐中脱氧所形成的来不及上浮的氧化物 (SiO 2 ，Al 2 O 3 ，MnO 等)，以及在出钢及浇铸过程中落入钢水中的耐火材料等。 11 第二章 型材和棒线材生产 一、教学内容与要求 1)了解型材生产特点、用途及典型产品。 2)掌握型材轧机规格、轧制工艺和轧机布置。 3)了解初轧开坯生产的历史、现状及改造方向。 4)了解棒、线材的种类和用途。 5)掌握棒、线材的生产特点和生产工艺及轧机布置形式。 6)了解棒、线材轧制的控制冷却和余热淬火。 二、教学重点与难点 重点:1)型材生产特点与用途、典型产品 2)棒线材产品种类、生产工艺及轧机布置形式 难点:1)二辊孔型与四辊万能孔型轧制凸缘型钢的区别 2)控制冷却和余热淬火 三、学时安排:14 学时 第一节 大、中型型材及复杂断面型材生产 经过塑性加工成形，具有一定断面形状和尺寸的实心金属材为型材。型材品种 规格繁多，广泛用于国防、机械制造、铁路、桥梁、矿山、船舶制造、建筑、农业 及民用等各个部门。在金属材生产中，型材占有非常重要的地位。中国型材工业化 轧制经过近百年发展，已经有一些企业拥有了代表国际先进水平的设备和工艺，产 品质量也达到了国际先进水平，型材产量和品种逐年增加。 2.1 生产特点、用途及生产方式 一、生产特点 1.品种规格多 除少数专业化型钢轧机外，大多数轧机都进行多品种规格的 生产。因此，轧辊储备最大，换辊较频繁，管理工作比较复杂。如何调配生产计划， 实现快速换辊、加强孔型和设备的共用件，如何使后部工艺流程合理，使各种产品 精整线互不干扰，实现机械化换作，以代替繁重的体力劳动，这些都是发展型钢生 产必须重视的问题。 2.断面形状复杂、差异大 除方、圆、扁断面的产品外，大多都是异型断面 产品，这就给金属在孔型内的变形带来如下影响: 1)在轧制过程小存在严重的不均匀变形;孔型各部存在明显的辊径差;非对 称断面在孔型内受力、变形不均;断面各分肢部分接触轧辊和变形的非同时性;某 些产品在轧制过程中存在热弯变形等，从而使孔型内金属变形规律复杂化。 2)由于断面复杂，轧后冷却收缩不均，造成轧件内部残余应力和成品形状、 尺寸的变化。如何防止冷却不均造成的弯曲和扭曲，如何防止切断过程中轧件端部 的走形、控制矫直质量及矫正侧向弯曲，如何实现成品机械化包装等都是应注意解 决的问题。 3)由于断面复杂，在连轧时，不能象带钢和线材那样产生较大的活套，亦不 能用较大的张力进行轧制，否则断面形状和尺寸将难以保证。由于断面各部尺寸不 一，较难以在轧制过程中连续测量和连续探伤，故不易实现连轧。 3.轧机结构和轧机布置形式多 采取哪种轧机和生产方式、布置方式，需视 生产品种、规模及产品技术条件而定。一般应将轧机分为大批量、专业化轧机和小 批量、多品种轧机两类，以便发挥各类轧机之所长。专业化轧机可包括H 型钢轧机、 重轨轧机、线材轧机以及特殊型钢轧机等。这几种轧机由于产品专业化，批量大， 其配套需用专用设备。其优点为:轧机作 业率和设备利用率高，技术容易熟练， 易于实现机械化、自动化，对提高产品产量、质量、劳动生产率降低成本均有好 处。 专业化轧机一般可采用连续式或半连续式轧机。 12 二、分类及用途 1.按生产方法分类:热轧型材、冷弯型材、冷轧型材、冷拔型材、挤压型材、 锻压型材、热弯型材、焊接型材和特殊轧制型材等。主要生产方法是热轧，具有生 产规模大、生产效率高、能量消耗少喝生产成本低等优点。 2.按断面形状分类:复杂断面型材和简单断面型材。 3.按使用部门分类:铁路使用型材、汽车用型材、造船用型材、结构和建筑 用型材、矿山用型材、机械制造用异型材。 4.按断面尺寸大小分类:大、中和小型型材。 5.按使用范围分类:通用型才、专用型材和精密型材。 三、市场对型材的要求 1.建筑用型材要求:提高强度;增加功能。 2.钢板桩要求耐腐蚀 3.铁路用材要适应高速重载的要求 4.造船用材要求具有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钢材。 四、生产方式 热轧型钢具有生产规模大、效率高、能耗少和成本低等特点;故热轧型钢生产 是主要的方式。型钢的轧制方法有以下数种: (1)普通轧法 就是在一般二辊或三辊轧机上进行轧制，孔型由两个或三个 轧辊的轧槽所组成，可生产一般简单、异形和周期断面型材。 (2)多辊轧法 孔型由三个以上轧辊轧槽组成，减小了闭口槽的不利影响， 可轧出凸缘内外侧平行的经济断面型材，轧制精度高，轧辊磨损、能耗、轧件残余 应力均减少，如H 型钢。图2.1 为采用此方法轧制角、槽、T 字钢示意图。 (3)热弯轧法(图2.2)是将坯料轧成扁带或接近成品断面的形状，然后在后 继孔型中趁热弯曲成型，可轧制一般方法得不到的弯折断面型钢; (4)热轧—纵剖轧法 是将较难轧的非对称断面产品先设计成对称断面，或 将小断面产品设计成并联形式的大断面产品，以提高轧机生产能力，然后在轧机上 或冷却后用圆盘剪进行纵剖。 (5)热轧—冷拔(轧)法是先热轧成型，并留有加工余量，后经酸洗、碱洗、 水洗、涂润滑剂、冷拔(轧)成材，可生产高精度型材，产品机械性能和表面质量