《轧钢工艺学》.ppt

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1、封面河北联合大学河北联合大学2023/2/28绪论一、课程性质、学习目的和意义二、轧钢工艺1、轧制工艺实质？2、为什么是轧钢？三、授课内容2023/2/28绪论1、轧制工艺基础2、型材、棒线材生产3、板、带钢生产4、管材生产工艺和理论2023/2/282023/2/287.1 轧材的种类黑色金属（Fe、Mn、Cr及其合金，一般将黑色金属统称为钢铁），可为板材、带材、型材、线材、管材等。有色金属（Cu、Al、Ti)一般型材用挤压方法生产、尺寸精确，而且它变形抗力低。板带及大批量、尺寸精度要求不高时，才采用轧制方法生产。7.12023/2/28轻金属（Al、Mg等）稀有金属（W、Nb等)贵金属（A

2、u、Ag等）半金属(Si、As）铁碳合金-钢材是应用最广泛的金属材料，而大部分的钢材都是通过轧制的方法得到的，因此，我们重点学习轧钢生产工艺。2023/2/28一一.钢材按钢种可分为钢材按钢种可分为（A7,Q235,45#,36Mn2Si）1.普通碳素钢甲类钢：只保证力学性能（A）（A0-A7）镇静钢乙类钢：只保证化学性能（B）（A0F-A7F）沸腾钢特种钢：既保证化学性能又保证力学性能（C）2.优质碳钢（碳素结构钢）2023/2/28 同时保证化学成分和机械性能，且S、P等含量比普碳钢要少。分普通含Mn量和高含锰量钢两类：普通含Mn量的钢：又称为“号钢”，用钢中平均含C量的万分数表示：如：4

3、5#平均含炭量为0.45%45#15#60#含Mn量较高的钢：除用两位数字表示钢的含碳量外，另附一个Mn字在后面。2023/2/28如：20Mn含C约0.2%Mn0.71.0%约1%65Mn含C约0.65%Mn0.91.3%约1%3.合金钢按用途：结构钢、轴承钢、工具钢、不锈钢、耐热钢、弹簧钢、易切削钢、高速钢等按退火后钢的金相组织：亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢2023/2/28按空冷后钢的金相组织：珠光体类、马氏体类、贝氏体类、奥氏体类及铁素体类按钢中主要合金元素的类型：锰钢、硅钢、硼钢等按合金元素总量的多少：低合金钢、中合金钢、高合金钢等表示方法：36Mn2Si平均含碳量用元素符号

4、之前数字的万分之几表示0.36%2023/2/28冶金元素的含量用元素符号后面数字的百分之几表示，如Mn的含量2%，Si1%工具钢例外：当平均含碳量=1.00%时，含碳量不再标出。（一般工具钢含碳量较高）平均含碳量1.00%时，含碳量以元素符号之前数字的千分之几表示如9Mn2V含碳量为0.9%Mn2%V1%2023/2/28滚动轴承钢：含Cr量的千分之几表示，并冠以“G”GCr15：G表示滚动轴承钢，含Cr量1.5%二.按断面形状分：1.板带钢按生产方法分：热轧板带、冷轧板带按产品厚度分：薄板、中厚板、箔材按用途分：锅炉板、桥梁板、汽车板等2023/2/28板带钢产量在工业先进国家占钢材总量的

5、50%60%在我国占30%多2.型线材：4.650mm型钢品种最多：按用途分：常见型材（方、圆、角、工、槽）专用型钢（钢轨、钢桩、窗框钢等）按断面形状：简单断面，复杂断面简单断面：过其横断面轮廓上任意点作切线一般过其横断面轮廓上任意点作切线一般不交于断面之中不交于断面之中2023/2/28按生产方法分：轧制型钢、焊接、弯曲型钢除上述一些品种外：周期断面型钢和特殊断面钢材周期断面：螺纹钢、竹节钢特殊断面：钢球、车轮轮毂等工业先进国家，型材产量占30%35%，我国占50%以上。3.钢管：按用途分：输送管、锅炉管、钻探管、注射针管等2023/2/28按生产方法分：无缝钢管、焊接管、冷轧管、冷拔管等工

6、业发达国家产量占10%15%，我国约占8%10%用轧制的方法生产钢材，有其优点：生产效率高，最适合于大批量生产，质量好，金属消耗少，生产成本低。2023/2/287.2 轧钢生产系统及生产工艺流程一.在介绍轧钢生产系统之前，首先介绍 模铸和连铸模铸：模铸：将钢水浇铸在一个个钢锭模内，钢水冷却凝固后脱模成为钢锭，然后送到轧钢车间，经加热后用初轧机（或开坯机）将其轧制成多种规格的钢坯，然后再经成品轧机轧制成各种钢材。这种生产方法仍在钢材生产中占着重要地位。2023/2/28 连铸：连铸：将钢水直接浇铸成一定断面形状和规格钢坯的连续铸钢生产连铸坯的过程。中间罐：贮存一部分钢水，保证连续铸钢，减小钢水

