第二篇型材生产及孔型设计 7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、机槭制造、铁路、桥梁、矿山、船舶伂造、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 71概述 711型材分类及特征 型材按生产方式可分为热轧型材、冷轧型材、冷弯型材、冷拔型材、锻压型材、热弯型材、焊 接型材和特殊轧制型材等,如图7-1所示;按使用部门可分为铁路用型材、汽车用型材、造船用型 材、结构和建筑用型材、矿山用钢、机械制造用异型材等;按断面尺寸大小可分为大型、中型和小 型型材,其划分常以它们适合在大型、中型或小型轧机上轧制来分类;按单重(kgm)可区分为单 重在5kgm以下的小型材、单重在5kgm20gm的中型材和单重超过20kgm的大型材:按应用范 围有通用型材、专用型材和精密型材等。 热轧型材按断面形状不同,主要可分为简单断面型材、异形断面型材和周期断面型材。简单断 面型材横截面没有明显的凸凹部分,外型比较简单,包括:方、圆、扁、六角、角钢等;异形断面 型材橫断面具有明显的凹凸分枝,成型比较困难,可进一步分为凸缘型材、多台阶型材、宽薄型材、 局部特殊加工型材、不规则曲线型材、复合型材、金属丝材等,如:工字钢、槽钢、H型钢、钢轨、 T字钢、窗框钢和鱼尾板等。周則断面型材的断面尺寸沿轧材纵向呈周期性变化,产品主要有带肋 钢筋、变断面轴、变断面扁钢和机械零件用变断面轧件。热轧型材部分产品表示方法、尺寸规格及 用途见表7-1。 冷轧型材主要是冷轧带肋钢筋(螺纹钢筋),它是由普通低碳钢盘条经一道次或儿道次冷拔(或 辊拔、轧压)减径,最终一道轧成螺纹而成。其抗拉强度已由380MPa提高到大于500MPa,延伸 率不低于8%。主要用于混凝土公路、机场跑道、隧道、混凝土管内钢盘及混凝士梁、墙和楼板内 的配筋,也可用于大型载重车辆的腹条。其尺寸范围为直径4.0mm~12mm,表面形状分为两面有 肋或三面有肋两种,肋呈月牙形,强屈比σ∥σ02不小于10 冷弯型材按其生产方式可分为冷拔弯曲、折弯弯曲、冲压弯曲和辊式弯曲四种。冷拔弯曲是将 热轧带钢经一系列模孔拉拔,弯曲成型钢;折弯弯曲是在特殊弯曲机上将带钢逐步弯曲成型钢;冲 压弯曲是将带钢在压模内经冲压机模具压力弯曲成型钢:辊式弯曲是将带钢连续通过旋转方向相反 的轧辊,并在孔型中顺次改变其横断面形状成型钢。冷弯型钢品种繁多,形状复杂,利用冷弯方法 可以生产热轧无法生产的各种特薄、特宽和断面形状复杂的薄壁型钢,国外冷弯型钢品种规格已达 万种以上。按冷令弯型钢断面形状可分为对称断面和不对称断面两类。根据冷弯型钢的用途、生产设 备和艺不同,冷弯型钢可分为开口断面、闭口断面、半闭口断面冷弯型钢、宽幅波纹板和冷令弯钢
7型材生产 板桩等。 □○∞ 已面二 ⊥G d 图71各种型材示意图 (a)简单断面型 复杂或异形断面型材:(c)弯曲型材;(d)焊接型材;(e)特殊断面型材 712型材轧机 不同型材要求在不同类型和不同布置方式的轧机上进行轧制,型材轧机按其作用和轧辊名义直 径不同分为大型、中型、小型型钢轧机,轨梁轧机、线材轧机或棒、线材轧机等,见表72。型材 轧机可为二辊式、三辊式和万能轧机,又可按轧机排列和组合方式分为五种基本布置形式:横列式 顺列式、棋盘式、半连续式和全连续式,如图7-2所示。各种轧机布置形式对产量、质量、技术经 济效果等都有影响 横列式布置分为一列式、二列式和三列式等。一列式布置的机架多为三辊轧机,进行多道次穿 梭轧制,其优点是设备简单、造价低、建厂快、产品品种灵活,便于生产断面较复杂的产品。缺点 是产品尺寸精度不高,品种规格受限制;轧制间隙时间长,轧件温降大,长度和壁厚受限制;不便 于实现自动化。第一架轧机受咬入条件的限制,希望轧制速度低些,末架轧机为保证终轧温度及 轧件首尾温差,又希望速度高一些,而各架轧机辊径差乂受接轴倾角限制不能过大,这种犭盾只有 在速度分级后才能解决,从而促使横列式轧机向两列式、多列式发展。