轧钢生产过程.doc

第三节 轧制生产工艺过程及其制定由锭或坯轧制成符合技术要求的轧材的一系列加工工序的组合称为轧制生产工艺过程组织轧制生产工艺过程首先是为了获得合乎质量要求或技术要求的产品，同时也要考虑努力提高产量及降低成本因此，如何能优质、高产、低成本地生产出合乎技术要求的轧材，乃是制订轧制生产工艺过程的总任务和总依据在深入了解轧材技术要求的同时，我们还必须充分掌握金属与合金的内在特性，尤其是加工工艺特性及组织性能变化特性，亦即固有的内在规律然后，利用这些规律以采取有效的工艺手段，并正确制订生产工艺过程，从而达到生产出合乎技术要求的产品的目标一、轧材产品标准和技术要求轧材的技术要求就是为了满足使用上的需要，对轧材提出的在规格和技术性能的要求，例如，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它是由使用单位按用途的要求提出，再根据当时实际生产技术水平的可能性和生产的经济性来制定的它具体体现为产品的标准轧材的技术要求有一定的范围，并且随着生产技术水平的提高，这种要求及其可能满足的程度也在不断提高轧制工作者的任务就是不断提高生产技术水平来尽量满足使用上的更高要求轧材的产品标准一般包括有品种（规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等方面的内容。

品种标准主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求产品技术要求除规定品种规格要求以外，还规定其他的技术要求，例如，表面质量、钢材性能、组织结构及化学成分等，有时还包括某些试验方法和试验条件等产品表面质量直接影响到轧材的使用性能和寿命产品要求表面缺陷少、表面光整平坦而洁净轧材性能的要求主要是对轧材的力学性能、工艺性能（弯曲、冲压、焊接性能等）及特殊物理化学性能（磁性、抗腐蚀性能等）的要求其中最常见的是机械性能（强度性能、塑性和韧性等），有时还要求硬度及其他性能产品标准中还包括验收规则和需要进行的试验内容，包括做试验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件和试验方法等此外，还规定了轧材交货时的包装和标志方法以及质量证明书等内容某些特殊的轧材在产品标准中还规定了特殊的性能和组织结构等附加要求以及特殊的成品试验要求等各种轧材根据用途的不同都有各自不同的产品标准或技术要求由于各种轧材不同的技术要求，再加上不同的材料特性，便决定了它们不同的生产工艺过程和生产工艺特点二、金属与合金的加工特性为了正确制定轧材的生产工艺过程和规程，必须深入了解轧材的加工特征，即其固有的内在规律下面以钢为主分别叙述与生产工艺过程和规程有关的加工特性。

1、塑性纯金属和固溶体有较高的塑性，单相组织比多相组织的塑性高，而杂质元素和合金元素愈多或相数愈多，尤其是有化合物存在时，一般都导致塑性降低（稀土元素等例外），尤其是硫、磷、铜及铅锑等易熔金属更为有害因此，一般纯铁和低碳钢的塑性最好，含碳愈高，塑性愈差；低合金钢的塑性也较好，高合金钢一般塑性较差钢的塑性一方面取决于金属本身，这主要是与组织结构中变形的均匀程度，即与组织中相的分布、晶界杂质的形态与分布等有关，同时也与钢的再结晶温度有关，再结晶开始温度高、再结晶速度慢，往往使钢的塑性变差另一方面，塑性还与变形条件，即与变形温度、变形速度、变形程度及应力状态有关，其中变形温度的影响最大，故必须了解塑性与温度的变化规律，掌握适宜的热加工温度范围此外，在较低的变形速度下轧制，或采用三向压应力较强的变形过程，如采用限制宽度和包套轧制等，都有利于金属塑性的改善2、变形抗力一般地说，有色金属及合金的变形抗力比钢的要低，随着合金含量的增加，变形抗力将提高由加工原理已知，凡能引起晶格畸变的因素都使变形抗力增大合金元素尤其是碳、硅等元素的增加使铁素体强化合金元素，尤其是形成稳定碳化物的元素，在钢中一般都能使奥氏体晶粒细化，使钢具有较高的强度。

