16MnR 中厚板轧制规程制定

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目：16MnR中厚板轧制规程制定

学生姓名：学号：200911101052

所在院(系)：材料工程学院

专业：材料成型及控制工程

班级： 2011级压力加工班

指导教师：肖玄职称：讲师

2014年10 月13 日

攀枝花学院教务处制

攀枝花学院本科学生课程设计任务书

目录

1 绪论 (5)

2中厚板生产工艺 (6)

2.2中厚板生产工艺流程的制订 (7)

2.3 中厚板生产工艺流程 (7)

2.3.1坯料 (7)

2.3.1.1坯料的选择 (7)

2.3.1.2 铸坯的材质 (8)

2.3.1.3 铸坯检查与清理 (8)

2.3.2坯料加热 (8)

2.3.2.1 加热炉选择 (8)

2.3.2.2加热温度 (9)

2.3.2.3 加热速度 (9)

2.3.2.4 加热时间 (9)

2.3.2.5保温时间 (9)

2.3.2.6 燃料选择 (9)

2.3.3 轧制 (10)

2.3.3.1 除鳞 (10)

2.3.3.2 粗轧 (10)

2.3.3.3 精轧 (11)

2.3.4 中厚板轧后冷却 (11)

2.3.4.1 冷却方式 (11)

2.3.4.2 冷床 (12)

2.3.5 精整及热处理 (12)

2.3.5.1 热处理 (13)

2.3.5.2 矫直 (13)

2.3.5.3 翻板、表面检查及修磨 (13)

2.3.5.4 划线与剪切 (13)

2.3.5.5 钢板的标志与包装 (14)

2.3.5.6 钢板的质量检验 (14)

3 总结 (15)

参考文献 (16)

1 绪论

中厚板是指厚度4.5-25.0mm的钢板，主要用于制造石油、化工气体分离和气体储运的压力容器和其它类似设备，一般工作压力在常压到320kg/cm2甚至到630kg/cm2，温度在 -20-450°C范围内工作，要求容器钢板除具有一定强度和良好塑性和韧性外，还必须有较好冷弯和焊接性能，如：Q245R 、Q345R、14Cr1MoR、15CrMoR等。

16MnR:16MnR是普通低合金钢,是锅炉压力容器专用钢，锅炉压力容器的常用材料。它的强度较高、塑性韧性良好。常见交货状态为热轧或正火。属低合金高强度钢，含Mn量较低。性能与20G（412-540）近似，抗拉强度为（450-655）稍强，伸长率为19-21%，比20G的大于24%差。

16MnR钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。磷、硫含量略低于普16Mn钢，除抗拉强度、延伸率要求比普通16Mn钢有所提高外，还要求保证冲击韧性。它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。

关键词：轧制，中厚板，16MnR钢

2中厚板生产工艺

16MnR是普通低合金钢,是锅炉压力容器专用钢，锅炉压力容器的常用材料。它的强度较高、塑性韧性良好。常见交货状态为热轧或正火。属低合金高强度钢，含Mn量较低。性能与20G（412-540）近似，抗拉强度为（450-655）稍强，伸长率为19-21%，比20G的大于24%差。

16MnR钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。磷、硫含量略低于普16Mn钢，除抗拉强度、延伸率要求比普通16Mn钢有所提高外，还要求保证冲击韧性。它是目前我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板。

2.1制订生产工艺流程的依据

合理的生产工艺流程应该是在保证完成设计任务书中规定的质量和产量的前提下，具有最低的消耗、最少的设备、最小的厂面积、最低的产品成本，并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展，具有较好的劳动条件和最好的经济效果。制订生产工艺流程主要依据有以下几点：

（1）依据生产方案的要求。由于产品的产量、品种、规格及质量的不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大的差别。因此，生产方案是编制生产工艺流程的依据。

（2）根据产品的质量要求。为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。

（3）根据车间生产率的要求。由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程的复杂程度也不同。在生产同一产品的情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。

