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金属塑性成型工艺设计与工艺制度的确定1.轧材生产工艺设计及确定工艺设计•1工艺设计在轧钢车间设计中的重要性•现代轧钢车间应体现完善的工艺和技术，它应具有高的机组生产率，满足不断提供的质量要求。建立新的工艺和设备以及具有先进的技术经济指标。•而决定的因素是选择合理的生产工艺。•轧钢车间设计由生产工艺、轧钢机械设备、厂房与基础、供水与排水、热力设施、电力设施等设计所组成。其中每一部分均由不同专业的设计者担任。•轧钢车间各部分设计都必须为生产工艺服务，它们的一切基础资料均是根据工艺要求而定的。•工艺设计者在整个车间设计中占有很重要的位置。工艺设计者是轧钢车间总设计的组织者。•2工艺设计的基础资料•在进行工艺设计之前，应从技术经济部门取得设计任务书。•设计任务书的基本内容包括：•车间的生产规模、生产钢种。•车间的产品方案。•厂区范围和资源情况。•车间在总图中的位置。•车间总的投资。•设计程序•从接到设计任务书到完成设计任务，一般要经过三个阶段：•初步设计•技术设计•施工设计•初步设计：是以国家和地方给定的设计任务书为依据，其任务在于确定在任务书中给定的条件下，建立该车间在技术上的可能性和经济上的合理性。•技术设计：以被批准的初步设计为依据，技术设计的编制必须在初步设计已被批准或有把握标准时方能进行编制。•施工设计：以技术设计为依据，进行施工设计的编制。•2生产工艺过程的确定•确定工艺过程的依据•把各种不同化学成分的钢锭、钢坯、连铸坯轧成具有一定断面形状的钢材所需的各加工工序总称为工艺过程。•设计中组织轧钢生产工艺过程是最大产量、可能低的能耗。•作为组织轧钢生产工艺过程主要依据有：•1）轧制品种：包括几何尺寸和形状及钢材机械性能两方面。•由于轧制品种不同，所采取工艺过程也不同。如：型钢、钢板、钢管工艺及特殊断面的形状产品的生产工艺过程。•2）产品质量：质量要求由国家标准和技术条件规定。•化学成分、几何尺寸精确度、表面质量、物理机械性能、特殊用途钢材。•3）车间生产率和车间作业计划•车间生产规模不同，所要求的工艺过程不同，在生产同一产品的情况下，规模大，工艺复杂。•在确定工艺过程时以品种、产品质量和车间生产率为依据。•3轧钢车间工艺过程主要组成部分•生产各种断面形状、钢种、轧制品的工艺过程与产品品种、产品质量和生产规模有关。轧制工艺有共性，主要可分以下几个方面：•▲钢锭钢坯（连铸坯）轧制前的准备•▲轧制金属的加热•▲轧制•▲金属轧制后的冷却•▲轧制品的精整钢铁生产工艺流程“节能－清洁”生产流程（垃圾处理、废物回收、能量转换系统“工业生态链、工业生态带”的重要环节能源转换系统钢铁材料清洁产品钢铁生产流程钢铁工业的社会/经济角色污染物、有害物无害化处理清洁工厂循环经济“高污染、高能耗”可持续发展•轧制工艺系统图高炉喷煤粉高炉长寿技术连铸技术小型连轧和高线国产化溅渣护炉技术节能技术钢铁生产工艺系统钢铁生产工艺系统•工艺过程设计主要确定各个工序的工艺参数和设计的一般原则。•1）原料选择•原料尺寸、形状和质量的选择对轧机生产能力、产品质量、产品成本有很大影响。•原料尺寸确定对轧钢机和附属设备选择、车间平面有很大关系。•生产的品种不同所要求的原料也不同，对供料车间的影响很大。•钢锭、连铸坯尺寸选择要考虑开坯原料尺寸和产品尺寸倍尺。连铸坯与其它坯料的比较连铸坯的断面形状和规格的确定：炼钢炉容量、轧机组成、轧材品种和质量要求。考虑：铸机生产能力与炼钢及轧钢能力的相匹配；铸坯断面规格与轧机所需断面原料及产品规格相匹配。连铸坯内部缺陷：内部和表明缺陷。主要受浇注温度、钢水成分、连铸拉速二冷区强度、电磁搅拌等因素的影响。•2）原料轧制前的准备•原料准备主要包括三个方面：表面状态、内部组织和几何尺寸。•▲表面状态（去除表面缺陷）方法•用风铲铲除有缺陷部位•有气体吹割器处理•用刨光或车光的方法剥皮•用砂轮研磨•3）金属加热•金属的加热是工艺过程的一个主要工序。