《型钢轧制操作》案例集.docx

焊接H型钢制作工艺的改进随着工业化的发展和信息化时代的到来，越来越先进的生产设备解放了大量的劳动力，创造了更多的社会价值，同时增加了生产安全系数。在焊接H型钢制作方面，H型钢组对机的出现和门式埋弧焊的使用给焊接技术领域带来了重大的技术革新，本文分别分析介绍了他们的工作原理和其在焊接H型钢制作中组对和焊接工艺中产生的效益。1焊接H型钢制作中组对的工艺改进1.1 H型钢组对机设备应用前的组对工艺在没有H型钢组对机前，需要龙门吊配合，操作相对方便，但是龙门吊运行指挥不当有安全隐患。腹板和翼缘之间需要临时加撑材料浪费较大。不经济而且成本高。组对好后临时支撑需要割除再进行打磨工作量大。组对好后变形较大、校直较难。下图1为使用H型钢组对机前的技术操作。1.2 H型钢自动组对机工作原理自从H型钢自动组对机投入使用以来，由于其对H型钢技术参数保证的决定性作用而成为组对工序中必不可少的设备。H型钢自动组对机工作首选切割机下料，将平整后的钢板（包括翼缘板和腹板）吊放进组对机轨道上，用组对机的夹紧装置进行翼板和腹板初步夹紧定位，由主动输入辐道将工件输入主机，主机上事先调整好腹板和翼板基准尺寸，也就是可将工件准确定位点焊，然后自动循环按钮，进行头部定位点焊，然后将点好的H型钢用龙门吊吊离组对机后，进入下一道工序。H型钢组对机是保证H型钢技术参数的重要设备，主要由四个大型传动机构组成,具体包括:腹板上压轮传动机构、翼板左右定位夹紧机构、腹板左右定位夹紧机构及输入输出辐道传动机构等。腹板上压轮传动机构采用液压夹紧，使用的动力由液压缸传递至上压轮，上压轮外部中心处采用V型槽设计，能确保规定范围内不同宽窄的腹板定位准确和自动对中准确，不需要每次重新调整；上压轮内部采用推力轴承，不仅能方便H型钢在辐道上传输，还可使H型钢腹板在传输时能够充分接触到翼板，对于H型钢截面高度尺寸的保证，起到了重要作用。1.3 H型钢自动组对机性能介绍一般的H型钢组对机性能参数：幅板高度：200-1800mm；幅板厚度：6-32mm;翼板宽度：200-80Omm；翼板厚度：6-40mm;工件长度：4000-15000mm；辐道长度：28000mm；组对速度：650-3300mmmin,此外，大部分都具备了组对状态自动运行的功能。采用独有的工件参数设定界面，控制对中电机运行，经由丝杠传动，带动对中轮至对中位置，配合液压迫紧装置夹紧工件。机电通讯与液压的配合运行，使自动控制的对中范围明显增加。组对前，只需从设定界面，输入翼板宽度、腹板厚度，工件进入组对位置后,对中轮会在对中位置自行停止运行。对中完毕，经由P1.C自动进行工件追紧、点焊（送料）、空走一系列工作。拼接完成后一键完成复位动作（追紧、压料、焊枪自动回退）。若配置光电检测器，可实现对中、点焊、送料、完工复位的自动运行。1.4 使用H型钢组对机设备的技术优势有H型钢组对机后不需要龙门吊配合，操作方便，安全系数大幅度提高。腹板和翼缘之间不需要临时加撑节约材料。两侧可以同时点焊，加快组对速度，提高效率。组对好后变形较小容易校直。下图2是使用H型钢组对机进行组对操作情形。图1改进前H型钢的组对图2改进后HiVl钢的组对2焊接H型钢制作中焊接的工艺改进2.1 门式埋弧焊应用前的焊接工艺在没有门式埋弧焊前焊接H型钢焊接改进前焊剂不可以自动回收，需要人工回收焊剂浪费较大，只能焊接1条H型钢且需要2个技术人员操作。焊接速度慢，电流调节不好焊接H型钢容易咬边。下图3是门式埋弧焊应用前旧的焊接工艺。2.2 埋弧焊工作原理埋弧焊也是利用电弧作为热源的焊接方法，埋弧焊时电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧不外露，埋弧焊由此得名，其中门式埋弧焊得到了大量的应用。焊接电弧在焊丝与工件之间燃烧，电弧热将焊丝端部及电弧附近的母材和焊剂熔化。熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂成为溶渣。熔池受熔渣和焊剂蒸汽的保护，不与空气接触C电弧向前移动时，电弧力将熔池中的液体金属推向熔池后方。在随后的冷却过程中，这部分液体金属凝固成焊缝。熔渣则凝固成渣壳，覆盖于焊缝表面。