合金元素还通过影响钢的熔点和再结晶温度与速度，通过相的组成及化合物的形成，以及通过影响表面氧化铁皮的特性等来影响变形抗力在这里还要指出，当高温时，由于合金钢一般熔点都较低，因而合金钢变形抗力可能大为降低，例如，高碳钢、硅钢等在高温时甚至比低碳钢还要软3、导热系数随着钢中合金元素和杂质含量的增多，导热系数几乎没有例外地都要降低碳素钢的导热系数一般在摄氏零度时为ג0=40.8~60.5W/m·k，合金钢 ג0=15.1~40.8W/m·k，高合金钢ג0<23.3~25.6W/m·k由此可见随合金元素增多使导热系数显著地降低钢的导热系数还随温度而变化，一般是随温度升高而增大，但碳钢在大约800℃以下是随温度升高面降低的铸造组织比轧制加工后的组织的导热系数要小故在低温阶段，尤其是对钢锭铸造组织进行加热和冷却时，应该特别小心谨慎此外，合金钢的导热系数愈低，则在铸锭凝固时冷却愈加缓慢，因而使枝晶愈加发达和粗大，甚至横穿整个钢锭，这种组织称为柱状晶或横晶这种柱状晶组织可能本身并不十分有害，但由于不均匀偏析较重，当有非金属夹杂或脆性组织成分存在时，则塑性降低，轧时易开裂，在拟订生产工艺过程时必须加以考虑。

4、摩擦系数合金钢的热轧摩擦系数一般都比较大，因而宽展也较大由该表可见，很多合金钢的摩擦系数要比碳素钢大，因而其宽展也大这可能主要是因为这些合金钢中大都含有铬、铝、硅等元素含铬高的钢形成粘固性的氧化铁皮，使摩擦系数增加，宽展加大同样含铝、硅的钢的氧化铁皮也较粘而且软，因而摩擦系数也较大但与此相反，含铜、镍和高硫的钢则使摩擦系数降低合金钢的摩擦系数和宽展的这种变化，在拟订生产工艺过程和制定压下规程时必须加以考虑5、相图形态合金元素在钢中影响相图的形态，影响奥氏体的形成与分解，因而影响到钢的组织结构和生产工艺过程例如，铁素体钢和奥氏体钢都没有相变，因而不能用淬火的方法进行强化，也不能通过相变改变组织结构，而且在加热过程中晶粒往往容易粗大碳素钢及普通低合金钢一般皆属于珠光体钢，不可能是马氏体、奥氏体或铁素体钢其实碳素钢也可以说是一种合金钢，碳也有升高相图中A4点和降低A3点的作用，所以高碳钢的生产工艺特性一般相近于合金钢，而低合金钢则与碳素钢相接近由此可见，了解一种相图变化规律和特点，是制订该钢种生产工艺过程及规程的基础6、淬硬性合金钢往往较碳素钢易于淬硬或淬裂除钴以外，合金元素一般皆使奥氏体转变曲线往右移，亦即延缓奥氏体向珠光体的转变，降低钢的临界淬火速度，甚至如马氏体钢在常化的冷却速度下也可得到马氏体组织。

这样对于塑性较差的钢也就很容易产生冷却裂纹（冷裂或淬裂）由于合金钢容易淬硬和淬裂，因而在生产过程中便时常采取缓冷、退火等工序，以消除应力及降低硬度，以便于清理表面或进一步加工7、对某些缺陷的敏感性某些合金钢比较倾向于产生某些缺陷，如过烧、过热、脱碳、淬裂、白点、碳化物不均等这些缺陷在中碳钢和高碳钢中也都可能产生，只不过是某些合金钢由于合金元素的加入对于某些缺陷更为敏感罢了例如，不同成分及用不同方法冶炼的钢的过热敏感性也不相同一般说来，钢中合金元素增多，可在不同程度上阻止晶粒长大，尤其是铝、钛、铌、钒、锆等元素有强烈抑制晶粒长大的作用，故大多数合金钢比碳素钢的过热敏感性要小但是，碳、锰、磷等由于能扩大奥氏体（γ）区，却往往有促使晶粒长大的趋势又如含碳较高的钢，其脱碳倾向性也较大钢中含少量的铬有利于阻止脱碳，但硅、铝、锰、钨却起着促进脱碳的作用所以通常在硅钢片生产中能利用脱碳退火的方法来降低含碳量，而在生产弹簧钢60Si2Mn时则更要注意防止脱碳白点是分布在钢材内部的一种特殊形式的微细裂纹碳素钢只有在钢材断面较大（如重轨、轮箍等）且含锰、碳量较高时，才易形成白点通常对白点敏感性大的钢种多为中合金钢，尤其是合金元素质量含量在8%左右的钢，由于氢的扩散聚集条件适中，钢的组织应力也大，故白点生成的几率较大。

