第一轧制原理 1概述 金属材料的产量和技术含量是一个国家国民经济实力的重要标志,是工业、农业、国防和科学 技术现代化的基础。在金属材料的生产总量中,除了一小部分采用铸造和緞造等方法直接生产成品 外,90%以上都需经过轧制成材。 11产品及应用 随着世界经济迅猛发展,轧制产品应用范围不断扩大,品种规格已达数万种之多。按其用途可 分为建筑用材、结构用材、机械制造用材等多种轧制产品;按其材质可分为钢材以及铜、铝、钛等 有色金属与合金材料;按其断面形状特征可分为板带材、型线材、管材及其它特殊轧材等。由于轧 制工艺突出特点表现在产品断面形状的多样性,以此为分类标准对轧材进行分类。 (1)板带材 这是一种宽度(B)与厚度(H)比值很大的扁平断面钢材,包括板片和滞带卷,是应用最为厂`泛 的轧制产品。在发达国家,板带材占钢材的比例多达509~60%以上,有色金属与合金的轧制产品 主要是板带材 板带产品的分类见表1-1。按轧制方法可分为热轧板带和冷轧板带;按产品尺寸规格可分为中 厚板、薄板、带材、箔材等;按用途可分为造船板、汽车板、锅炉板等。各种板带宽度与厚度的组 合已超过5000种以上,宽度对厚度的比值达10000上。异型断面板、变断面板等新型产品不断涌 现,铝合金变断面板材、筋壁板等在航空工业中广为应用。板带钢不仅作为成品钢材使用,也可用 以制造弯曲型钢、焊接型钢和焊接管等产品。 表1-1板带产品分类 轧制方法 按尺寸规格分类(板厚/mm) 4~20 造船、焊管坯、锅板、装甲板、桥梁板、 20-60 容器板、运输工具板、其它用途板 特厚板 1-4 汽车、电机、变压器、仪表、外壳、家用电 2-4 轧 2)型材 型材的品种繁多,主要用轧制方法生产,一般占钢材总量的309%~35%,俄罗斯和我国已占到 50%以上。按型钢应用范围可分为常用型钢(方钢、圆钢、扁钢、角钢、槽钢和工字钢、H型钢等) 及专用型钢(钢轨、T字钢、球扁钢、窗框钢等),如表1-2所示。按型钢的断面形状可分为简单 断面型钢(图1-1(a)、(b)。由于有色金属及其合金般熔点和变形抗力较低,对尺寸和表面要 求较严,故绝大多数采用挤压方法生产,仅在生产批量较大,尺寸和表面要求较低的中、小规格棒
篇轧制原 材、线坯和简单断面型线材时才采用轧制方法生产。 表1-2部分热轧型钢分类 按断面形状分类 分类 表示方法 规格范围 4.6~1 钢筋,二次加工原料 机械制造及零件 30~ 机械零件,锉刀 等边角钢 边长的1/10 N2-N25 金属结构件及 不等边角钢长边长短边长的110 N2.51.6 建筑桥梁等 N2516.5 工字钢 楼高的110 (80-60863 建筑,金属结构等 腰高的110 (50~4005#~40# 车辆制造等 5~2438~7580~120 轻轨,重轨,吊车轨 20-400 Z字钢 60~310 结构件,铁路车辆 用型钢 球扁钢 宽度×厚度 告船阳 宽度+序号 钢窗用 (3)管材 轧制方法主要用于生产无缝管材,被广泛应用于国民经济各部门,生产量大约占到钢材总产量 的8%~16%无缝管的断面一般为圆形,也有方形、矩形、椭國形等多种异形管材及变断面管材(图 1-2)。按轧制制度的不同,可将其分为热轧无缝管和冷令轧无缝管。热轧方法主要用于生产塑性较好 强度较低易变形金属管;冷轧方法主要用于生产塑性低,强度高难变形金属管。按无缝管的用途不 同,可将其分为石沺管、锅炉管、热交换管、轴承管以及一部分高压输送管道等;按管端状态可分 为光管和车丝管;按外径和壁厚之比可分为特厚管、厚壁管、薄壁管和极薄壁管等。