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东北大学硕士学位论文 摘要 特殊钢轧制过程力学性能预报 摘要 在长型材生产过程中，影响最终产品质量和力学性能的因素很多，采 用计算机对特钢型材生产过程进行模拟，可以分析现场出现的问题，制定 出解决办法，这对优化钢材生产工艺有着重要意义。 本文从目前整个特钢行业的国际环境、国内环境、市场性能要求、我 国特钢行业现状角度分析了进行力学性能预报的必要性。 提出了利用初始化学成分和生产工艺参数组成预测特钢型材产品力学 性能的b p 神经网络模型，通过生产过程中的实际数据的训练，实现了对 型材力学性能的离线预测，预测模型适应性好，预测精度高。 关键同：特殊钢力学性能模型预测b p 神经网络 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t m e c h a n i c a l p r o p e r t y p r e d i c t i o no f s p e c i a ls t e e l i nr o l l i n gp r o c e s s a b s t r a c t t h e r ea r e m a n y f a c t o r sa f f e c tt h ef i n a lp r o d u c t i o nq u a l i t ya n d m e c h a n i c a l p r o p e r t y i nl o n gs e c t i o n p r o d u c t i o np r o c e s s t h ep r o b l e m si np r o d u c t i o np r o c e s sf o rs p e c i a ls t e e l c a nb ed i s c u s s e da n dm e a s u r e m e n tc a bb e g i v e nb yc o m p u t e rs i m u l a t i o n r e s u l t s a l lo f t h e s ew i l lh a v e g r e a ts i g n i f i c a n c ef o ro p t i m i z a t i o no f p r o d u c t i o np r o c e s s i nt h i sp a p e r ，t h en e c e s s i t yo f m i c r o s t r u c t u r ea n d m e c h a n i c a l p r o p e r t yp r e d i c t i o n f o rs p e c i a ls t e e li ss h o w n b ya n a l y s i so fi n t e r n a t i o n a la n dd e m a s t i ce n v i r o n m e n ta t p r e s e n t ，p r o p e r t yr e q u e s ti nt h em a r k e ta n dp r e s e n t p r o f e s s i o nc o n d i t i o ni nc h i n a i nt h i sp a p e r , t h eb p n e r v en e t w o r km o d e l sa r ep r o v i d e dt op r e d i c tt h em e c h a n i c a l p r o p e a i e so fl o n gs e c t i o nf o rs p e c i a ls t e e lw i t hi n i t i a lc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n d t e c h n i c a lp a r a m e t e r si np r o d u c t i o nl i n e t h eo f f - l i n ep r e d i c t i o no f l o n g s e c t i o n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa l er e a l i z e db y t r a i n n i n ga c t u a lp r o d u c t i o nd a t a t h er e s u l t s s h o w st h a tt h e p r e d i c t i o nm o d e lh a v eg o o da d a p b i l i t ya n dh i g h a c c u r a c y k e y w o r d s ：s p e c i a ls t e e l ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y ，m o d e l ，p r e d i c t i o n ，b pn e r v en e t w o r k 东北大学硕士学位论文声明 声明 本人声明所呈交的学位论文是在两位导师的指导下完成的。