材料成型概论 第四讲 钢坯型钢生产工艺.ppt

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 4 1 2钢坯的表面和内部缺陷 表面缺陷 轧制缺陷 4 1 2钢坯的表面和内部缺陷 钢坯内部缺陷 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 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 1350 1150 3100mm主电机功率2 5000KW 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 45 轧机和悬臂式轧机等 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 热轧 热挤压 热锻等热加工型钢 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 简单断面型钢 圆钢方钢扁钢角钢六角钢 复杂断面型钢 槽钢工字钢钢轨窗框钢 特殊断面型钢 轮辋型钢 挡圈型钢等 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 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 大型 中型 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 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 2010 Q235 GB T700 2006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 2010 Q235 GB T700 2006 H型钢 H型钢 高频焊接H型钢 圆钢 圆钢 16 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 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 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 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过程中的重要工序 加热的目的 是原料具有足够的塑性 减小变形抗力 改善金属内部组织 以便于后续轧制 需要注意控制 加热时间 加热速度 加热温度加热缺陷防止 氧化铁皮 过热 过烧 脱碳 加热不均 4 4 2热轧型钢生产工艺 4 4 2热轧型钢生产工艺 连续式加热炉 a 推钢式连续加热炉b 步进式连续加热炉 优点 操作容易 坯料移动时划伤少 加热均匀等 4 4 2热轧型钢生产工艺 A轧制设备及其配置型材轧机一般用轧辊名义直径 或传动轧辊的人字齿轮节圆直径 命名 一个轧钢车间 往往有若干列或若干架轧机 通常以最后一架精轧机的轧辊名义直径作为轧钢机的标称 型材轧机按其用途和轧辊名义直径不同可分为轨梁轧机 大型型材轧机 中型型材轧机 小型型材轧机 线材轧机等 4 4 2热轧型钢生产工艺3 型钢轧制 3 型钢轧制A轧制设备及其配置 型钢轧机布置 按轧机结构型式分类 二辊式 开坯机 二辊可逆式粗轧机 钢坯连轧机 轧边机 万能粗轧机组辅助机架 一般型钢孔型轧制三辊式 一般型钢孔型轧制四辊式 多辊式及万能轧机 孔型由三个以上轧槽组成 型钢轧机布置 型钢轧机布置 型钢轧机布置 型钢轧机的典型布置形式 1 横列式大多数用一台交流电机同时传动数架三辊式轧机 在一列轧机上进行多道次穿梭轧制 优点 设备简单 造价低 建厂快 产品品种灵活 可生产复杂断面产品 操作简单 小批量多品种适应性强等 缺点 1 产品尺寸精度不高 品种规格受限制 2 轧件需要横移和翻钢 故长度不能长 间隙时间长 轧件温降大 因而轧件长度和壁厚均受限制 3 不便于实现自动化 型钢轧机的典型布置形式 2 顺列式顺列式轧机多为水平 立式和多辊轧机顺列布置1 3个平行纵列中轧机单独传动 每架只轧一道 但不能形成连轧 优点 每架只轧一道 机架闭口式 轧机刚度大 产品尺寸精度高每架速度可单独调整 轧机能力可得到发挥 产量高 机械化 自动化程度较高 调整亦比较方便 缺点 轧机布置比较分散 机架间的距离加大 厂房很长 轧件温降仍然较大 不适于轧制小型或壁薄的产品 机架数目多 投资大 建厂较慢 型钢轧机的典型布置形式 3 棋盘式前几架轧件较短时采用顺列式 后几架精轧机布置成两横列 各架轧机互相错开 两列轧辊转向相反 各架轧机可单独传动或两架成组传动 轧件在机架间靠斜辊道横移 这种轧机布置紧凑 适于中小型型钢生产 型钢轧机的典型布置形式 4 半连续式介于连轧和其他形式轧机之间 其中一种粗轧为连续式 精轧为横列式 另一种粗轧为横列式或其他形式 精轧为连续式 型钢轧机的典型布置形式 5 连续式各架轧机纵向紧密排列成为连轧机组 每架轧机可单独传动或集体传动 每架只轧一道 一根轧件可在数架轧机上同时轧制 各机架间遵循秒流量保持相等原则 缺点 机械和电器设备比较复杂 投资大 所生产的品种受限制 型钢轧机的典型布置形式 5 连续式优点 轧制速度快 产量高 轧机紧密排列 间隙时间短 轧件温降小 对轧制小规格和轻型薄壁产品有利 由于轧件长度不受机架间距限制 故在保证轧件首尾温差不超过允许值的前提下 可尽量增大坯料重量 提高轧机产量和金属收得率 B 型钢的轧制法轧件通过各机架上刻有复杂形状孔型的轧辊来进行轧制的 轧件在孔型中边产生复杂的变形 边缩小断面 最后被轧制成所要求的形状和尺寸 孔型轧制法 分别介绍各种具有代表性的型钢主要轧制方法 4 4 2热轧型钢生产工艺3 型钢轧制 1 产品种类 方 圆 扁和六角等型钢 2 原料 矩形坯 方坯等 3 孔型系统 粗轧延伸孔型系统 椭圆 方 菱 方 箱 箱 菱 菱和椭圆 圆等五种 精轧孔型系统 1 简单断面型钢轧制 图4 3简单断面型钢的孔型系统 2 角钢轧制 图4 4角钢轧制孔型系统a 蝶式孔型b 扁平式孔型 角钢 3 槽钢轧制 图4 5槽钢轧制孔型系统a 直线式孔型b 蝶式孔型 槽钢 4 工字钢轧制 图4 6工字钢轧制孔型系统a 倾斜式孔型b 直线式孔型 5 H型钢轧制万能轧机 图4 7H型钢轧制孔型系统 5 H型钢轧制 其特点是 两个主动水平辊和两个随动的垂直立辊构成的形似X或H形辊缝 能够同时在上下左右方向对轧件进行压下 C 型钢轧制质量要求是整个轧钢生产工艺过程的核心 坯料通过轧制完成变形过程 轧制工序对产品的质量起着决定性作用 轧制产品的质量要求 包括产品的几何形状和尺寸精确度