《轧钢工艺学》课程授课教案（完整讲稿，轧制工艺基础、型材和棒线材生产）.doc_大学文库

第周，第1讲次绪论一课程的性质、地位与任务本课程介绍轧钢生产工艺过程及其基本生产特点，使学生能够正确制定生产工过程及通过生产工艺改进来达到提高钢材的产量和质量，降低各项消耗及生产成本。在学习本课程时，应该培养“理论联系实践“的观点，并且着重培养分析和解决工程问题的方法和能力。本课程是材料工程专业本科四年制的必修专业课程之一，在学习本课程之前应该先修金属塑性加工力学，金属压力加工金属学和轧制理论等专业基础课，并且在学习本课程之前要进行生产实习教学。二课程要求1了解和熟悉各类钢材的生产工艺过程，工艺和有关数学模型，掌握轧钢生产的基本知。时。2了解和掌握工艺分析的基本方法，包括提高钢材产品的质量和产量的分析方法及改进技术经济指标的途径。3具有合理的组织轧钢生产工艺过程，制定工艺规程及进行挖潜改造的初步能力。4了解和掌握轧钢车间工艺设计的基本知识和必要的工程计算方法与技能。5了解当前国内外轧钢生产的新工艺、新技术与发展趋势及其轧钢生产的技术经济指标和生产效益。第二篇轧制工艺基础7轧材种类及其生产工艺流程基本内容：介绍钢材的种类及轧钢生产的发展趋势，轧钢生产系统及轧钢生产工艺流程，着重指出短流程生产工艺的优点及发展方向。授课重点：短流程生产工艺授课学时：2一、模铸和连铸模铸：将钢水浇铸在一个个钢锭模内，钢水冷却凝固后脱模成为钢锭，然后送到轧钢车，间，经加热后用初扎机（或开坏机）将其扎成多种规格的钢坏。然后再经成品轧机轧成各种钢材。这种生产方法知道仍在钢材生产中占着重要地位。连铸：将钢水直接铸成一定断面形状和规格的钢坏，连续铸钢生产过程见图1-12

2 第周，第 1 讲次绪论一课程的性质、地位与任务本课程介绍轧钢生产工艺过程及其基本生产特点，使学生能够正确制定生产工过程及通过生产工艺改进来达到提高钢材的产量和质量，降低各项消耗及生产成本。在学习本课程时，应该培养“理论联系实践“的观点，并且着重培养分析和解决工程问题的方法和能力。本课程是材料工程专业本科四年制的必修专业课程之一，在学习本课程之前应该先修金属塑性加工力学，金属压力加工金属学和轧制理论等专业基础课，并且在学习本课程之前要进行生产实习教学。二课程要求１了解和熟悉各类钢材的生产工艺过程，工艺和有关数学模型，掌握轧钢生产的基本知。时。２了解和掌握工艺分析的基本方法，包括提高钢材产品的质量和产量的分析方法及改进技术经济指标的途径。３具有合理的组织轧钢生产工艺过程，制定工艺规程及进行挖潜改造的初步能力。４了解和掌握轧钢车间工艺设计的基本知识和必要的工程计算方法与技能。５了解当前国内外轧钢生产的新工艺、新技术与发展趋势及其轧钢生产的技术经济指标和生产效益。第二篇轧制工艺基础 7 轧材种类及其生产工艺流程基本内容：介绍钢材的种类及轧钢生产的发展趋势，轧钢生产系统及轧钢生产工艺流程，着重指出短流程生产工艺的优点及发展方向。授课重点：短流程生产工艺授课学时：２一、模铸和连铸模铸：将钢水浇铸在一个个钢锭模内，钢水冷却凝固后脱模成为钢锭，然后送到轧钢车，间，经加热后用初扎机（或开坯机）将其扎成多种规格的钢坯。然后再经成品轧机轧成各种钢材。这种生产方法知道仍在钢材生产中占着重要地位。连铸：将钢水直接铸成一定断面形状和规格的钢坯，连续铸钢生产过程见图 1-1