论文 中所取得的研究成果除标明出处和致谢的地方外，不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果。本论文是针对本钢( 集团) 特殊钢有限责 任公司所生产的大规格型材所做的性能预报论文，不适用于其他规格 的产品。与我共同工作的同志对本研究所做的贡献均在论文中作出明 确说明并表示谢意。 本人躲张则 日期：2 0 0 3 年学月g 日 查! ! 奎兰堡主兰垡笙奎 墨二兰塑堡 1 1 特殊钢生产情况 第一章概论 二十一世纪是中国经济转轨的重要历史时期。随着中国加入w t o ，市场更 加开放，我国附加值较高的特殊钢己成为国际竞争的焦点。“入世”对我国特钢 产生的巨大影响，不单单是“狼来了”，特钢行业竞争将更加激烈，更大的影响 是对中国特钢提升竞争力、向世界先进水平快速发展的极大促进。 1 1 1 特钢行业的装备水平现状 1 ) 高炉 特钢行业现有高炉的企业为太钢和新余钢铁公司，共有7 座，总容积为 4 6 7 6 m 3 设计能力为2 3 8 4 万t 年，1 9 9 8 年实际生产量3 1 3 7 万t 超过设计能力 1 1 2 【l 】。 2 ) 炼钢设备总能力 炼钢设备总能力为1 5 5 6 8 万t ，2 0 0 2 年1 1 1 年实际钢产量为1 8 5 8 4 万t ，高 于设计能力1 9 1 2 。种种炼钢设备生产能力见表1 1 ( 2 0 0 2 年统计) 。 表1 1 特殊钢炼钢设备生产能力 t a b l e 1 1p r o d u c t i o n c a p a c i t y o f s t e e lm a k i n g e q u i p m e n t f o rs p e c i a ls t e e l 容量设计能力实际产钢量 名称数是座备注 n 1 一万t? 页t 转炉1 53 8 74 0 3 84 6 0超过设计能力1 3 9 2 电弧炉1 0 41 1 5 31 4 0 1 6超过设计能力2 1 ，8 2 3 ) 连铸 j ：坚叁。兰竺! ：二兰生堡苎 兰二兰塑垒 全行业共有各种连铸( 弧形、水平) 设备3 6 条线，年设计能力7 8 7 5 万t ， 1 9 9 8 年实际连铸坯已达到7 l l 万t 。 太钢、上钢五厂、上钢三厂、新余钢铁公司等普特结合的企业共7 家，共生 产连铸坯6 4 4 万t ，连铸比达到6 8 5 1 。重点特钢只有抚l 嘎钢厂、大冶钢厂、长 城钢厂、重庆特钢、西宁钢厂、陕西钢厂等6 家有连铸机，连铸坯只有1 4 8 万 t ，连铸比只有3 9 1 。天津钢管公司、衡阳钢管公司连铸比达到1 0 0 。 4 ) 加工设备 ( 1 ) 型材轧机能力：6 5 0 以上的大、中型轧机7 6 台( 套) ，年设计能力 7 7 3 万t ，2 0 0 2 年1 - 1 1 月型材产量6 6 3 9 万t 。 ( 2 ) 线材轧机：1 2 台( 套) ，年设计能力1 4 1 万t ，实际1 9 2 4 万t ，大大 的超过生产能力。 ( 3 ) 板材，包括舞阳钢铁公司中厚板轧机共3 1 台( 套) ，设计能力3 8 5 万 t ，实际5 2 0 万t 。 ( 4 ) 带钢轧机3 0 台( 组) 。设计能力3 4 万t ，实际2 4 7 万t 。 ( 5 ) 钢管轧机( 指轧管机组) 1 1 台( 套) ，设计能力1 5 5 2 万t ，实际产量 1 9 8 万t 。 6 ) 锻压设备( 包括快、精锻和水压机) 4 7 台，设计能力4 9 万t ，实际能 力4 3 6 万t 。 ( 7 ) 拔丝机：2 8 0 台( 组) ，设计能力5 7 3 万t 年，重点在大连钢厂、首 钢特钢、陕西钢厂。 从钢材加工手段看，设备比较全，除几条连轧线外，设备水平较低，精度较 差，消耗也较高。6 5 0 以上的开坯轧机共2 1 台( 套) ，能力5 8 9 2 万t ，加连铸坯 共计供坯能力可达1 3 7 6 8 万t 年。成材轧机能力达到1 5 3 8 万t 年。 1 1 2 特钢的生产形势 东北大学硕士学位论文第一章概论 全国共有3 1 家特殊钢企业 2 】，主要为机械制造行业提供所需的原料( 毛 坯) 、半成品( 经过简单加工即被用作机械零件) 。这样的生产水平是远远满足 不了市场需求和竞争需求的。由于计划经济的原因，整个特钢行业产品标准不 高、设备简陋、技术落后、产品质量不稳定、消耗高，这是制约特殊钢发展的主 要障碍，使得特钢行业曾经一度处于颓势。即使今天，在市场需求强劲的带动 卜，仍处于冶金行业的低谷。而在今后的时间里，整个特钥行业不作出很大的改 革，是不能适应将来日益苛刻的市场要求的。 本钢( 集团) 特殊钢有限责任公司在中国钢铁的发展史上起到过特殊的历史 作用【3 】，他始建于是1 9 3 3 年。建国后，特钢公司不断发展壮大，成为国家重点特 殊钢生产基地之一。为我国军工事业的发展和高精尖科研和军工产品的研制作出 了应有的贡献。