7、注入后结晶时产生的冲击力稳定钢流和分流，分离钢水带下的炉渣和非金属夹杂物。2023/2/28结晶器：无底水冷装置，强制钢锭迅速冷却，规定铸坯形状。夹送辊：防止铸坯因为内部钢液静压力的作用产生“鼓肚”，对铸坯运动起导向作用。拉矫机：拉辊：拉着钢坯向前运动。矫直辊：对铸坯表面平整矫直。模铸与连铸生产过程的比较如图7-3所示2023/2/28图7-3模铸与连铸过程比较2023/2/28连铸的优点：1.简化生产工序简化生产工序 连铸可直接得到一定断面形状的铸坯，省去了整模铸锭、脱模、均热、初轧开坯等工序。2.节约金属、成材率高节约金属、成材率高 钢锭头部有缩孔，轧材时必须切除，在钢锭模内钢液由下向上、

8、由外向里凝固，体积缩小，最后在头部形成缩孔和疏松，在缩孔区存在有较多较大夹杂物，必须切除。3.节能节能连铸省了一次加热、一次轧材（初轧开坯）2023/2/28连铸的优点：4.改善劳动条件，提高劳动生产率。改善劳动条件，提高劳动生产率。连铸自动化程度高，省去大量人力。铸锭从整模、铸锭、脱模、初轧都穿插人工操作，自动化程度低，工人劳动条件差。5.质量好质量好与铸锭比，连铸坯内部组织均匀、致密、偏析少、性能稳定，表面缺陷少。6.生产成本低生产成本低 连铸设备简单，省去初轧机，均热炉，并节约了燃料动力和人力，可连续化、大规模生产。2023/2/281.生产小批量、多规格坯料不灵活。生产小批量、多规格坯

9、料不灵活。（需更换结晶器，结晶器价格昂贵，连铸机设备较复杂，对管理和操作的技术水平要求较高，不适合经常更换）连铸的缺点：2.沸腾钢、高合金钢的连铸还有一定困难。沸腾钢、高合金钢的连铸还有一定困难。2023/2/28二 什么叫轧钢生产系统 在在组组织织生生产产时时，根根据据原原料料来来源源、产产品品种种类类及及生生产产规规模模的的不不同同，将将初初轧轧机机或或连连铸铸机机与与各各种种成成品品轧轧机机配配套套设置，组成各种轧钢生产系统。设置，组成各种轧钢生产系统。按按产产品品种种类类分分为为板板带带钢钢、型型钢钢、合合金金钢钢和和混混合合生生产系统。产系统。1.板带钢生产系统：生产钢板或带钢，年产

10、量数百万吨，生产规模大，宽带钢热连轧机达500600万吨/年。宽厚板轧机达100200万吨/年2023/2/282.型钢生产系统：与板带钢生产系统比生产规模不是很大根据规模可分为：大型生产系统：100万吨/年以上中型生产系统：30100万吨/年小型生产系统：30万吨/年以下3.混合生产系统：既生产板带又生产型钢、钢管。这种生产系统较多，满足多品种的需要。2023/2/284.合金钢生产系统：产量不大，而品种繁多，一般为中、小型型钢生产系统。三生产工艺流程生产工艺流程，即生产过程。由于碳素钢与低合金钢的钢种特性相似，故其流程基本一样。2023/2/282023/2/28重点了解：1.使用连铸坯为

11、原料的生产工艺过程与使用铸锭为原料的工艺过程有那些不同？2合金钢生产工艺过程与普通钢生产工艺过程有何不同？（多哪些工序？为什么？）3.冷加工生产工艺过程有何特点？为什么？2023/2/2882023/2/28什么叫轧制生产工艺过程？由由锭锭或或坯坯轧轧制制成成符符合合技技术术要要求求的的轧轧材材的的一一系系列列加加工工工序的组合。工序的组合。组织生产工艺过程，确定加工工序，首先要保证生产出的产品符合质量要求（或称技术要求），同时要尽量提高产量、降低消耗，这就是我们常说的“优质、高产、低消耗”，如何“优质、高产、低成本”的生产出符合技术要求的轧材，是制定工艺流程的总任务和总依据。8.1 轧材产品