熔渣除了对熔池和焊缝金属起机械保护作用外，焊接过程中还与熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。埋弧焊时，被焊工件与焊丝分别接在焊接电源的两极。焊丝通过与导电嘴的滑动接触与电源连接。焊接回路包括焊接电源、连接电缆、导电嘴、焊丝、电弧、熔池、工件等环节，焊丝端部在电弧热作用下不断熔化，因而焊丝应连续不断地送进，以保持焊接过程的稳定进行。焊丝的送进速度应与焊丝的熔化速度相平衡。焊丝一般由电动机驱动的送丝滚轮送进。随应用的不同，焊丝数目可以有单丝、双丝或多丝。有的应用中采用药芯焊丝代替实心焊丝，或是用钢带代替焊丝。2.3 埋弧焊应用优点（1）所用的焊接电流大，相应输入功率较大。加上焊剂和熔渣的隔热作用,热效率较高，熔深大。工件的坡口可较小，减少了填充金属量。单丝埋弧焊在工件不开坡口的情况下，一次可熔透20mm。(2)焊接速度高，以厚度8IOmm的钢板对接焊为例，单丝埋弧焊速度可达5080Cmmin,手工电弧焊则不超过1013cmmin0(3)焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢凝固。液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能。(4)在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果比其他电弧焊方法好。(5)自动焊接时，焊接参数可通过自动调节保持稳定。与手工电弧焊相比，焊接质量对焊工技艺水平的依赖程度可大大降低。(6)没有电弧光辐射，劳动条件较好。2.4 使用门式埋弧焊进行焊接的技术优势有门式埋弧焊后焊接H型钢焊接改进后焊剂可以自动回收，可以同时焊接2条H型钢只需要1个技术人员操作。焊接速度快质量好。下图4是使用门式埋弧焊进行焊接的操作。图3改进前H殷钢的焊接图4改进后H审钢的焊接3焊接H型钢制作工艺改进的成效通过大量的操作实例证明，包括H型钢自动组对机和门式埋弧焊在内大量先进的仪器设备的应用，节约了成本，减少了工期，保证了质量的可靠性，确保无安全隐患等。合金钢、优质钢棒材轧机改建工程的3000t焊接H型钢应用了新型的仪器设备，H型钢焊接合格率达到99%,大大地提高了制作质量和可靠程度，生产效率提高了五倍，而且整个项目较传统组对焊接工艺节省了约20万元，创造了可观的经济效益。型钢孔型设计一一无孔型轧制无孔型轧制是较新的延伸轧制方法之一。1.无孔型轧制的应用由于无孔型轧制具有显著的经济效果，因此其应用日益广泛，从轧制简单断面形状的钢坯到轧制方钢、圆钢、线材；既用于轧制碳钢，也用于轧制合金钢和有色金属。其具体的应用情况如下：初轧机：一般方坯初轧机的前几道次都属于无孔型轧制，这是因为在初轧机轧辑上、虽然有浅而宽的第1孔；但在轧制时轧件与孔型侧壁并不接触。带有水平辐和立辑的万能板坯初轧机，由于水平辑和立根无轧槽，也属于无孔型轧制。在初轧机上用无孔型开坯，仅用1个圆孔型即可生产圆断面钢坯。三辑开坯:为了在1个开坯机架进行多道次轧制，采用了无辐环的梯形辐。三合一轧机：这种轧机有3对相距较近的轧辑，第1、第3对为立辐，第2对为水平根。水平根和立根皆无轧槽。根据所轧钢坯尺寸的不同，其水平辐工作直径可为功500-1300mm,立辑辑径为功350-900mm,可用断面为100mmX30Omm、15OmmX60Omm和250mm×1250mm的连铸坯，轧成60×150mm的方坯，(80-120)mm×(250-450)mm的扁坯，(80230mm)X(600-1200)mm的板坯。紧凑式轧机:它由平一立交替的4对轧辑组成。可用改变轧辑间距的方法,获得尺寸不同的轧件，如图1所示。该轧机使用174mm方坯，通过4道次无孔型轧制，可轧出适于再经2道次获得边长为2298mm方钢、54-102mm圆钢所用的坯料。某厂四机架紧凑式轧机的压下规程如表1所示。可以看出，这种轧机的压下量较大，其咬入角达38.445.8。，属于大压下量轧机，所用轧辑直径分别为508mm和¢431.8mm。