轧钢调整工速成培训教材.docx
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轧钢调整工速成培训教材
一、钢铁知识简介
1、金属与合金
1-1人类居住的地球上，目前已发现构成物质元素109种，其中金属元素87种，占80%，非金属元素22种，占20%。
常见金属元素：
Fe、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo、V、Ti、Nb、Zn、Pb、Au、Ag、Hg、W、Mg、Ca……
常见非金属元素：
C、Si、P、S、H、O、N、Cl、Ar、B……
1-2金属——是一种不透明的结晶体材料，具有高强度；导电；导热；可塑性；光的反射性等属性。
每种金属具有自己独特的物理与化学性质。
金属通常分为黑色金属（Fe、Mn、Cr等）与有色金属（Au、Ag、Cu、W、Mg等），黑色金属品种较少，但总量居多；有色金属品种很多，而总量较少。
Ca与Fe是含量最高用途最广的金属元素。
1-3合金——由两种或两种以上的金属元素、或者金属与非金属元素所组成的物质。
如：
Fe—Cr、Fe—Mn、Fe—Si、W—C、25MnSi……
铁（Fe）——地球上几乎没有纯铁，只有在流星的陨石中找到纯铁。
纯铁是银白色的金属，具有高导电性和强氧化性，硬度很低，塑性很好。
100%的纯铁我们很难获取，人类也很少使用。
我们平常所说的钢和铁，其实都是以Fe元素为主的合金。
2、生铁与钢，及其分类
2-1生铁与钢严格来说，是Fe与C（碳）元素所组成的合金，他们的区别是按含碳量的多少来划分的。
生铁——含碳量在2.0%以上的Fe—C合金（伴有其它元素，如Si等）；
钢——含碳量在2.0%以下的Fe—C合金（也伴有其它元素，如Si、Mn、Cr、V、……等）
生铁与钢所表现的宏观特性是：
生铁——硬而脆，延展性很不好，强度低，经不起冲击，但耐磨损。
它是由高炉冶炼制造获得。
钢——强度高、有冲击韧性、还有好的延展性，因此它可以承受锻造和轧制等压力加工。
它是由氧气转炉（顶吹、底吹、侧吹）、电弧炉、真空炉、电渣炉（重熔）等冶炼所获得，目前平炉已基本不用了。
2-2生铁与钢的分类
①生铁一般分为两种：
炼钢生铁（Si含量低，俗称白铸铁）；和铸造生铁（Si含量高，流动性好，俗称灰铸铁）。
这里特别介绍一下球墨铸铁，因为球墨铸铁是我们建邦集团的品牌产品，它是铸造生铁在熔融状态下加入易产生球状石墨的元素，如球化剂Mg与稀土镁，和孕育剂Si铁。
球墨铸铁的强度与韧性优于其他铸铁，尤其耐磨性很高，可以浇铸各种机械零部件。
再适量加入其他合金元素（如Ni、Cr、Mo、B等）还可以制造轧辊，应用广泛。
②钢的分类比较复杂，往往在分类时出现交叉重复，我们仅简单介绍三种分类方法：
②-1，按主要质量等级分类：
普通质量钢；优质钢；特殊质量钢。
钢按主要质量等级分类的依据，是按钢中有害元素P、S含量来区别的，P元素会造成钢的冷脆性，S元素会造成钢的热脆性。
（高硫易切钢是特例）
普通质量钢的P、S含量一般≤0.050%；
优质钢的P、S含量一般≤0.045%；
特殊质量钢的P、S含量一般≤0.035~0.030%。
②-2，按含碳量分类：
低碳钢：
含C量＜0.25%；
中碳钢：
含C量在0.25~0.55%；
高碳钢：
含C量＞0.55%。
②-3，按专业用途分类，有混凝土建筑用钢、轴承钢、弹簧钢、不锈钢、耐热钢、耐候钢、工具钢、模具钢、电工钢、压力容器钢、钢轨钢、桥梁钢。
船用钢、易切钢、结构件用钢等等。
3、连铸坯的一般常识
3-1由于炼钢工序中的连铸坯有许多优点，我们轧材厂所用的原料液都是连铸坯，所以有必要介绍一下连铸坯的常识。
连铸坯有以下五个优点：
①冷却强度大，凝固速度快，激冷层晶粒细小，内部组织比较致密。