产品规格愈小,轧机列数愈 顺列式布置各架轧机顺序布置在1~3个平行纵列中,轧机单独传动,每架只轧一道,但不形 成连轧。其优点是各架轧机速度可单独调整,能力得到充分发挥;轧辊LD值在1.5~2.5之间,且 机架多为闭口式,轧机刚度大,产品尺寸精度高;机械化、自动化程度高,调整方便。缺点是轧件 温降较大,不适合轧小型或薄壁的产品;机架数目多、投资大、建厂较慢。为弥补以上不足,可采 用顺列布置、可逆轧制,从而减少机架数和厂房长度。棋盘式布置介于横列式和顺列式之间,前儿 架轧件较短时顺列式,后几架精轧布置成两横列,各架轧机互相错开,两列轧辊转向相反,轧机可 单独或两架成组传动,轧件在机架间靠斜辊道横移。这种轧机布置緊凑,适合中小型型钢生产。半 连续式布置介于连轧和其他型式轧机之间,一种是粗轧为连续式、精轧为横列式,另一种是粗轧为 横列式或其他型式、精轧为连续式。常用于轧制合金钢或旧设备改造。目前一些小型车间采用的复
第二篇型材生产及孔型设计 二重式轧机也属于半连续式的一种(图7-3)。轧件在前后两架中实现连轧,在相邻两组之间用正 围盘进行活套轧制,设备布置緊凑、调整方便,轧机往往采用多根轧制,产量较高。其缺点是由于 多根轧制,辊跳不一,产品精度难以提高,轧件经正围盘转向180°,使轧制速度提高受到限制。 表1热轧型材的断面形状、尺寸规格及用途 表示方法 尺寸范围/m 主要用途 10~350 钢筋、螺栓、零件、无缝管坯、轴 4.5~13 钢筋、二次加工丝 3~60×10-240 焊管坯、薄板坯、箍铁 弹簧扁钢 7~13×63~120 午辆板簧 六角钢内接圆直径 7~80 机械零件、风铲、工具 角钢 高×宽 等边20×20200×200 十木建筑、金属结构、铁塔、桥梁、 不等边25×16-200×125 车辆、船舰 带肋钢筋 外径 工字钢 高 100×68~630×180 建筑、矿山、桥梁、车辆、机械工程 H 宽边500×500,中边900×300,窄建筑、矿山、桥梁、车辆、机械工程 钢板桩有效宽度U型500,Z型400,直线型500 港口、堤坝、工程围堰 建筑、矿山、桥梁、车辆、机械工程 单重 重轨30kgm~78kgm,轻轨5kgm 铁路、起重机、矿山、吊车 30kgm,起重机轨80kg/m-120kgm T型钢 高×宽 150×40-300×150 建筑、矿山、桥梁、车辆、机械工程 建筑、矿山、桥梁、车辆、机械工程 宽×厚 船舰 矿用钢 工字钢、槽帮钢 矿山支护、矿山运输 钢轨附件 6 kg/m"60kg'm 异型材 车辆、机械、、轻工、化工、船舶 表72各类型钢轧机及主要产品范围 轧机类型轧辊名义直径/ 主要产品范围 轨梁轧机 750-950 38kgm以上重轨、20-60号钢梁 大型轧机 650以上 l8-~75kg加钢轨、80-150方圆钢、2-63工字钢、槽钢 中型轧机 350~650 直径或边长40mm-102m圆、方钢、8 skgm-30kgm轻轨、18 号工槽钢、13号角钢 小型轧机 250-350 直径或边长9m65mm圆、方钢、25号角钢等 线材轧机150280直径5m13mm线材 连续式布置是轧机纵向紧密排列为连轧机组。一根轧件可在数架轧机內同时轧制,各架间遵循 秒流量相等原则。其优点是轧制速度快、产量高,轧机排列紧密、间隙时间短、轧件温降小,适合 轧小规格或轻型薄壁的产品。这种轧机-般采用微张力轧制,要求自动化程度和调整精度高,机械、 电气设备较复杂,投资较大,且产品品种较单一。连续式轧制是今后型钢生产发展的方向之 为了全面地反映轧机特点和生产能力,对具体车间应标明全称以示区别,例如:800二列式