加热设备和加热制度的好坏对提供生产能力和改善产品质量有着直接的影响。•轧前对金属进行加热具有为轧制准备材料及其组织的目的。•设计中加热工艺的确定主要在于加热制度的选择以及燃料选择、炉型结构和辅助设备选择。加热制度包括加热速度、加热温度、加热时间、装炉温度。•加热速度：金属加热速度应根据在该温度范围内金属的塑性、导热性来确定。一般加热钢锭、钢坯分为两个时期：•第一时期：低温带加热时期•第二时期：高温带加热时期•第一时期由于金属导热性、塑性差容易造成金•属内外层温差过大而导致热应力过大。容易造成裂纹等缺陷。•在此阶段合金钢则采取慢速加热。•第二阶段是指当金属加热到700～800℃以后，这时金属的塑性、导热性显著增加，热应力减少，故可以快速加热到出钢温度。•加热速度的正确选择对提高加热设备的能力，减少金属烧损和降低燃料消耗有很大意义。•加热时间：加热时间取决于很多因素。•一般均采用经验数据和经验公式计算：•道布罗霍托退公式：•τ＝KD√D•τ——加热时间•D——钢材的厚度（圆材为直径）•K——系数碳钢10高合金钢20•加热时间分两个阶段：从0～550℃和从850～1200℃，碳钢两阶段均为5，合金钢分别为13.3和6.7。•齐西柯夫公式：•Z＝CB•式中：Z——加热时间，小时•B——钢锭或钢坯断面的直径或边长•C——修正系数•钢种系数•碳素钢0.10~0.15•合金结构钢0.15~0.20•高合金结构钢和特殊钢0.20~0.30•高合金工具钢0.30~0.40•加热温度：应保证轧制时金属有足够的塑性。一般加热温度多根据金属相图来确定。为防止过烧、过热，加热最高温•冷装炉时加热时间和加热速度•度应低于固相线100～150℃。同时，确定加热温度也必须根据轧制工艺特点，现场实际数据。•4)轧制：•金属轧制是轧钢车间工艺过程最主要组成部分。轧制是以金属可塑性为基础，用压力加工方法得到各种尺寸和断面形状以及不同机械和物理性能的轧制品。轧制完成的任务：•（1）致密钢质，使成品钢材整个体积均匀化。•（2）破坏钢锭的初次组织，提高金属的机械物理性能。•（3）获得形状和尺寸符合国家标准所需的钢材。•轧制目标：以最小的能量消耗，高质量的产品和最大产量。•在设计中要达到以上目标，必须合理地制定•碳钢、合金钢的轧制工艺。最主要的是掌握金属和合金的塑性加工工艺性能。塑性加工工艺性能主要包括：塑性、变形抗力和对应力敏感性与造成缺陷的趋势。•▲金属变形程度：确定道次变形系数大小和各道次分配对轧机产量、产品质量有决定性影响。孔型形状、金属塑性、金属变形抗力、咬入角和轧槽磨损等是确定在该道次内金属最大可能变形的主要因素。•▲轧制速度：轧制速度由轧钢机生产率、轧机结构、轧制品种、轧机机械化和自动化程度以及轧制工艺过程本身决定。•▲轧钢机生产率：提高轧制速度是提高轧机生产•率的主要途经。•提高轧制速度，减少了轧制节奏时间，可增大原料重量。•提高轧制速度，充分利用金属的高温塑性，有利于减少电能消耗和轧槽磨损。•▲轧机结构：轧制速度的提高相应地要求轧机强度、稳定性、驱动力相应地提高。•另外一方面，轧制速度的提高受到设备结构的限制。轴承、设备控制精度等。•▲轧制品种：包括钢种和几何尺寸形状•钢种：主要指轧制速度对金属塑性的影响，实验表明：金属塑性很少限制轧制速度。•几何尺寸和形状：轧件长、轧制速度低往往造成头尾温差大，尺寸公差不符。提高轧制速度，利用金属的变形潜热。•轧机机械性能和自动化程度：人工操作的轧钢机，轧制速度往往受到人工操作的限制，轧钢机的机械化和自动化将有利于大大提高轧制速度。•咬入条件：提高轧制速度往往受到咬入条件的限制。一般低速轧制所容许的咬入角比高速轧制时所容许的大。•▲轧制温度制度：轧制温度制度是指开轧温度和终轧温度。•决定温度制度的主要依据：•在某一温度下最好的塑性指标，以取得最大的变形程度。•在某一温度下的最小变形抗力，以保证最小的能量消耗。•温度和摩擦系数的关系，保证顺利咬入或得到最小的能量消耗。