②除连铸坯的头尾外，内部组织比较均匀一致。
③由于连铸坯在拉制过程中，通过结晶器与二冷区很快（即拉速大于结晶速度），液相穴呈细长漏斗状、很深，未凝固钢液的强制循环区小，对流也弱，所以，从理性来看，连铸坯的成分偏析较小，而且均匀。
④由于凝固过程（拉速与激冷）可控制，所以可获得希望理想的内部结构，为不同钢种的连铸坯提供好的条件。
⑤从炼钢、轧钢角度来评价，连铸坯成本低，企业综合效益好。
3-2连铸坯的组织结构大致分为三个晶带区和二冷区段的中部液相穴，表层3~6mm厚的细小等轴晶带，也叫激冷层；中间柱状晶带是连铸坯的主要组织结构，约占边长的三分之一左右；中心粗大等轴晶带约占不足边长的三分之一。
3-3由于连铸坯拉制工艺的特点与不统一性，再加上冶炼工艺的不同制约（如电磁搅拌、液位自动控制、精炼吹气介质、拉制速度等诸因素），连铸坯也会产生以下缺陷：
①成分偏析，②非金属夹杂物，③气缩孔与分层，④脱方。
从轧钢角度来说，加热工艺要努力保护好连铸坯表层的细小等轴晶带，尽量不要将该晶带层烧损，否则会影响轧制质量。
4、非金属夹杂物的分类，一般通常采用JK法：
A类——硫化物类型，1~5级
B类——氧化铝类型，1~5级
C类——硅酸盐类型，1~5级
D类——球状氧化物类型，1~5级
注：
1级为夹杂物最轻，5级为夹杂物最重。
夹杂物分类定义，仅指形态分类，并不是指夹杂物的成分。
二、轧机与布置（仅介绍热轧）
1、轧机按用途分类：
中板轧机、薄板轧机、型钢轧机、带钢轧机、线材轧机、高线轧机、钢球轧机、钢管轧机、无缝钢管轧机、特种钢材轧机、万能轧机等。
2、按压下量大小与控制轧件尺寸精度，轧机分三类：
①粗轧机；中轧机；精轧机。
②按轧辊转动支承方式又可分两种：
滚动轴承轧机和胶木瓦轧机。
③按轧机牌坊架组装形式又可分三种：
闭口式轧机、开口式轧机、半闭口式轧机。
轧机通常有两辊轧机和三辊轧机。
④这里需要说清的一个概念，粗轧机与初轧机是不同的概念，初轧机是指把大吨位的钢锭开成原料钢坯的轧机，一般是两辊可逆式的大功率轧机，我们建邦集团没有初轧机。
3、按轧辊弹跳应力分布，轧机又分为普通轧机与高刚度轧机。
而高刚度轧机又细分为短应力轧机与预应力轧机。
高刚度轧机一般都是两辊的，但也有三辊的。
我公司三条轧制线都是高刚度轧机，弹跳小，轧制精度高。
4、按轧件进轧辊的轧制方法，轧机又可分为三种：
①纵轧机，轧件与轧辊轴心线垂直的方式，它在轧机中占了绝对的多数，像棒材、线材、型钢、板材、带材等均属纵轧式轧机。
②横轧机，轧机原料长度方向的轴线与轧辊轴线平行，这种横轧形式是极少极少的。
③斜轧机，是指两支轧辊交叉一定角度，轧件从交叉点处咬入喂钢，无缝钢管轧制，是典型的斜轧形式。
5、轧机的平台布置方式，分为四种：
①横列式排列：
若干架轧机、按轧辊轴线方向，串成一横列，由一台大电机拖动，或通过正、反围盘完成轧制作业，这种排列形式已经越来越少了，因为效率低，产量低，成本高。
②纵列式排列：
若干架轧机，按轧辊轴线平行方向，先后串成一纵列，有若干台电机单独驱动一架或两架、多架轧机的纵列式轧制。
该形式目前国内还有不少，它效率、产量明显比横列式排列高，成本有所下降。
③横—纵混合排列：
是将上述两种形式，因地制宜的结合在一起，多见于老企业改造中，投资少，见效快，比横列式排列有所提高。
半连轧就是该种形式。
④全连轧排列：
是将纵列式排列采用到整条轧制线上，每架轧机只轧一道次，这种全连轧方式，是目前国际、国内普遍应用的生产方式。
它工艺先进、产量高、轧机温降小，钢材组织与性能均匀，钢厂质量有保证，企业效益好。
当然，全连轧生产线一次投资大、生产线占地面积也较大，只有大投入、大产出的企业才是最佳的选择。
我公司三条轧材线，都是全连轧，而且还是平立无扭全连轧，是目前国内最先进的轧钢生产线。
