钢材深加工（课堂PPT）

1、12.7 钢材的深加工22.7.1无缝钢管的生产无缝钢管的生产p用穿孔等方法生产周边无接缝的钢管称无缝钢管。用穿孔等方法生产周边无接缝的钢管称无缝钢管。p无缝钢管的尺寸以外径表示，其外径范围为无缝钢管的尺寸以外径表示，其外径范围为0.1-1425毫米，壁厚为毫米，壁厚为0.01-200毫米。毫米。p除圆形管外，还有各种异型断面管和变断面管。除圆形管外，还有各种异型断面管和变断面管。p我国无缝钢管约占钢材总产量的我国无缝钢管约占钢材总产量的3左右左右.3(一一)生产方法和发展简史生产方法和发展简史p生产方法生产方法n热轧热轧(占占8090)n冷轧、冷拔冷轧、冷拔(占占1020)p发展简史发展简史

2、n1885年，德国人曼内斯曼兄弟年，德国人曼内斯曼兄弟(Mannesmann)首首先发明二辊斜轧穿孔机，先发明二辊斜轧穿孔机，n1891年又发明周期轧管机年又发明周期轧管机n1903年瑞士人斯蒂费尔年瑞士人斯蒂费尔(RCStiefel)发明自动发明自动轧管机轧管机(也称顶头式轧管机也称顶头式轧管机)，开始形成近代无缝钢管，开始形成近代无缝钢管工业。工业。4（二）热轧无缝钢管的生产工艺（二）热轧无缝钢管的生产工艺1-管坯；管坯；2-加热；加热；3-穿孔；穿孔；4-轧管；轧管；5-再加热；再加热；6-张力减径；张力减径；7-矫矫直；直；8-切管；切管；9-无损探伤；无损探伤；10-水压试验；水压试

3、验；11-成品包装成品包装56穿孔：穿孔：n首先用实心圆管坯经穿首先用实心圆管坯经穿孔机穿轧成空心的厚壁孔机穿轧成空心的厚壁管管(俗称毛管俗称毛管)。n生产直径生产直径250mm以上以上的钢管还要采用二次穿的钢管还要采用二次穿孔，以减少毛管的壁厚。孔，以减少毛管的壁厚。7 轧管：将厚壁毛管在自动轧管机上轧成薄壁荒管，轧管：将厚壁毛管在自动轧管机上轧成薄壁荒管，然后再经然后再经23道次轧制到成品壁厚，总延伸率大道次轧制到成品壁厚，总延伸率大致为致为1.82.2。 均整均整n目的在于消除内外表面缺陷和荒管的椭圆度，以减少目的在于消除内外表面缺陷和荒管的椭圆度，以减少横向壁厚不均。横向壁厚不均。n一

4、般采用带芯棒斜轧方法进行均整。一般采用带芯棒斜轧方法进行均整。n均整后管材的直径扩大均整后管材的直径扩大3一一9(一般在一般在6一一8的的范围内范围内)，管材的长度相应地缩短，管材的长度相应地缩短1一一6。8 定径和减径定径和减径n均整后的管材虽然壁厚达到了成品要求，但其外圆在均整后的管材虽然壁厚达到了成品要求，但其外圆在椭圆度方面还难以达到要求，因此需要用无芯棒连轧椭圆度方面还难以达到要求，因此需要用无芯棒连轧方法对其外圆进行加工。这一工序叫定径。方法对其外圆进行加工。这一工序叫定径。n定、减径机都是连轧机，为了保证正常轧制，它与普定、减径机都是连轧机，为了保证正常轧制，它与普通连轧机一样要

5、求在单位时间内通过每个机架的金属通连轧机一样要求在单位时间内通过每个机架的金属体积相等，即要遵守体积相等，即要遵守“秒流量相等秒流量相等”的原则：的原则： FlVl=F2V2=FnVn=常数常数 式中：式中：Fi通过各工作机架的轧件断面；通过各工作机架的轧件断面； vi各工作机架轧件出口速度各工作机架轧件出口速度(i=l，2，n为机架号数为机架号数)。9p方法方法:n冷轧冷轧n冷拔冷拔n冷旋压法。主要用于生产薄壁、特大和异型断面的管冷旋压法。主要用于生产薄壁、特大和异型断面的管材和旋转体零件材和旋转体零件.p冷轧、冷拔：冷轧、冷拔：n以热轧或热挤压法生产的钢管为坯料；以热轧或热挤压法生产的钢管

