第二篇型棒材生产8章

第三篇轧制理论与工艺

新钢精神--创新奉献超越8型材轧制工艺基础

现在是1页\一共有41页\编辑于星期一8型材轧制工艺基础1.型材定义：经过塑性加工成形的具有一定断面形状和尺寸的直条实心金属材。通常将复杂断面型材和棒线材统称型材2.型材发展(1)世界型材发展：1783年第一台带孔型二辊轧机：扁钢、方钢、圆钢及半圆钢；20世纪30年代板带材生产迅速发展，技术超越型材；目前发达国家型材产量占轧材总产量的1/3.(2)国内型材发展1907年，汉冶萍钢铁厂最早生产；1949年前，生产薄弱，发展缓慢，产品单一；20世纪50年代后：迅速发展：鞍钢大型；武钢大型、包钢轨梁、攀钢轨梁；鞍钢中型、唐钢中型、马钢二轧等、20世纪80年代后：马鞍山H型钢厂、莱钢万能轧机等现在是2页\一共有41页\编辑于星期一现在是3页\一共有41页\编辑于星期一8.1型材分类及生产特点8.1.1型材分类及用途（1）按生产方式分类：热轧型材、冷轧型材、冷弯型材、冷拔型材、挤压型材、锻压型材、热弯型材、焊接型材和特殊轧制型材等。（2）按断面特点分类：简单断面型材：横断面对称、外形均匀、简单；如方钢、圆钢、扁钢、六角钢等复杂断面型材：又称异型断面型材，横断面由两个以上的简单几何形状组成，具有长而薄的翼缘。又可分为凸缘型材、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、周期断面型材和金属丝材等现在是4页\一共有41页\编辑于星期一现在是5页\一共有41页\编辑于星期一现在是6页\一共有41页\编辑于星期一现在是7页\一共有41页\编辑于星期一现在是8页\一共有41页\编辑于星期一现在是9页\一共有41页\编辑于星期一8.1型材分类及生产特点8.1.1型材分类及用途（3）按使用部门分类：铁路用型材：钢轨、鱼尾板、道岔用轨、车轨、轮箍等；汽车用型材：轮辋、轮胎挡圈和锁圈等；造船用型材：L型钢、球扁钢、Z字钢、船用窗框钢等；结构和建筑用型材：H型钢、工字钢、槽钢、角钢、吊车钢轨、窗框和窗框用材、钢板桩、螺纹钢筋等；矿山用钢：U型钢、槽帮钢、矿用工字钢、刮板钢等机械制造用异型材现在是10页\一共有41页\编辑于星期一8.1型材分类及生产特点8.1.1型材分类及用途（4）按断面尺寸大小分类：大型、中型、小型型材按照轧机轧制分类；按照单重：小型材：＜5kg/m；中型材：5－20kg/m；大型材：＞20kg/m（5）按使用范围分类：通用型材；专用型材；精密型材等现在是11页\一共有41页\编辑于星期一8.1型材分类及生产特点8.1.2型材的生产特点（1）品种多品种及规格达到上万种；专业化少，多品种、多规格生产；轧辊储量大，换辊频繁，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；孔型设计和轧制生产特殊；现在是12页\一共有41页\编辑于星期一8.1型材分类及生产特点8.1.2型材的生产特点（3）不均匀变形严重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。复杂断面型材单个品种或规格批量小，技术发展缓慢现在是13页\一共有41页\编辑于星期一现在是14页\一共有41页\编辑于星期一现在是15页\一共有41页\编辑于星期一8.1型材分类及生产特点8.1.2型材的生产特点（3）不均匀变形严重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。复杂断面型材单个品种或规格批量小，技术发展缓慢现在是16页\一共有41页\编辑于星期一8.1型材分类及生产特点8.1.2型材的生产特点（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、45º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；现在是17页\一共有41页\编辑于星期一现在是18页\一共有41页\编辑于星期一8.2型材轧制的咬入条件（1）平辊轧制矩形件的咬入条件αβTxTFxNxNFαβTxTNxNFαβTxTFxNxNFNx=NsinαTx=Tcosα=Nfcosα（1）不能咬入