6、关于我公司全连轧的粗、中轧轧机型号的命名
①轧机型号是以传动两联齿轮箱输出轴中心距的尺寸来命名的。
如：
1H、2V、3H、4V四架粗轧机的两联箱输出轴的中心距尺寸是550mm，我们就叫“550轧机”，其它轧机型号以此类推。
②我们三条全连轧机配置是先进的，不仅是平立无扭，而且传动减速机与两联齿轮箱设计制造成一体，我们俗称“复合减速机”，它设备紧凑，节省空间、润滑合理、便于维护保养。
三、棒、线孔型的有关知识
1、基础知识简介
①圆的周长公式：
L=2πR=DR（R半径、D直径、π圆周率3.1416）
圆的面积公式：
F=πR2
②直角三角形的三角函数
sinα（正弦）=a/c，cosα（余弦）=b/c
tanα（正切）=a/b，ctanα（余切）=b/a
sin
cos
tan
ctan
30°
1/2
/2
/3
45°
/2
/2
1
1
60°
/2
1/2
/3
③直角三角形的反三角函数
arcsin1/2=sin-11/2=30°；arccos1/2=cos-11/2=60°；
arctan
/3=tan-1
/3=30°；arcctan
=ctan-1
=30°
④开n次方根
=
=2；
=2；
=2；
=2；
=2；
=2……
=1.3236；
=1.3008；
=1.21532；
=1.252043；
=1.27067
⑤转速：
转数/每分钟=n/min=rpm
如：
某电机的额定转速：
750rpm~1500rpm
min：
分钟；s：
秒；m：
米；cm：
厘米；mm：
毫米；
⑥线速度的通用表示法：
V线=××m/s
如：
已知某平面扁钢成品（K1）轧机轧辊直径D=350mm，直流调速电机的转速是1000rpm，减速机的速比i=Z低/Z高=1.35685
求：
成品材的线速度
解：
i）先算轧辊速度：
1000/1.35685=737rpm
ii）算出成品轧辊每分钟的“圆周长”L=D·π·n=350×3.14×737=810373.8mm
iii）再算每秒钟的“圆周长”：
810373.8/60=13506mm/s=13.5m/s
2、压下、延伸与宽展
①什么叫压下量：
经某架轧机轧制后，轧件高度的减少量叫压下量Δh
Δh=H－h
②-1，延伸量ΔL：
轧制后轧件的长度增加量叫延伸量，ΔL=L后—L0
②-2，延伸系数μ：
轧制后的轧件长度，与轧制前的轧件长度之比，叫延伸系数。
μ=L后/L0；
如：
2m长的轧件，经轧制后成2.6m长，那么，该延伸系数μ=2.6/2=1.3。
③-1，什么叫宽展，宽展是轧钢中非常重要的一个概念，轧件在轧制时，除高度减小，长度延伸外，轧件金属还会沿横向流动，并使宽度增加，这种横向变形（变宽），叫宽展。
③-2，什么叫宽展量，轧件在轧制前后的宽度差叫宽展量：
Δb=b后—B前。
宽展量是正数，负宽展只有在特殊孔型中出现，我们轧材厂没有此情况。
③-3，宽展分类：
三种
A：
自由宽展，在平辊上轧制，或在沿宽度方向金属流动不受孔型侧壁限制，可以自由地展宽。
我们轧材厂也没有此情况。
B：
限制宽展，当轧件在箱形、方形、菱形等孔型内轧制时，在宽度方向上金属流动受到孔型侧壁的限制，轧件不能自由地展宽，其宽展量比自由宽展小。
C：
强迫宽展，在形状特殊的孔型内，轧件在轧制过程中迫使金属大量地向宽度方向流动，造成轧件宽度有很大的增加，这种宽展叫强迫宽展。
如：
圆料进椭圆孔；方料进椭圆孔；方料进六角孔；以及个别轧扁钢时人为需要宽度增加。
③-4，影响宽展的主要因素（八大因素）
1）压下量是影响宽展的主要因素，Δh越大，则Δb越大。
这里介绍一下压下率ε=Δh/H×100%，当ε＜10%时，宽展只发生轧件上、下表面处；当ε＞20%时，宽展变形才渗透到中心部分；当ε＞30%时，则中心部分的变形大于接触表面部分的变形。
如：