6、为坯料；n获得高精度、高强度、高表面光洁度、尺寸范围广的获得高精度、高强度、高表面光洁度、尺寸范围广的薄壁管。薄壁管。 (三三)冷加工无缝钢管冷加工无缝钢管10(四四)无缝钢管主要品种和用途无缝钢管主要品种和用途p钢种钢种n普碳钢管普碳钢管n合金钢管；合金钢管；p用途用途n各种输水、油、气管等，各种输水、油、气管等，n石油用管石油用管(包括石油钻管包括石油钻管)，n锅炉管锅炉管(高、中、低压高、中、低压)，n厚壁容器管。厚壁容器管。112.7.2焊管的生产焊管的生产 (一一)焊管的优缺点与分类焊管的优缺点与分类p优点：（无缝管相比）优点：（无缝管相比）n焊管的壁厚均匀好，焊管的壁厚均匀好，n表

7、面粗糙度小，表面粗糙度小，n同样的规格与钢种，焊管的价格便宜。同样的规格与钢种，焊管的价格便宜。p缺点：缺点：n焊缝及其热影响区的力学性能和其他物理性能比本体焊缝及其热影响区的力学性能和其他物理性能比本体差，使其使用受到一定限制，一般主要用作流体输送差，使其使用受到一定限制，一般主要用作流体输送管和结构管。管和结构管。12p分类：分类：n按焊缝分布特点分直缝焊管和螺旋焊管两大类。按焊缝分布特点分直缝焊管和螺旋焊管两大类。n按生产方法分为有炉焊管、连续成形电焊管、辊式弯按生产方法分为有炉焊管、连续成形电焊管、辊式弯板电焊管和螺旋成形电焊管等。板电焊管和螺旋成形电焊管等。p随着焊接技术和焊缝热处理

8、技术的提高，以及采随着焊接技术和焊缝热处理技术的提高，以及采用焊管机后再加热和张力减径工艺，基本上消除用焊管机后再加热和张力减径工艺，基本上消除了焊缝和热影响区性能差的缺点，并可扩大机组了焊缝和热影响区性能差的缺点，并可扩大机组生产规格。现在焊管可以部分代替无缝管，用作生产规格。现在焊管可以部分代替无缝管，用作锅炉管和油井管。锅炉管和油井管。13(二二)焊接钢管的主要生产方法焊接钢管的主要生产方法 p焊管的成型工艺如图 所示。14 1连续炉焊：连续炉焊：工艺过程：工艺过程：n将带坯在管坯连续加热炉中加热，使其边缘加热到焊接温度，将带坯在管坯连续加热炉中加热，使其边缘加热到焊接温度，n然后出炉在

9、辊式连续成型机中成形、对接焊缝、压焊成管。然后出炉在辊式连续成型机中成形、对接焊缝、压焊成管。n主要用于生产低碳钢和低合金钢。主要用于生产低碳钢和低合金钢。特点：特点： 成形、焊接速度快，生产率高；成形、焊接速度快，生产率高； 高温成形变形抗力小，机组的功率较低，工具消耗较少；高温成形变形抗力小，机组的功率较低，工具消耗较少； 管体金相组织较均匀，没有加工硬化，但有热影响问题；管体金相组织较均匀，没有加工硬化，但有热影响问题； 焊缝质量差焊缝质量差。152连续电焊：连续电焊：p工艺过程：工艺过程：n 将板带坯冷状态下先将板带坯冷状态下先卷成要求的形状和尺卷成要求的形状和尺寸的管筒，寸的管筒，n

10、然后选用合适的电热然后选用合适的电热源将管筒边缘加热到源将管筒边缘加热到焊接温度，对接焊缝，焊接温度，对接焊缝，施压力焊接成管。施压力焊接成管。图2-7-4 电阻焊原理图1-钢管；2-压力辊；3-圆盘电极；4-变压器；5-导辊16p特点：特点：产品的规格范围广；产品的规格范围广；生产的金属材料的范围宽；生产的金属材料的范围宽；以冷、热轧板带钢为原料，冷态变形，致使焊管的尺寸精度较高，以冷、热轧板带钢为原料，冷态变形，致使焊管的尺寸精度较高，表面粗糙度较低；表面粗糙度较低；随着新型电焊管机组的出现，焊接、在线热处理技术和控制系统随着新型电焊管机组的出现，焊接、在线热处理技术和控制系统的不断完善提

