材料成型概论 第三章 轧制成型2

加热炉区 Furnace Area
粗轧机组 Roughing Mill
中轧机组 Intermediate Mill
保温辊道
Insulated Roller Table
夹送辊
Pinch Roll
预精轧机组 Prefinishing Mill
侧活套 Sidelooper
1H 2V 3H 4V 5H 6V
轧机布置型式示意图
轧机按轧制阶段分类
按轧制阶段划分： 粗轧机（组） 中轧机（组） 预精轧机（组） 精轧机（组） 减定径机（组）
宝钢初轧机
双机架串列布置 大扬程二辊可逆式
上辊最大开度1900mm 上辊工作开度1700mm 最大轧制力3000吨 轧辊尺寸Ф1350-1150×3100mm 主电机功率2×5000KW/台
表面状态等技术要求。 ❖ 内部缺陷有：偏析、气泡、缩孔、疏松、内部裂纹及
非金属夹杂等。 ❖ 表面缺陷有：裂纹、气孔、结疤、皮下气泡等。 ❖ 表面缺陷的清理：火焰、电弧、风铲和砂轮研磨清理。
3.4.2 轧钢工艺制度
2.原料加热 加热的目的：使原料具有足够的塑性，减小变形抗力
改善金属内部组织，以便于轧制。 热轧的温度范围：开轧温度 低于固相线NJE100～150℃
旋转的部分。（见图）
轧机的基本构造
机架：由组装轧辊用的两个铸铁或铸钢的牌坊组成 它承受金属作用在轧辊上的全部压力，对强度和刚
度有较高的要求。 机架有闭口式和开口式两种。闭口式机架主要用在
轧制负荷大的初轧机和板材轧机上，开口式机架多 用于像型钢、线材等经常换辊的轧机上。 机架上安装有：轧辊轴承、压下装置、平衡装置、 导卫装置等。
轧机（钢球轧机、环形件轧机） ❖ 初轧机、型钢轧机以轧辊的名义直径表示型号（命名）。 ❖ 板带钢轧机以轧辊辊身长度表示型号（命名）。 ❖ 钢管轧机以其所轧制的钢管最大外径表示型号(命名)。 ❖ 特种轧机 轧制车轮、轮箍、钢球、齿轮、轴承环等
轧机按轧辊装配形式分类
按轧辊的数目、放置、大小来区分轧机的基本型式 为：表3－2
辊式矫正机 管材、棒材矫正机 张力矫正机
矫正机
生产过程中，因加热 不均或冷却不均，及 轧辊调整不当，轧件 在纵向或横向产生变 形，一般需要矫正机 进行矫正。
3.3 轧制成型设备
轧机型式
按用途划分 按轧机结构划分 按布置方式划分 按轧制工序划分
轧机按用途分类
轧机型式按用途划分为：表3－1 ❖ 初轧机、型钢轧机、板带钢轧机、钢管轧机和特殊用途
❖ 采用连铸板坯作为轧制板带钢的原料是今后发展的 必然趋势。
3.4.1 轧钢生产系统
型钢生产系统 热轧线材、热轧棒材、热轧H型钢、热轧型钢
❖ 型钢生产系统的规模往往不很大，就规模而言可分 为大型、中型和小型三种生产系统。
❖ 年产100万t以上的称大型生产系统；年产30～ 100万t称中型生产系统；年产30万t以下的称小型 生产系统。
3.4.1 轧钢生产系统
混合生产系统 ❖ 一个钢铁企业中可同时生产板带钢、型钢或钢管时
称为混合生产系统。 ❖ 无论在大型、中型和小型的企业中，混合系统都比
较多。 ❖ 优点可以满足多品种的需要，但对产量和质量的提
高上不如单一的生产系统。
3.4.1 轧钢生产系统
合金钢生产系统 ❖ 合金钢的用途、钢种特性及生产工艺都比较特殊，
C&C剪
C&C Shear
7H 8V 9H 10V 11H 12V
13H 14V
立活套 Uploopers
精轧机组 Finishing Mill
2#A 2#B
水箱
Water Box
C&D剪 C&D Shear 侧活套 Sidelooper
水箱 Water Boxes
减定径机 Reducing and Sizing Mill
材料成型概论
第一章 概述 第二章 材料塑性成型的基础 第三章 轧制成型 第四章 挤压成型 第五章 锻造成型 第六章 冲压成型 第七章 拉拔成型 第八章 陶瓷成型
3.3 轧制成型设备
在轧制生产中，通常将生产线上机械设备分 为两类：主要设备、辅助设备
❖ 主要设备是指完成轧制生产中的轧制变形工序的机 械设备，即轧机 ——主机列由主电机、传动机构、轧机机座三大部 分组成。