由于市场和历史的原因，本钢( 集团) 特殊钢有限责任公司曾经 一度处于低迷，而今天我们通过结构调整、技术改造、质量升级等一系列的措 施，使他走向强盛、走向辉煌。到2 0 0 2 年底，本钢( 集团) 特殊钢有限责任公 司已发展成年产钢4 l 万t ( 其中电炉钢3 0 万t ，转炉钢1 1 万t ) ，钢材3 5 万t ( 其中优质特钢2 7 万t ) ，年销售额1 5 亿元人民币的特钢企业。他是本钢集团中 唯一生产特种钢材大规格型材的生产企业。 l l 。3 特钢的市场环境 1 ) 特钢的供需态势 工业发达国家的发展实践表明，当钢的人均需求量逐渐减少时，合金钢的 人均需求量却在不断增长。目前工业发达国家的合金钢材占其钢材总量比例为 1 0 - 1 5 ，其中德国为1 9 1 ，日本1 8 5 ，意大利1 5 6 ，而中国仅占3 - 4 。本世 纪是中国由钢铁大国向钢铁强国转化的关键时期，随着中国“入世”，国内高新技 术产业发展速度的加快，合金钢将有较大的发展空间。而“入世”后，由于中国 的廉价劳动力，劳动力密集型企业即机械制造业纷纷转向中国，这就使得优质合 金钢的需求上涨成为可能的事情。 国际市场 尔北大学硕十学位论文第一章概论 有关资料显示，世界特殊钢市场容量随着高新技术产业的发展正在不断扩 大，当前世界特殊钢材的年贸易量己达1 4 0 0 多万t 。钢铁强国均瞄准了各类高附 加值特殊钢产品的市场，加强了产品的研究和开发。2 0 0 0 年日本特殊钢的产量约 为1 8 0 0 万t ( 其中电炉钢约6 0 0 万t ，占3 3 ：转炉冶炼的特殊钢约1 2 0 0 万t ， 占6 6 6 7 ) ，特殊钢材产量为1 5 8 0 万t ，在钢铁产品竞争十分激烈的环境下，日 本特殊钢材的年出口量仍维持在4 0 0 4 5 0 万t ，占世界特殊钢市场份额约3 0 ( 居 第一位) ；其它如德国、法国、瑞典、比利时、英国也都以占领国际市场为目 标，这5 个国家在国际市场共占有6 0 份额( 其中德国占2 0 ，法国占1 2 ，瑞 典占1 1 ，比利时一卢森堡占9 ，英国占8 ) 。相比之下，我国的特殊钢基本 上是国内市场，出1 3 量仅占总量的2 左右，出口品种大多是优碳钢、合结钢等 一般特钢材。 国内市场 按中国特钢企业协会汇总资料：2 0 0 2 年1 1 1 月份全国特殊钢材的生产量约 1 2 5 8 万t ( 不包括一般碳结钢) ，其中合金钢材为4 0 3 7 7 万t ，分别占全国钢材 总量的5 5 和3 1 。 从钢种看：今年碳素弹簧钢、合金结构钢、合金弹簧钢、轴承钢、镍不锈 钢、精密合金及硅钢等，材的产量均有较大增长。其中：2 0 0 2 年1 1 1 月全国合 金结构钢产量为4 0 3 7 7 万t 【3 】( 增幅约2 7 6 6 ) ，这就使得合金结构钢价格已经降 到很低的水平：轴承钢近几年来持续大幅增长，全国轴承钢材的产量为9 6 5 8 万t ( 增幅约7 1 6 ) ，己达国内市场容量，致使轴承钢材价位已跌至很低水平；镍 不锈钢材的产量为3 7 万t ( 增幅约2 4 8 8 ) ，但是仍远远不能满足国内需求的增 长。 从品种看：据特钢协会对系统内的统计，2 0 0 2 年1 - 11 月优特钢型材( 棒、 线) 的产量约为6 2 0 万t ( 约占全行业总产量的6 9 0 , 0 ) ，板、管、丝、带、锻件 的合计产量约2 6 0 万t ( 约占全行业总产量的3 l ) 。 目前，国内特钢就总量而言，供需大体平衡。其中：一般通用特钢产品己供 大于求；而高附加值的特钢仍不能满足市场需求( 产能不足，或品种质量、性能 4 东北人学硕士学位论文 第一章概论 达不到用户需求) ，这部分特殊钢材“九五”期间的年需求量约2 5 0 万t ( 其中 年进口约1 2 0 1 5 0 万t ) ；据有关部门初步预测：“十五”期间( 2 0 0 5 年) 全国 特钢材需求量约1 0 0 0 万t ( 不含一般碳结钢) ，其中合金钢材约为8 0 0 万t ，而 合金钢中高附加值产品的年需求量将达3 0 0 3 5 0 万t ( 未含板材) 。 2 ) 特钢世贸环境 中国加入w t o 后，钢铁工业成为第一个全面开放的行业，“两个市场”、 “两种资源”的一体化，使国内特钢经营环境的变数更多，竞争更为复杂、激 烈。突出表现在以下三个方面： 国内特钢面临晟大的变数和竞争，来自于国外“洋货”的进口冲击。尤其 是上述提到的特钢高附加值产品，国内虽有较大的潜在市场需求和缺口，但就全 球范围来讲，生产能力也己过剩，入世后，必将成为国外强手重点争夺目标。国 内特钢市场能否稳定运行、有效化解进口冲击，主要取决于国内企业提高技术能 力、调整结构的进展程度。 国内特钢面临“两个市场”的双向压力。价格竞争将更加激烈。业内人士认 为：受全球特钢资源过剩影响，钢材价格被迫在低位运行，国内特钢价格也受一 定影响。入世后，“以更低的生产成本，提供质优的产品”必然成为特钢竞争的 根本出发点。 国内特钢面临品种、质量、价格、服务以及交货期等全方位的挑战。由于入 世后，将有更多的世界级品牌涌入中国市场，为此，企业的竞争也将是品牌之 争。