11、高，焊缝及其热影响区的质量已得到改善；的不断完善提高，焊缝及其热影响区的质量已得到改善；生产过程容易实现自动化，劳动条件好。生产过程容易实现自动化，劳动条件好。p 焊接方法有：高频电焊、埋弧焊、惰性气体保护电弧焊焊接方法有：高频电焊、埋弧焊、惰性气体保护电弧焊(主要用于高合金钢和合金材料管主要用于高合金钢和合金材料管)、直流电焊和方波焊、直流电焊和方波焊(主要用于小口径薄壁管主要用于小口径薄壁管)、电子束焊和等离子焊、电子束焊和等离子焊(适用于适用于高熔点材料高熔点材料)等。等。173非连续电焊：主要用于大口径厚壁管生产。非连续电焊：主要用于大口径厚壁管生产。n板带坯用一定方法冷弯成管筒，板带

12、坯用一定方法冷弯成管筒，n在自动电焊或高频电阻焊预焊管缝定位，切成在自动电焊或高频电阻焊预焊管缝定位，切成定长，定长，n用埋弧焊焊接内外焊缝一本焊。用埋弧焊焊接内外焊缝一本焊。182.7.3冷弯型材生产冷弯型材生产p以钢板带作原料，用冷弯机制成各种形状的轻以钢板带作原料，用冷弯机制成各种形状的轻型经济型材。型经济型材。p1910年美国首先制成辊式冷弯机，发展成为年美国首先制成辊式冷弯机，发展成为目前冷弯型材主要的生产方式。冷弯型材由于目前冷弯型材主要的生产方式。冷弯型材由于其品种规格繁多，且薄壁轻型，得到愈来愈广其品种规格繁多，且薄壁轻型，得到愈来愈广泛的应用。泛的应用。19（1）冷弯型钢的品

13、种）冷弯型钢的品种20（2）优点：）优点：p断面经济合理，节约材料。冷弯型钢用于建筑构断面经济合理，节约材料。冷弯型钢用于建筑构件中可比热轧型材节约金属件中可比热轧型材节约金属3850。p品种多样，可生产热轧型钢所不能生产的壁厚均品种多样，可生产热轧型钢所不能生产的壁厚均匀、断面复杂的薄壁型钢。匀、断面复杂的薄壁型钢。p断面尺寸精确，平面度好，表面光洁，外观好。断面尺寸精确，平面度好，表面光洁，外观好。p生产中可与冲孔等工序相配合，可以满足不同需生产中可与冲孔等工序相配合，可以满足不同需要。要。21（3）冷弯型钢生产方法）冷弯型钢生产方法p主要有辊弯、压弯和折弯等，以辊式连续弯曲法最为普遍，主

14、要有辊弯、压弯和折弯等，以辊式连续弯曲法最为普遍，其生产批量大和连续化，成本低，具有较强的竞争力。板其生产批量大和连续化，成本低，具有较强的竞争力。板带经带经2-30架辊式冷弯、沿纵向逐步弯曲变形，形成各种架辊式冷弯、沿纵向逐步弯曲变形，形成各种形状型钢，板带在弯曲过程中只有几何形状的变化，断面形状型钢，板带在弯曲过程中只有几何形状的变化，断面面积在理论上不变。面积在理论上不变。222.7.4冷拔钢材生产冷拔钢材生产(1)冷拔钢材原料和品种冷拔钢材原料和品种p冷拔钢材包括管、丝、棒及异型断面等规格。冷拔钢材包括管、丝、棒及异型断面等规格。p一般用轧制钢材、挤压钢材和锻钢材作坯料。一般用轧制钢材

15、、挤压钢材和锻钢材作坯料。p热轧方式生产线材的最小直径为热轧方式生产线材的最小直径为5毫米，而拔毫米，而拔丝的直径可从丝的直径可从5毫米毫米(粗丝粗丝)到到0001毫米毫米(极极细丝细丝)，p拔管外径一般从拔管外径一般从200毫米到毫米到01毫米，壁厚毫米，壁厚最薄到最薄到001毫米，外径与壁厚之比可达毫米，外径与壁厚之比可达2000：l，长度可达，长度可达100米。米。23(2)拉拔的方法拉拔的方法(管材拉拔管材拉拔)p空拉：管坯内无芯头或芯杆的拉拔称为空拉。管坯空拉：管坯内无芯头或芯杆的拉拔称为空拉。管坯通过模孔后外径减小，壁厚一般略有变化。管材空通过模孔后外径减小，壁厚一般略有变化。管材

16、空拉后内表面粗糙，多次空拉后尤其如此，严重者甚拉后内表面粗糙，多次空拉后尤其如此，严重者甚至产生裂纹。空拉适合于小直径管材、异型管材、至产生裂纹。空拉适合于小直径管材、异型管材、盘管拉拔，以及减径量很小的减径拉拔与整形拉拔。盘管拉拔，以及减径量很小的减径拉拔与整形拉拔。24p 长芯杆拉拔：长芯杆拉拔：n拉拔时在管坯内套入长芯杆，使管坯和芯杆同时通过模孔以实拉拔时在管坯内套入长芯杆，使管坯和芯杆同时通过模孔以实现减径和减壁现减径和减壁n长芯杆拉拔可以获得较大的道次变形量，断面收缩率可达长芯杆拉拔可以获得较大的道次变形量，断面收缩率可达60%(即延伸系数即延伸系数=25)以上。以上。n每次拉拔后必