宝钢初轧机6VH连轧机
6VH连轧机 机架立-平交替布置 每台轧机单独传动 设有快速换辊装置 最大轧制速度：2.23m/s 孔型系统：菱-方百度文库园-椭圆-园
活套工作图
马钢CSP轧机
工作辊 F1-F2 F3-F4 F5-F7 支撑辊 F1-F7
Φ950/820×2000mm Φ750/660×2000mm Φ620/540×2000mm
接电动机轴与减速箱轴的电动机联轴节，连接减速 箱轴与齿轮机座轴的主联轴节之分。
轧机的基本构造
主电机 逐步发展：水力→蒸汽→电力 类型：感应电动机、同步电动机和直流电动机。 轧制运转状态：不变速、变速可逆和变速不可逆。
3.3 轧制成型设备
❖ 辅助设备是完成轧制变形工序以外一系列辅 助工序的机械设备
3#A 3#B 4#
吐丝机 Laying Head
水箱
Water Boxes
夹送辊
Pinch Roll
STELMOR冷却线 STELMOR Cooling Line
集卷 Reform Station
往P/F线 to P/F Line
3.4 轧制成型生产工艺
3.4.1 轧钢生产系统 3.4.2 轧钢工艺制度 3.4.3 板带材轧制 3.4.4 型材轧制 3.4.5 管材轧制
调节连轧关系，保持轧制过程稳定； 调节轧件尺寸，保持轧件平直，防止轧件跑偏；
❖ 精整包括很多工序环节，不同轧材生产线其精整包 含的工序环节是不同的。但必包括： 定尺材——剪切 矫直 检验 标记 包装 卷 材——卷取 检验 标记 包装
3.4.2 轧钢工艺制度
原料准备及加热 1.原料准备 钢锭、钢坯和连铸坯优缺点比较，见下表。 ❖ 对原料的要求：种类、尺寸和重量；成分、力学性能、
按生产规模划分有：大型、中型及小型生产系统。 按产品种类划分有：板带钢、型钢、合金钢及混合
生产系统。
3.4.1 轧钢生产系统
板带钢生产系统 热轧中厚板、热轧薄板和钢带、冷轧薄板和钢带
❖ 近代板带钢生产由于广泛采用先进的连续轧制方法， 生产规模俞来俞大。现代化宽带钢热连轧机年产量 达300～600万t。
轧机的基本构造
齿轮机座：是把电动机的动力传递分配到各个轧辊 上，使轧辊互相朝着相反方向旋转的装置。
二辊或四辊式轧机的齿轮机座有两个齿轮，通常由 直径相等的人字齿轮所组成，下齿轮为主动的。
轧机的基本构造
联接轴和联轴节 联结轴用于将转动从电动机或齿轮座传递给轧辊， 联轴节用于将主机列中的传动轴连接起来，分为连
高铬铸钢 高铬铸铁
合金灰铸铁“无限冷硬”型复合浇注（ICDP）
Φ1500/1370×1800mm
锻钢
马钢H型钢开坯轧机 二辊可逆式 辊身直径950～1300mm 辊长 2800mm
20辊轧机 (森吉米尔轧机) 辊径进一步减小 广泛用于轧制难变形材
宝钢高线轧制工艺流程
BAOSTEEL Wire Rod Mill production process flow diagram
3.4.2 轧钢工艺制度
压下制度 ❖ 压下制度是轧制制度最基本的核心内容，直接关
系着产品的质量、轧机的产量及经济效益。 ❖ 对于型钢和钢管生产系统指孔型设计和压下规程。 ❖ 对于板带钢生产系统指辊型设计和压下规程。
3.4.2 轧钢工艺制度
压下制度 ❖ 压下制度的主要内容是选择坯料类型和尺寸，选
终轧温度 对亚共析钢高于GS线50～100℃
加热时间和加热速度：加热时间取决于坯料装炉前的 温度、钢种、加热炉的加热条件及加热速度等。 加热速度取决于钢的性质和坯料断面尺寸的大小。
3.4.2 轧钢工艺制度
3.加热缺陷及其防止 ❖ 氧化铁皮 ❖ 脱碳 ❖ 过热 ❖ 过烧 ❖ 加热不均 ❖ 熔化
3.4.2 轧钢工艺制度
材料也比较稀贵，产量不大而产品种类繁多。 ❖ 常属中型或小型的型钢生产系统或混合生产系统。
❖ 各种轧钢生产系统组成见下表。
3.4.1 轧钢生产系统
轧材生产系统的发展： ❖ 向大型化、连续化、自动化方向发展。 ❖ 工艺流程经历了“长流程”到“短流程”的发展过
程。 ❖ 目前“长流程”和“短流程”共存。 ❖ 长流程主要吃铁水，短流程主要吃废钢。