2.2中厚板生产工艺流程的制订

图2-1 中厚板轧制流程

中厚板生产的一般工艺流程为：原料检查、原料清理、加热、除鳞轧制、矫直、冷却、表面检查修磨、精整等工序。

本设计工艺流程如上图2-1。

2.3 中厚板生产工艺流程

2.3.1坯料

2.3.1.1坯料的选择

用于生产中厚钢板的原料有扁钢锭、初轧板坯、锻压坯、压铸坯和连铸板坯几种。本设计选用连铸坯。

原料尺寸的原则是：

（1）原料的厚度尺寸在保证钢板压缩比的前提下应尽可能小。

（2）原料的宽度尺寸应尽量大，使横轧操作容易。

（3）原料的长度应尽可能接近原料的最大允许长度。

2.3.1.2 铸坯的材质

中厚钢板的钢种有：碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、低合金钢、弹簧钢、高速工具钢及其他各种合金钢。不同材质的钢板的材质要求参照其相关标准来规定。

本设计采用低碳钢、低合金钢。

2.3.1.3 铸坯检查与清理

(1)铸坯常见缺陷

连铸板坯常见的缺陷有:表面纵裂纹、表面横裂纹、星状裂纹、皮下气泡和夹杂、鼓肚、内部裂纹、中心偏析和中心疏松、非金属夹杂等。

(2)铸坯表面检查

铸坯表面状况检查，传统上都是由人工在切割前后，用肉眼进行直观检查，然而为了提高检查精度，开发了热表面缺陷检测装置。铸坯坯的热表面缺陷检测装置有使用探头线圈的涡流探伤装置和利用自发广或照明光的光学探伤装置。

本设计采用人工检查和涡流探伤检查。

(3)铸坯表面的清理

铸坯表面存在的缺陷，除一些比较轻的缺陷因其在加热过程中被氧化掉，不会影响钢板质量不需清理外，尺寸超过一定限度的缺陷都需要采用某种清理方法，将其清除掉，以免影响钢板质量或造成废品。

常用的清理方法有火焰清理、风铲清理、砂轮磨研、机床加工、电弧清理等。

本设计采用人工火焰清理与机械火焰清理结合的方法。

2.3.2坯料加热

热轧钢材时，轧制前必须将原材料加热到一定的温度，其目的是提高钢的塑形，降低其变形抗力，改善金属内部组织与性能，以保证轧制工艺的顺利进行。因此坯料加热是热轧钢材生产中的重要工序。

2.3.2.1 加热炉选择

热轧中厚板车间的板坯加热普遍采用推钢式连续加热炉和步进式连续加热炉。我国热轧中厚板车间过去大都采用推钢式连续加热炉。步进式连续加热炉是一种新型的加热炉，中厚板车间近来都采用这种加热炉进行坯料加热或中间加热。

本设计选用步进式连续加热炉。

2.3.2.2加热温度

钢的加热温度是指钢加热终了时出炉的表面温度。一般情况下，加热温度高，金属变形抗力低，塑性好，但过高的加热温度，可能引起钢表面强烈氧化、脱碳、皮下气泡暴露、过热、过烧等缺陷，反而影响钢的质量，导致废品产生。因此加热温度必须正确确定。

根据铁碳合金相图、金属塑性图和再结晶图定温的原则及轧件的开轧温度来确定加热温度。

本设计加热温度采用加热温度为1050℃～1150℃。

2.3.2.3 加热速度

加热速度是指在单位时间内钢坯温度升高的变化。加热速度越快，坯料加热到一定温度所需时间越短，炉子的生产能力越大，燃料消耗减少，氧化、脱碳等缺陷减少。钢的加热速度受钢的导热性、坯料尺寸与外部形状、炉子结构、供热能力及加热条件的限制。