Nx>Txtanα>f；tanβ=f故：α>β（2）平衡状态

Nx＝Txtanα＝f；tanβ=f故：α＝

β（3）自然咬入状态

Nx＜Txtanα＜f；tanβ=f故：α＜

β现在是19页\一共有41页\编辑于星期一8.2型材轧制的咬入条件（2）孔型轧制时的咬入条件（3）咬入条件

Tx≧

N0xTx=Tcosα,T=Nf

N0x=N0sinα,N0=NsinθNfcosα≧Nsinθsinα现在是20页\一共有41页\编辑于星期一8.2型材轧制的咬入条件（2）孔型轧制时的咬入条件θ＝900时，β≧α，即与平辊上轧制矩形轧件时的咬入条件相同；θ＜900时，极限咬入角增大了1/sinθ倍，θ越小对咬入越有利；现在是21页\一共有41页\编辑于星期一8.3型材轧制时的金属变形型棒材轧制的共同特征是：孔型轧制轧件的变形特征：除延伸外，还有明显的宽展，呈三维变形状态。坯料形状：方坯、矩形坯和异形坯。孔型：两辊孔型、三辊孔型、万能孔型轧制特征：压下率在横向上分布不一致；轧辊的工作直径和辊面线速度在横向上分布不一致；轧辊与轧件的接触弧长度在横向上分布不一致；变形受到孔型侧壁的限制在断面上容易产生温度分布差，呈现复杂的三维变形状态，存在明显的不均匀变形。现在是22页\一共有41页\编辑于星期一8.3型材轧制时的金属变形8.3.1轧制变形参数表示型材的轧制条件和轧制特征的参数：轧槽内轧件的形状、速度分布、应力分布、温度分布，以及由这些参数所决定的轧件宽展、孔型充满度、延伸、出口速度、轧制力和轧制力矩等。孔型充满度：B1/Bc，B1－轧后件宽，Bc－允许极限值，常用轧槽宽代替；轧件的宽展：常用宽展系数β＝B1/B0和宽展率β－1表示；延伸系数：λ＝F0/F1；延伸率λ－1表示前滑系数：Dw/Dc；前滑率：f=Dw/Dc-1现在是23页\一共有41页\编辑于星期一孔型轧制时各参数的定义现在是24页\一共有41页\编辑于星期一8.3型材轧制时的金属变形8.3.2孔型轧制时的延伸和宽展轧制中尽可能抑制各道次的宽展，加大延伸率；一般，不均匀压下会使延伸效率下降，而孔型侧壁的约束使延伸效率上升。在轧制棒线材时，为提高延伸效率，采用中心两侧压下均匀，侧壁约束较大的孔型。孔型的高宽比大，侧壁斜度小，孔型中的充满度大，则轧件侧面的自由表面小，这些条件都加强了宽向的约束，可以提高延伸效率。与平辊轧制一致的就是：辊件高比小，摩擦系数小，延伸效率提高。轧件在孔型中轧制，压下不均匀的孔型将加大宽展。在压下量较小时，凹孔型的宽展大于凸孔型，随延伸增加，孔型两侧的约束作用逐渐增强，有利于延伸，凹孔型的宽展逐渐小于凸孔型。小压下时宽展大：压下不均匀分布，特别是两边大压下所致。现在是25页\一共有41页\编辑于星期一8.3型材轧制时的金属变形8.3.3孔型轧制时的前滑和后滑平均轧辊圆周速度：平均前滑值：与延伸率、前张力和后张力有关；延伸率越大，前张力越大，前滑也越大；后张力越大，则前滑越小；现在是26页\一共有41页\编辑于星期一8.4型材轧制工艺连铸坯：方形坯、矩形坯，或是异型坯；大中型型钢生产易于实现连铸坯热装热送，甚至是直接轧制工艺8.4.1加热、轧制（1）加热：一般使用步进炉，避免水印影响。（2）型材轧制：粗轧、中轧和精轧粗轧：轧件温度较高，尽量完成不均匀变形；中轧：使轧件迅速延伸，接近成品尺寸；精轧：保证产品尺寸精度，延伸率较小。现代通用型材加热、轧制的工艺流程举例现在是27页\一共有41页\编辑于星期一型材轧制工艺流程及相关设备配置现在是28页\一共有41页\编辑于星期一型材轧制工艺流程及相关设备配置现在是29页\一共有41页\编辑于星期一8.4型材轧制工艺8.4.1加热、轧制型钢生产对轧制过程的要求：一种规格的坯料在粗轧阶段轧成多种尺寸规格的中间坯：坯料规格愈少、产品规格愈多，企业生产能力和竞争力愈强。断面形状简单的型材可采用连铸连轧：－棒线材异型材：中轧和精轧阶段尽量多的采用万能孔型和多辊孔型轧制；型钢连轧：机架间张力控制采用电流或力矩控制实现；绝大多数型材：低碳当量成份设计，保证低温韧性和焊接性能型材轧制工艺流程现在是30页\一共有41页\编辑于星期一8.4型材轧制工艺8.4.2精整（1）传统的热锯切定尺，定尺矫直工艺；（2）较新式的长尺冷却、长尺矫直、冷锯切工艺。（3）精整难点：矫直断面不对称及温度不均造成型材冷却弯曲大；型材断面系数大，所需矫直力大；型材精整工艺流程现在是31页\一共有41页\编辑于星期一8.5型材轧机及其布置形式8.5.1型材轧机分类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、线材轧机或棒线材轧机等。型材轧机按轧辊名义直径的分类现在是32页\一共有41页\编辑于星期一8.5型材轧机及其布置形式8.5.2型材轧机的典型布置形式（1）型钢轧机布置形式取决于：生产规模、轧制品种和范围以及原料和投资成本（2）轧机分类：二辊：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：一般型钢孔型轧制；多辊：孔型由三个以上轧槽组成（3）典型布置形式：横列式、顺列式、棋盘式、半连续式、连续式等现在是33页\一共有41页\编辑于星期一现在是34页\一共有41页\编辑于星期一8.5型材轧机及其布置形式8.5.2型材轧机的典型布置形式8.5.2.1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：在每架轧机上可进行若干道次轧制，变形灵活、适应性强、品种范围广、控制操作容易；设备简单、造价低、建厂快等缺点：1）产品尺寸精度不高，品种规格手限制；2）轧件需要横移和翻钢，故长度受限，且受温降影响，壁厚受限；3）不便于实现自动化。现在是35页\一共有41页\编辑于星期一8.5型材轧机及其布置形式8.5.2型材轧机的典型布置形式8.5.2.2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。（1）优点：各机架速度可单独调整，轧机能力可得到发挥，产量高；闭式机架，轧机刚度大，产品尺寸精度高；各机架轧机不受干扰，机械化、自动化程度较高，调整较为方便；（2）缺点：轧机布置分散，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；现在是36页\一共有41页\编辑于星期一8.5型材轧机及其布置形式8.5.2型材轧机的典型布置形式8.5.2.3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。8.5.2.4半连续式：介于连轧和其他形式轧机之间。粗轧为连续式，精轧为横列式；粗轧为横列式或其他形式，精轧为连续式。现在是37页\一共有41页\编辑于星期一8.5型材轧机及其布置形式8.5.2型材轧机的典型布置形式8.5.2.5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