图1第次式轧机的咒制规程数字表示方钢或四锅的边长或直径-“机架物件形状;喜.mm*.mm延伸系做咬人角()0方177.8177.8一1立149.6185.41.1420.82平921981.5238.43立66.8146.11.8745.84平48110.21.8539.4«1紧凌式轧机压下规程示例半连轧机：由横列式机组，集体传动的连轧机组和单独传动的连轧机组组成的半连轧机组，如图2所示。这种轧机从第1道至第n道均为无孔型轧制。该轧机用125kg铜锭轧出必6.35mm线材，各道次的轧件断面形状如图3所示。第1至第4道是在2个三辑机架的横列式机组中轧制，轧件每轧1道后翻钢90“再进入下一道次；第5至第10道分别在集体传动的连轧机组中轧制，其中，第5、7和9为立辑机架；第6、8和10为水平辑机架；第11、第12道分别为单独传动的立根和水平根机架。区匚H囚图3在组合式半连轧机轨制线材时各道次中的轧件断面形状C'.,*I-IlJ2:rez横列式机组、集体传动连轧、单独传动连乳组成的半连轧机组c,在机架为纵列式布置的半连轧机上，用无孔型轧制代替常规孔型轧制方钢和圆钢的轧法，如图4所示。钢坯先在三辐开坯机架的梯形一阶梯辑间用无孔型轧制5道，每连续轧2道后翻钢1次。轧件在第2个三辑机架中的阶梯辐间轧制2道，1道空过；然后在连续式机组中的前3个机架进行无孔型轧制；最后用3个孔型分别轧成方钢或圆钢。从第2个机架开始，每轧制一道后翻钢90。连轧机：无孔型轧制代替常规孔型轧制在水平辐和立辐交替布置连轧机上的应用，如图5所示。该轧机的粗轧、中轧和精轧机组的部分机架都采用无孔型轧制。为了保证成品质量，后4个机架采用了孔型轧制。在全部由水平辐机架组成的全连轧机上，轧件在机架间的翻钢要用扭转卫板或扭转辑来实现，也可采用无孔型轧制，如图4所示。上述的几个应用实例表明，在各类型钢轧机上，其延伸孔型均可以用无孔型代替。图4机架为纵列式布冠的半连轧机上用无孔型轧制代替孔型扎制的示意困一j图5在水平花与立辕交替布置的连轧机上用无孔型代替孔型扎制的示变图2无孔型轧制的设计无孔型轧制的设计主要应使轧件在两辐之间轧制稳定，不发生倾倒或扭转,轧件横断面的两个对角线差或轧件横断面两侧边的倾斜不超过限制值。为此，应较准确地确定轧件的断面形状、尺寸及其变形参数。同时应确定轧辐入口侧导板间距与轧件宽度的差值。无孔型轧制中有直边轧法和弧边轧法2种，现将其设计方法分述如下。直边轧法的设计：直边轧法是指使轧件轧制后的两侧表面近似平面，即轧后轧件断面既不呈凸形，也不呈凹形，而是近似于直线。其目的是使轧件在进入轧辑和轧制时保持直立，不发生倾斜和倾倒。为此，要确定能使轧件轧后获得近似直边的压下量。根据实验得出，轧后轧件侧边形状与轧制条件的关系如图6所示。图6表示由相对压下量(&-的/日和(8/a/3/m所确定的点在曲线右侧时，轧后轧件侧面呈凸形，所确定的点在曲线左侧时，轧后轧件侧面呈凹形，使轧后轧件侧面平直的条件是=0.22(-S-1.5)为使轧件轧后的侧面近似平直的相对压下量应为：Q.15.,0.286新3"哼尹7月一轧前轧件的平均高度，mm，8一轧前轧件的宽度，mmlA一扎后轧件的高度，m11bO一轧辘直径，mm。234(afb<Dj!i)ffl我后轨件倒边形状与轧赳条件的关系弧边轧法的设计：弧边轧法也称圆边矩形法一简称RER法。其特点是，采用较大的压下量，轧后轧件的两侧边形成接近于圆弧形的弧边，轧件在每一道次的变形量相当于用矩一方一矩形孔型系统2道次的变形量。这种轧法通常适用于高宽比H/B较大的轧件，轧后轧件的宽高比b/h也较大，其轧制系统如图9所示。建立弧边轧法的条件应为：b/hH/Bi=H(Z-e),=0.I5.17o£的取值因轧制条件而异。通常在无后推力的非连轧机或连轧机的第1机架,£可为0.150.3;在有后推力的紧凑式连轧机上，£可为0.250.70轧后轧件的宽度b为：bfiBoj?=1-2.085×10-*+2.273×IO*1e+5.306×10'V-7.983Orme+3.996X10,eT-4.670×IOfrn系/T-3.9I4×10-必”T-3.005XIoTmH7.545xlOTm节式中，“一摩擦因子，m=0.5,%一轧件进入扎根之间，在轧件整个宽度上开始压F时，轧件醐面与垂直线所成的便斜布，如图10所示。=S-(J3H)1(.-丸)式中。一轧件进入轧辐前在身板间的倾斜角，如图U所示。