12、的技术要求和产品标准一、轧材的技术要求8.12023/2/28为了满足使用上的要求，对轧材提出的必须具备的规格和技术性能，包括：形状、尺寸、表面状态、机械性能、物理化学性能，金属内部组织和化学成分等方面的要求。轧材技术要求是由使用单位按用途的要求提出来的。我们生产的钢材，都有用户使用。用户根据使用的要求提出品种规格的要求（如：建筑桥梁需钢梁工字钢，需要多大的规格），同时还提出其他要求：表面质量（裂纹、结疤、重皮，氧化铁皮），钢材机械性能（强度、塑性、韧性），工艺性能（弯曲、冲压、焊接等），物理化学性能（磁性、抗腐蚀性能等）。2023/2/28二、产品标准：钢材技术要求是由使用单位按用途的要求提

13、出来的，使用单位很多，不可能一个用户提一个要求来进行生产，用户提出的要求要根据当时生产的技术水平和经济性来制定成产品的标准，然后钢厂按标准来生产。各种轧材的使用范围不同，有大、有小，因此各种产品标准也有不同的适用范围，有企业标准、地方标准，国家标准。企业标准：几个企业之间根据使用要求和生产条件相互协商而定的标准，适用于承认该协议的各企业。如：汽车制造厂的轮网钢就是企业标准。2023/2/28地方标准：某些只在局部地区通用的产品所制定的标准。如：矿山用的钢轨适用于一定地区国家标准（部颁标准）：使用范围广，很多厂生产，制定出适合全国各生产的标准。钢材产品标准一般包括：品种（规格）标准，技术条件，试

14、验标准，交货标准。2023/2/28品种（规格）标准：主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求，形状要正确，不能有歪扭，弯曲不直，表面不平等缺陷，尺寸精度是尺寸偏差的大小，一般按负公差轧制，实际上对轧制精确度的要求提高一倍，而且节约金属，但有些轧材在使用时还要经过加工处理工序，为给加工留余地，常按正偏差交货。2023/2/28技术条件：表面质量，钢材性能，组织结构及化学成分等。表面质量：要求表面缺陷少，表面光洁平坦。表面缺陷有表面裂纹、结疤、重皮和氧化铁皮。性能要求：机械性能，工艺性能及特殊物理化学性能。机械性能指强度、塑性、韧性，硬度等。工艺性能指弯曲、冲压、焊接性能等。物化性能：磁性，抗腐蚀性

15、能等。轧材性能主要取决于轧材的组织结构和化学成分，因此规定了化学成分的范围，并提出金属组织结构方面的要求。2023/2/28试验标准：试验时的取样部位，试样形状、尺寸，试验条件，试验方法。交货标准：交货时包装，标志方法，质量证明书内容。8.2金属与合金的加工特性通过自学了解碳素钢与合金钢在塑性，变形抗力，导热系数，摩擦系数，相图，淬硬性及对某些缺陷的敏感性有何不同之点以及为什么？2023/2/288.3轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响基本工序：原原料料的的清清理理准准备备加加热热轧轧制制冷冷却却精整精整检查检查8.3.1原料的选择及准备在轧钢生产中，一般常用的原料为钢锭、轧坯和连铸坯，也

16、有采用压铸坯的。以上几种原料的优缺点及适用情况见表82P109要求能够掌握2023/2/28原料优点缺点适用情况铸锭不用初轧开坯，可独立生产金属消耗大、成材率低、不能中间清理、压缩比小、偏析重、质量差、产量低无初轧及开坯机的中小型企业及特厚板生产轧坯钢材质量好、成材率比用扁锭时高、钢种不受限制、坯料尺寸规格可灵活选择需初轧开坯、使工艺和设备复杂化、消耗和成本高、比连铸坯金属消耗大、成材率小大型企业钢种品种较多及规格特殊的钢坯可用横轧方法生产厚板 连铸坯简化生产及设备、使成材率高金属节约6%12%以上、大幅降低能耗和成本约10%、比初轧坯形状好、短尺少、成分均匀、坯重量可大、节约投资和劳动力、易

17、于自动化只适用镇静钢、钢种受限制、压缩比也受限制、不太适用生产厚板、受结晶器限制规格难灵活变化、连铸工艺掌握难 适用大、中、小型联合企业品种较简单的大批量生产受压缩比限制、适用于生产不太厚的板带钢2023/2/28压铸坯金属消耗小、成坯率可95%以上、质量比连铸坯还好、组织均匀致密、表面质量好、设备简单投资少、规格变化灵活性大生产能力较低、不太适应大型企业大规模生产、连续化较差适用中小型企业及特殊钢生产说明：连铸坯的优点很多，是发展方向，但是还不能完全取代铸锭，一个重要的原因就是初轧开坯生产钢锭的尺寸规格可以灵活，如：鞍钢有初轧，又生产板坯，又生产方坯（同时生产），而用连铸则办不到，同时连铸坯