正如国际著名营销大师科特勒先生所讲：未来中国市场运作的主导趋势是 “一流企业做品牌、定规则( 如：微软、i b m 等) ；二流企业做产品、忙推 销”。 3 ) “入世”对策 2 0 0 1 年1 2 月1 1 日中国己正式成为世贸成员。面对市场全球化带来的挑战 和特钢更激烈的竞争，尤其是更高的质量要求，作为国内特钢长型材主要生产企 业，本溪钢铁( 集团) 特殊钢有限责任公司遵循“发展是硬道理”的指导思想， 东北大学硕士学位论文第一章概论 充分把握2 1 世纪的前1 0 年，尤其是“十五”期间( “入世”的过渡时期) ，以 提升企业的自我发展能力以及核心竞争力为突破口，采取以下基本对策。 调整产品结构，发展高质量产品 按国家“淘汰落后产能”、“限制长线、增产短线”的总量调控原则，加快 采用高新技术改造落后工艺装备，挖掘潜能，提高新产品、新材料科研开发能 力，大力发展高技术含量、高附加值、高品质的特钢产品，如本特生产的汽轮机 叶片钢、汽车齿轮钢、轴承钢，在市场上有很大的影响力。有效压缩低档次的 “大路货”产量，如削减一般碳结钢、商品坯的产量，从根本上解决总量过剩与 结构不合理的矛盾，以实现特殊钢产品的跨跃式发展。 调整工艺结构，确立产品优势 立足2 1 世纪凸显的主流竞争一品牌与生产成本的热点，以管理创新、技术 创新为核心，优化工艺结构，改造传统流程；全面实施精品战略和低成本运行的 双重战略，兼容并蓄形成特钢高品质、低消耗的产品优势。2 0 0 2 年全年本特生产 的齿轮用钢，因其质量过硬，生产量在8 万t 左右，市场占有率在1 0 以上，尤 其是重型汽车用齿轮毛坯在市场上占有相当大的比重。而且，今年在几家重型汽 车企业的质量评比活动中，本特均获得了很高的评价，获得了东风汽车公司的 “金钥匙”奖。目前，全国只有本特一家可以供铁道部机车用轴坯j z 钢坯料， 因为质量稳定，正在争取车辆用轴坯l z 钢坯料的生产许可。 调整产业结构，开发深加工制品 参照国外特钢经营模式，通过钢材延伸加工和制品化，开发精加工、接近用 户使用形状或使用性能的“近终型”产品，以及金属制品。进一步提高产品的技 术含量和附加值，扩大钢材市场的销售通道。 建设可持续发展的特钢精品基地 根据国家可持续发展的战略布署，在特钢精品基地建设中，要积极开发资源 节约化( 节约能源、发展节约合金元素的合金钢) 、废钢资源化、环境无害化的 先进合金钢及其“绿色”新工艺，只有真正地做到企业与自然的和谐相处，可持 续发展才有可实现的基础。本钢( 集团) 特殊钢有限责任公司准备在“十一五” 期间，增加电炉兑铁水工艺，提高钢质量的同时，又提高了产量。上一套小方坯 东北人学硕士学位论文第一章概论 连铸机，相应的改造6 5 0 分j ，建一套半连轧线。彻底发挥8 0 0 分厂6 5 0 连轧机 产大规格材的优势，使整个特钢工艺流程更加趋于合理，产能更高。同时，随着 钢材表面质量的提高，抛丸工艺应用，本钢特钢可以取消对环境污染严重的酸洗 工序，实现了本特的可持续发展。 1 1 4 市场对特殊钢材性能的要求 所谓特殊钢，一般指那些成分、组织、生产工艺特殊，具有特殊物理、化学 及工艺性能的钢。特殊钢主要分以下几类：优质碳素结构钢、碳素工具钢、合金 结构钢、弹簧钢、轴承钢、合会工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢、易切削 钢、低合金钢、电工钢、高温合金、精密合金。而这些钢在军工、航天、原子 能、机械、船舶、石油、化工、能源、轻工等工业部门以及人们的生产用品方面 都有应用。 市场对钢材性能要求有以下几个方面： 1 ) 表面质量要求高。不准存在肉眼可见的结疤、折迭、瑕纹、耳子、划 伤。这就要求轧制设备状态良好。 2 ) 尺寸精度要求高。一般都要求尺寸公差为正偏差或负偏差，均严于标 准。这需要轧机要有很高的刚度，设备控制自动化程度高。 3 ) 化学成分波动范围小。钢中主要元素如碳的波动在0 0 5 左右：而常规有 害元素如硫、磷和脱氧元素铝含量的波动范围更小，一般在0 0 1 0 0 0 3 0 以 下。这就对冶炼提出了更高的要求，水平要高，质量也要高。 4 ) 力学性能要求高。力学性能要求项目见表l ，2 。这部分对非调质钢主要是 要求生产设备具有很强的控制轧制、控制冷却能力。 表1 2 力学性能项目表 t a b l e 1 2i t e ml i s to f m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s f 项目肮拉强度ob屈服强度o 。延伸6s 面缩1 l ，冲击功a k表面硬度h b l 单位n r a m 2n m m 2 jh b 东北大学硕士学1 1 1 7 ：论文 第一章概论 5 ) 淬透性的波动。这部分主要对汽车用齿轮钢而言，淬透性波动范围由原 来的1 1 1 2 个h r c 变为现在的6 8 个h r c 的窄带内波动。这要求技术系统要 有很强的淬透性能预测能力。 6 ) 低倍组织缺陷。低倍试片上不得出现白点、气泡、裂纹、缩孔。疏松、 偏析不得高于3 0 级，有的要求不得高于2 0 级。这要求冶炼设备要具备很强的去 气能力、要严格控制浇注温度、速度。 