第周，第2讲次8轧钢生产过程及其制定基本内容：介绍产品标准和技术要求，钢材的加工特性以及轧钢生产各工序对产品质量的影响，生产工艺过程的制定及其依据。授课重点：产品标准和技术要求，生产工艺过程的制定及其依据。授课学时：2什么叫轧制生产工艺过程？由锭或环轧制成符合技术要求的轧材的一系列加工工序的组合，组织生产工艺过程，确定加工工序，首先要保证生产出的产品符合质量要求（或称技术要求），同时要尽量提高产量、降低消耗，这就是我们常说的“优质、高产、低消耗”，如何“优质、高产、低成本”的生产出符合技术要求的轧材制定工艺流程的总任务和总依据。8.1轧材产品的技术要求和产品标准轧材的技术要求为了满足使用上的要求，对轧材提出的必须具备的规格和技术性能，包括：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来的。我们生产的钢材，都有用户使用。用户根据使用的要求提出品种规格的要求（如：建筑桥梁需钢梁一一工字钢，需要多大的规格），同时还提出其他要求：表面质量（裂纹、结疤、重皮，氧化铁皮），刚才机械性能（强度、塑性、韧性），工艺性能（弯曲、冲压、焊接等），物理化学性能（磁性、抗腐蚀性能等）产品标准：钢材的技术要求是由使用单位按用途的要求提出来的，由于使用单位很多，不可能一个用户提一个要求来进行生产，用户提出的要求要根据当时生产的技术水平和经济性来制定成产品的标准，然后生产就按标准来生产。各种轧材的使用范围不同，有大、有小，因此各种产品标准也有不同的适用范围，有企业标准、地方标准，国家标准。企业标准：几个企业之间根据使用要求和生产条件相互协商而定的标准，适用于承认该协议的各企业。如：汽车制造厂的轮网钢就是企业标准。6

6 第周，第 2 讲次 8 轧钢生产过程及其制定基本内容：介绍产品标准和技术要求，钢材的加工特性以及轧钢生产各工序对产品质量的影响，生产工艺过程的制定及其依据。授课重点：产品标准和技术要求，生产工艺过程的制定及其依据。授课学时：２什么叫轧制生产工艺过程？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，组织生产工艺过程，确定加工工序，首先要保证生产出的产品符合质量要求（或称技术要求），同时要尽量提高产量、降低消耗，这就是我们常说的“优质、高产、低消耗”，如何“优质、高产、低成本”的生产出符合技术要求的轧材制定工艺流程的总任务和总依据。 8.1 轧材产品的技术要求和产品标准轧材的技术要求为了满足使用上的要求，对轧材提出的必须具备的规格和技术性能，包括：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来的。我们生产的钢材，都有用户使用。用户根据使用的要求提出品种规格的要求（如：建筑桥梁需钢梁——工字钢，需要多大的规格），同时还提出其他要求：表面质量（裂纹、结疤、重皮，氧化铁皮），刚才机械性能（强度、塑性、韧性），工艺性能（弯曲、冲压、焊接等），物理化学性能（磁性、抗腐蚀性能等）产品标准：钢材的技术要求是由使用单位按用途的要求提出来的，由于使用单位很多，不可能一个用户提一个要求来进行生产，用户提出的要求要根据当时生产的技术水平和经济性来制定成产品的标准，然后生产就按标准来生产。各种轧材的使用范围不同，有大、有小，因此各种产品标准也有不同的适用范围，有企业标准、地方标准，国家标准。企业标准：几个企业之间根据使用要求和生产条件相互协商而定的标准，适用于承认该协议的各企业。如：汽车制造厂的轮网钢就是企业标准

地方标准：某些只在局部地区通用的产品所制定的标准。如：矿山用的铁轨使用于一定地区国家标准（部颁标准）：使用范围广，很多长生产，制定出适合全国各生产的标准。钢材产品标准一般包括：品种（规格）标准，技术条件，试验标准，交货标准。品种（规格）标准：主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求，形状要正确不能有歪扭，弯曲不直，表面不平等缺陷，尺寸精度是尺寸偏差的大小，一般按负公差轧制，实际上对轧制精确度的要求提高一倍，而且节约金属，但有些轧材在使用时还要经过加工处理工序，为给加工留余地，常按正偏差交货。技术条件：表面质量，钢材性能，组织结构及化学成分等。表面质量：要求表面缺陷少，表面光洁平坦。表面缺陷有表面裂纹、结疤、重皮和氧化铁皮。性能要求：机械性能，工艺性能及特殊物理化学性能。机械性能指强度、塑性、韧性，硬度等。工艺性能：指弯曲、冲压、焊接性能等。物化性能：磁性，抗腐蚀性能等。轧材性能主要取决于轧材的组织结构和化学成分，因此规定了化学成分的范围，并提出金属组织结构方面的要求。试验标准：试验时的取样部位，试样形状、尺寸，试验条件，试验方法。交货标准：交货时包装，标志方法，质量证明书内容。8.2金属与合金的加工特性通过自学了解碳素钢与合金钢在塑性，变形抗力，导热系数，摩擦系数，相图，淬硬性及对某些缺陷的敏感性有何不同之点以及为什么？8.3轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响。基本工序：原料的清理准备一→加热→轧制→冷却→精整→检查8.3.1原料的选择及准备在轧钢生产中，一般常用的原料为钢锭、轧坏和连铸坏，也有采用压铸坏的。以上几种原料的优缺点及适用情况见表8一2P109要求能够掌握7

