材料成型概论-第四讲-钢坯型钢生产工艺

非金属夹杂
白 点 缩 孔
4.1.3 钢坯的生产工艺

初轧机生产工艺 一般有钢锭均热、初轧、剪切和钢坯精整等工序， 如下所示：
4.1.3 钢坯的生产工艺

初轧车间平面布置图：
4.1.3 钢坯的生产工艺

钢坯连轧机生产工艺 一般由纵向排列的若干个二辊轧机组成：
宝钢初轧机
双机架串列布置 大扬程二辊可逆式
系列牌号 + 高度×宽度×腹板厚度 ×翼缘厚度 + 产品标准 + 钢牌号 及技术条件标准 HW350×350×12×19-GB/T112632010/Q235-GB/T700-2006

系列牌号 + 公称高度×公称宽度×理 论重量 + 产品标准 + 钢牌号及 技术条件标准 HW350×350×137-GB/T112632010/Q235-GB/T700-2006
45 优质碳素结构钢，厚度 10mm、宽度 50mm 热轧扁钢，定 尺长12000mm。
扁钢
角钢 槽钢 工字钢
角钢：等边角钢
不等边角钢 L边宽×边厚 L长边宽×短边宽×边厚
槽钢：“[”和号数（No5-40，即高度为 50-400mm）
即为100mm高)
工字钢：“I”和号数(代表截面高度厘米数，No10，
• 型钢的轧制方法：
在轧辊上加工出轧槽，把两个或两个以上轧辊的轧槽 对应装配起来，形成孔型。
轧制时，轧件通过一系列孔型，一般断面积由大变小， 长度由短变长，以达到所要求的形状和尺寸。
4.2 型钢生产的一般概念

4.2.2 型钢生产的特点
(1)总的延伸率大，轧件温降快，头尾温差大，轧制速 度高。 (2)机架多、分工细，产品比较单一、轧机专业程度高。 (3)高速无扭转轧机具有特殊的孔型系统。
4.1 钢坯生产
轧制坯料选择
种类选择——坯(锻，轧，压铸)、连铸坯 锭——基本淘汰（有些宽厚板少量使用）
规格选择——压缩比；纵横性能，成材率，加热炉
尺寸，产量。

由于连铸坯具有金属消耗少，节能，工艺路线短，节省 投资和质量好，成本低等优点已经成为坯料选择的首选。 现在连铸比达到95%以上。但其只能生产镇静钢，规格 欠灵活，压缩比受限制（不宜生产特厚板）。
钢材品种规格：轧制钢材的断面形状和尺寸总称。

4.2.1 型钢定义
全长具有一定断面形状和尺寸的实心钢材称为型 钢。(Hot/Cold-Rolled bars/sections)
简单断面型钢：圆钢、方钢、扁钢、角钢、六角 钢、多边形钢等； 复杂断面型钢：槽钢、工字钢、H型钢、钢轨等。
4.2 型钢生产的一般概念
六角钢：六角钢50(×12000)-GB705-89/45-GB699-1999
45优质碳素结构钢，对边距离50mm六角钢。
方钢
圆钢
八角钢 扁钢
八角钢：八角钢42(×12000)-GB705-89/45-GB699-1999
45优质碳素结构钢，对边距离42mm八角钢。
扁钢：扁钢10×50(×12000)-GB704-88/45-GB699—1999
4.4 热轧型钢生产工艺
4.4.1 生产工艺流程与车间平面布置
a-简单断面型钢；b-复杂断面型钢
4.4 热轧型钢生产工艺
4.4.1 生产工艺流程与车间平面布置
4.4 热轧型钢生产工艺
4.4.1 生产工艺流程与车间平面布置
H型钢生产工艺 流程
4.4.2 热轧型钢生产工艺
1.坯料及轧前准备
坯料准备