式中力一轧前轧件偏面的倾斜角，Y“0tg%=-H=S/2"BAS.S为了使轧制时轧件在轧辑之间保持稳定，不产生翻倒和扭转，同时不使轧后轧件对角线之差ASkSU-S22。相差较大，以保证轧件的断面形状和尺寸精度，因此要求a值应满足如下的关系式：Hl-eBB2K邑-当按弧边轧法时，也可用如下的简化公式确定a值：CYHIBtB/Hwa2KTB4re轧后轧件的倾斜角为，-"g口-帚力HT嗜)2唱*劭匕式中力。一轧前轧件相对角线差WQ=ASJSOCAD技术在型钢孔型设计中的应用计算机辅助孔型设计(ComPUterAidedRollpassDesign缩写为CARD),是计算机辅助设计(CAD)技术在型钢孔型设计中的应用。计算机辅助孔型设计的目的,一是能在很短时间内设计出多种方案，提供新产品精细设计的依据和参考，便于工程技术人员开发新产品，加快新产品的开发速度；二是在设备或生产条件改变时对现有的孔型系统进行快速、全面的效验，便于进行一些合理的修正。CARD系统通常分为硬件和软件两部分，其中硬件现在的PC技术即可满足，而软件的编制是CARD系统开发的主要内容。即通过分析、研究金属在轧制过程中的变形规律，建立轧制过程中的变形模型、温度模型和力能参数等模型，利用程序开发工具、绘图软件实现系统的功能。1型钢CARD系统的开发通常，在型钢CARD系统开发过程中，需考虑金属在孔型中的流动规律、轧制力学条件、咬入能力、设备强度、轧机传动功率以及其它因素。在进行孔型设计过程中，可采用系统工程方法，即将孔型设计看作是一个具有输入、过程、输出、限制、反馈的信息系统。一般整个系统分成四个主要部分：数据输入、孔型设计、校核计算、结果输出。数据输入主要是提供设计所必需的原始资料；孔型设计是整个系统的核心，包括孔型系统选择、孔型尺寸确定、轧制过程温度、力能参数计算等；校核计算是依据孔型设计的结果，对轧件咬入条件、轧件稳定性条件、设备强度和电机传动能力依次进行校核；结果输出是输出孔型设计的结果，主要包括延伸系统分配图、轧制程序表、孔型参数表、孔型设计的中间参数、孔型图。1.1 型钢轧制过程中模型的建立型钢在轧制过程中的变形模型是计算孔型几何参数和力能参数的基础。对于简单断面型钢的孔型设计，变形模型主要为宽展模型和前滑模型，除连轧过程中的前滑模型需进一步研究外，常用的乌萨托夫斯基宽展模型和斯米尔诺夫宽展模型的精度己经能满足型钢孔型设计和生产的要求。而异型断面型钢由于断面形状复杂，变形不均匀和不同时，以及变形速度差大等原因，使得变形模型的建立有很大难度。变形模型的建立常采用统计模型法和经验公式法。轧制过程中金属温度变化主要包括金属与外界因辐射、对流和传导引起的温度降低及变形机械能转化为热能而引起的金属温度升高。在型钢生产中普遍采用A.H.采利科夫方法来计算温度，即主要考虑了轧件由于辐射产生的温降和塑性变形产生的温升。力能参数模型的选择通常是采用己有的计算公式，计算力能参数时精度较高的模型，包括德国VDEh变形抗力模型、艾克隆德单位轧制力模型、斯米尔诺夫单位轧制力模型。考虑到型钢由于断面复杂，计算过程中容易产生误差，应针对具体生产情况进行实际测量，对计算结果进行修正。1.2 软件环境在己开发的CARD系统中，采用的编程语言通常是FORTRANC、VB0这三种语言相比较：FORTRAN语言有较强的科学计算能力，但不便于界面编辑及结构化程序设计，而且执行效率不高，同时也不易于维护;C语言执行效率高，功能强大，但程序可读性差，不便于维护，计算能力不如FORTRAN；VB虽计算能力比FORTRAN差，效率不如C语言，但其易读性好、易用、易维护。不仅在开发时方便，而且对于现场计算机水平落后的条件下，也比较容易维护、修改。利用AutoCAD绘图软件包进行图形绘制，高级语言和AutoCAD图形软件的接口方法有：图形交换文件、命令文件以及建立图形函数库等。这三种方法相比较而言，命令文件是根据SCR格式编制基本作图命令的程序集，程序容量小。生成的SCR文件调用方便，可部分替代中间数据文件，便于调试修改，便于用户了解设计结果。2型钢CARD系统功能2.1 设计新孔型在给定坯料尺寸、产品规格，输入必要的参数后，系统将根据这些量自动完成孔型设计工作，并对咬入条件、轧辑强度、电机能力进行校核。设计人员可根据校核结果及设计过程中间参数评价所设计的孔型是否合理，如对设计结果不满意可重新进行孔型设计工作，直到得到满意的结果。