本设计采用变速加热，即在温度低于700℃的低温阶段采用低的加热速度，在温度超过800℃后，采用快速加热。温度达到加热温度后再均热一段时间。

2.3.2.4 加热时间

加热时间指金属装炉后加热到加工要求温度所需要的时间。

由于本设计采用步进式加热炉，根据连续式加热炉加热时间计算公式T=KD。式中T—加热时间，h；

D—钢坯厚度或钢坯直径，cm；

K—考虑钢的化学成分和其他影响因素的修正系数。（本设计K=0.15）

2.3.2.5保温时间

当钢的表面温度已达到温度要求，为了减小钢的内外温度差，需要在高温停留一段时间，时间长短取决于原料断面尺寸与钢种特性。

本设计保温时间为

2.3.2.6 燃料选择

加热炉燃料有固体、液体和气体燃料。燃料的选择主要根据燃料的供应。一般在冶金联合企业中用高炉煤气或焦炉煤气。也可采用天然气、固体燃料或发生炉煤气。

本设计采用高炉煤气做为燃料。

2.3.3 轧制

轧制是在轧机上完成钢板成型和钢板力学性能控制的主要过程。通常中厚板的轧制过程分为除鳞阶段、粗轧阶段(整形、宽展、延伸)和精轧阶段（延伸与质量控制）。

2.3.3.1 除鳞

除鳞的作用是：去除板坯表面的一次和二次氧化铁皮。主要方法有高压水除鳞、立辊破鳞＋高压水除鳞。除鳞贯穿整个轧制过程中。

本设计采用高压水除鳞。用于去除一次氧化铁皮的除鳞设备通常装在离加热炉出炉辊道较近的地方，其设备为高压水除鳞箱。去除二次氧化铁皮的高压水集管设置在粗、精轧机前后。

2.3.3.2 粗轧

粗轧阶段的主要任务是将板坯或扁锭展宽到所需要的宽度并进行大压缩延伸。其主要方法有角轧—纵轧法、综合轧制法、全纵轧法、全横轧制法。

全纵轧法。特点：操作简单所以产量高，轧制钢锭时钢锭头部的缺陷不致扩展到钢板的全长上去（优点）。轧件始终沿着一个方面延伸，使钢中偏析和夹杂等呈明显的带状分布，带来钢板组织和性能的各向异性，使横向性能(尤其是冲击性能)降低。当原料的宽度稍大于或等于成品钢板的宽度时采用。

综合轧制法（横轧—纵轧法）。首先纵轧1～4道次，平整板坯（成形轧制），再将板坯转90°进行横轧，将板坯宽度延伸至钢板所需宽度（展宽轧制），然后再转90°进行纵轧（延伸轧制）。优点：板坯宽度不受钢板宽度的限制，比较灵活；轧件在横向有一定的延伸，改善了钢板的横向性能。缺点：轧件共有两次90°旋转，因此使产量有所降低；并易使钢板成桶形，增加切边损失，降低成材率。板坯横向延伸率还不大，横向性能仍然偏低。

角轧—纵轧法（角轧法）。将轧件纵轴（长边）与轧辊轴线成一定角度送入轧辊进行轧制的方法。优点：是可以改善咬入条件、减少咬入时产生的巨大冲击力，而且角轧时轧件和轧辊的接触宽度小于横轧，因而也使轧制压力减少，从而改善了板形、提高于产量。对于过窄的板坯采用角轧法可以防止轧件在导板上“横搁”。角轧—纵轧法由于使轧件在纵、横两个方向上都得到变形，因而能改善轧件的各向异性。缺点：需要拨钢，因而使轧制周期延长，降低了产量，而且送入

角及钢板形状难以控制，使切损增大、成材率降低，劳动强度大、操作复杂、难以实现自动化。因此角轧—纵轧法只用在用钢锭作原料的三辊劳特式轧机上。

全横轧法。钢板的延伸方向与原料的纵轴方向相垂直的轧制方法。特点：如果用初轧板坯作原料，那么由于初轧时轧件的延伸方向与厚板轧制时的延伸方向相垂直，因而大大地改善钢板的各向异性，显著改善钢板的横向性能。因此全横轧法经常用于以初轧坯为原料的中厚板生产。但由于受到钢坯长度规格数量的限制，调整钢板宽度的灵活性小。用于板坯长度大于或等于钢板宽度时。

