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1、封面河北理工大学第二篇 轧制工艺基础77.1 轧材的种类黑色金属（Fe.Mn.Cr及其合金，黑色金属一般 将统称为钢铁）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轻金属（Al.Mg等） 稀有金属（W.Nb等) 贵金属（Au.Ag等） 半金属(Si.As）钢材是应用最广泛的材料，我们主要 介绍钢材的生产工艺一.钢材按钢种可分为（45#,A7,36Mn2Si ）1.普通碳素钢甲类钢：只保证力学性能（ A0-A7）镇静钢乙类钢：只保证化学性能（B） （A0F-A7
2、F）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）同时保证化学成分和机械性能，且S,P等比普碳钢要 少。分普通含Mn量两个钢组：普通含Mn量的钢：“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炭量 外，另附一个Mn字在后如：20Mn 含C 0.2% Mn0.71.0%约1%3.合金钢合金钢的多种分类方法：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，莱氏体钢按空冷后钢的金相组织： 珠光体类
3、，马氏体类，贝 氏体类，奥氏体类，等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在元素符号之前的数字表示平均含碳量的万分之几 0.36%冶金元素的含碳量在元素符号后面的平均含碳量的百 分之几表示Mn的2%Si 1%例外：工具钢：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.
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 一.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倍二.钢轨轧后处理 1.冷却： 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 缓冷：钢轨中氢时，在冷却至 500600，进缓冷抗缓冷，以消除“白点 ”2.矫直 ：矫直温度18架，线材车间2128架线材的盘重加大，线材直径加大，到2000年国外 以出现了直径60mm的盘卷线材。控制轧制：为了细化晶粒，控轧控冷
5、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 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11.3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
6、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100120m/s 最 高130m/s 150m/s 的研究在进行中，先进棒材的终轧 速度一般是1718m/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 ：降低开轧温度，从10501100降至 850950 降开轧温度，将终轧温度降至再结晶温 度（700800）以下，节能切提高产品机 械性能。 11
7、.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11.3.7切分轧制。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 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11.4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：速度升
8、高，解决了轧件温降的问题取消反围盘，轧制稳定，便于调整 盘重：产量升高见上图19601980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 ， 水平二辊式轧机在轧制扭转限制了速度,2530m/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3035m/s。20世纪60年代以后 45高速无扭精轧机和Y型精轧机。 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
9、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 11.5.2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 。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11.5进行快速冷却，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
10、烈冷却的 持续时间。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 成铁氏体+珠光体或、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
11、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10001100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，破碎晶粒间界成为相变 时P和的结晶核心，是P和缩小，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。 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，
12、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11.5.4.2斯太尔摩法：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550450）后，通 过集卷器收集并打捆。轧后冷却吐丝机散圈冷却 11.5.4.3施罗曼法
13、：与斯泰尔摩法不同，它强调在水冷带上控制冷却， 而在运输机上自然控冷。其作用是线材出精轧机后 经环形喷嘴冷却器冷却至620650。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29 /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，其1型适于普碳钢；2型适于要求冷却速度较慢的钢 种；3型在运输带的上部加一罩子，适于要求较长 转变时间的特殊钢种；4型适于要求低温收卷的钢 种；5型适于合金钢。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
14、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12张力直接测定 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。第五篇18钢管生产
15、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。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 1.254.5 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812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。18.218.2.2连续轧管机，79架连轧主要优点 ：生
