抚顺特殊钢公司合金钢连轧工艺及孔型设计

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1、抚顺特殊钢公司合金钢连轧工艺及孔型设计抚顺特殊钢公司合金钢连轧工艺及孔型设计孙玉铁 张久强 马磊摘摘 要：要：概述了抚顺特殊钢公司的连轧合金钢产品品种结构，主导产品 优质碳素钢，齿轮钢，弹簧钢和轴承钢的轧制程序和产品的孔型设计。关键词：关键词：连轧工艺 孔型 合金钢棒材AlloyAlloy SteelSteel ContinuousContinuous RollingRolling ProcessProcess andand PassPass DesignDesignatat FushunFushun SpecialSpecial SteelSteel CoCo LtdLtdSun Yutie

2、， Zhang Jiuqiang and Ma Lei (Fushun Special Steel Co Ltd, Fushun 113001)AbstractAbstract：The continuous rolled alloy steel product structure, main product-quality cabon structure steel, gear steel, spring steel and bearing steel rolling program diagram and product pass design are presented in this p

3、aper. MaterialMaterial IndexIndex：Continuous Rolling Process, Pass, Alloy Steel Rod抚顺特殊钢有限公司从意大利德兴(TECHINT)集团引进了 24 架 POMINI“红圈”轧机组成的合金钢连轧生产线，它包括主轧线全套主体 设备、工艺布局、合金钢产品生产工艺技术及其主导产品轧辊孔型设计。 这条合金钢连轧生产线，是我国特殊钢老厂改造的重点工程项目，与合 金钢连铸相适应，轧制线实现了无扭、无(微)张力轧制，并具备了合金 钢轧制过程中的控轧、控冷，达到了国际先进水平。该生产线已投入生 产运行近 2 年，提供给用户优质合

4、金钢 7 个钢类 30 多个品种规格的钢 材约 20 万 t，已成为我国特殊钢老厂改造的样板工程项目。这条合金钢全连轧生产线，为了适应抚顺特殊钢生产的产品品种， 从特殊钢轧制的工艺学方面在选择工厂的设备装备、设备的工艺布局、 监控及调控设备设施等与所采用的轧制工艺制度、程序、孔型系统的选 择、轧制温度及轧制速度都是密切相关的。由工艺学限制所完成的轧制 工艺设计，既能保证轧制钢种的自身结构和特性，并能实现在轧制过程 控制的条件下的转变，从而获得新的所需要的组织结构和性能。充分体 现了这条特殊钢连轧生产线的适应性、合理性、灵活性。1 1 合金钢连轧生产工艺合金钢连轧生产工艺1.11.1 初轧工艺初

5、轧工艺连轧工艺平面布置图见参考文献1。200mm200mm5.0m 的连 铸坯、150mm150mm5.0 m 和 120mm120mm5.0m 的初轧坯与锻压坯 在长 28m、宽 5.8m 的步进梁式加热炉中加热，出炉按 1 m/s 的速度向轧 机送进。坯料出炉通过 180200Pa 工作压力的高压水除鳞设施(2)后在 保温辊道中以 0.2m/s 的入口速度送入粗轧机组(3)，在 6 架 R. .R472 H. .S 轧机中平立交替轧制。200mm 方或 150mm 方、120mm 方坯料经 6 架轧机后分别轧出 100 mm 或 76.2 mm 的中间圆坯料送去中轧。粗轧机组出口处设置 1

6、 台剪切能力 180 t 的摆式剪(4)，随粗轧机 末架的出口速度摆动剪切轧出的圆坯的头和尾或者在事故状态下碎断轧 件。轧件全长通过 6 架粗轧机组后即呈脱开连轧，再进入中轧机组，其 目的是为了调整改变粗轧机组与中粗轧机组间的连轧常数，适应连轧过 程中合理的出入口速度及一些特定的工艺参数的需要。为了消除轧件在粗轧机组低的速度轧制所形成的温度降、头尾及表 面温度梯度的影响，特别是对莱氏体组织的高速工具钢，或者是马氏体 组织、奥氏体组织的不锈钢等在进入中轧之前要给予必要的补充加热， 轧件通过 2 000 kW 的电感应加热炉(5)，再进入中轧机。 1.21.2 中轧工艺中轧工艺初轧轧出的圆坯进入