最后可通过AUtoCAD绘制孔型图，通过绘图仪或打印机输出。2.2 对已有孔型的验证修改设计者可将现有的孔型系统的产品规格、坯料尺寸和设备输入系统中，计算各种变形参数，验算咬入条件，计算力能参数及温度参数，最后输出计算结果及孔型图。2.3 提供孔型设计的中间参数系统运行过程中，把设计过程中涉及到的中间参数以文本文件的形式存储，便于设计者对设计结果进行分析，进一步改进和完善所设计的孔型。2.4 提供生成图形命令文件系统运行结束后，设计者对输出的孔型图进行分析研究，需对孔型图做适当修改时，可直接在图形命令文件中进行，修改完毕后，在AutoCAD输出孔型图。3应用实例根据上述设计思想，针对某厂实际情况开发了电梯导轨用热轧型钢CARD系统。通过对现有孔型图和现场实际钢样的实测数据进行分析，总结归纳金属的变形规律，建立电梯导轨用热轧型钢轧制过程的变形模型。该系统是在WindoWS环境下开发的，利用VisualBasic6.0进行孔型参数计算、校核限制条件、以及SCR文件的生成，然后在AutoCAD输出孔型图（如图1所示）。采用该系统设计的120mm×120mm×100Omm热轧方坯生产T75电梯导轨用热轧型钢的孔型系统如图1所示。第8道次第IIiI次第12道次图1T75电秘导机用热札型饵孔型图国内的CARD研究始于1984年，现在已经取得了很多成果。有关院校和厂方合作陆续开发出的简单断面、角钢、工字钢、槽钢和轻轨等计算机辅助孔型设计系统己投入实际生产应用中。计算机辅助设计出的孔型易于修改，即便于选择合理的孔型设计方案，提高孔型设计质量。又可以减少新产品试轧次数，提高孔型设计的可靠性。高速线材生产中的控轧控冷1控制轧制控制轧制广义地解释为从轧前的加热到最终轧制道次为止的整个轧制过程的控制，即通过全部热轧条件的最优化，人为地调整奥氏体的状态，使其在后续的冷却过程中相变为期望的细晶组织，以得到良好的强度和韧性的加工过程，其操作如图1所示。线材的控制轧制可以减少脱碳，控制晶粒尺寸，改善钢的冷变形性能，控制抗拉强度及显微组织，取消热处理，减少氧化铁皮。«538图I各种轧制程序的模式控制轧制技术的工艺要求：(1)低温变形可以导致晶粒细化，因此尽可能降低加热温度，细化开轧前的奥氏体晶粒，一般线材加热温度为I(MM)1150；(2)调整变形温度是控制高温奥氏体的重要手段，线材轧制多为全部机架连续轧制，因此调整空延时间余地很小，最好采用机架间水冷；(3)在中间温度区(900以上)的轧制道次实现最优化，通过反复再结晶使奥氏体晶粒微细化；(4)加大奥氏体未再结晶区的累积压下量，增加奥氏体每单位体积的晶粒界面积和变形带面积。根据变形温度的不同，控制轧制工艺可分为3个阶段：(1)再结晶区变形。又称为I型控制轧制或常规轧制，轧制温度大于950,这种类型是在奥氏体变形过程中和变形后自发产生奥氏体再结晶的区域中轧制，一般温度较高，在100(TC以上。奥氏体晶粒因重复发生静态再结晶而细化，奥氏体细化导致铁素体细化，晶粒细化有某一极限值(1020m)o(2)未再结晶区变形。又称为11型控制轧制或常化轧制，轧制温度为950°CA,在此区间轧制时钢不发生奥氏体再结晶现象，塑性变形使奥氏体晶粒拉长，晶粒内部出现大量变形带、李晶和位错，增加形核点，促进奥氏体边界及晶粒内部的形核率和形核速度，可以获得细小均匀块状铁素体晶粒(510m).(3)(+)两相区变形。又称为In型控制轧制或热机轧制，轧制温度小于AK奥氏体产生加工硬化,铁素体产生亚结构，亚结构使强度提高,脆性转变温度降低，晶粒细化(35m)°摩根型精轧机为顶角45。V型结构，由辐箱、废料防护罩和传动箱组成，传动箱通过串联连接的方式连接在驱动电机上，两根传动轴接近底面基础，机组重心下降，增加了机组的稳定性。轧辑箱包括轧辑、导卫和相关的电气元件、油/气润滑、冷却水和液压系统，在机架间设水冷导卫装置，将控制轧制技术引入设备整体设计，增大了轧机轧制能力。2控制冷却控制冷却的实质是晶粒细化和相变强化，即在控制轧制之后，对奥氏体分解相变温度区进行某种程度的快速冷却，使相变组织细晶化,甚至相变成新的组织,然后再空冷的工艺。线材轧后的冷却方式分为自然冷却和控制冷却。线材轧后控制冷却过程分为3个阶段。(1)一次冷却。