7 ) 高倍组织缺陷。 a 、晶粒度。一般齿轮钢均要求晶粒度不粗于5 或6 级。要求冶炼时钢中有 一一定残余铝量，轧制时要进行控制轧制、控制冷却，对钢材进行热处理和合金 化。 b 、带状组织。一般钢种均要求带状3 级，而齿轮钢要求2 级或1 级。这 就要求轧制原料( 锭、坯) 不能有严重的偏析，控制轧制温度。 c 、非金属夹杂物。一般地，夹杂物按形态分四种类型：a 类一硫化物类 型，均要求3 级；b 类一氧化铝类型，均要求3 级；c 类一硅酸盐类型，均要 求1 级：d 类一球状氧化物类型，均要求1 级。齿轮钢对夹杂物有严格的要求 a 、b 2 0 ，c 、d 1 0 。这要求冶炼要具备较强的精炼能力，充分去除夹杂。 8 ) 气体含量。一般结构钢对气体含量不作要求，而菡轮钢均要求气体 o 】含 量一 ，5 m m 锻制钜形扇钢 4 0 8 0 6 0 1 8 0 本钢特钢生产的带表性齿轮钢s c m 8 2 2 h ( 2 2 c r m o ) 钢1 3 0 衄钢材生产工艺流 程如图2 2 。 匿 堰 七丑哩哥i 晒 莲矗三r _ l 图2 2s c m 8 2 2 h 钢 - 1 3 0 m m 钢材生产工艺流程 f i g 2 2f l o w c h a r t o f p r o d u c t i o n p r o c e s s o f 毋1 3 0 m m f o r s c m 8 2 2 h s t e e l ( 1 ) s c m 8 2 2 h 钢技术条件： s c m 8 2 2 h 是引用日本j i sg 4 0 5 2 ( 1 9 7 9 ) 保证淬透性结构钢( h 钢) 标准中c r m o 系齿轮钢。日本标准j i sg 4 0 5 2 ( 1 9 7 9 ) q a 对成分要求见下表。在被国内汽车厂家引用 之后，为适应自己产品的整体要求，对原标准中的个别成分进行加严，具体变化见表 2 3 ( a ) 、( b ) 、( c ) ： 1 r 东北大学硕士学位论文第二章特殊钢生产工艺流程及设备 表2 3 化学成分 t a b l e 2 3 ( a ) c h e m i c a lc o m p o s i t i o n 化学成分 慨 标准号 cs im nc rn ip 、sc u 【0 1 m o 一汽本新2 2 - 9 81 9 2 51 7 3 7 5 5 一9 08 5 - 1 2 52 50 3 2 0 2 0 p p m 3 5 - 4 5 东风本新2 5 - 0 01 9 - 2 51 7 3 75 5 - 9 08 5 - 1 2 52 50 32 0 2 0 p p m 3 5 4 5 双骏本新5 0 0 01 9 - 2 51 7 3 75 5 - 9 08 5 一1 2 52 50 32 0 2 0 p p m 3 5 - 4 5 苏嘉本新1 6 - 0 11 9 - 2 5 1 7 _ 3 75 5 - 9 08 5 一1 2 5 2 50 32 0 2 0 p p m 3 5 - 4 5 株齿本新3 6 0 11 9 - 2 51 7 、3 75 5 9 08 5 一1 2 52 50 32 0 2 0 p p m 3 5 - 4 5 引用标准 日本 j i sg 4 0 5 219 2 51 5 3 55 5 9 08 5 - 1 2 s 2 50 33 0 不要求 3 5 4 5 注：钢的化学成分偏差要符合标准g b 2 2 2 - - 8 4 钢的化学成分分析用试样及成品化学 成分允许偏差之规定。 表2 3 ( 8 ) 力学性能 t a b l e 2 3 ( b ) m e c h a n i c a lp r o p e r t y 力学性能 收货单位标准号 试样热处理办法 6b a k 一汽本新2 2 9 8不要求 东风本新2 s 0 09 2 5 。c 正火、9 5 0 - - 9 0 0 c 油冷、1 5 0 - - 2 0 0 c 回火1 0 3 04 7 双骏本新5 0 - 0 0不要求 苏嘉本新1 6 - 0 1 9 2 5 c 正火、8 5 0 - - 9 0 0 ( 2 油冷、1 5 0 - - 2 0 0 ( 2 回火 1 0 3 04 7 株齿本新3 6 0 1不要求 定。 c 、低倍组织： 低倍组织要符合标准g b 5 2 1 6 - - 8 5 保证淬透性结构钢技术条件之表5 规定规 表2 3 ( c ) 低倍组织 t a b l e 2 3 ( c ) l o wp o w e r m i c r o s t r u c t u r e 一般疏松中心疏松偏析 组织 不大于 优质钢333 【高级优质钢22 2 5 d 、交货状态： 东北大学硕士学位论文第二章特殊钢生产工艺流程及设备 钢材应以热轧状态交货。但以上五个用户均采用下料段加热后进行热顶锻方法生 产齿轮毛坯、内旋压冲孔、车铣成成品齿轮。所以钢材实际是要求热顶锻状态交货， 表面要求不能出现肉眼可见的瑕、裂纹，内部应不出现低倍缺陷，尤其对夹杂物水平 级别要求要低，以防止锻造开裂及内部夹灰。 e 、末端淬透性见表表2 3 ( d ) 。 