•温度条件对机械性能的影响，以保证获得高质量的产品。晶粒大小和温度关系的变化规律，以保证获得高的质量产品。燃耗和电耗相加最小，取得最小的工序能耗。控轧、控冷工艺的应用。除此以外，选择温度制度还必须考虑金属表面质量、轧辊磨损、轧后金属精整和处理。•轧制力：轧制力是确定轧制工艺参数之一。影响轧制力大小的因素有：钢种、加热温度和变形程度、摩擦系数、变形区几何形状和尺寸。•决定轧制力大小方法：计算法和直接测定法。•P＝PcF•式中：Pc—平均单位压力•F—接触面积•5)轧件的冷却：•成品钢材的冷却满足以下各项要求：•应保证钢材冷却到最低温度，保证矫直时不因热应力而产生弯曲。•钢材的温度降至可以进行以后的各种精整工序•达到的温度能保证所需的金属组织而不引起外部缺陷或内部缺陷。•轧件冷却过程中主要是参数冷却速度和冷却温度制度。•普通的钢种冷却速度，采取空冷和强制通风。•对于某些钢种为防止轧制后网状碳化物析出，采用喷水冷。•对于某些钢号，为防止白点的产生采用缓冷。•钢材精整：精整工序对保证产品质量、降低金属消耗具有重要的位置。•精整工序根据产品的不同，其中主要包括：矫直、切断、酸洗、热处理、表明镀层、其他机械加工（钢轨铣头、钻眼）拟订轧钢产品生产工艺过程•滚珠轴承钢制定生产工艺过程和规程的步骤和方法。•一、滚珠轴承钢的主要技术要求（YB9-68)•高的均匀的硬度、强度•钢材表面脱碳层符合规定要求，5～15的圆钢脱碳层深度小于0.22mm。•尺寸精度符合标准•化学成分：C％0.95%~1.15%,Cr0.6~1.5%等。•在钢材组织方面，均匀分布的细粒状珠光体，钢中碳化物带状组织不得超过规定级别。•二、滚珠轴承钢的钢种特性•高碳珠光体鉻钢需高温扩散退火•导热性差，需缓慢加热生温•脱碳、白点敏感性较大，易于过烧、过热•轧后缓慢冷却，有明显网状碳化物析出•热轧摩擦系数比碳钢大,宽展大。•生产工艺过程制定：•原料选择和准备，冷拉钢、冷锭装炉，便于表面清理；在清理之前进行酸洗，采用砂轮、风铲清理；为减少碳化物偏析，采用高温扩散退火。•加热制度：加热小心进行，考虑到钢容易脱碳；防止过烧、过热，加热温度不超过1180～1200。•轧制：塑性好，在轧制道次中可采用很大压下量，变形抗力与碳钢相当，摩擦系数为碳钢的1.25~1.35倍，宽展为碳钢的20％，在孔型设计中应考虑该特点。•终轧温度的控制：轧制温度高，使高碳钢析出的网状碳化物愈粗大，一般在850。•冷却制度：冷却速度愈小，网状碳化物愈小，可快速冷却道650度。•退火由于白点敏感性，在650以后应进行缓冷。•之后要进行退火，便于加工，然后进行酸洗，去除氧化铁皮，便于清理、检查。•钢锭、连铸坯－清理－加热－轧制－切断－缓冷－退火－酸洗－清理检查2.典型生产工艺及工艺制度的制度•2.典型生产工艺及工艺制度的制度•第一节热连轧带钢生产工艺特点•升速轧制的工艺制度是第二带钢热连轧机在工艺上的突破。•一、第二代带钢热连轧机的主要特点：•1.轧出钢卷的单位宽度上的卷重不断增加。•由于轧制速度的上升，轧出钢卷的单位卷重越大。•2.轧制速度不断增加•由于轧制速度的不断提高，（由原来的12.5~16.6米/秒至32~34米/秒）机组的产量大大提高。•3.产品厚度、规格范围不断扩大•4.年产量不断提高•由于机械设备采用先进技术、计算机控制技术，使产品产量大为提高，产品精度大大提高。•二、机组布置•带钢热连轧组的布置，按主要工序的先后，可分为四个区：•加热区荒轧区•精轧区卷取区•按布置形式，带钢热连轧机组主要形式：•全连续式布置•半连续式布置•¾连续式布置•ISP全连续布置•CSP全连续布置第1、第2、第3代轧机特征参数钢板轧机布置形式•第三代带钢热连轧机的主要工艺特点液态成型技术BasicprinciplesofCSPtechnologyfor2.5Mil.tpyRollingmode•batch•thermomechanicalAnnualproduction(miot/y)max.2.8Slabthickness(