从终轧温度开始到奥氏体向铁素体开始转变温度4或二次碳化物开始析出温度AC范围内的冷却，其目的是控制热变形后的奥氏体状态，阻止奥氏体晶粒长大或碳化物析出，固定由于变形而引起的位错，加大过冷度，降低相变温度，为相变做组织上的准备。一次冷却的开始快冷温度越接近终轧温度，细化奥氏体和增大有效晶界面积的效果越明显。(2)二次冷却。热轧钢材经过一次冷却后，立即进入由奥氏体向铁素体或碳化物析出的相变阶段，在相变过程中控制相变冷却开始温度、冷却速度和停止冷却温度等参数，就能控制相变过程，从而达到控制相变产物形态、结构的目的。(3)三次冷却。相变之后直到室温这一温度区间的冷却。一般钢材相变后多采用空冷，冷却均匀，形成铁素体和珠光体。此外，固溶在铁素体中的过饱和碳化物在慢冷中不断弥散析出，使其沉淀强化。对一些微合金化钢，在相变完成之后仍采用快冷工艺，以阻止碳化物析出，保持碳化物固溶状态，达到固溶强化的目的。轧后温度和冷却速度是线材生产质量控制的关键。钢种成分不同，转变温度、转变时间和组织特征各不相同，即使是同一钢种只要最终用途不同，所要求的组织和性能也不尽相同，因此，工艺上对线材控制冷却提出的基本要求是能够严格控制轧件冷却过程中各阶段的冷却速度和相变温度，使线材产品既保证性能要求，又尽可能地减少氧化烧损。其技术关键：(1)线材产品要求通条性能好，对控制冷却装置要求较高。(2)对再结晶奥氏体进行水冷效果并不明显；对未再结晶奥氏体进行水冷，在变形后的奥氏体晶界面或变形带产生晶核，在奥氏体晶粒内也会生成铁素体核,产生明显的晶粒细化效果。(3)超级钢线材控冷后的组织，为细晶铁素体+分散的贝氏体的混合组织，强度提局明显。(4)线材以10°Cs的冷却速度进行冷却，强度可以明显提高，如图2所示，韧性可以保持不变。Bjv之安挡弱图2控制冷却速度对线材性能的影响3线材控轧控冷的意义多条高速线材轧机的引进为改善我国线材产品结构，提高线材质量做出了重要贡献，但是，能很好地利用控轧控冷技术生产高碳钢、焊条钢、冷锻钢、PC钢棒、非调质钢、快速球化钢及超级钢等优质特种线材的生产线还不多，部分高品质线材仍须进口。控轧、控冷工艺的推广，可提高线材产品质量，降低深加工的成本，促进我国金属制品行业的发展。高速线材生产技术的发展趋势1发展概况线材生产发展的总趋势是提高轧速、增加盘重、提高精度及扩大规格范围。自60年代第一台全新结构的摩根45。高速线材无扭精轧机问世后，引起了线材生产领域的革命性变化。线材轧制速度突破了以往的极限，达到42ms0经过几十年不断的改进和更新换代，特别是80年代以来由于各项制造技术、自动化控制技术的发展,检测技术的进步,使轧制速度突破100m/s大关,最大达到120ms0坯料断面尺寸扩大到15OmmXl50mm160mmx160mm,个别使用18OmmXI80mm,盘重达到2t以上，线材规格上限扩大到O20mm_25mm0一般可按速度将高速线材轧机划分为六代，其主要指标见表1：表1六代高速线材轧机主要指标IUIllWVW年代1965-1971-1977-1980-1985-I99519701976197919841995mV)42506075-80100-10$no-120最小H田!度八mJ)0607990100120150我国自80年代以来，线材生产有了长足的发展。1980年我国线材产量为450*10%1999年己达到2600*10%平均年增长9.75%。在今后一段时期内，由于经济仍处于高速发展阶段，全国的基础设施建设、住房建设、以及西部开发将增大对线材的需求。据有关部门预测2005年线材需求量将达到300(10%预计我国基本建设投资还将持续一段时间，过后线材需求量将逐步回落。虽然我国已是线材生产大国，但与先进国家相比仍有很大差距，主要表现在高线比低、硬线及合金等高附加值线比低、控冷线材比低、总体质量水平低等。因此，线材生产面临着结构调整的繁重任务，必须优化工艺结构、产品结构，才能增强市场竞争力。我国已建成的高速线材轧机其装备技术水平大致可分为三个档次：达到国际先进水平的100mZS级的约有10套，如宝钢、武钢、湘钢、昆明、天津、张家港润忠等高线轧机；一般水平70ms80ms级的约有12套，大多是早期引进的新轧机及近年的国产轧机；较低水平50ms60ms级的约有18套之多，多为早期引进的二手设备及国产轧机,它们普遍装备水平较低,机型已过时，盘重较小，性能也不够好。