本设计采用综合轧制法轧制。粗轧机采用四辊式可逆轧机。

2.3.3.3 精轧

精轧阶段主要是对中间坯(或中间厚度的坯料)继续进行延伸轧制，此阶段的轧制重点是保证钢板的平直度，按钢板的性能，进一步提高钢板的表面质量，完成钢板尺寸的精确控制。

一般经验粗轧机负荷约总变形的80%，精轧机负荷约为20%。精轧机选用四辊式可逆轧机。

2.3.4 中厚板轧后冷却

钢材热轧后温度为800℃~900℃，冷却到常温，钢材有相变和再结晶的过程，同时有发生弯曲。因此，热轧后的钢材需要控制冷却速度和冷却温度。

2.3.4.1 冷却方式

一般热轧后的冷却方式有水冷、空冷、堆冷、缓冷和控制冷却等。

在钢材生产中，为了更好的保证钢材质量及生产效率，控制冷却系统得到广泛的应用。目前，控制冷却主要采用高压喷嘴冷却、层流冷却、水幕（条状缝隙）冷却方式。

水幕冷却系统具有最高的“比冷却特性”，缺点是对带钢上、下表面和整个冷却区冷却不够均匀；喷射系统的“比冷却特性”最低，且带钢上、下表面的冷却差别很显著；层流冷却系统的“比冷却特性”只比水幕冷却方式稍低，但对带钢上、下表面及整个冷却区冷却均匀。层流冷却系统的优点在川崎钢铁公司水岛热带钢厂也得到证明。并且层流冷却的流量调节范围（1:10）远大于水幕冷却的流量调节范围。同时集管层流冷却还具有以下特点：

（1）在宽度方向上，等流量分布，保证钢板宽度方向均匀冷却；

（2）冷却段分得小，冷却制度适用，压力或流量控制简单；

（3）不需要复杂的水质和水流控制，溢流槽水位稳定，能够保证冷却段水压恒定（低压）；

（4）能耗和维修费低。

并且，层流冷却系统能适应我国中厚板生产线冷却区较短的特点，能在有效的冷却时间内将钢板的温度降到终冷温度。

本设计采用空冷与水冷结合的方式。

2.3.4.2 冷床

钢材生产中，一般常用的冷床有滑轨式冷床、运载链式冷床、圆盘辊式冷床、步进式冷床、离线冷床等。

圆盘辊式冷床。特点：

（1）钢板和轮盘的接触线很短，辐射散热面积大，钢板冷却速度快，冷却均匀，内应力小。

（2）钢板之间可不留间隙，冷床面积的利用率高。

（3）钢板和轮盘之间基本上无相对滑动，钢板表面不易划伤。

（4）钢板可正反方向运动、分组运动，以调节冷床的冷却能力。

（5）设备重量大，投资较大。

步进式冷床。特点：

（1）钢板运送时，钢板与托架之间没有任何形式的摩擦，因而钢板下表面不会产生划伤。

（2）冷床的冷却面积对于各种不同宽度的钢板，均能得到充分利用。

（3）托架是一个良好平面，因此，钢板冷却后平直度十分理想。

（4）空气能通过托架上大量均匀而密布的孔眼，很好地流通，所以钢板冷却速度快。

（5）钢板停留在固定托架和活动托架上的时间相同，所以钢板冷却均匀。

（6）钢板可前后运动，便于生产操作和调整。

本设计采用步进梁式冷床。

2.3.5 精整及热处理

精整及热处理工序包括钢板轧后矫直、冷却、划线、剪切或火焰切割、表面质量和外形尺寸检查、缺陷修磨、取样机实验、钢板钢印标志及钢板收集、堆垛、记录判定入库等环节。

2.3.5.1 热处理

热轧后常用的热处理方法有退火、高温回火、正火和淬火等。钢铁的热处理工艺主要依据：铁碳合金平衡状态的组织转变规律和临界参数；等温转变曲线或连续转变曲线，根据这些曲线确定冷却速度、冷却介质、冷却方式；退火、正火、淬火、回火四种处理方式；钢材的两个加热转变(室温组织在加热时向奥氏体的转变和马氏体在加热时的回火转变)和三个冷却转变（奥氏体想珠光体的转变、奥氏体向贝氏体的转变和奥氏体想马氏体的转变）。

2.3.5.2 矫直

为了保证钢板的平直度符合产品标准规定，需要对钢板进行矫直。常用的中厚板矫直设备可分为辊式矫直机和压力矫直机两种。

矫直温度：钢板温度过高，在冷床上又会产生新的瓢曲和波浪形。钢板温度过低，钢屈服强度上升，矫直效果不好，并且矫直后钢板的残余应力高，降低了钢板的性能。一般规定为600～750℃之间。