表2 3 ( d ) 未端淬透性 t a b l e 2 3 ( d ) e n dh a r d n e s s a b i l i t y 末端淬透性( j 1 ，) h r c 收货单位标准号 试样热处理办法i 组规格j l si i 组规格j 1 5 长春一汽本新2 2 9 89 2 5 c 正火、9 2 5 c 端淬击9 0 1 1 53 6 - 4 2d1 3 0 1 5 0 3 4 - 4 0 二汽东风本新2 5 0 09 2 5 正火、9 2 5 端淬西8 5 9 53 4 4 1 d1 3 0 1 6 03 0 3 7 武汉双骏本新5 0 0 09 2 5 正火、9 2 5 端淬6 9 0 1 1 53 6 4 21 3 0 1 6 03 5 - 4 1 十堰苏嘉本新1 6 - 0 19 2 5 c 正火、9 2 5 c 端淬串8 5 9 53 4 4 1 5 6 1 3 0 1 6 0 3 0 - 3 7 株洲齿轮本新3 6 o l9 2 5 c 正火、9 2 5 ( 2 端淬两8 0 9 53 4 - 4 l莎1 0 0 1 6 0 3 0 3 7 注：要求淬透性值的离散度不大于4 h r c 。 f 、带状： 带状组织按g b t 1 3 2 9 9 - - 9 1 钢的显微组织评定方法检验应2 级。 g 、晶粒度： 钢的奥氏体晶粒度按y b t 5 1 4 8 - - 9 3 金属平均晶粒度测定方法检验应细于5 级。因本钢种用作渗碳齿轮钢，所以采用渗碳法检验。 ( 2 ) s c m 8 2 2 h 钢生产工艺技术规程： a 、s c m 8 2 2 h 钢冶炼工艺规程： s c m 8 2 2 h 钢用于制作渗碳齿轮，要求具有窄的淬透性带高的纯净度、均匀细晶粒 和轻微的带状组织偏析。冶炼中要准确控制化学成分，严格执行脱氧工艺，控制用铝 量，保证浇注质量。 - 工艺路线：e b t + l f 控制成分见表2 3 ( e ) 。 东北大学硕士学位论文第二章特殊钢生产工艺流程及设备 表2 3 ( e ) 控制成分 t a b l e 2 3 ( e ) c h e m i c a lc o m p o s i t i o nc o n t r o l 分 0 2 1o 2 2o 2 30 2 4o 2 5 技术标准 组m n + c r + 0 2 n i + w + m o ( ) i2 5 02 4 5 本新2 2 9 8 、5 0 o o i i 2 4 82 4 42 3 7 本新2 5 - o o 、1 6 2 0 0 1 i2 4 82 4 42 3 7 本新3 6 2 0 0 1i i2 _ 3 62 3 l2 2 6 注：1 、表中第一行中成分为“c ”的数值。 2 、m n + c r + 0 2 n i + w + m o 允许有o 0 3 5 的偏差，各成分在满足标准的前提 下，必须按上表控制成分要求控制成品成分。 温度制度见表2 3 ( f ) 。 。 表2 ：3 ( f ) 温度制度 t a b l e 2 3 ( f ) t e m p c r a t t n es c h e d u l e l 工序氧化 e b t 出钢虹f 第二次全分析 吊包开注 i 温度，1 6 5 0 i6 0 0 k g 1 5 7 0 1 5 8 0 6 0 0 k g 1 5 6 0 1 5 7 0 1 5 8 01 6 7 0”一”i3 a 6 t1 5 6 0 1 5 7 03 1 6 t 1 5 5 0 1 5 6 0 _ 配料 用生铁配碳，配碳量c 0 7 0 ，生铁+ 返回钢大于3 0 。 _ 冶炼条件 炉体第四次、钢包第二次并且状况良好才可安排生产。 一e b t 操作要点 氧化：采用矿石、氧气综合氧化，要求矿石成批加入，用量大于2 0 0 k g 炉， 做到全熔池沸腾。脱碳量 1 0 2 5 。 出钢条件：p o 0 1 5 ，s o 0 7 0 ，残余元素符合要求。 预脱氧：加f e a l2 5 k g t 。 + 合金化：出钢l 4 到l 3 时，依次加入f e a l 、增c 剂、铁合金和渣料， 增c 剂和铁台佥按规格下限加入。其中m n 应留有加m n - n 的余量。 - l f 操作要点 脱氧工艺：执行脱氧工艺二，渣白取全分析。 氩气控制：o 3 - 0 4 m p a 。 东北大学硕士学位论文第二章特殊钢生产工艺流程及设备 成分调整：第一次全分析后按下限调整合金成分，并按计算量加入n 量o 0 0 5 的m n - n ，第二次全分析报回后按控制成分调整最终成分。 终脱氧；喂刖线o 5 k 鲈。喂c a - s i 线0 s k i t 。 静吹氩：终脱氧后停电静吹氩大于1 0 分钟，氩气压力调整至0 2 。0 3 m p a ( 以不 破坏渣面为宜) 。 一浇注操作要点 锭型：6 0 0 k g 、6 8 0 k g 、3 1 6 t 。 钢锭冷却方式：6 0 0 k g 、6 8 0 k g 钢锭缓冷；3 1 6 t 钢锭热送，按热送工艺执行。 b 、s c m 8 2 2 h 钢加工工艺规程 钢锭热送 钢锭第二盘注完8 0 分钟动锭。