材料成型概论第四讲钢坯型钢生产工艺

材料成型概论‰第一讲材料成型概述‰第二讲炼钢炼铁生产‰第三讲材料塑性成型的基础‰第四讲钢坯型钢生产‰第五讲线棒材生产‰第六讲板带钢生产‰第七讲钢管生产‰第八讲挤压拉拔生产‰第九讲锻压冲压生产‰第十讲材料成型的发展及应用第四讲钢坯型钢生产4.1钢坯生产4.2型钢生产的一般概念4.3型钢的品种及分类4.4热轧型钢生产工艺4.4.1生产工艺流程及车间平面布置4.4.2热轧型钢生产工艺4.5冷弯型钢生产简介4.1钢坯生产钢坯是生产型钢、板带钢和钢管等成品轧材的半成品。钢坯生产在炼钢和成品轧材生产中承上启下占有特殊重要的地位。目前钢坯的生产方法有三种：•轧制法（开坯）：在轧机上把钢锭轧成各种断面形状的钢坯。•锻压法：用锻锤或水压机把钢锭锻成各种钢坯。•连铸法：直接把钢水浇铸成各种断面形状和尺寸规格的钢坯。4.1钢坯生产轧制坯料选择种类选择——坯(锻，轧，压铸)、连铸坯锭——基本淘汰（有些宽厚板少量使用）规格选择——压缩比；纵横性能，成材率，加热炉尺寸，产量。„由于连铸坯具有金属消耗少，节能，工艺路线短，节省投资和质量好，成本低等优点已经成为坯料选择的首选。现在连铸比达到95%以上。但其只能生产镇静钢，规格欠灵活，压缩比受限制（不宜生产特厚板）。4.1钢坯生产4.1钢坯生产按断面形状和特性不同可分为五类：方坯、矩形坯、板坯、异型坯、管坯方坯（bloomsandbillets）其断面为方形，横截面沿长度方向不变。边长大于150mm方坯称为大方坯(Squareblooms)。边长40～150mm方坯称为小方坯（billets）或方坯（Squarebillets）。4.1.1钢坯的种类、形状和用途矩形（bloomsandbillets）其断面为矩形，横截面沿长度方向不变。横截面积大于22500mm2，其宽厚比大于1且小于2的矩形坯称为大矩形坯(Rectangularblooms)。横截面积1600mm2至22500mm2，其宽厚比大于1且小于2的矩形坯称为小矩形坯或矩形坯（Rectangularbillets）。4.1.1钢坯的种类、形状和用途板坯（Slabs）厚度不小于50mm，宽厚比不小于2，其断面为矩形，横截面沿长度方向不变的半成品。宽厚比大于4的板坯称为扁板坯。薄板坯（Sheetbars）:宽度不小于150mm，厚度大于6mm小于50mm，其断面为矩形，横截面沿长度方向不变的半成品。4.1.1钢坯的种类、形状和用途4.1.1钢坯的种类、形状和用途异型坯（Beamblanks）其断面形状接近复杂断面轧制型材，横截面沿长度方向不变。有时也称为近终形坯。异型坯用于轧制生产复杂断面型材以及经预加工成型的半成品。典型的异型坯就是用于轧制生产H型钢的异型坯。4.1.1钢坯的种类、形状和用途管坯用于斜轧生产无缝钢管。其横截面主要是圆形，也可以是方形、矩形或多边形。4.1.2钢坯的表面和内部缺陷4.1.2钢坯的表面和内部缺陷表面缺陷：钢锭带来的缺陷……钢锭内部或表面有杂质混入存在于钢坯内部和表面的耐火材料夹渣钢锭的二次结疤或低温轧制呈笋皮状，一端深入内部结疤钢锭凝固时的收缩孔等缩孔在轧制后没被压合，炉渣混入缩孔钢锭表面或表层有气泡沿轧向连续出现较浅的裂纹发裂钢锭横裂纹、加热不均等垂直轧制方向的X状或Y状裂纹横向裂纹钢锭纵裂纹或热应力沿轧制方向出现很深的线状缺陷纵向裂纹产生原因形状特征种类4.1.2钢坯的表面和内部缺陷表面缺陷：轧制缺陷……孔型过充满、辅助设施安装不当沿轧制方向出现的连续凸筋耳子孔型损坏、粘有异物或孔型不良表面缺陷呈周期性出现辊印导卫装置不适、磨损、粘结等表面划有沟状痕迹划伤辊面粗糙、磨损或氧化皮剥落制品表面粗糙呈凸凹不平状麻面初轧机辊面粗糙或轧制方法不当沿轧制方向出现的皱纹缺陷皱纹轧辊调整不当、孔型不当等沿轧制方向出现的重叠缺陷折叠产生原因形状特征种类4.1.2钢坯的表面和内部缺陷钢坯内部缺陷：不能使用钢锭缩孔过深、剪切没切净缩孔有裂纹产生的制品不能使用由于氢气存在，在高碳钢和合金钢