18、受钢种限制。2023/2/28选择原料应注意的问题：1要考虑质量和产量选取适当的坯料尺寸，在保证压缩比的前提下，尽量减少轧制道次以提高产量，（断面大需要的道次多）压缩比=2.考虑经济效益和生产的可能性的条件下要使各项消耗降低原料的准备主要是检查、清理表面各种缺陷（结疤、裂纹、夹渣、折迭等）如果不在轧前加以清理，轧制中将不断扩大，并引起更多缺陷。2023/2/28清理方法：火焰清理：适于碳素钢、低合金钢，金属耗量较大风铲清理：适用碳素钢、合金钢、高碳钢（合金钢导热性能差，直接用火焰清理易开裂，必须先预热）砂轮清理（刨削）：适于合金钢，剥皮，金属消耗大8.3.2原料的加热加热目的：1.1.提高塑性

19、和降低变形抗力。提高塑性和降低变形抗力。2.2.改改善善金金属属内内部部组组织织性性能能，如偏析经加热可减轻或消除。为达到上述目的，加热温度尽量高一些，但是过高或加热方法不对，都会造成加热缺陷，影响钢材质量，甚至造成废品。2023/2/28加热缺陷有：1.过热：加热温度偏高，加热时间偏长，使晶粒长大，晶粒间结合力减弱，机械性能变坏（可逆性缺陷）2.过烧：在过热基础上，继续使加热温度过高，晶粒边界发生氧化或熔化，轧制时发生碎裂（报废）3.脱C：原料表面层所含碳被氧化而减少，使钢材表面硬度降低，许多合金钢及低合金钢不允许脱碳4.氧化铁皮:金属表面层的氧化膜，加热温度越高时间越长，炉内的氧化气氛越强

20、，则生成的氧化铁皮越多，造成金属烧损，引起钢材表面缺陷，（麻点，铁皮等）2023/2/285.加热不均：沿坯断面或长度各处的温度不同，轧制时发生歪扭，弯曲和内拉裂为防坯料在加热时止出现加热缺陷，能够加热出合格的坯料，要注意以下问题：1正确确定加热速度加热速度是指单位时间内，钢坯表面升高的温度。确定钢的加热速度，考虑钢的塑性、导热性、断面尺寸大小。2023/2/28 对合金钢和高碳钢：在500600塑性导热性差，开始加热速度过快，表层和中心温差过大，造成很大的热 应 力 而 开 裂，对 导 热 性、塑 性 差 的 钢 种，在600650以下要缓慢加热，加热到700以上温度时钢塑性已转好，内外温差

21、减小，尽可能快的速度加热。对普碳钢：其塑性和导热性能好，可快速加热，以提高生产能力，可防止氧化，脱C，过热等。对于小断面料可快速加热，对于大断面料，要降低加热速度，防止表层和中心温差过大。2023/2/282.确定合理加热时间加热时间的长短影响到质量和产量连续式加热炉加热钢坯，加热时间的经验式：t=cB小时B：坯料边长或厚cmc：系数碳钢：0.10.15合金结构钢：0.150.22023/2/28 8.3.3钢的轧制要想轧出合乎质量要求的轧材，轧钢工序是非常重要的，是保证产品质量的一个中心环节。轧钢工序有两大任务：轧钢工序有两大任务：精确成形，改善组织和性能精确成形，改善组织和性能影响精确成形

22、因素有：合理的孔型设计（型钢），辊型设计（板带钢）压下规程及轧机调整（压下规程：内容是确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每道次压下量）轧制过程工艺参数稳定，如：温度、速度、张力等2023/2/28影响组织和性能的因素：变形程度：应保证改善铸态组织，保证压缩比和细致均匀的晶粒度（变形程度较大，压应力状态强，有利于改善组织，性能）。变形温度：钢材性能组织终轧温度开轧温度（钢坯在不影响质量的前提下尽量提高开轧温度，开开轧轧温温度度的的确确定定原原则则：必必须须以保证终轧温度为依据。以保证终轧温度为依据。）终轧温度：2023/2/282023/2/28终轧温度因钢种不同而不同，主要取决于产品技术中规定