7 地方标准：某些只在局部地区通用的产品所制定的标准。如：矿山用的铁轨使用于一定地区国家标准（部颁标准）：使用范围广，很多长生产，制定出适合全国各生产的标准。钢材产品标准一般包括：品种（规格）标准，技术条件，试验标准，交货标准。品种（规格）标准：主要规定轧材形状和尺寸精度方面的要求，形状要正确，不能有歪扭，弯曲不直，表面不平等缺陷，尺寸精度是尺寸偏差的大小，一般按负公差轧制，实际上对轧制精确度的要求提高一倍，而且节约金属，但有些轧材在使用时还要经过加工处理工序，为给加工留余地，常按正偏差交货。技术条件：表面质量，钢材性能，组织结构及化学成分等。表面质量：要求表面缺陷少，表面光洁平坦。表面缺陷有表面裂纹、结疤、重皮和氧化铁皮。性能要求：机械性能，工艺性能及特殊物理化学性能。机械性能指强度、塑性、韧性，硬度等。工艺性能：指弯曲、冲压、焊接性能等。物化性能：磁性，抗腐蚀性能等。轧材性能主要取决于轧材的组织结构和化学成分，因此规定了化学成分的范围，并提出金属组织结构方面的要求。试验标准：试验时的取样部位，试样形状、尺寸，试验条件，试验方法。交货标准：交货时包装，标志方法，质量证明书内容。 8.2 金属与合金的加工特性通过自学了解碳素钢与合金钢在塑性，变形抗力，导热系数，摩擦系数，相图，淬硬性及对某些缺陷的敏感性有何不同之点以及为什么？ 8.3 轧材生产各基本工序及其对产品质量的影响。基本工序：原料的清理准备→加热→轧制→冷却→精整→检查 8.3.1 原料的选择及准备在轧钢生产中，一般常用的原料为钢锭、轧坯和连铸坯，也有采用压铸坯的。以上几种原料的优缺点及适用情况见表 8—2 P109 要求能够掌握

说明：连铸坏的优点很多，是发展方向，但是还不能完全取代铸锭，一个重要的原因就是初轧开坏生产钢锭的尺寸规格可以灵活，如：鞍钢又初轧，又生产板坏，有生产方坏（同时生产），而用连铸则办不到，同时连铸坏受钢种限制。选择原料应注意的问题：(1）要考虑产量和质量。选取适当的坏料尺寸，在保证压缩比的前提下，尽量减少轧制道次以提高产量，（断面大需要的道次多）坏料断面尺寸（厚度）压缩比=成品断面尺寸（厚度）孔型中轧制时，压缩比用坏料断面尺寸（面积）与成品断面尺寸（面积）的比值。在德国，轧制薄板压缩比为10左右，轧制厚板的压缩比为5，在我国，轧制厚板的压缩比为7~8，薄板的压缩比为十几，轧制普钢达到20。粗轧压下量在60%~70%，精轧压下1.2，1.25，1.3以内，精轧速度快，压下量必须小。(2）考虑经济效益和生产的可能性的条件下要使各项消耗降低原料的准备主要是检查、清理表面各种缺陷（结疤、裂纹、夹渣、折迭等）如果不在轧前加以清理，轧制中将不断扩大，并引起更多缺陷，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，特别是合金钢要求就更加严格。清理方法：火焰清理：至于碳素钢、低合金钢、金属耗量较大风铲清理：适用碳素钢、合金钢某些高碳钢（合金钢导热性能差，直接用火焰清理易开裂，必须先预热）和合金钢也可采用风铲或火焰清理。砂轮清理或机床刨削：适于合金钢，剥皮，金属消耗量大8.3.2原料的加热加热目的：(1）提高塑性(2）改善金属内部组织和性能，如偏析经加热可减轻或消除为达到上述目的。一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加热温度尽量高一些，但是过高8