内部出现裂纹白点轧制后不易碎化的夹杂物危害大，使疲劳强度和冷加工性能下降脱氧生成物、耐火材料细粒残存于钢锭内非金属夹杂力学性能不均，塑性和冷加工性能不好多发生在钢锭中心上部，主要是CSiMn含量偏高成分偏析危害缺陷状态及产生原因名称‰初轧机生产工艺一般有钢锭均热、初轧、剪切和钢坯精整等工序，如下所示：4.1.3钢坯的生产工艺‰初轧车间平面布置图：4.1.3钢坯的生产工艺‰钢坯连轧机生产工艺一般由纵向排列的若干个二辊轧机组成：4.1.3钢坯的生产工艺4.1.3钢坯的生产工艺‰钢坯连铸机生产工艺123456789宝钢初轧机双机架串列布置大扬程二辊可逆式上辊最大开度1900mm上辊工作开度1700mm最大轧制力3000吨轧辊尺寸轧辊尺寸ФФ13501350--11501150××3100mm3100mm主电机功率主电机功率22××5000KW/5000KW/台台宝钢初轧机6VH连轧机6VH连轧机机架立-平交替布置每台轧机单独传动设有快速换辊装置最大轧制速度：2.23m/s孔型系统：菱-方/园-椭圆-园4.2型钢生产的一般概念钢材品种规格：轧制钢材的断面形状和尺寸总称。‰4.2.1型钢定义全长具有一定断面形状和尺寸的实心钢材称为型钢。(Hot/Cold-Rolledbars/sections)简单断面型钢：圆钢、方钢、扁钢、角钢、六角钢、多边形钢等；复杂断面型钢：槽钢、工字钢、H型钢、钢轨等。•型钢的轧制方法：在轧辊上加工出轧槽，把两个或两个以上轧辊的轧槽对应装配起来，形成孔型。轧制时，轧件通过一系列孔型，一般断面积由大变小，长度由短变长，以达到所要求的形状和尺寸。4.2型钢生产的一般概念‰4.2.2型钢生产的特点(1)总的延伸率大，轧件温降快，头尾温差大，轧制速度高。(2)机架多、分工细，产品比较单一、轧机专业程度高。(3)高速无扭转轧机具有特殊的孔型系统。4.2型钢生产的一般概念（1）品种规格多型钢品种与规格目前已达万个以上，轧辊储备量大，换辊较频繁，管理工作比较复杂。（2）断面形状差异大大多数是复杂断面型材，不仅断面形状复杂，而且互相之间断面形状差异很大。4.2.2型钢生产的特点（3）断面形状复杂在轧制过程中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；断面各分支部分接触轧辊和变形的非同时性；断面各处温度不均匀，而产生轧后冷却收缩不均匀，造成轧件弯曲和扭转；工具磨损也不均匀，轧件尺寸难以精确计算；轧机调整、导卫装置设计、安装复杂。4.2.2型钢生产的特点（4）轧机结构和轧机布置形式多种多样¾在结构型式上：二辊式轧机、三辊式轧机、四辊万能轧机、多辊孔型轧机、Y型轧机、45º轧机和悬臂式轧机等。¾在轧机布置形式上：横列式、顺列式、棋盘式、半连续式及连续式布置等。4.2.2型钢生产的特点‰品种多样化:‰尺寸精密化:‰表面无疵化:‰性能高级化:4.2.3热轧型钢生产的发展趋势‰按生产方法分：①热轧、热挤压、热锻等热加工型钢；②冷弯、冷拔等冷加工型钢。现今生产型钢的主要方法是热轧。占热轧钢材总产量的23％～44％。因为热轧具有生产规模大、生产效率高、能量消耗少和生产成本低等优点。4.3型钢的品种及分类™按断面形状分：①简单断面型钢—圆钢方钢扁钢角钢六角钢；②复杂断面型钢—槽钢工字钢钢轨窗框钢；③特殊断面型钢—轮辋型钢、挡圈型钢等。™①的特点：过其横断面周边上任意点做切线一般不交于断面之中4.3型钢的品种及分类4.3型钢的品种及分类图4-1简单断面型钢4.3型钢的品种及分类图4-2复杂断面型钢„按用途分类铁路用型材(钢轨、鱼尾板、道岔用轨、车轮轮箍)汽车用型材(轮辆、轮胎挡圈和锁圈)造船用型材(L型钢、球扁钢、Z字钢、T型钢、船用窗框钢)结构和建筑用型材(H型钢、工字钢、槽钢、角钢、T型钢、螺纹钢筋、吊车钢轨、窗框型材、钢桩等)矿山用型材(U型钢、π型钢、槽帮钢、矿用工字钢、刮板钢)以及机械制造用异型材等。4.3型钢的品种及分类‰按断面尺寸大小分：①大型；②中型；③小型。