23、的组织性能，如果产品在热轧以后没有热处理，那么终轧温度的选择便以获得的所需要的组织性能为目的。在轧制亚共析钢时，一般终轧温度应高于Ar3线约50100，以便在终轧以后迅速冷却到相变温度，获得细化的晶粒，若终轧温度过高，破碎的晶粒会继续长大，得到粗晶组织，降低机械性能。2023/2/28 若低于Ar3线，在（+）区进行了一定的塑性变形，将导致加工硬化，塑性降低，变形抗力提高。（因为在同样温度下，易变形，不易变形，导致不同相变形不均匀，从而引起附加应力；另一方面，在基体上出现，可将看作硬的夹杂物，它将强烈阻止位错的移动，而在该处形成位错堆积，引起应力集中，在一定条件下形成断裂。若在基体上出现，这将

24、使强固的机体削弱，同样也引起应力集中易使金属过早断裂。）2023/2/28 过共析钢的终轧温度应比SK线高出100150，低于SK线，易析出石墨出现裂纹，高于SE线在晶粒边界析出的网状碳化物不能破碎，使钢材的机械性能恶化。变形速度（轧制速度）：提高可提高产量和质量；头尾温差减小，对质量好，但速度上升受轧机设备、电机能力、强度、机械化自动化水平以及咬入条件等限制。2023/2/288.3.4 轧后冷却与精整一.冷却：轧后冷却条件不同会得到不同的组织和性能，控制冷却可以达到我们要求的性能，如：冷却速度提高+F（渗碳体）得到细晶粒组织，但对于某些导热性能差、塑性差（合金钢）易冷裂。常用冷却方式：1.

25、水冷：在辊道或冷床上喷水、喷雾冷却，例如线材通过冷却水管强制冷却。2023/2/28水冷对钢材有要求：对碳素钢，开坯（半成品对性能不要求）可水冷，某些合金、高合金钢易产生应力和裂纹不宜水冷。水冷还可清除表面氧化铁皮，提高冷床生产能力。2.空冷：钢材放在冷床上，靠辐射和对流冷却，凡是在空气中冷却，不产生热应力裂纹的钢种，都可以空冷，而且可通过吹风、钢材疏密排列来调整冷却速度。3.堆冷、缓冷：对于某些合金钢，高合金钢，易产生应力和裂纹，要进行堆冷、缓冷。2023/2/28堆冷：在冷床上冷却到一定温度之后堆垛冷却。缓冷：在缓冷坑中缓慢冷却或在保温炉中进行等温处理。二.精整：精整加工对质量也有重要影响

26、，保证轧材正确的形状和尺寸。轧件冷却之后往往是弯曲的，要使之平直，要经过矫直机矫直。轧材头尾组织性能较差，且轧制时易出缺陷应剪去轧材按要求剪切成定尺，剪切用锯或剪简单断面型材用热剪，热锯，复杂断面型材多用热锯，冷锯或异型剪刀的剪。钢板多用剪剪切钢管多用锯或专用的切管机2023/2/288.3.5钢材质量检查任务是确定成品质量是否符合产品标准和技术要求。化学成分检查：材质率，避免混号机械物理性能检验：s、b、扭度、硬度等低倍组织及显微组织的检验断口试验，疏松非金属夹杂质脱C，白点，晶粒度2023/2/282023/2/282023/2/282023/2/28102023/2/28前已述及，型材产

27、量在工业发达国占30%左右，我国占5060%。中国各大钢铁企业纷纷调整了产业结构，上马板带钢生产线，这是不是意味着型材不重要了或型钢厂下马呢？不是的，由于型材品种繁多，规格齐全，用途广泛，在很多领域里都是不可替代的，且生产方式是最经济的，现在板带钢需求，是由于国家政策调整，基础设施建设力度加大，以及汽车工业的发展所致。而现阶段型材生产存在的主要问题是：经济断面型钢，如H型钢和轻型薄壁型钢等品种的市场开发缓慢；型材品种数远远低于工业先进国家 装备水平落后的企业所占的比例过大。2023/2/2810.1生产特点用途及典型产品10.1.1 型材的生产特点：品种规格多：目前以达万种以上，少数专用轧机生

28、产，大多数型材轧机多品种，多规格生产。断面形状差异大：如工、槽、Z、H型钢，钢轨不仅断面形状大而且相互之间差异很大，其孔型设计和轧制生产都有其特殊性。断面形状复杂：在轧制过程中各部分金属变形不均匀，断面各处温度不均，轧辊摩擦也不均匀，轧件尺寸难以精确计算，轧机调整和导卫装置安装复杂，故复杂断面型材的连轧技术发展缓慢。2023/2/28轧机结构和轧机布置多种多样。结构形式上：二辊式、三辊、四辊、万能式、45轧机、悬臂式轧机等轧机布置：横列式、顺序式轧机、半连续式、连续式轧机等10.1.2 型材的分类、用途及市场对型材的要求一.分类及用途：表10-1型材的断面形状,尺寸范围及用途品种尺寸范围/mm