影响轧件尺寸和产品尺寸精度。还通过加工硬化和 再结晶影响产品的组织性能。
3.4.2 轧钢工艺制度
张力制度 ❖ 张力制度主要内容是确定连轧过程的各机架间张力
以及活套器张力控制方法。 ❖ 对于某一机架，轧机出口处作用在轧件上张力称为
前张力，轧机入口处作用在轧件上张力称为后张力 ❖ 张力的主要作用有：
3.4.2 轧钢工艺制度
温度制度 ❖ 对于热轧系统主要内容是确定加热炉各段加热温度、
加热速度和加热时间，轧机的开轧温度和终轧温度， 控制冷却的冷却速度、时间和温度。 ❖ 制定的依据是坯料尺寸、钢种及技术条件、产品规 格及组织性能要求、金属的塑性、变形抗力和导热 性等材料特性。 ❖ 对于冷轧系统是指退火制度，主要包括退火温度和 退火时间。
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程： 由钢锭或钢坯轧成具有一定规格和性能的钢材的一 系列加工工序的组合。
❖ 在提高质量和产量的同时，力求降低成本是制定轧 钢生产工艺过程的总任务和总依据。
❖ 碳素钢和合金钢的基本典型生产工艺过程如下图所 示。
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程总包括六大工序： 热轧工艺系统—— 坯料准备→加热→轧制→冷却→精整→验收入库 冷轧工艺系统—— 坯料准备→酸洗→轧制→退火→精整→验收入库
❖ 水平式轧机：二辊轧机、三辊轧机、四辊轧机、六 辊轧机、十二辊轧机、二十辊轧机、二辊穿孔机、 万能轧机
❖ 立式轧机：轧辊垂直放置的轧机 ❖ 万能轧机：在工作机座中既布置有水平辊又布置有
立辊的轧机。 斜辊轧机：三辊穿孔机、三辊轧管机等
轧机按布置型式分类
按轧机布置型式划分：表3－3 单机架式、双机架连轧式 横列式、纵（串）列式 半连续式、连续式 平立交替式、45°无扭式
轧制工艺制度（工艺规程）主要包括： 温度制度、压下制度（压下规程） 速度制度、张力制度
❖ 主要是根据产品品种规格、材质、产品技术条件、 原料条件、设备机械特性和动力特性，运用数学解 析法或数值分析法或图表法进行计算，确定各机架 各道次的变形量（压下量）、辊缝设定值、轧制温 度、轧制速度和张力以及在线调整控制方法。
——加热（热处理）设备、剪切设备、矫直设备、 冷却设备、卷取设备、表面处理设备、检测设备、 标记包装设备、运输设备
加热炉
加热坯料以便轧制。可分为预热段、加热段和均热段
冷床
将轧件冷却到100℃以下，以便精整及包装。冷床有步 进式、链式及螺旋式。
剪切机
作用：1）将轧件切成规定的尺寸； 2）将轧件头尾切掉。
择轧制方式，确定总变形量和轧制道次数，合理 分配各道次变形量，确定轧制温度和轧制速度， 计算咬入条件、轧制力能参数和轧辊校核，设计 孔型或辊型，确定辊缝设定值及调整方法等。
3.4.2 轧钢工艺制度
速度制度 ❖ 速度制度的主要内容是确定轧制咬入速度、轧制速
度和抛尾速度，计算轧制时间。 ❖ 对于多道次可逆轧制，绘制轧制速度图。 ❖ 对于连续轧制，计算各机架轧制速度及连轧常数。 ❖ 轧制速度主要影响轧机产量，连轧过程的连轧关系
3.4.1 轧钢生产系统
从铁矿石开采到生产出各种各样的钢材为止，必须 经过炼铁、炼钢和轧钢三个阶段，各个阶段又包括 很多复杂的工序。
下图为从炼铁、炼钢到轧制成材为止的生产工艺简 图。
宝钢工艺流程图： 高炉—转炉—连铸—连轧
3.4.1 轧钢生产系统
根据不同的原料来源、产品结构及生产规模，将初 轧机或连铸机与各种成品轧机配套设置，组成各种 轧材生产系统。
轧机的基本构造
驱动部分：主电机、主轴、齿轮座、接轴等 工作部分：机架、支撑辊、工作辊、压下装置等
压下装置
主轴 联接轴
支承辊 工作辊
主电机
齿轮座
机架
轧机的基本构造
轧辊：由辊身、辊颈和辊头三部分组成。 辊身——轧板带材的用平辊辊身；轧型材的用带有
轧槽组成孔型的型辊辊身。 辊颈——位于辊身两侧，用于支承轧辊。 辊头——与联结轴相接，用于传递扭转力矩使轧辊