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。另外还有用单重（kg/m）来区分的方法。一般认为，单重在5kg/m以下的是小型材，单重在5～20kg/m的是中型材，单重超过20kg/m的是大型材。4.3型钢的品种及分类H型钢是由工字钢优化发展而成的，是一种经济型断面建筑用钢材，因其断面形状与英文字母“H”相似，故称为“Ｈ型钢”。热轧H型钢是内外翼缘互相平行且截面为H形的型钢，又称宽平行工字钢或宽缘钢梁，具有平行的腿部，具有断面金属分配合理、重量轻而截面模数大、便于拼装组合等特点。H型钢采用万能法轧制，依据截面高度比不同可分为宽翼缘H型钢（HW）、中翼缘H型钢（HM）、窄翼缘H型钢（HN）。宽翼缘H型钢适用与柱、桩等受压构件，窄翼缘H型钢适用与梁等受弯构件。H型钢定义及分类H型钢定义及分类产品特点热轧Ｈ型钢是高效节约材，绿色环保型经济断面型钢，是现代钢结构的基础材料之一。发达国家热轧Ｈ型钢占钢材总消费量4～8％，而我国1998年以前市场基本空白，2006年国内消费量达到近600万吨，也仅为1.2％左右，从世界发展趋势看，市场潜力巨大。与工字钢相比，相同重量下增加承重15～30％，方便工程安装。与焊接Ｈ型钢相比，减少焊接过程中的人工、能源及材料消耗，避免产品因焊接而产生的缺陷。热轧H型钢工字钢焊接H型钢产品主要用途Ｈ型钢的用途非常广泛，主要作建筑结构的柱子和梁材。可用于桥梁、涵洞、隧道、厂房，尤其是热加工厂的厂房、车辆、船舰、机械结构、地震多发地区的住宅等等。国内冶金行业中，武钢和宝钢的轧板厂厂房结构都是采用的Ｈ型钢珩架，没有轧制产品，就采用焊接Ｈ型钢代替。用量各国的用量根据不同的国情有较大的区别，但总的来说，占钢材总产量的４～５％。其中日本的用量最大。‰系列牌号+高度×宽度×腹板厚度×翼缘厚度+产品标准+钢牌号及技术条件标准HW350×350×12×19-GB/T11263-2005/Q235-GB/T700-1988系列牌号+公称高度×公称宽度×理论重量+产品标准+钢牌号及技术条件标准HW350×350×137-GB/T11263-2005/Q235-GB/T700-1988H型钢牌号表示H型钢高频焊接H型钢圆钢：圆钢φ16(×12000)-2-GB702-86/40Cr-GB3077-9940Cr合金结构钢、直径16mm热轧圆钢，第2组精度。方钢：方钢60(×12000)-3-GB702-86/45-GB699-199945优质碳素结构钢、边长60mm热轧方钢，第3组精度。六角钢：六角钢50(×12000)-GB705-89/45-GB699-199945优质碳素结构钢，对边距离50mm六角钢。圆钢方钢六角钢牌号表示圆钢方钢八角钢：八角钢42(×12000)-GB705-89/45-GB699-199945优质碳素结构钢，对边距离42mm八角钢。扁钢：扁钢10×50(×12000)-GB704-88/45-GB699—199945优质碳素结构钢，厚度10mm、宽度50mm热轧扁钢，定尺长12000mm。八角钢扁钢牌号表示扁钢角钢：等边角钢L边宽×边厚不等边角钢L长边宽×短边宽×边厚槽钢：“[”和号数（No5-40，即高度为50-400mm）工字钢：“I”和号数(代表截面高度厘米数，No10，即为100mm高)角钢槽钢工字钢牌号表示4.4.1生产工艺流程与车间平面布置4.4热轧型钢生产工艺a-简单断面型钢；b-复杂断面型钢4.4.1生产工艺流程与车间平面布置4.4热轧型钢生产工艺4.4.1生产工艺流程与车间平面布置4.4热轧型钢生产工艺H型钢生产工艺流程1.坯料及轧前准备坯料准备包括表面缺陷的清理，表面氧化铁皮去除和坯料预先热处理等；缺陷的清理：裂纹、结疤、表面气孔、皮下气泡；（表面的）偏析、气泡、缩孔、疏松、内部裂纹、非金属夹杂；（内部的）清理手段：火焰清理、电弧清理、风铲清理、砂轮研磨清理…4.4.2热轧型钢生产工艺2.钢坯加热是热轧生产工艺