29、用途H型钢 高度*宽度，宽边500*500，中边900*300，窄边600*200土木建筑，矿山支护，桥梁，车辆，机械工程2023/2/28钢板桩 有效高度，U型500，Z型400，直线型500港口，堤坝，工程围堰钢轨单重，重轨3078kg/m，轻轨530kg/m起重轨120kg/m铁路，起重机工字钢高度*宽度，100*68630*180土木建筑，矿山支护，桥梁，车辆，机械工程槽钢高度*宽度，50*37400*104 同上角钢高度*宽度，等边20*20200*200，不等边25*16200*125土木建筑，铁塔，桥梁，车辆，船舰矿用钢工字钢，槽帮钢支护，矿山运输T型钢高度*宽度，150*403

30、00*150土木建筑，铁塔，桥梁，车辆，船舰2023/2/28球扁钢宽*厚度，180*9250*12船舰钢轨附件单重，660kg/m钢轨垫板，接头夹板异型材车辆，机械工程，窗框等 二.市场对型材的要求。总的形式是要求越来越严格。1.建筑用材：提高强度，如常用建筑螺纹钢筋要求强度为400500Mpa，而最新要求是6001000Mpa。增加功能：如具有耐火性能，耐腐蚀性能等，唐山地区要求抗震性能2023/2/282.铁板桩（用在港口、堤坝、工程围堰）：耐腐蚀性3.铁路用材：要适应高速重载的要求，要求重轨高尺寸精度，高平直度，具有良好的组织性能和焊接性能，耐磨4.造船用材：良好的焊接性能和耐腐蚀性能

31、5.各个部门都要求使用高效经济断面钢材,从尺寸上说，要求型材轻型薄壁，并可以充分发挥其形状效能10.1.3 典型产品10.1.3.1H型钢工字钢成H型。腿内侧平直，腿端呈直角。h-腰高d-腰厚b-边宽（腿宽）t-边厚2023/2/28图10-1H型钢和普通工字钢的区别2023/2/28与同样高度的普通工字钢相比，H型钢腰部厚度小，边部宽度大，又叫宽边工字钢，优点：1.截面横数大，强度高，常用于要求承载能力大，截面稳定性好的大型桥梁，高层建筑，重型设计，高速公路等。2.重量轻，节约金属3.边部内侧与外侧平直，边部呈直角。便于拼装组合成各种构件，提高生产效率一.H型钢轧制2023/2/282023

32、/2/282023/2/281.万能辊轧机，水平辊主动。左右两个立辊被动（以保证减速相等）腰部在水平辊间轧制，边部在水平辊侧面与立辊间使其同时成形，未能对边端部施以压下，用轧边机对端边以压下并限制腿高。2.在腿部压下时，由于水平辊与轧件之间有滑动。轧辊的摩损比较大。为此，使上下水平辊的侧面以及相应的立辊表面呈310的倾角。为修正腿的角度，配置万能精轧机。其立辊表面水平的水平辊侧面垂直或有很小的倾角00.3二.H型钢的发展2023/2/281902年德国建成世界第一台带旋转立辊和单独设置轧边端机的H型钢轧机。1970年出现了连续式万能轧机，提高了生产效率。到2000年，世界上约有上百套万能型钢轧

33、机。不仅生产H型钢。还可轧制钢轨，槽钢，角钢等。日本是H型钢产量和用量最大的国家。我国H型钢生产始于70年代，包钢轨梁厂用二辊轧机+立辊生产少量H型钢，以满足国内建设急需。国产轧制H型钢生成于1991年在马鞍山钢铁公司。1998年马鞍山从德国引进代表国际先进水平的现代化H型钢轧机，1998年莱芜钢铁总厂从日本引进。2023/2/2810.1.3.2钢轨钢轨的横截面分为轨头、轨腰和轨底。钢轨的规格以每米长单重表示钢轨的规格以每米长单重表示轻轨30kg/m铁路重轨生产的发展：1.轨底宽度、轨腰高度增加（提高重轨的抗弯截面模数）2.单重增加：70kg/m以上，起重轨达到128kg/m3.长度增加：达