必须注意，白点不是在轧制时形成，而是在冷却时产生的，甚或冷却后当时尚不能发现，要到存放一定时间后才出现任何能促使钢中氢气析出扩散的工序，例如长期的加热、退火、缓冷等，都会减轻或防止白点形成以上只是列举几种值得注意的主要钢种特性实际上各种钢的具体特性都不相同，故在制定其生产工艺过程时，必须对其钢种特性作详细调查或实验研究，求得必要的参数，作为制订生产工艺规程的依据三、轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响虽然根据产品的主要技术要求和合金的特性所确定的各种轧材的生产工艺流程各不相同，但其最基本的工序都不外是原料的清理准备、加热、轧制、冷却与精整和质量检查等工序1、原料的选择及准备一般轧制生产常用的原料是铸锭、轧坯及连铸坯三种，有时还采用压铸坯采用连铸坯是发展的方向，现正在迅速推广；而以钢锭作为原料的老方法，除某些钢种以外，已处于淘汰之势原料种类、尺寸和重量的选择，不仅要考虑其对产量和质量的影响（例如考虑压缩比及终轧温度对性能质量及尺寸精度的影响），而且要综合考虑生产技术经济指标的情况及生产的可能条件为保证成品质量，原料应满足一定技术要求，尤其是表面质量的要求因而原料一般要进行表面清理，并且对于合金钢锭往往在清理之前还要进行退火。

采用连铸坯也是无缝钢管生产技术的重要发展趋势用连铸坯直接轧管可使钢管成本降低15%以上生产实践和专门试验证实，连铸坯的内部质量是较好的，内部非金属夹杂、化学成分偏析和铸造组织缺陷比用普通钢锭轧成的管坯少连铸坯直接轧管的主要技术问题是如何解决钢管外表面质量问题，目前主要是从提高冶炼和连铸技术，改进穿孔方法及加强管坯质量检查和表面清理等几方面着手原料表面存在的各种缺陷（结疤、裂纹、夹渣、折叠等），如果不在轧前加以清理，轧制中必然会不断扩大，并引起更多的缺陷，甚至影响钢在轧制时的塑性与成型因此，为了提高钢材表面质量和合格率，对于轧前的原料和轧后的成品，都应该进行仔细的表面清理，特别是对合金钢要求就更加严格因而合金钢在铸锭以后一般是采取冷锭装炉作业，让钢锭完全冷却，以便仔细进行表面清理，在清理之前往往要进行退火处理以降低表面硬度至于碳素钢和低合金钢则为了尽量采用热装炉，或在轧前利用火焰清理机进行清理，或暂不作清理而等待轧制以后对成品一并进行清理原料表面清理的方法很多对碳素钢一般常用风铲清理和火焰清理；对于合金钢，由于表面容易淬硬，一般常采用砂轮清理或机床刨削清理（剥皮）等根据情况某些高碳钢和合金钢也可采用风铲或火焰清理，但在火焰清理前往往要对钢坯进行不同温度的预热。

每种清理方法都有各自的操作规程2、原料的加热在轧钢之前，要将原料进行加热，其目的在于提高钢的塑性，降低变形抗力及改善金属内部组织和性能，以便于轧制加工这就是说，一般要将钢加热到奥氏体单相固溶体组织的温度范围内，并使其具有较高的温度和足够的时间以均化组织及溶解碳化物，从而得到塑性高、变形抗力低、加工性能好的金属组织一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加工温度应尽量高一些好但是高温及不正确的加热制度可能引起钢的强烈氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷，降低钢的质量，甚至导致废品因此，钢的加热温度主要应根据各种钢的特性和压力加工工艺要求，从保证钢材质量和产量出发进行确定加热温度的选择应依钢种不同而不同对于碳素钢，最高加热温度应低于固相线100~150℃；加热温度偏高，时间偏长，会使奥氏体晶粒过分长大，引起晶粒之间的结合力减弱，钢的机械性能变坏，这种缺陷称为过热过热的钢可以用热处理方法来消除其缺陷加热温度过高，或在高温下时间过长，金属晶粒除长得很粗大外，还使偏析夹杂富集的晶粒边界发生氧化或熔化，在轧制时金属经受不住变形，往往发生碎裂或崩裂，有时甚至一受碰撞即行碎裂，这种缺陷称为过烧过烧的金属无法进行补救，只能报废。

过烧实质上是过热的进一步发展，因此防止过热即可防止过烧随着钢中含碳量及某些合金元素的增多，过烧的倾向性亦增大高合金钢由于其晶界物质和共晶体容易熔化而特别容易。