17、须使用专用设备将管材从芯杆上脱下，增加了辅每次拉拔后必须使用专用设备将管材从芯杆上脱下，增加了辅助工序。长芯杆拉拔主要用于薄壁管或塑性较差的钨、钼类管助工序。长芯杆拉拔主要用于薄壁管或塑性较差的钨、钼类管材的加工，一般管材生产中较少采用。材的加工，一般管材生产中较少采用。 25p 固定芯头拉拔：固定芯头拉拔：n该法通过芯杆将芯头固定在模孔适当的位置，使管坯该法通过芯杆将芯头固定在模孔适当的位置，使管坯通过模孔以实现减径和减壁。通过模孔以实现减径和减壁。n固定芯头拉拔管材的内表面质量比空拉时好，在实际固定芯头拉拔管材的内表面质量比空拉时好，在实际生产和获得广泛应用，但该法不适宜于小直径管材和生产

18、和获得广泛应用，但该法不适宜于小直径管材和长尺寸管材的拉拔。长尺寸管材的拉拔。 26p 游动芯头拉拔：游动芯头拉拔：n在拉拔过程中，芯头依靠本身特有的外形所建立的力平衡而被稳在拉拔过程中，芯头依靠本身特有的外形所建立的力平衡而被稳定主模孔中，不需要采取另外的芯头固定措施，定主模孔中，不需要采取另外的芯头固定措施，n游动芯头拉拔法是管才拉拔中较为先进的一种方法，特别适合于游动芯头拉拔法是管才拉拔中较为先进的一种方法，特别适合于长管与盘管拉拔，对于提高拉拔生产率、成品率和管材内表面质长管与盘管拉拔，对于提高拉拔生产率、成品率和管材内表面质量均十分有利。量均十分有利。n与固定短芯头拉拔相比，游动芯头

19、拉拔的工艺条件与技术水平要与固定短芯头拉拔相比，游动芯头拉拔的工艺条件与技术水平要求较高，拉伸配模的限制更多。求较高，拉伸配模的限制更多。27p顶管：将芯杆套入带底的管坯中，对芯杆施加推力顶管：将芯杆套入带底的管坯中，对芯杆施加推力迫使管坯通过模孔而实现减径、减壁的方法。该法迫使管坯通过模孔而实现减径、减壁的方法。该法主要用于大直径管材生产。主要用于大直径管材生产。28p扩径拉拔：管坯通过扩径后直径增大，壁厚和长度减扩径拉拔：管坯通过扩径后直径增大，壁厚和长度减小。该法主要用于由于设备能力受到限制而不能生产小。该法主要用于由于设备能力受到限制而不能生产大直径管材时采用。大直径管材时采用。292

20、.7.5涂镀层板生产涂镀层板生产p涂镀层板指在钢板涂镀层板指在钢板(又称原板又称原板)表面涂覆上各种金属或非表面涂覆上各种金属或非金属层的板材。金属层的板材。p用涂镀层板生产的冷成型制品，具有耐蚀、手感好和外用涂镀层板生产的冷成型制品，具有耐蚀、手感好和外观美丽（如耐指纹和有各种色彩）的特点，已大量用于观美丽（如耐指纹和有各种色彩）的特点，已大量用于汽车、家电和容器汽车、家电和容器(如饮料罐如饮料罐)制造。制造。p根据使用的需要，涂镀层材料可以是根据使用的需要，涂镀层材料可以是Zn、A1、Sn、Cr和和Zn A1、ZnCr、ZnMg、PbSn、AlSi等合金等合金.p根据金属覆层的生产方法，可

21、分为热镀根据金属覆层的生产方法，可分为热镀(熔融镀熔融镀)、电镀、电镀和气相覆层等。和气相覆层等。p也可以在金属镀层表面再覆以树脂、塑料等有机涂层。也可以在金属镀层表面再覆以树脂、塑料等有机涂层。p有机涂层的生产方法有薄膜层压和液体辊涂两种。有机涂层的生产方法有薄膜层压和液体辊涂两种。3031p 由于对高耐蚀和低成本金属涂镀层板的需求，还由于对高耐蚀和低成本金属涂镀层板的需求，还出现了合金镀层，如含出现了合金镀层，如含713Fe的的ZnFe镀层镀层(Galvanneal)、 Zn55Al一一16Si的的AlZn镀层镀层(Galvaume)、Zn5AlRE的的ZnAl(RE为混合稀土为混合稀土)