3 0 分钟之内入保温车，8 0 0 分厂从钢锭第二盘铸完 算起5 h 1 0 m i n 一5 h 4 0 m i n 开始装炉。2 0 分钟之内装完炉，传搁时间为5 5 h 一6 h 。 钢锭均热 s c m 8 2 2 h 钢按温装工艺曲线加热，采用温装工艺时保温车运到均热跨，钢锭装炉 温度为5 0 0 c 一6 0 0 。温度曲线见图2 - - 3 。 图2 f 3s c m 8 2 2 h 钢加热温度曲线 f i g 2 3 t e m p e r a t u r ec u r v eo fs c m 8 2 2 h _ s c m 8 2 2 h 钢轧制 用8 0 0 初轧机进行往复轧制开坯，生产连轧所需的预备方，经过切头切尾，进6 5 0 4 平立机架连轧，生产用户所需规格产品。 查! ! 奎兰堡主鲎竺笙兰 一钢材精整 第二章特殊钢生产工艺漉程及设备 钢材经保温4 8 h 后起保温，经矫直后抛丸或酸洗，上架子检查修磨表面。 包装、入库、上交 钢材经检验、检查人员确认合格后按商品化包装有关规定进行包装、入库、上 交。 2 2 特殊钢生产设备 本钢特殊钢是一个老的国有企业，设备水平与兄弟企业相比稍显落后一些，但以 国有大型企业本钢集团为依托，发挥普特联合的优势，在特殊钢行业中仍占有重要地 位。本钢特殊钢的主要设备见表2 4 。 表2 4 特殊钢主要设备及能力 t a b l e 2 4m a i n e q u i p m e n t s a n d c a p a c i t yf o rs p e c i a ls t e e l 生产 生产机械原材料产品规格 生产能力 分厂( 万t 年) 1 5 t 电炉2 台废钢、生铁、切头 6 0 0 k g 、6 s 0 k g 、6 4 0 k g 、9 s 0 k g 、 5 0 - - 6 0 一炼 1 4 4 5 k g 电渣炉7 个电极棒子1 o c 、1 5 t 、2 o t 、2 5 t 、3 o t 、5 ，o to 4 1 0 0 t 电炉两台 二炼l o t l f v o d 精炼炉废钢、生铁、切头 6 0 0 i ( g 、6 8 0 k g 、9 8 0 k g 、1 4 4 5 i c g 、 3 0 0 一套 3 1 6 t 、4 8 t d8 0 0 6 5 0 x 4 v h 3 1 6 t 、4 8 t 钢锭 d1 0 0 2 5 0 m m 、i - 1 9 5 2 8 0 m m 22 7 3 2 8 0 0 2 o t 、2 5 t 、3 0 t 、 8 0 - - 2 5 0 3 1 0 - - 5 6 0 m m 2 扁钢4 0 ( 予留)平立连轧机 5 o t 6 5 0苎6 5 0 3 横列轧机 6 0 0 l c g 、6 s 0 k g 锭 ：7 0 1 3 0 m m 、d 8 0 - 1 1 5 m m 2 2 1 0 - - 2 8 0 方坯2 0 - - 5 0 1 2 5 2 5 0 玎姗2 扁钢 1 7 台4 3 0 2 西3 0 0 3 j 8 0 1 2 0 m m 1 2西1 8 - - 6 5 m m 、d 2 0 - - 5 5 m m z 3 0 0 爹3 2 0 6 3 4 0 5 6 0 x 3 2 1 2 0 咖n 2 扁钢 8 毋4 0 1 0 i 芦3 0 0 x 5 1 6 m 方坯 i o t 、2 o t 、3 o t 、5 o l 6 0 0 k g 、6 8 0 k g 、 a6 5 - - 3 1 0 m m 、d 7 5 - - 2 2 0 m m 2 锻钢 9 8 0 k g 、1 4 4 5 k g 。2 0 8 0 x 6 0 一l 哪2 扁钢 3 蒸汽锤各一座 1 o t 、1 5 t 因为本论文主要预报的是8 0 0 生产的齿轮钢s c m 8 2 2 h 钢的力学性能，所以主要 说明与大规格齿轮钢有关的生产设备情况。 2 2 1 特殊钢冶炼设备 本钢特钢的冶炼设备除一炼的两台1 5 t 电炉外，主要是二炼分厂的两台3 0 t e b t 炉 和普特联合二钢的1 5 0 t l d 氧气顶吹转炉。 2 3 东北大学硕士学位论文第二章特殊钢生产工艺流程及设备 1 ) 二钢冶炼设备： l d 转炉：1 5 0 t 转炉，原料为本钢铁水加优质废钢。( 设备参数略) a h f 炉：化学升温装置( a l 或合金添加与钢液反应，提高收得) 。 l f + i r 炉：电升温+ 喷粉装置( 精炼，使s 化物球化) 。 r h t b 炉：真空循环脱气( 去气) 。 2 ) 二炼冶炼设备： a 、e b t 炉：3 0 t 初炼炉，偏心底电炉冶炼( 原料为本钢生铁+ 自购废钢) 。( 设备参 数见表2 5 ) b 、精炼设备： i l f 炉：4 0 t 精炼炉( 升温、合金化、去夹杂、脱氧、脱硫、调成份) 。 i i v o d 炉：4 0 t 真空炉( 利用真空降低【o 】分压来进行碳脱氧，并伴有氩气搅伴， 从而达到脱氧、脱氢和去夹杂的目的) 。 