7、6 架平-立布置的 R. .R455H. .S 中轧机组(6)。从 第 10 架轧出6375 mm 的成品材，从第 12 架轧出5060 mm 的成品材。轧件自进入中轧机后至第 24 架精轧机轧出呈连轧状态，连轧机的 连轧常数保持一致，轧件进入中轧机的入口速度要由轧件出第 24 架的 出口速度来确定。中轧机组末架出口后设置 1 台 95 t 飞剪，用于切头、尾及事故状 态下碎断轧件，并还具有将中轧轧出的 5075 mm 的钢材分断成定倍 尺的长度上冷床或装入缓冷箱的功能。在中轧机入口前还设置有 1 台卡 断剪，用于已进入中轧的轧件事故状态下的分断或阻挡轧件再进入中轧。1.31.3 精轧工艺精轧

8、工艺中轧轧出的中间圆轧件进入精轧机组(7、8、9)，三组各 4 架的 R. .R445H. .S 精轧机，前二组轧辊直径为 420mm，末组为 350mm，5012mm 的圆钢分别从各立式精轧机中轧出。第 24 架立式精轧机轧出最小尺寸 12mm 钢材的出口速度确定为 14m/s，这是从该生产线生产能力平衡并且为防止合金钢由于轧制速度 过高，致使轧件温升过高出现芯部过热，芯熔的现象而确定之。机架之间的活套设施，大于 35mm 的棒材轧制可不用活套，而用 微张力轧制，这样才能保证钢材通长尺寸的一致。在三组精轧机组后分别设 1 台 CSI50，CSI25 及 VMC50 型飞剪用于 切头分断或事故

9、状态下的碎断轧件。设置在 24 架后的 VMC50 型飞剪用 于成品材上冷床的优化分段剪切和缓冷钢材切定尺。该剪是组合型式， 有两种工作方式，按剪切钢材尺寸大小和通过的速度分别采用曲柄式或 者回转式状态工作，最短的剪切周期可达 0.6 s，在轧制速度为 9 m/s时可切为 6 m 装入缓冷箱中的定尺材。 1.41.4 轧制工艺配套设施轧制工艺配套设施在三组精轧机组后均设有控温轧制的穿水冷却段(10)，用于完成对 30 mm 的非调质合金钢材的控温轧制。VMC50 型飞剪将轧材优化剪切成倍尺通过 42m 长带有制动护板的输 送辊道送入 78m10m 的齿条型冷床(12)，短尾料被分离进入短尾收集

10、 槽(11)中。通过 VMC50 型飞剪切成定尺的缓冷钢材，经过冷床前的输送 辊道送到缓冷收集箱(18)。所有轧材都可通过设在第 24 架轧机出口处的非接触式测径仪，测 量并显示出成品轧材的尺寸精度及温度状态。冷床上的定齿板和动齿板呈水平倾斜，传送轧件时转动轧件并变换 接触点。冷床上设有开起式保温罩，具有延迟冷却的功能。长型材、倍 尺材经 650 t 冷剪(13)或 1250 磨切锯(14)，分别对不同组织性能不 同切断温度要求的钢种进行定尺切断。分断成定尺长度的钢材经过过渡 台架及设在终端的计数器(15)、成型堆架机(16)、打捆机(17)并称重挂 牌后进入最终的存放台架。利用连轧生产线电气

11、自动化控制系统，可快速安全地改变轧制程序， 从而使轧机具有高度的灵活性。精确的速度控制以及机架间微张力控制 和最佳自动活套控制可使轧制产品尺寸保持精确性和一致性。 1.51.5 连轧品种结构连轧品种结构这条连轧生产线的主导产品是用 200mm200mm5.0m 的连铸坯轧 制成 1275mm 棒材，钢种是优质碳素结构钢，合金结构钢其中大量 的是汽车用齿轮钢，另有弹簧钢、轴承钢等部份产品占总产量的 85%。1350mm 方钢、六角钢及 530mm30100mm 的扁钢品种只占总 产量的 1.5%2.5%。150mm150mm5.0m 初轧坯轧制的滚珠轴承钢棒材 及不锈钢棒材品种占其总量的 10%