22、镀层镀层(Galfan)以以及电镀无锡钢板及电镀无锡钢板(TinFreeSteel)、热镀、热镀Al钢板、钢板、真空镀真空镀Al钢板、电镀钢板、电镀ZnAl、ZnNi等合金电等合金电镀钢板、镀钢板、PbSn合金镀层板、差厚镀层板等。合金镀层板、差厚镀层板等。322.7.6复合材料板生产复合材料板生产（一）复合板的种类、用途（一）复合板的种类、用途p金属金属/金属复合金属复合 n复合材料板是在钢板的一面或两面用不锈钢、有色金复合材料板是在钢板的一面或两面用不锈钢、有色金属（如属（如Cu 、Ni 、Ti等）或有机物复合而成的产品。等）或有机物复合而成的产品。n与涂镀层板的区别在于覆层材料较前者厚得

23、多与涂镀层板的区别在于覆层材料较前者厚得多.n覆层后的产品除耐蚀覆层后的产品除耐蚀(如覆不锈钢如覆不锈钢)性能外，还具有其性能外，还具有其他单层钢板所不可能具备的功能，他单层钢板所不可能具备的功能，33p在普通结构钢上复合以不锈钢制造的不锈钢包覆在普通结构钢上复合以不锈钢制造的不锈钢包覆钢板，可用于制造大型压力容器、海水净化装置、钢板，可用于制造大型压力容器、海水净化装置、化工容器等。化工容器等。pCu钢复合板可兼具高强度与高导电、高导热的钢复合板可兼具高强度与高导电、高导热的性能，可用于制造加速器腔体中的关键部位。性能，可用于制造加速器腔体中的关键部位。pAlSn合金与钢复合可制得双金属轴瓦

24、材料；合金与钢复合可制得双金属轴瓦材料；p用两种热膨胀系数差异很大的材料用两种热膨胀系数差异很大的材料(如如Fe36Ni合金与纯合金与纯Ni)复合后制得的热双金属，广泛用复合后制得的热双金属，广泛用于制造热敏元件等等。于制造热敏元件等等。34p金属金属/非金属复合非金属复合n若在两层钢板中粘合一层具有一定厚度的有机材料，如树脂，则在振动条件下，因树脂层的内摩擦及树脂钢板界面的摩擦，可有效地将振动能转化为热能，从而收到降噪与减振的效果。n这种减振钢板广泛用于住宅、汽车等需要隔音的部位。35(二二)复合板的生产方法复合板的生产方法（1）双金属板 不同的金属在一定的温度、压力作用下，通过变形接合(焊

25、合)成一体。轧制复合法按照坯料有无加热，可分为热轧复合法与冷(温)轧复合法两种。36 1)热轧复合：n先将金属板的接合面仔细清洗干净，为了提高接合强度，还可对接合面进行打磨，提高其粗度。n在保持内部为真空的条件下，将组合坯的四周焊合成一体。n然后对复合坯进行加热轧制，直至所需厚度。当界面较清洁时，一般只需百分之几的压下率即可实现接。3738 2)冷轧、温轧复合：冷轧、温轧复合：p与热轧复合相比，冷轧复合时界面接合较困难。但由于没与热轧复合相比，冷轧复合时界面接合较困难。但由于没有加热所带来的界面氧化，不易在界面生成化合物，无需有加热所带来的界面氧化，不易在界面生成化合物，无需真空焊接等坯料前处

26、理，因而金属组合的自由度大，适应真空焊接等坯料前处理，因而金属组合的自由度大，适应面广。面广。p轧制前先将接合面的油脂、氧化物除去，然后将被复合的轧制前先将接合面的油脂、氧化物除去，然后将被复合的材料叠在一起进行轧制即可实现接合。为了获得较好的界材料叠在一起进行轧制即可实现接合。为了获得较好的界面接合，轧制压下率通常需要在面接合，轧制压下率通常需要在70以上。以上。p 为了提高复合材料的界面接合强度，可在轧前进行低温为了提高复合材料的界面接合强度，可在轧前进行低温加热加热(即进行温轧即进行温轧)，轧后施以扩散热处理。，轧后施以扩散热处理。3940 （2）减震钢板）减震钢板p在两层金属之间复合一层粘弹性树脂在两层金属之间复合一层粘弹性树脂(高分子材高分子材料料)，以达到吸收振动能量，减少结构件噪音之目，以达到吸收振动能量，减少