7型材生产 轨梁轧机,φ300连续式小型轧机等。其中轧机以轧辊名义直径(或传动轧辊的人字齿轮节圆直径) 命名,轧辊直径般指成品轧机而言。 捐 区∞中 甽k Ca) (c) 7-2各种型钢轧机的布置形式 (a)横列式:(b)顺列式:(c)棋盘式;(d)半连续式;(e)全连式 图73复二重式线材轧机示意图 a)粗、中轧为横列式,精轧为复二重式;(b)粗轧为横列式,中、精轧为复二重式 713型材生产工艺 型材生产的特点是产品断面复杂、产品品种多、轧机类别多,因而采取何种轧机和生产方式、 布置形式,需视生产品种、规模及产品技术条件而定。型材的轧制方法有以下儿种: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,可生产般简单、异形 和周期断面型材;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 7-4为采用此方法轧制角、槽、T字钢示意图;热弯轧法(图75)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,可轧制般方法得不到的弯折断面型钢;热轧一纵 剖轧法(图76)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;热轧一冷令拔(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 髙精度型材,产品机械性能和表面质量均高于般热轧型材;热冷弯成型法是以热轧或冷轧板带为 原料,使其通过带有一定槽形而乂冋转的轧辊,使板带钢承受横向弯曲变形而获得所需断面形状的 型材。热轧型材具有生产规模大、效率高、能耗少和成本低等特点,是型材生产的主要方式 热轧型材一般生产工艺流程:坯料准备→坯料加热→轧制→锯切或剪断→冷却→矫直→表面清 理→打捆→称重→包装→入库。 (1)坯料准备由于型钢对材质要求一般并不特殊,在目前技术水平下儿乎可以全部使用连 铸坯。连铸坯断面形状可以是方形或矩形,连铸技术水平高的使用异形坯。用连铸坯轧制普通型钢
第二篇型材生产及孔型设计 绝大多数可不必检査和清理,从这个角度说,大、中型型钢最容易实现连铸坯热装热送,甚至直接 轧制。 (2)加热现代化型材生产加热一般用连续式加热炉,保证原料加热均匀且避免水印对产品的 不利影响。为提高加热质量,小型轧机可采用步进式加热炉。加热温度一般在1050℃~1220℃之间。 a霉 输哪实 图74多辊轧制法示意图 图75热弯型钢成型过程 (3)轧制型材轧制分为粗轧、中轧和精轧,粗轧将坯料轧 成适当雏形中间坯,由于粗轧阶段轧件温度较高,应该将不均匀 变形尽可能放在粗轧阶段;中轧使轧件迅速延伸至接近成品尺寸; 精轧为了保证产品尺寸精度,延伸量较小。 现代化型材生产对轧制过程的要求:1)由于粗轧一般在两辊 孔型中进行,如果坯料全部使用连铸坯,炼钢和连铸生产希望连 铸坯尺寸规格越少越好。但型钢成品尺寸规格越多企业开拓市场 能力越强,所以要求粗轧具有将一种坯料开成多种坯料的能力。 粗轧既可以对异型坯进行扩腰扩边轧制,也可以进行缩腰缩边轧 制,典型例子是用板坯轧制H型钢;2)对异型材,在中轧和精 轧阶段尽可能使用万能孔型和多辊孔型,因其有利于轧制溥而高 的边,并且容易单独调整轧件断面上各部分压下量,有效减少轧 斗仁 行异型村连轨在理论和实我上都完全解但以制日型十 为主的万能轧机实现型钢连轧在设备和技术上都是成熟的;4)对图76热轧纵剖法 于绝大多数型材,在使用上一般都要求低温韧性好和具有良好的可 焊接性,在材质上要求碳当量低。对这些钢材,实行低温加热和低温轧制可以细化晶粒,提高轧材 机械性能。 (4)精整型材轧后精整有两种工艺:一种是传统热锯切定尺和定尺矫直工艺:另一种是较 新式的长尺冷却、长尺矫直和冷锯切工艺 热锯用于锯切轻轨、工字钢、八角钢、六角钢、中空钢、管坯及大于φ50m的圆钢、7.5号以 上的角钢等。锯切温度以不低于800℃为宣,若产品规格较大且材质较硬,则应大于900℃C,以减轻 锯齿磨损。 冷却根据钢种、断面形状和尺寸及对产品组织性能的不同要求,有空冷、堆冷和缓冷令等方法。 空冷用于对冷却速度有特殊要求的钢材,如碳素钢、纯铁等。要求钢材在冷床上散开自然冷却,日 的是防止钢材卜冷床后进行落垛、挂吊过程中产生严重弯曲,且有利于劳动条件改善;合金结构钢、 碳素工具钢的型材用堆冷方法,堆冷令时力求两端整齐,且不能受风吹水湿,拆堆时堆心温度不应大 于200℃;缓冷主要为防止白点与裂纹,如碳素工具钢、合金工具钢、高速钢钢材,其入坑温度≥ 70