34、100m/根，以减少钢轨接头附件和车轮磨损4.新材料（低合金钢轨）热处理提高强韧性、耐磨性、提高使用寿命2023/2/2810.1.3.2钢轨2023/2/28两辊孔型法：（常规法）由一个梯形孔、三个帽形孔和五个轨形孔组成（只靠水平辊压下，对钢轨头部和底部仅进行间接压下，变形率低、孔型易磨损，轧机刚度差）。轨头踏面形状难以保证、断面形状不对称、轨高和轨底的精度较差、轨头和轨底的加工量小，尺寸精度差。一.钢轨的轧制2023/2/28万能轧法：产品质量好（头底均有压下，变形大，产品表面光滑，尺寸精确）、轧辊磨损少、生产率高，产量提高1.8倍、导卫装置设计简单，易于安装、轧辊孔型设计简单，投资少，生

35、产费用低，既能轧制钢轨，又能轧制型钢。万能轧法基本原理：在控制轨腰、轨底和轨头厚度的同时，在四个垂直方向上给轧件施加了大的压下量。延伸系数相当大，每道次在1.251.4之间。2023/2/282023/2/282023/2/282023/2/28二.钢轨轧后处理1.冷却：自然空冷：当炼钢厂采用无氢冶炼方法时，可直接在冷床上冷却缓冷：钢轨中含氢时，在冷却至500600，进缓冷坑缓冷以消除“白点”2.矫直：矫直温度tl说明实测的穿孔时间长经验式：送进角dR：毛管外径及顶头直径mm：顶头前管坯外径的压缩率10%则代入10f：摩擦系数n：轧辊数目2023/2/28钢锭穿孔：坯料穿孔：最大相对压缩率%：

36、轧辊圆周速度dp,dd坯、锭直径：送进角二辊斜轧穿孔机变形区内金属滑动的特点是轴向全后滑Sxx1（有时在接近出口时出现前滑）而其他部位也为后滑。2023/2/28轴向全后滑是由于顶头的阻力大，切向前滑是由于在入口处轧轴直径较小，线速度较低所致。切向滑动系数Syx1，可用于工程计算，出口轴向滑动系数，二辊斜轧（曼乃斯曼）菌式二辊斜轧=0.80.95=0.80.95=0.50.95=0.50.95比二辊斜轧穿孔机高比二辊斜轧穿孔机高1520%1520%浮动芯棒三辊斜轧管机浮动芯棒三辊斜轧管机=0.701.30=0.701.30三辊斜轧穿孔机三辊斜轧穿孔机 二辊斜轧均整二辊斜轧均整 2023/2/2

37、8轴向出口滑动系数波动范围较大，与如下因素有关：19.2斜轧过程中轧件的变形 19.2.1二辊斜轧穿孔的孔型与变形区一孔型：由轧辊、导板和中间顶头构成“孔型”。19.22023/2/28（1）轧辊：分为入口锥、出口锥和轧制带入口锥：咬入管坯，并实现穿孔出口锥：实现毛管减壁、平整表面、均匀壁厚、毛管规圆轧制带：起过度作用(2)导板：固定不动，限制毛管横变形入口斜面：导入毛管出口斜面：导出毛管过渡带：两斜面的过渡，光滑过度（3)顶头：内变形工具2023/2/28顶头分为顶头结构：（1）顶尖（鼻尖）：改变金属的流向，减缓尖部磨损提高使用寿命。对准管坯定心孔，穿正，防止形成空腔。2023/2/28（2

38、）穿孔锥：穿孔，减壁（3）均壁椎：毛管均整，平整毛管的内外表面，一般取为直线段。锥角等于轧辊出口锥辊面锥角。（4）反锥：防止刮伤毛管内表面，顶头平放起平衡作用。二变形区：变形区分为四个部分：（1）穿孔准备区由管坯开始咬入到顶尖。其作用：实现管坯的一次咬入为二次咬入储存足够的剩余摩擦管坯中心疏松。2023/2/28一次咬入：轧件与轧辊接触，靠产生的摩擦力将轧件拉入变形。二次咬入：轧件与顶头接触，轧辊与轧件间的剩余摩擦克服顶头的阻力，将金属继续拉入变形区。（2）穿孔区：由顶尖到顶头穿孔锥结束。其作用：实现穿孔、减壁、直接承受穿孔变形。（3）均整区：顶头均壁锥相对应的部分。其作用：平整毛管内外表面和