轧材原厚度为100，压下量Δh=20，则压下率ε=20/100=20%
2）摩擦系数：
当轧辊与轧件中的摩擦系数越大，则Δb越大（而伸长ΔL则小）。
3）轧件的钢质化学成份：
高强度钢比低强度钢的Δb大；高碳钢比低碳钢的Δb大；合金钢比碳素钢的Δb大。
因此，轧制高合金钢时，要单独设计选择合理的孔型系统，否则会出现耳子而造成废品，如用150方连铸，轧制HPBφ5.5盘圆时，采用26~28道次就可以了，但轧制4Cr10Si2Mo耐热气阀钢时，不得少于33~34道次。
4）轧制温度：
轧件温度越高则Δb越小，反之温度越低则Δb越大。
所以低温钢易出耳子。
5）轧辊直径：
在同等条件下，轧辊直径越大，则Δb越大。
6）轧件宽度：
当轧机的原始宽度越大，则Δb越小。
7）轧制线速度：
当轧制线速度在大于2m/s时，速度越高，则Δb就会越减小（因为摩擦系数降低了）。
8）轧辊材质：
粗糙面的轧钢，摩擦系数越大，则Δb大。
所以钢制轧钢比铁制轧辊的Δb大，用旧的轧辊比新轧辊的Δb大。
3、总延伸系数与平均延伸系数
3-1，总延伸系数μ总：
轧件经过n道次轧制后的长度与原轧件长度之比叫总延伸系数μ总，μ总=L后/L原。
还有另一个经常采用的定义：
轧件原料的原横截面积与n道次轧制后的成品横截面积之比叫总延伸系数μ总=F原/F成。
这就是我们常说的面积比。
如：
160方连铸坯10m长，加热后，经六道次轧成φ78.64mm圆钢53.769m长，求μ总
解1：
长度法，μ总=53.769/10=5.3769；
解2：
面积法，μ总=（160×1.0125）2/4854.11=26100/4854.11=5.3769。
式中，1.0125是钢坯热膨胀系数，26100mm2已扣除了连铸坯的四个圆角面积。
再如：
接上题，又轧了20道次，轧成φ8.1盘螺5068m，求μ总
解1，长度法：
μ总=5068/10=506.8
解2，面积法：
μ总=26100/51.5=506.8
3-2，平均延伸系数μ平均：
轧件经n道次轧制后，计算平均每道次的延伸系数，叫平均延伸系数μ平均。
如1，上述例题中，六道次的μ平均=
=
=1.3236.
这里要注意的是，平均延伸系数仅指每道次的平均数，并不代表每道次的真实延伸系数。
因为这要看各道次的孔型、料型面积的不同，来具体计算，有的道次比μ平均大，而有的道次比μ平均小。
平均延伸系数是用来设计某个产品规格工艺参数布局的，某个产品到底需要轧多少道次，这是轧钢工艺综合知识掌握以后，才能确定的。
如2，μ26均=
=
=
=1.27067（φ8盘螺的μ均）
如3：
某特钢厂用150方坯生产φ8.1耐热气阀钢盘圆，共用了29道次。
μ29均=
=
=
=1.2342（4Cr10Si2Mo）
如4：
我厂生产的φ20锚杆钢筋，共用了18道次：
μ18均=
=
=
=1.277。
其中精轧六架采用的原料，是第12道次出来的φ33.8圆钢，那么精轧六道次的μ均=
=
=
=1.1872，而粗、中轧12道次的μ12均=
=
=1.3243。
从上述μ均的分布来看（单纯从工艺授课角度），有些不合理了，精轧六道次的μ均偏小，会造成不稳定轧制，调整工不易掌握，料型在孔型中会出现“飘”的现象。
因此，如果条件允许的话，我们建议第12道次的圆改为φ40，就好些了：
μ6均=
=
=
=1.256。
4、圆孔型（成品孔）构成与有关事宜
4-1：
R′法，
圆孔型R′扩张法简称R′法。
如图所示：
θ：
扩张角（四处）；ρ：
侧角；
R：
圆孔型的半径；hk：
圆孔型高度（2R）；
Bk：
圆孔型扩张角处的宽度；S：
辊缝；
R′:
扩张角处圆弧的半径。
1，一般θ采用30°，先算出侧角ρ
-1
②，再计算R′，
R′=
3，注意事项：
a，θ＞ρ，才能采用R′法，即能算出R′；