管材的规格一 般用直径×壁厚表示,热轧法可生产27~660×2,0~800mm的管材;冷轧方法可轧出φ0.2 3000×0001~600mm的管材。 (4)特殊形状轧材 特殊形状轧材是指用纵轧、横轧、斜轧等特殊轧制方法生产的各种周期断面及特殊形状轧材 如车轴、变断面轴、钢球、齿轮、丝杠、车轮和轮箍、内螺纹管以及双耳管等。 2产品标准和技术要求 轧材技术要求是为满足客户按用途提岀的使用要求,对轧材提岀的必须具备的规格和技术性能。 体现为产品标准,例如形状、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。由于各种轧材使用范围不同,产品标准也各不相同。如美国US.标准、德国DIN 标准、日本JS标准、中国GB(国标)、YB(冶标)、企标等。有的标准应用较广泛,在国际上采 用,称之为国际标准。当然也可以由供需双方制定相互认可的临时协议标准。轧材产品标准主要包 括以下内容:
三角钢 等边角钢 不等边角钢 图1-1部分型钢示意图 (a)简单断面型钢:(b)复杂断面型钢 回△O 00◇20 图1-2异型钢管示例 (1)品种规格主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求。形状狀方面要求形状正确,消除断面 歪扭,长度上弯曲不直和表面不平等;尺寸精度方面要求轧材轧后尺寸及偏差,它是根据使用要求 确定的,超过要求范围造成金属浪费,低于要求范围满足不了性能上的要求。提倡负公差轧制,因 为可以节约金属,同时能减轻金属结构的重量。但有些需进步加工处理的钢材,常按正偏差轧制。 (2)产品技术要求产品技术要求根据轧材不同而不同,一般有表面质量要求、组织结构、化 学成分及性能等要求,同时还包括某些试验方法和试验条件。表面质量主要是指表面缺陷的多少, 表面光洁、平坦程度,如表面裂纹、结疤、重皮、氧化铁皮等。它们直接影响到轧材的使用性能和 寿命;由于轧材性能主要取决于轧材的组织结构及化学成分,因此在技术条件上规定了化学成分, 同时还提出诸如晶粒度、轧材内部缺陷、杂质形态及分布等金属组织结构方面的要求;轧材性能要 求一般指轧材强度、塑性和韧性等机槭性能以及弯曲、冲压、焊接等工艺性能,还有磁性、抗腐蚀 性等特殊物理化学性能,有时还要求硬度及其它。这些性能可以由拉伸试验、冲击试验及硬度试 确定 3)验收规则验收规则是验收时的些规定。比如需要进行的试验内容,做试验时的取样部 位,试样形状和尺寸,试验条件及方法等;轧材交货时的包装、标志方法以及质量证明书的内容等; 某些特殊轧材还规定了特殊的成品试验要求等 应该指出,技术条件是钢厂组织生产的法规,国际标准、部颁标准等只是说明某种产品的一般 要求或最低要求。为了加强企业产品竞争能力,在企业内部往往有内控标准,企业采用某种工艺使 产品在某一方面达到更高的水平,从而使用户更满意,因而提高了企业的声誉,扩大了市场,取得 了更好的经济效益。随着产品要求的提高,生产水平的提高,标准也在不断修改、补充和提高。 13轧材生产方法 轧制过程是指被轧制的金属体(轧件)借助于旋转轧辊与其接触摩擦作用,被曳入轧辊的缝隙