随着复二重轧机退出历史舞台，后两档次中有一部分就显得落后了，也应在结构调整中进行技术改造。因此，高速线材轧机的建设还将持续一段时期，若按高线比90%考虑，再加上考虑高线轧机的改造，估计还需建设20套30套的高线轧机。2轧制工艺的进步2.1 轧制速度进一步提高由于各项制造技术、自动化控制技术的发展，检测技术的进步，使高速线材轧制速度已达120ms以上，保证速度达112ms.由此带来以下三个变化：(1)随着轧制速度提高，线材轧机的规格范围扩大到()26mm左右，可生产一部分过去只能由棒材轧机生产的产品。(2)由于轧制速度提高，单线轧机产量增加，故多建单线及双线轧机，并且出现将多线轧机改建为双线或单线轧机的趋势。(3)由于轧制速度提高,受入口速度限制的坯料断面允许进一步增加。目前,对100m/s级的轧机坯料断面尺寸已扩大到150mm160mm方坯,也有的使用18Omm方坯,这对于保证线材产品质量和连铸生产都是有利的。与此同时，坯料单重和成品盘重由于运输和开卷的原因仍维持在2t2.5t之间，没有进一步增加的趋势。为适应高速轧制，过去常用的中轧机组出口处的围盘已被取消，采用了直线的布置。为抵消高速轧制时产生的过大温升，须采用无扭精轧机前的预水冷，并须在无扭精轧机内设置机架间水冷装置，在任何情况下，进无扭精轧机的轧件温度不能高于100(TC。机架间水冷一般设置于圆断面道次,为此将机架间距加大到1200mm。2.2 采用减定径机组进行精密轧制2.2.1 减定径机组减定径机组是近年来在高速线材轧机上采用的一项最新技术。随着轧速的提高，轧件温升变得更加剧烈，会使轧件内部组织恶化，这就限制了轧速的进一步提高；另外，随着市场要求多品种、小批量订货的增多，必需频繁更换轧制计划；再者,线材用户要求产品质量包括尺寸精度、表面质量、机械性能等进一步提高。在这些方面，传统高线轧机显出了它的一些不足。在这种客观需要下，各主要供货厂商相继开发出了减定径机组,主要有摩根(MORGAN)和达涅利(DANlE1.I)两种型式。2.2.2 摩根（MORGAN）公司开发的减定径机组（RSM）RSM机组由4架组成，前两架为减径机组，后两架为定径机组。由一台320OkW左右调速电机经两级减速箱驱动。机架型式均与精轧机组相同，为悬臂式结构，采用碳化鸨辐环，呈顶交45。布置，机架间距十分紧凑。采用减定径机组后，粗、中、预精轧和8架无扭精轧机只有一套孔型，所有成品均由4架减定径机组上轧出。4架的孔型系统为椭-圆圆-圆。4道的延伸较小，平均为8%16%,减径机组最大约为20%,定径机组约为4%。各架速比可根据需要改变，以适应不同成品规格所需的不同延伸率。轧件在各架间为微张轧制。由于采用上述变形均匀的孔型系统且延伸很小，故可使成品尺寸精度提RJo该机组布置在无扭精轧机下游，无扭精轧机由传统配置的10架减为8架。在无扭精轧机组与减定径机组之间设有水冷箱及温度恢复区。轧件经8道次精轧其温升较传统10架机组为小，然后经水冷可将轧件温度冷却到750°C80（C,然后进入减定径机组，给以一定程度的变形压下量，这就是控制轧制。在轧制合金钢和高合金钢时，中间冷却解决了多道次连续轧制导致的过高温升，故这些钢种也可以提高轧制速度。改变产品规格时，只需更换减定径机组辑环。该机组设有机架快速更换装置,可实现4架同时更换，也可单架更换；同时，也可以只进行辐环更换。这样就节省了换辑时间，提高了轧机利用率。减定径机组与无扭精轧机组之间的速度控制采用电气"锁定''控制，轧件在此两机组间为微张力轧制。2.2.3 减径机组为减少投资，摩根公司还推出了只有两架的减径机组方案，其传动系统大大简化。在这种情况下，精、中、预轧、精轧就需要2个孔型系统。2.2.4 达涅利（DANIE1.D公司开发的双模块机组（TMB）TMB机组与摩根公司的减定径机组大同小异。其不同是将4架减定径机组分为两组，各由一台调速电机驱动，故称为“双模块”。每一模块有两种速比，机组间无活套，速度控制同样采用电气锁定方法，这样就允许将机械部分的减速箱大为简化。