b，θ=ρ，不能采用R′法，只能采用切线法；
c，θ＜ρ，孔型无解，必须要调整有关参数θ、Bk或s，使得θ≥ρ，孔型才有解
④举例，设计φ20圆钢的成品圆孔型，
1）确定φ20圆钢的公差标准，φ20±0.5mm；
2）确定孔型宽度Bk=[d+（0.5~1.0）·Δ+]×（1.007~1.02）=[20+0.7×0.5]×1.011=20.6mm
式中，Δ+为圆钢的正偏差；（1.007~1.02）为钢材的热膨胀系数，此处取1.011。
3）计算孔型高度hk=2R=[d－（0~1.0）·Δ﹣]×（1.007~1.02）=（20—0.9×0.5）×1.011=19.8mm
式中，Δ﹣为圆钢的负偏差，那么为何要减呢？
因为考虑到轧槽的磨损，所以新孔型的高度取小值，增加轧槽的使用寿命。
4）设s=2mm；扩张角θ=30°
5）孔型计算：
-1
=23.6°（＜30°，方案有解，可行）
R′=
=19.3
4-2、切线扩张法
该方法的要领：
①扩张角θ一般在20~30°之间
②一般先确定了hk与 Bk后再来计算扩张角，这点与R′法刚好相反，
θ=α+γ（见图示）=cos-1
+tan-1
③切线法常用于高线预精轧机与精轧机的盘圆生产线上的圆孔型设计。
④举例，我厂双高线中φ8、φ10盘螺的第18道次（预精轧机）的孔型：
hk=2R=19.9mm，s=1.8mm，Bk=（20+1.0×0.5）1.011=20.7255，用切线法求θ：
解：
θ=α+γ=cos-1
+tan-1
=cos-10.95657+tan-10.08685=16.948°+4.964°=21.912°。
又如：
上题中，hk=2R=19.9mm，s=2.0，Bk,20.9，求θ角：
解：
θ=α+γ=cos-1
+tan-1
=cos-10.9478+tan-10.0957=18.594°+5.467°=24.061°
4-3，介绍45°无扭高速线材轧机精轧机组中，成品圆孔的切线扩张法的扩张角θ
成品圆直径mm
5.5
6.5
7
8
9
10
12
14
扩张角θ°
30
30
25
25
20
20
20
20
有时候往往也可以先确定扩张角θ的角度，然后来计算Bk孔型的宽度。
Bk=
如：
φ8.0的成品孔，hk=8.1，θ=25°，s=1.2，则
Bk=
=8.9374—0.56=8.38mm
4-4，圆钢成品孔辊缝s与直径d的关系（一般而指）
众所周知，成品圆孔的辊缝选择很重要，辊缝大了，轧槽使用寿命长，不易出耳子，但轧不太圆；辊缝小了，能轧得较圆，但轧槽寿命短，易出耳子。
直径d（mm）
6~9
10~19
20~28
30~70
70~200
辊缝s（mm）
1~1.5
1.5~2
2~3
3~4
4~8
以上的关系也可以推广到任何一道次的圆孔型，而此时的辊缝s要稍为大一些：
大1~3mm左右。
4-5，K3圆孔型的经验公式
直径DK3=hk=2R=（1.21~1.26）·d。
（d指成品圆为φ13~φ30mm）
直径DK3=hk=2R=（1.18~1.22）·d。
（d指成品圆为φ8~φ12mm）
上述经验公式并不适用高线的精轧机组。
但可基本上推广到任何道次的圆孔型，和“两圆夹一扁（椭圆）”的孔型设计用，此时，公式中的系数可放大些。
另外，上式在使用时，合金钢等高强度钢系数取小些，普碳钢等低强度钢取大些。
举例说明：
高线φ8盘螺有关道次的圆孔型工艺参数见下表
机架序
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
孔型序
K1
K3
K5
K7
K9
K11
K13
K15
K17
K19
K21
直径d或Dmm
8.1
10.14
12.72
16.13
19.9
24.6
30
35.5
46
60
78.62
D/d
1.252
1.254