第一篇轧制原理 间,再在轧辊压力作用下,使轧件在长、宽、高三个方向上完成塑性变形的过程。简而言之,是指 轧件由摩擦力被拉入旋转轧辊之间,受到压缩进行塑性变形的过程。通过轧制,使轧件具有一定的 形状、尺寸和性能。轧制方法目前人致可分纵轧、斜轧和横轧等方法。 (1)纵轧轧件在相互平行且旋转方向相反的平直轧辊或带孔槽轧辊缝隙间进行的塑性变形. 轧件的前进方向与轧辊轴线垂直(图1-3(a)。常见的机型有二辊轧机、三辊轧机、四辊轧机、 六辊轧机、多辊轧机、万能轧机等,广泛用于生产钢坯、板带材和型材产品。 (2)斜轧轧件在同向旋转且轴心线相互成一定角度的轧辊缝隙间进行塑性变形的过程。轧件 沿轧辊交角的中心线方向进入轧辊,在变形过程中,除了绕其轴线旋转运动外,还有沿其轴线的前 进运动,即旋转前进的螺旋运动(图1-3(b))。常见的机型有二辊和三辊斜轧穿孔机、轧管机等 广泛用于无缝管材生产 3)横轧轧件在同向旋转且轴心线相互平行的轧辊缝隙间进行塑性变形过程。在横轧过程中, 轧件轴线与轧辊轴线平行,金属只有绕其自身轴线的旋转运动,故仅在橫向受到加工(图1-3(c)。 常见的机型有齿轮轧机。 (4)特殊轧制所谓特殊轧制就是不能简单地用上述三种方法描述的轧制方式。比如周期式轧 管机,虽然它近似于纵轧,但与一般纵轧不同的是轧辊在做旋转运动的同时,还有在水平方向上的 移动,因而轧件的曳入方向与轧辊旋转方向相反,且轧制是周期性的。常见的特殊轧制方法还有车 轮及轮箍轧制、周期断面轴轧制、钢球轧制等。 轧辊 图1-3轧制方式示意图 a)纵轧;(b)斜轧;(c)横轧 14轧制工艺流程 把不同化学成分的钢锭或钢坯轧成具有一定断面形状和尺寸的钢材所经过的各种加工工序之总 和称为轧制生产工艺流程。由于各种轧制产品技术要求、工艺性能以及各生产厂具体情况的不同, 生产工艺流程也各种各样。 1.4.1轧材生产一般工艺流程 根据轧材材质的不同,主要有钢材轧制及有色金属轧制两大类。传统的轧钢工艺是以模铸钢锭 为原料,用初轧机或开坯机将钢锭轧成各种形状的钢坯,再通过成品轧机轧成各种轧材。直到现在 这种传统工艺仍然在一些国家钢材生产中占有较重要的地位。近三十年来,迅速发展起来的连续铸 钢技术,将钢水直接铸成一定形状与规格的钢坯,省去了铸锭和初轧等许多工序,在很大程度上简 化了钢材生产工艺流程。一般钢材工艺过程分为三种基本类型:碳素钢、合金钢及冷加工工艺流程; 有色金属及合金材料中以铜、铝及其合金的轧材应用较为~泛,主要是板带材
图1-4所示为碳素钢和低合金钢一般生产工艺流程。采用连铸坯生产系统,其特点是不需要大 的开坯机,无论是板带材或型材,一般都经一次加热轧出成品;采用铸锭的大型生产系统,其特点 是需要大型的初轧机,钢锭重量大,一般采用热锭作业及二次或三次加热轧制的方式。采用铸锭的 中型生产系统,其特点是一般有φ650~900mm-二辊或三辊开坯机,通常采用冷锭作业及二次加热 轧制的方式,锭重一般在1~4吨,可以生产碳素钢和合金钢钢材;釆用铸锭的小型生产系统,其特 点是通常在中、小型轧机上用冷小钢锭经一次加热直接轧制成材。合金钢的一般生产工艺流程在工 序上比碳钢复杂,包括铸坯的退火、轧制后的退火、酸洗等工序,有时采用锻造代替开坯轧制。钢 材冷轧生产一般工艺流程必须有轧制前的酸洗和退火相配合。 m 整」[整 的般生产工艺流程 142轧材生产基本工序及其对产品质量的影响 虽然各种轧材轧制工艺流程各不相同,各有各的特点,但它们都包含以下基本工序: 1421原料的选择 轧制过程常用原料有钢锭、钢坯及连铸坯等。近年来,有些小企业已开始使用压铸坯,但由于 生产能力较低,一般仅适用于小型企业及特殊钢生产线 钢锭是用钢水铸成的锭坯,按钢水脱氧程度不同,可分为镇静钢锭、沸腾钢锭和半镇静钢锭。 镇静钢锭是强脱氧,浇铸时镇静地凝固,形状上大下小,有保温帽。由于保温帽的存在,切损大, 消耗髙,但钢质好。一般适用J中碳钢、高碳钢、优质钢、合金钢及低合金钢,如果低碳钢浇铸成