2.2.5 减定径机组的优越性1）对5.5mm-20mm全部范围产品可达到±0.1mm的高精度公差，椭圆度可达0.1mm；2）简化孔型，减少了轧辑更换和轧辐储备；3）减定径机组采用快速更换装置，轧机利用率可提高10%15%;4）可进行750&%800&低温轧制，细化晶粒，改善线材性能；5）可进行自由尺寸轧制；6）保证轧制速度可提高到112ms,合金钢轧速可提高到与碳钢相同；7）可生产!5.0mm线材；8）经减定径机组轧制后，头尾可不切除，收得率可提高到97.5%。预计这项技术将会有一定程度的推广。我国采用这项技术滞后不多，今后也还会有一些企业采用。但此项设备引进费用较高，应尽快研制国产装备。2.3 预精轧机采用“微型无扭轧机”以往预精轧机组为单独驱动悬臂机架，平立交替布置。而线材轧机的最新进展之一就是将无扭精轧机组的概念扩展到预精轧机组。预精轧机采用悬臂辑环、顶交45。布置、油膜轴承，两架一组集体驱动，故称为“微型无扭轧机”。其优点是轧机重量轻，基础减小；轧机强度高；可省去一个机架间活套；主电机和传动装置由4套减为2套，其造价比常规预精轧机可减少22%o2.4 采用连铸坯为原料并采用热装工艺目前国外高速线材轧机均采用连铸坯为原料，与采用轧制坯相比，从炼钢到成材，工序能耗可降低80kg（标煤）/3收得率提高10%左右。采用热装工艺可大大降低燃料消耗，提高加热炉产量，减少金属损耗，减少仓库面积。线材轧机坯料尺寸单一，各规格产量相近，热装条件较好。我国近年十分重视热装，例如张家港润忠高线、杭钢、安阳、萍乡等采用了热装。2.5 粗中轧机组采用全平立布置实现全线无扭轧制采用全线无扭的布置无疑可大大减少因轧件扭转造成的表面及内部缺陷和废品，可提高成材率和轧机利用率。线的布置则为全线无扭提供了可能。粗轧机组由于不能采用活套故采用微张力控制系统，为此，粗中轧机各架均采用单独传动以便电控系统调整。2.6 采用低温轧制技术采用低温轧制可降低燃料消耗，减少脱碳、烧损，改善轧件表面质量。但需将轧机强度及电机功率提高。目前最新的轧件开轧温度可至850,进无扭轧机温度也可低至850,进减定径机温度可低至750。与此相应，开发了重负荷及超重负荷无扭精轧机组。2.7 采用重负荷及超重负荷无扭精轧机组随着轧制速度的提高和追求高生产率，无扭精轧机组最后一架轧出的成品尺寸逐渐增大。最初为6.35mm,现在己达9.5mm0同时成品尺寸上限加大到26mm,都使轧制负荷急剧增加。为此，通过对油膜轴承的改进，开发了重负荷及超重负荷无扭精轧机组。其中230mm重负荷机架设计轧制力达295kN;另外轧机配置也有很大变化，最初是2个¢20Omm,8个l50mm,现在是5个230mm,5个（|）170mm机架。2.8 采用控制轧制和控制冷却控制轧制和控制冷却技术在现代线材生产中有着很大发展。其优越性是可以改善金相组织和机械性能，并可省略或简化后步热处理工序。控制轧制是在精轧或定径机前设置水冷箱，将轧件冷却至7(X)"C75(C然后进行最后阶段的轧制。控制冷却包括水冷和风冷两部分。水冷普遍采用温度自动闭环控制。运输机目前采用较多的是延迟型根式运输机。根据不同钢种和用途，既可快冷又可慢冷,冷却速度范围0.5°Cs17"Cs,不但可处理高中碳钢，还可处理低碳钢、焊条钢、冷敷钢和部分合金钢。由于采用辐式运输机，线材搭接形成的热点问题得到较好解决。处理后高碳钢可省略铅浴淬火，冷锁钢及低合金钢也可省略软化退火。随着处理线材直径加大,相应要求增加风冷能力，因而出现了大风量运输机,最大风冷速率可达20oCs-30oCs,对大规格则增加水雾冷却。近来北欧有的厂采用了亚音风冷技术。为了提高线材性能均匀性，采用了沿宽度分配风量的装置，多台阶式结构以及抖动辑等。对螺纹钢筋则有用热芯回火工艺，为此只需在原有水冷装置中增加一个水冷箱，花费极少，故已广泛应用。余热淬火后可大大提高其强度，并具有良好的焊接性、延展性和弯曲性能。2.9 合金钢采用高速无扭轧制和控制冷却已趋成熟由于合金钢变形抗力大、变形温度区窄、塑性差、变形温升大，采用高速无扭轧制有一定困难，为此必须严格控制轧制温度。轧线上需设感应加热器、水冷箱控制进线温度，减小道次减面率，限制轧制速度控制温升。不锈钢、轴承钢终轧速度不超过70ms,高速钢、阀门钢则不超过40ms0与此同时，开发了各种合金钢在线处理技术。对于奥氏体类合金钢采用在线固溶装置，利用轧制余热或补允加热后喷水或浸入水槽内淬火。对于马氏体类合金钢或