12、12.5%。150mm150 mm5.0 m 的锻压坯轧制的高速工具钢、合金工具钢的冷作模具钢，这些特种钢品 种只占总量的 0.5%1%。扁钢轧制产品尺寸规格百余种，可大致分为两个系列。轧制厚 525mm，宽 3060mm 尺寸范围分别采用基本程序中的第 14 架 35.6mm 圆钢，第 12 架 46.7mm 圆钢，第 10 架 59mm 圆钢前面各架 次程序完全同圆钢系统；对于厚度大于 20mm 宽 65100mm 的扁钢压下 程序从粗轧开始完全不同于圆钢，要做这个系统内的压下程序和新的孔 型系统图。轧制 56mm30、40mm 扁钢用第 14 架轧出的 35.6、38.6mm 圆钢，轧

13、560mm 扁钢用第 12 架轧出的 49.6mm 圆 钢。平轧孔中开始最大相对压下量 h/H=30%，轧到中间时为 24%，最 终为 13.5%。立轧机给的最大相对压下量 h/H=7%,最小为 2%。 1.61.6 连轧程序编制连轧程序编制编制连轧机的轧制程序，首先设计的是主导产品的轧制程序(图 1)。 适合不同坯料尺寸及不同钢种的喂入，并能产出绝大部分的产品，编制 同一套压下程序，设计共用同一套孔型系统这是连轧机程序设计必须优 先考虑的。在图 1 中可见：粗轧机组中合理的孔型设计允许 200mm 方、 150mm 方、120mm 方 3 种坯型共同，200mm 方坯料轧制最小尺寸 12 m

14、m 棒材是基本程序，当用 150mm 方、120mm 方坯料轧制时可通过第 1、2 架进入第 3 架，前后都不改变 200 mm 方轧制时任何给定的程序。如果只 轧制 150mm 方、120mm 方两种坯型，可将第 38 架孔型改布置在第 16 架上，空第 7、8 架，从第 9 架开始后面的各程序都相同。这样可 大量减少孔型的数量及所有轧辊的套数，从而降低生产成本缩短生产周 期。图 1 圆钢轧制程序示意图 Fig.1 Rolling program diagram for round steel products为了获得全部产品规格要从基本程序中设计分离出其它产品的程序。 轧制 40mm 以下

15、棒材、方钢、六角钢及 520mm3060mm 的扁钢前 12 架都不需要更换轧辊改变基本程序。当轧制多种钢种或特殊钢种时， 一般在加热炉中混合参差装炉，不同钢种有不同的轧制特点但不需要重 新设定程序或更换机组轧辊孔型。为了获得 1275mm 在标准范围 内的 35 个尺寸棒材产品、保证产品尺寸公差的精度等级，从第 16 架之 后分离设定了 14mm、15mm、16mm 的分支压下程序。这些分离设 定的压下程序，各架次产品规格的延伸系数分配比基本程序有所降低， 但各新的程序延伸系数的分配更加均匀合理，相互之间的波动也很小， 这样更换品种规格时，轧制程序数字无大的变化，程序控制、活套高度的计算机控

16、制系统都不发生大的变化，若是有些变化计算机在自动修正 范围之内很快的修正。轧制方钢和六角钢的压下程序与相适应尺寸的圆钢相接应。六角钢 只是改变最终两架道次孔型结构形式，前面各道次是圆钢的轧制程序。 例如：从 24 架次轧出 13mm、14 mm、15mm、16mm 4 个尺寸六角钢，就 分别用 22 架轧出的 16.2mm、17.2mm、19.2mm、20.2mm 4 个尺 寸的圆钢。从第 18 架轧出 25mm、28mm、30mm3 个尺寸六角钢就分别用 第 16 架轧出的 30.4mm、34.4 mm、38mm 的圆钢。为了获得角部 符合标准要求的方钢，方钢的压下程序最后面的 4 道次或 6 道次要改变 孔型结构形式，最终的 46 个孔为菱-方孔型构成。例如：从第 24 架 轧制 12mm 方钢，要用第 20 架轧出的 19.5mm 圆钢；从第 24 架轧制 14mm、