1.268
1.234
1.236
1.22
1.183
1.296
1.304
1.31
面积Fmm2
51.5
80.8
127.7
204.3
311
475.3
716.9
1002.08
1686.38
2878.26
4854.11
1.2526
1.2527
1.26485
1.2338
1.23624
1.2281
1.18228
1.2973
1.30643
1.29864
从表中可看出，第12道次到第14道次的圆孔型值得商榷。
5、椭圆孔型（半成品）构成与有关事宜
5-1，椭圆孔型构成
①椭圆弧半径R=
式中：
Bk——孔型宽度
hk——孔型高度
s——辊缝
椭圆孔型设计得是否合理，对下一道次的圆孔的料型极为重要，对调整工的操作影响很大。
尤其是K2（半成品）的椭圆孔一定要精细设计。
②椭圆孔型的hk和Bk，与下道次圆钢直径（d或D）的关系
这里，d指圆钢的负偏差尺寸；D指圆钢的正偏差尺寸
圆钢直径mm
＜14
14~18
18~32
40~100
100~180
hk/d
0.7~0.8
0.75~0.88
0.80~0.9
0.88~0.94
0.88~0.95
Bk/D
1.6~2.0
1.5~1.8
1.38~1.78
1.26~1.50
1.22~1.40
③K2椭圆孔型尺寸hk和Bk，与K1成品圆直径d的关系
K1成品圆直径dmm
5.5~9
9~11
12~19
20~28
30~40
40~50
50~60
60~80
hk/d
0.70~0.78
0.74~0.82
0.78~0.86
0.80~0.83
0.86~0.90
~0.91
~0.92
~0.92
Bk/D
1.64~1.96
1.56~1.84
1.42~1.70
1.34~1.64
1.32~1.60
~1.4
~1.4
~1.4
④课堂练习：
设计φ20圆钢（K1）的K2半成品椭圆孔型，与K3的圆孔型基圆，
解：
hk=（0.80~0.83）·d=0.80×20=16mm；Bk=（1.34~1.64）·d=1.6×20=32mm；
令s=3mm，则K2的椭圆半径R=
=
=23mm；
K3的基圆直径D=（1.21~1.26）·d=1.25×20=25mm
检验：
=
=
=1.25。
平均延伸系数1.25，可行。
5-2，椭圆孔型辊缝s的设定
一般都比下道次圆孔型的s大一些，大0.5~1.5mm左右。
尤其是中轧、粗轧机组是这样。
但在高线精轧机组和预精轧机组不是如此，因为辊缝s还需要通过连轧常数C的计算来微调和确定。
箱形孔的s则又是另一回事了。
6、椭圆——圆孔型系统的变形系数
6-1，延伸系数
①圆在椭圆孔型中的延伸系数一般为1.2~1.6
②椭圆料在圆孔型中的延伸系数一般为1.2~1.4；
6-2，宽展系数β
①圆在椭圆孔型中的宽展系数βt=0.5~0.95。
低强度钢的βt小，高强度钢的βt大。
宽展系数公式如下（见图）：
βt=
=
如：
K3圆料型是φ25，K2孔的料型：
hk=16，s=3，Bk=32，R=23，b=30.5，求K3圆料在K2中孔中的βt，
解：
βt=
=
=0.611
该例题中宽展系数的直观含义是，压下了9mm，宽出来5.5mm，宽展系数为0.611。
而实际生产设计时，往往是先估算该钢种的宽展系数βt，然后根据压下量Δh，来计算圆料在椭圆孔中宽展后的宽度b=D+Δb，并按此来设计椭圆孔的宽度Bk，是否能够适应该道次的轧制，以保证椭圆料型不出耳子。
②椭圆料在园孔型中的宽展系数βy=0.3~0.45左右。
低强度钢的βy小，高强度钢的βy大。
宽展系数公式如下（见图）：
βy=
=
如：
K2椭圆料型，ht=16，bt=30
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