表2 5 偏心底出钢电弧炉设备参数 t a b l e 2 5p a r a m e t e r so f e b t e q u i p m e n t s 项目单位8 # 炉1 0 # 炉 公称容量 t3 03 0 变压器容量k v a 1 2 5 0 02 5 0 0 0 一次 v 3 5 0 0 03 5 0 0 0 电压 二次 v 最大3 4 0 最小生产2 04 3 6 2 8 6 一次 a2 0 6 24 2 l 一3 1 4 电流 二次a2 1 2 2 63 3 1 0 5 3 8 3 8 6 额定电流a2 1 2 2 6 电极直径 m m 0 ，即神经元输入加权总和超过某个阈值，那么第j 个神经元点火，状态为1 ；如果 s j 一 0 so ( 3 3 ) 对于m p 模型神经元，权值、埔可在( - - 1 ，+ 1 ) 区间连续取值。取负值表示抑制两 种神经元问的连接强度，正值表示加强。 b 图3 4 神经元传递函数形式 蹲3 4 晰廿b 缸矗m 血m d 诖b i m e u l 血 a _ 阈值型b - s 型c - 饿哦性型 东北大学硕士学位论文第- - _ 章人工神经网络理论 bs 型神经元 谴堤滞用的剥日圭续型柑嵫! 元模型，输出值是在靖籼围内遥测黼的。输入一输出 特性多采用指数、对数或双曲正切等s 型函数表示。 例如： m 2 f ( s j ) 2 寿 0 4 ) 或 州c 驴弘俐 b s ， 式中s o - - - - 常量。 s 型传递函数反映了神经元的非线性输出特性。 c 分段线性型神经元 神经元的输入一输出特性满足一定的区间线性关系，其输出可表达为： l 0 q s 0 乃2 墨0 疋 式中c 、& 一一均表看常量。 3 3 3 人工神经阿络的结构 如果将大量功能简单的神经元抽象模型通过一定的拓朴结构组织起来，构成并行分布 式处理的计算结构，那么这种结构就是人工神经网络，在不引起混淆的隋况下，统称为神 经网络。为了叙述方便，把神经网络中的冲经元也称为单元或处理单元。就目前已有的典 型神经网络模型而言，尽管已略去了许多生物细节，但它们充分保留了脑神经系统的结构 特点，部分反映了生物神经系统工作的内在机理。 根据神经元之间连接的拓朴结构匕的不同，可将神经网络结构分为两大类：分层网络 和相互连接型网络。 a 分层网络 分层网绍将卟卒悭网绍模型中的历确荆鳍呖捌能分成若干层，般有输入层、中 间层和输出层，各层顺序连接。输入层是网络与外部界晓打交道的地方，它接受外自磷就入 3 7 东北大学硕士学位论文第三章人工神经网络理论 模式，并由输入单元崩巷给相连的中间层各单元。中间层是网络的内部处理单元层，神经 网络具有的棱囝涨能力，如挨蜀：分类、梗赋善和特征抽取等，主要锌觋在中间层单元 的处理。根据模式变换功能的不同，中间层可以有多层，也可以没有。由于中间层单元不 直接与外船输 输出打交道，故也常称为隐层。输出层是网络产生输出模式并与显示醴备 或执行机构打交i 酋的地方。 分层网络可以细分为三种互连形式： ( 1 ) 刁治反馈n - 前i n 网络。如图3 钿所示。神经元分层排列，组成输 层、隐层和 输出层。每_ 层的神经元只j 夔乏前一层冲经元的输入。输 模式经过各层的顺次变换后， 得到输出层输出。感知机和b p 网络属于这种类型。 ( 2 ) 从输出层到输入层有反馈的前向网络。如图3 5 b 所示。反馈的结果是形成封闭 环路。神经认知机属此类。 ( 3 ) 层内有相互连接自晡向网络，如图3 5 c 所示。通过层内神经元间的相互连接，可 以实现同层内神经元之间的横向抑籼抛酶鞠俐。逸洋可以限制每层内同时动作蝴申经 元数，或者把每层内的神经元分为若干组，让每组作为个整体来动作。例如，可以利用 横向抑常口叽带峥蝴内具牟社睫= 嫡出的神经元拶歧盘出来，而抑制其似杉叠元处于无输出状 图3 5 神经网络拓朴结构形式 f 毽3 5n a v e 瑾触峥1 日h l0 0 瞪缸凼l f i r e 3 8 东北大学硕士学位论文第三章人工神经网络理论 b 相互连接型网络 所谓相互连按网绍是指网络中任意两卟单元之间都可能有j 装，如图3 5 d 所示。霍普 菲尔特( r 哂d d ) 网络、波耳茨曼机均属此类。在无反馈的前向网络中，信号一旦通过 某个神经元，过程就结束了。而在相互连接型网络中，信号要在神经元之间反复往返传 递，网络处在种不断改变状态的动态之中。从某褫蠡开始，经过若干次的变化，才会到 达某种平衡状态。根据网络的结构和神经元的特性，还有可能进 周期振荡或混沌等状 态。因此，相互连接型网络可以认为是种非线性动力学系统。 引神经网络的学习方法 学习是人类智能行为和其他高级精神活动的基础，是 、脑对先前经验的累积。学习过 程中神经系统究蓟雅些部分发生了变化，这是 申经系统学习的实质性问题。当前，神经电 生理学、组织学希吁i 为试验学为解决这一问题提供了线索，从而形威俩大学派：是化学 学说，认为神经系统把学习后自q 信息记录在某些生物分子( 蛋白质、核酸和神经递质等) 上，正像遗传信息记录在臻n 上样；另是突触修正假说，认为学习过程中神经元之 间的突触联系发生了变化。这两种假说中，后种为多数神经生理学家所接受。 神经网络是对生物神鳗勇溺暗事瞎拟。其信息处理功能是由网络的单元( 神经元) 的输 入输出特性( 激活特性) 、网络的拓朴结构( 神经元的连接方式) 、连接权值的大小 ( 突触连接强度) 和神经