39、均匀毛管壁厚。（4）规圆区，均整区后到毛管与轧辊接触的部位。其作用：靠轧辊将椭圆形毛管旋转加工成圆形。2023/2/28注意问题：1.管坯在拽入区不与导板接触（或者管坯与轧辊接触一定的长度（3070mm）再与导板接触，否则前卡或只转不走。2.毛管在出变形区前，要先脱离顶头和导板，再离开轧辊保证毛管规圆。介绍斜轧机穿孔变形区的几何参数。1.轧制线：顶杆的中心线。2.轧机中心线：指穿孔机的中心线，有的轧制线比中心线低36mm，使轧制稳定。.3.送进角：轧辊轴线与轧制线两条异条直线的交角。应该是轧辊轴线在包括轧制线的垂直平面上投影的夹角。4.辊距：两轧辊轧制带之间（即孔喉处）的距离。2023/2/2

40、85.管坯总压下量：dp=dp-d管坯直径减去辊距。总压下率：=dp/dp100%6.导板锯两导板过渡带工作面之间锯。7.孔型椭圆系数：=a/d8.顶头前压下量：ddq=dp-Bdq管坯直径减去顶头前辊距顶头前压下率：dq=ddq/dp100%顶头前辊距：Bdq=d+2(N-0.5L3)tan9.顶头伸前量（N）：表示顶头位置，顶尖到轧制带中心线的距离。顶杆位置：（y）：顶头后端到轧辊后端的距离。2023/2/2810.毛管外扩径量：Dk=dd-dp毛管内扩径量：dk=dm-Dt19.2.2轧件的变形可分为基本变形和附加变形。一基本变形。指由实心坯穿成毛管时轧件几何形状和尺寸的变化，其变化与变

41、形区几何形状有关，而与轧件材质无关。基本变形包括：假设由直径为Dm的管坯轧制成外径为Dm，壁厚为m的毛管。2023/2/281.伸长量（由管坯穿成毛管的长度增加量）L=Lm-Lp2.平均扩径量3.减壁量即为由实心管坯变成壁厚为m的毛管产生基本变形是由于轧辊对轧件有压下量，由轧辊每接触轧件一次，则轧件承受一次变形，则每接触一次轧辊的加工量为“单位压下量”。2023/2/28图19-8临界径缩率、坯端凹度、平均单位压下率与送进角的关系（试验钢种Ci18Ni10Ti）送进角对坯端深度太小的影响曲线送进角对平均单位压下量的影响曲线送进角对临界径缩率的影响曲线2023/2/28拽入区（穿孔准备区）Zx-

42、1/n螺距穿孔区孔喉前穿孔区孔喉后变形区长度的计算2023/2/28考虑送进角的影响变形区的宽度可用入口到孔喉的宽度平均值为入口锥宽度（出口锥宽度同理）二附加变形二辊斜轧穿孔的变形很复杂，并沿横断面分布不均。开始咬入时呈表面变形，在穿孔区管壁渐薄，工具摩擦影响较大，产生切向轴向切变形，同时还有扭曲变形，管坯塑性变形等。2023/2/281.高断面斜轧变形区。孔腔的形成。什么叫孔腔：心部产生的内撕裂。由于变形量较小时，形成“双鼓变形”，则中心处受拉应力，由于反应辗压，金属横向流动和延伸，则在中心区域形成二向拉应力，而外力作用方向为压应力，而在45度方向上产生切应力，当工作应用状态到达一极限值后，

43、则在最大切应力方向产生变形，这种交变的切变形，使中心产生疏松，撕裂形成孔腔。为防止过早形成孔腔：加大送进角（变形区长度缩短）2023/2/28减小“孔型”椭圆度（控制横向张应力的发展）提高临界经缩率（顶头位置合理）经缩率必须达到一定值时，才能积聚足够的摩擦力实现第二次咬入。减少金属在变形区的加工次数（限制横向张应力的积累程度）扭曲变形：轧件各横断面的转速npx不同。穿孔变形区。2023/2/28切向剪切变形：只内外层金属沿横向产生附加的相互剪切变形。应尽量减小附加变形（无用变形，有害变形）可能造成裂纹、折叠和离层等缺陷。a.保证稳定轧制条件下尽量降低2，缩短变形区长度（加大）b.保证正常拽入的条件下顶头超前量增大，轧辊入口锥角减小c.顶头超前量，经缩比，送进角合理搭配，能使变形均匀。2023/2/28d.顶头主动旋转，提高变形均匀性，（减小轴向、切向变形）19.3斜轧穿孔过程的咬入条件：斜轧穿孔过程，由于有顶头存在，有两次咬入。一次咬入：轧件与轧辊接触而产生的摩擦力将轧件拉入变形区（此时轧件是做螺旋运动）二次咬入：轧件与顶头接触时，轧辊与轧件间的剩余摩擦克服顶头的阻力，将金属继续拉入变形区。19.32023/2/28