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。

4.2.3 热轧型钢生产的发展趋势


品种多样化
尺寸精密化


表面无疵化
性能高级化
4.3 型钢的品种及分类

按生产方法分：
①热轧、热挤压、热锻等热加工型钢；
②冷弯、冷拔等冷加工型钢。
现今生产型钢的主要方法是热轧。占热轧钢材总产 量的23％～44％。 因为热轧具有生产规模大、生产效率高、能量消耗 少和生产成本低等优点。
孔型损坏、粘有异物或孔型不良
4.1.2 钢坯的表面和内部缺陷
钢坯内部缺陷：
名 称
成分偏析
缺陷状态及产生原因
多发生在钢锭中心上部，主 要是C Si Mn含量偏高 脱氧生成物、耐火材料细粒 残存于钢锭内 由于氢气存在，在高碳钢和 合金钢内部出现裂纹 钢锭缩孔过深、剪切没切净
危 害
力学性能不均，塑性和冷加工 性能不好 轧制后不易碎化的夹杂物危害 大，使疲劳强度和冷加工性能 下降 有裂纹产生的制品不能使用 不能使用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.1.1 钢坯的种类、形状和用途
异型坯（Beam blanks）
其断面形状接近复杂断面轧制型材，横截面沿长 度方向不变。有时也称为近终形坯。 异型坯用于轧制生产复杂断面型材以及经预加工 成型的半成品。典型的异型坯就是用于轧制生产 H型钢的异型坯。
4.1.1 钢坯的种类、形状和用途
管坯
用于斜轧生产无缝钢管。
4.2.2 型钢生产的特点
（1）品种规格多
型钢品种与规格目前已达万个以上，轧辊储备量 大，换辊较频繁，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。
4.2.2 型钢生产的特点
（3）断面形状复杂
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；
3. 型钢轧制 A 轧制设备及其配置
4.1.1 钢坯的种类、形状和用途
矩形（blooms and billets）
其断面为矩形，横截面沿长度方向不变。
横截面积大于 22500 mm2，其宽厚比大于1且小于 2的矩形坯称为大矩形坯(Rectangular blooms)。 横截面积 1600 mm2 至 22500 mm2，其宽厚比大于 1且小于2的矩形坯称为小矩形坯或矩形坯 （Rectangular billets）。
包括表面缺陷的清理，表面氧化铁皮去除 和坯料预先热处理等； 缺陷的清理： 裂纹、结疤、表面气孔、皮下气泡；（表面的） 偏析、气泡、缩孔、疏松、内部裂纹、非金属夹杂； （内部的） 清理手段：火焰清理、电弧清理、风铲清理、砂轮 研磨清理…
4.4.2 热轧型钢生产工艺
2.钢坯加热
是热轧生产工艺过程中的重要工序； 加热的目的：是原料具有足够的塑性，减小变形抗 力，改善金属内部组织，以便于后续轧制。 需要注意控制：加热时间，加热速度，加热温度 加热缺陷防止：氧化铁皮；过热；过烧；脱碳； 加热不均。
4.3 型钢的品种及分类

按断面形状分：
①简单断面型钢—圆钢 方钢 扁钢 角钢 六角钢；
②复杂断面型钢—槽钢工字钢 钢轨 窗框钢；
③特殊断面型钢—轮辋型钢、挡圈型钢等。

①的特点：过其横断面周边上任意点做切线一般不 交于断面之中
4.3 型钢的品种及分类
图4-1 简单断面型钢
4.3 型钢的品种及分类
4.1 钢坯生产
4.1.1 钢坯的种类、形状和用途
按断面形状和特性不同可分为五类：
方坯、矩形坯、板坯、异型坯、管坯
方坯（blooms and billets）
其断面为方形，横截面沿长度方向不变。 边长大于 150mm 方坯称为大方坯 (Square blooms)。 边长40～150 mm方坯称为小方坯（billets）或方 坯（Square billets）。
轧制缺陷
形状特征 产生原因
轧辊调整不当、孔型不当等 初轧机辊面粗糙或轧制方法不当 辊面粗糙、磨损或氧化皮剥落 导卫装置不适、磨损、粘结等 孔型过充满、辅助设施安装不当
沿轧制方向出现的重叠缺陷 沿轧制方向出现的皱纹缺陷 制品表面粗糙呈凸凹不平状 表面划有沟状痕迹 沿轧制方向出现的连续凸筋
辊 印
……
表面缺陷呈周期性出现
纵向裂纹 沿轧制方向出现很深的线状缺陷
横向裂纹 垂直轧制方向的X状或Y状裂纹 发 裂 缩 孔 夹 渣 结 疤 …… 沿轧向连续出现较浅的裂纹 缩孔在轧制后没被压合，炉渣混入 存在于钢坯内部和表面的耐火材料 呈笋皮状，一端深入内部
4.1.2 钢坯的表面和内部缺陷
表面缺陷：
种 类
折 叠 皱 纹 麻 面 划 伤 耳 子
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。
4.2.2 型钢生产的特点
（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。
4.3 型钢的品种及分类