8 说明：连铸坯的优点很多，是发展方向，但是还不能完全取代铸锭，一个重要的原因就是初轧开坯生产钢锭的尺寸规格可以灵活，如：鞍钢又初轧，又生产板坯，有生产方坯（同时生产），而用连铸则办不到，同时连铸坯受钢种限制。选择原料应注意的问题： (1) 要考虑产量和质量。选取适当的坯料尺寸，在保证压缩比的前提下，尽量减少轧制道次以提高产量，（断面大需要的道次多）成品断面尺寸（厚度）坯料断面尺寸（厚度）压缩比＝孔型中轧制时，压缩比用坯料断面尺寸（面积）与成品断面尺寸（面积）的比值。在德国，轧制薄板压缩比为 10 左右，轧制厚板的压缩比为 5，在我国，轧制厚板的压缩比为 7~8，薄板的压缩比为十几，轧制普钢达到 20。粗轧压下量在 60%~70%，精轧压下 1.2，1.25，1.3 以内，精轧速度快，压下量必须小。 (2) 考虑经济效益和生产的可能性的条件下要使各项消耗降低原料的准备主要是检查、清理表面各种缺陷（结疤、裂纹、夹渣、折迭等）如果不在轧前加以清理，轧制中将不断扩大，并引起更多缺陷，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，特别是合金钢要求就更加严格。清理方法：火焰清理：至于碳素钢、低合金钢、金属耗量较大风铲清理：适用碳素钢、合金钢某些高碳钢（合金钢导热性能差，直接用火焰清理易开裂，必须先预热）和合金钢也可采用风铲或火焰清理。砂轮清理或机床刨削：适于合金钢，剥皮，金属消耗量大 8.3.2 原料的加热加热目的： (1) 提高塑性 (2) 改善金属内部组织和性能，如偏析经加热可减轻或消除为达到上述目的。一般为了更好地降低变形抗力和提高塑性，加热温度尽量高一些，但是过高

或加热方法不对，都会造成加热缺陷，影响钢材质量，甚至造成废品。加热缺陷有：(1）过热：加热温度偏高，加热时间偏长，使晶粒长大，晶粒间结合力减弱，机械性能变坏(2）过烧：在过热基础上，继续使加热温度过高，晶粒边界发生氧化或熔化轧制时发生碎裂（报废）(3）脱C：原料表面层所含碳被氧化而减少，使钢材表面硬度降低，许多合金钢及低合金钢不允许脱碳发生。加热温度愈高，时间愈长，脱碳层愈厚；钢中钨和硅也促使脱碳的发生。(4）氧化铁皮：金属表面层的氧化膜，氧化铁皮组成由外到内依次是Fe2O3(2%)，Fe2O3·FeO(18%)，FeO(80%)。加热温度越高时间越长，炉内的氧化气氛越强，则生成的氧化铁皮越多，加热温度愈高（尤其是900℃以上），时间愈长，炉内氧化性气氛愈强，则钢的氧化愈剧烈，生成氧化铁皮愈多。氧化铁皮除直接造成金属损耗以外，还会引起钢材表面缺陷（麻点，铁皮），造成次品或废品。氧化严重时，还会使钢的皮下气孔暴露和氧化，经轧制后形成开裂。钢中含有铬、硅、镍、铝等成分会使形成的氧化铁皮致密，它起到保护金属及减少氧化的作用。(5）加热不均：沿坏断面或长度各处的温度不同，轧制时发生歪扭，弯曲和内拉裂坏料在加热时为防止出现加热缺陷，以能够加热出合格的坏料，要注意以下问题：(1）正确确定加热速度加热速度是指单位时间内，钢坏表面升高的温度，确定钢的加热速度，考虑钢的塑性，导热性，断面尺寸大小对合金钢和高碳钢：在500~600℃塑性导热性差，如果突然将其装入高温炉中或开始加热速度过快，表层和中心温差过大，造成很大的热应力，加上组织应力和铸造应力，使钢锭中部产生“穿孔”开裂（常伴有巨大响声，故称为“响裂”或“炸裂”）。对导热性、塑性差的钢种，在600~650℃以下要缓慢加快，加热到700℃以上温度时，钢的塑性已转好，内外温差减小，可尽可能快的速度加热。9