矫直压下量：压下量过小，曲率值满足不了变形要求。压下量过大，易造成新的弯曲。

矫直道次：取决于矫直效果。道次太少钢板矫不平，道次太多影响轧制作业。一般为3～5道，多者7道。

本设计采用辊式矫直机，矫直5道次。

2.3.5.3 翻板、表面检查及修磨

为了实现对钢板上、下表面的质量检查，常设置有翻板机。本设计采用曲柄式翻板机。

2.3.5.4 划线与剪切

划线的目的是为了将毛边钢板剪切或切割成合格的最大矩形。划线时应注意以下几点：

(1)对用扁钢锭轧制的钢板，一定要合理地划出头部缩孔部位的长度，以便切尽。一般要求划在帽沿线下50mm处。

(2)对有缺陷的部位、厚度不合格部位，要尽量让开，不得划入成品尺寸范围。

(3)正常情况下，两侧边的划线宽度应基本一致。

(4)要考虑温度的收缩量。

(5)划线应依钢板形状而调整，力求获得最高成材率。

划线的方法有人工划线，小车划线和光标投射等。本设计采用小车划线。

剪切机的任务是切头、切尾、切边、剖分、定尺剪切及取样。中厚板生产中常用的剪切机形式有：

飞剪机：横向剪切运动中的轧件（钢坯、钢板、带钢）；主要用于定尺，剪短轧件。常见的飞剪机有：圆盘式飞剪、滚筒式飞剪、曲柄摇杆式飞剪和摆式飞剪等。

斜刀片式剪切机(通称铡刀剪)：斜刀片剪切机既适用于热状态也运用于冷状态钢板的剪切；对钢板厚度适应性强，40毫米以下的钢板均能剪切。

圆盘式剪切机：常用来剪切钢板的侧边，也可用于钢板纵向剖分成窄条。圆盘剪一般均要配有碎边机构。

滚切式剪切机：滚切式剪切机是在斜刃铡刀剪的基础上，将上剪刃做成园弧型。滚切式剪切机有双边剪和定尺剪两种类型。优点：切边整齐，剪刃间隙自动调整，自动快速更换上下刀片，具有激光划线装置，剪切过程由计算机自动控制。火焰切割：厚度大于50mm的厚钢板一般采用火焰切割，也叫氧气切割。

本设计选用曲柄摇杆式飞剪、滚切式剪切机和火焰切割机。

2.3.5.5 钢板的标志与包装

钢板的标志的形式有：永久性的钢印：其钢印内容一般包括钢号、炉罐号、批号及专用印记。醒目的油漆喷印：其喷印内容一般包括钢号、炉罐号、批号、块号、生产单位和日期、检验标准号、钢板规格尺寸、商标及专用标志。如认可徽记等。涤纶标笺：近年来，有些中厚板厂为便于用户验收，在钢板侧边加贴涤纶标笺，得到推广。涤纶标笺上的内容包括钢号、批号和厚度。

2.3.5.6 钢板的质量检验

对钢板进行质量检验的目的是验证钢板能否满足有关技术条件的要求，并正确评定其质量水平。检验的依据是国家标准、有关的行业标准、国外标准、企业内控标准以及用户提出的技术协议等。

一般中厚板产品的检验主要对产品材质、内部质量、尺寸、加工性、环境性、平直度、外观等方面进行检验。多采用力学性能测试、化学实验、探伤等方法进行实验性检测。

本设计对产品材质等方面采用拉伸实验的方法进行检测，内部质量采用超声波探伤的方法，表面质量及外形尺寸等采用人工检测的方法。

3 总结

本次设计的主要内容是16MnR中厚板轧制的规程。在设计中主要需要了解和掌握中厚板生产工艺流程的相关设备和技术，通过对规程的设计，熟知轧钢工艺设计的基本方法和步骤。在设计过程中，通过查阅参考资料和相关文献，加深了对原有知识的掌握和理解，并在设计中加以运用。同时也发现了自己还有许多不足，比如对原有知识的一知半解，造成在设计初期遇到很多问题，通过这一次设计，让我对本科知识更好的掌握，也培养了我独立完成工作的能力。

参考文献

[1] 崔忠析主编.金属学与热处理（第二版）[M]. 北京：机械工业出版社，2007.5

[2] 王建安. 金属学与热处理[M]. 北京：机械工业出版社，1980

[3] 崔明择主编.工程材料及其热处理[M]. 北京：机械工业出版社，2009.7

[4] 中国机械工程学会.热处理手册[M]. 北京：机械工业出版社，2006.7

[5] 范逸明.简明金属热处理工手册[M].北京：国防工业出版社，2006.3