按断面尺寸大小分：①大型；②中型；③小型。
其划分常以它们适合在大型、中型或小型轧机上轧 制来分类。 另外还有用单重（kg/m）来区分的方法。 一般认为，单重在 5kg/m 以下的是小型材，单重在 5 ～ 20kg/m 的是中型材，单重超过 20kg/m 的是大型 材。
H型钢
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
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/园-椭圆园
4.2 型钢生产的一般概念
材料成型概论





第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 第五讲 第六讲 第七讲 第八讲 第九讲 第十讲
材料成型概述 炼钢炼铁生产 材料塑性成型的基础 钢坯型钢生产 线棒材生产 板带钢生产 钢管生产 挤压拉拔生产 锻压冲压生产 材料成型的发展及应用
第四讲 钢坯型钢生产
4.1 4.2 4.3 4.4 钢坯生产 型钢生产的一般概念 型钢的品种及分类 热轧型钢生产工艺
图4-2 复杂断面型钢
4.3 型钢的品种及分类

按用途分类
铁路用型材(钢轨、鱼尾板、道岔用轨、车轮轮箍)
汽车用型材(轮辆、轮胎挡圈和锁圈) 造船用型材 (L 型钢、球扁钢、 Z 字钢、 T 型钢、船用窗 框钢) 结构和建筑用型材(H型钢、工字钢、槽钢、角钢、T型 钢、螺纹钢筋、吊车钢轨、窗框型材、钢桩等) 矿山用型材 (U 型钢、π型钢、槽帮钢、矿用工字钢、 刮板钢)以及机械制造用异型材等。
其横截面主要是圆形，也可以是方形、矩形 或多边形。
4.1.2 钢坯的表面和内部缺陷
4.1.2 钢坯的表面和内部缺陷
表面缺陷： 钢锭带来的缺陷
种 类 形状特征 产生原因
钢锭纵裂纹或热应力
钢锭横裂纹、加热不均等 钢锭表面或表层有气泡 钢锭凝固时的收缩孔等 钢锭内部或表面有杂质混入 钢锭的二次结疤或低温轧制
4.4.1 生产工艺流程及车间平面布置 4.4.2 热轧型钢生产工艺
4.5 冷弯型钢生产简介
4.1 钢坯生产
钢坯是生产型钢、板带钢和钢管等成品轧材 的半成品。 钢坯生产在炼钢和成品轧材生产中承上启下 占有特殊重要的地位。
4.1 钢坯生产
目前钢坯的生产方法有三种：
• 轧制法（开坯）：在轧机上把钢锭轧成各种 断面形状的钢坯。 • 锻压法：用锻锤或水压机把钢锭锻成各种钢 坯。 • 连铸法：直接把钢水浇铸成各种断面形状和 尺寸规格的钢坯。
4.1.1 钢坯的种类、形状和用途
板坯（Slabs）
厚度不小于 50 mm，宽厚比不小于2，其断面为矩 形，横截面沿长度方向不变的半成品。宽厚比大 于4的板坯称为扁板坯。
薄板坯（Sheet bars）:
宽度不小于 150 mm，厚度大于 6mm 小于 50 mm， 其断面为矩形，横截面沿长度方向不变的半成品。
4.4.2 热轧型钢生产工艺
连续式加热炉:
a.推钢式连续加热炉
b.步进式连续加热炉
优点: 操作容易, 坯料移动时划伤少,
加热均匀等.
4.4.2 热轧型钢生产工艺
4.4.2 热轧型钢生产工艺 3. 型钢轧制
A 轧制设备及其配置

型材轧机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、线材轧机等。
H型钢
高频焊接H型钢
圆钢 方钢 六角钢
圆钢：圆钢φ16(×12000)-2-GB702-86/40Cr-GB3077-99
40Cr合金结构钢、直径16mm热轧圆钢，第2组精度。
方钢：方钢60(×12000)-3-GB702-86/45-GB699-1999
45优质碳素结构钢、边长60mm热轧方钢，第3组精度。