9 或加热方法不对，都会造成加热缺陷，影响钢材质量，甚至造成废品。加热缺陷有： (1) 过热：加热温度偏高，加热时间偏长，使晶粒长大，晶粒间结合力减弱，机械性能变坏 (2) 过烧：在过热基础上，继续使加热温度过高，晶粒边界发生氧化或熔化，轧制时发生碎裂（报废） (3) 脱 C：原料表面层所含碳被氧化而减少，使钢材表面硬度降低，许多合金钢及低合金钢不允许脱碳发生。加热温度愈高，时间愈长，脱碳层愈厚；钢中钨和硅也促使脱碳的发生。 (4) 氧化铁皮：金属表面层的氧化膜，氧化铁皮组成由外到内依次是 Fe2O3(2%)，Fe2O3·FeO(18%)，FeO(80%)。加热温度越高时间越长，炉内的氧化气氛越强，则生成的氧化铁皮越多，加热温度愈高（尤其是 900℃以上），时间愈长，炉内氧化性气氛愈强，则钢的氧化愈剧烈，生成氧化铁皮愈多。氧化铁皮除直接造成金属损耗以外，还会引起钢材表面缺陷（麻点，铁皮），造成次品或废品。氧化严重时，还会使钢的皮下气孔暴露和氧化，经轧制后形成开裂。钢中含有铬、硅、镍、铝等成分会使形成的氧化铁皮致密，它起到保护金属及减少氧化的作用。 (5) 加热不均：沿坯断面或长度各处的温度不同，轧制时发生歪扭，弯曲和内拉裂坯料在加热时为防止出现加热缺陷，以能够加热出合格的坯料，要注意以下问题： (1) 正确确定加热速度加热速度是指单位时间内，钢坯表面升高的温度。确定钢的加热速度，考虑钢的塑性，导热性，断面尺寸大小对合金钢和高碳钢：在 500~600℃塑性导热性差，如果突然将其装入高温炉中或开始加热速度过快，表层和中心温差过大，造成很大的热应力，加上组织应力和铸造应力，使钢锭中部产生“穿孔”开裂（常伴有巨大响声，故称为“响裂” 或“炸裂”）。对导热性、塑性差的钢种，在 600~650℃以下要缓慢加快，加热到 700℃以上温度时，钢的塑性已转好，内外温差减小，可尽可能快的速度加热

10 大的加热速度不仅可提高生产能力，而且可防止或减轻某些缺陷，如氧化、脱碳及过热等。允许的最大加热速度，不仅取决于钢种的导热性和塑性，还取决于原料的尺寸和外部形状。此外，生产上的加热速度还受到炉子结构、供热能力及加热条件的限制。对普碳钢：起塑性和导热性能好，可快速加热，以提高生产能力，可防止氧化，脱 C，过热等。对于小断面料可快加热，对于大断面料，要降低加热速度，防止温差过大。不管如何加热，一定要保证原料各处都能均匀加热到所需要的温度，并使组织成分较为均化，这也是加热的重要任务。如果加热不均匀，不仅影响产品质量，而且生产中往往引起事故，损坏设备。 (2) 合理确定加热时间加热时间的长短影响到质量和产量连续式加热炉加热钢坯，加热时间的经验式： t=cB 小时 B：坯料边长或厚 cm c：系数碳钢：0.1~0.15 合金结构钢：0.15~0.2 8.3.3 钢的轧制轧出合乎质量要求的轧材，轧钢工序是非常重要的，是保证产品质量的一个中心环节。轧钢工序有两大任务：精确成型，改善组织和性能影响精确成型的因素有：①合理的孔型设计（型钢），辊型设计（板带钢）压下规程及轧机调整②轧制过程工艺参数稳定，如：温度、速度、张力等。例如，在连续轧制小型线材和板带钢时，这些工艺因素的波动直接影响到变形抗力，从而影响到轧机弹跳和辊缝的大小，影响到厚度的精度。压下规程：内容是确定所需采用的轧制方法，轧制道次及每道次压下量。影响组织和性能的因素：变形程度：应保证改善铸态组织，保证压缩比和细致均匀的晶粒度（变形程度较大，压应力状态强，有利于改善组织，性能）。变形温度：钢材：性能→组织→终轧温度←开轧温度