轧钢工艺基础理论培训讲义

轧钢⼯艺基础理论培训讲义

轧钢基础理论培训讲义

第⼀章钢材品种及其⽣产系统

⼀、钢材的压⼒加⼯⽅法1、压⼒加⼯⽅法：就是⽤不同的⼯具，对⾦属施加压⼒，使之产⽣塑性变形，制成⼀定形

状产品的加⼯⽅法。除轧制外还有锻造、冲压、挤压、冷拔、热扩、爆炸成型等。2、轧钢：在旋转的轧辊间改变钢锭、钢坯形状的压⼒加⼯过程并希望得到需要的形状和改

善钢的内部质量，提⾼钢的⼒学性能叫做轧钢。

⽬的：得到需要的形状（精确成形）、改善钢的内部质量，提⾼钢的⼒学性能。3、热轧：⾦属在⾼于再结晶温度以上的轧制为热轧。

4、冷轧：⾦属在低于再结晶温度的轧制称为冷轧。钢的再结晶温度⼀般在450~600℃

⼆、轧钢成品的种类1、轧钢产品品种：是指轧制产品的钢种、形状、⽣产⽅法、⽤途和规格的总和。轧制品种的多少是衡量轧钢⽣产技术⽔平的⼀个重要标志。2、板管⽐：按照轧制产品的断⾯形状特征和⽤途，通常热轧钢材可以分为板材、管材和型材等种类。在热轧钢材总量中板材和管材产量所占的百分⽐称为板管⽐。⼯业发达国家的板管⽐以达到60%以上。我国⽬前板管⽐已接近40%。板管⽐的⼤⼩在⼀定程度上反映了⼀个国家的钢铁⼯业发展⽔平。

三、轧钢⽣产系统1、型钢⽣产系统：是单⼀化的轧钢⽣产系统。基本轧机是⽅坯轧机、中⼩型轧机和各类成品型轧机。

2、钢板⽣产系统：是⽣产各类钢板、带钢的轧钢⽣产系统。⼀般⽣产规模较⼤，年产量在300万t以上。

3、钢管⽣产系统：⽣产各类钢管的轧钢⽣产系统。

4、混合⽣产系统：⽣产型钢、板带钢和钢管或其中任何两类轧制产品的轧钢⽣产系统。

5、冶⾦⽣产过程的短流程

冶⾦⽣产过程⼤体可以分为三个阶段。

第⼀阶段到20世纪40年代，⽣产⼯艺过程的基本模式是：

炼焦——烧结——⾼炉冶炼——平炉冶炼——铸锭——初轧开坯——成品轧制；

第⼆阶段到20世纪50年代，⽣产⼯艺过程的基本模式是：

炼焦——烧结——⾼炉冶炼——转炉冶炼——连铸——各类成品轧机轧制；

第三阶段到20世纪80年代，⽣产⼯艺过程的基本模式是：

电炉（炉外精炼）——连铸——成品连轧。

第⼆章轧钢⽣产基础知识

⼀、钢的分类1、⾦属：具有不透明、⾦属光泽良好的导热和导电性并且其导电能⼒随温度的增⾼⽽减⼩，富有延性和展性等特性的物质。⾦属内部原⼦具有规律性排列的固体（即晶体）。2、合⾦：由两种或两种以上⾦属或⾦属与⾮⾦属组成，具有⾦属特性的物质。

3、相：合⾦中成份、结构、性能相同的组成部分。4、固溶体：是⼀个（或⼏个）组元的原⼦（化合物）溶⼊另⼀个组元的晶格中，⽽仍保持另⼀组元的晶格类型的固态⾦属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。5、固溶强化：由于溶质原⼦进⼊溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发⽣畸变，使固溶体硬度和强度升⾼，这种现象叫固溶强化现象。6、化合物：合⾦组元间发⽣化合作⽤，⽣成⼀种具有⾦属性能的新的晶体固态结构。

7、机械混合物：由两种晶体结构⽽组成的合⾦组成物，虽然是两种晶体，却是⼀种组成成分，具有独⽴的机械性能。

8、⽣铁、球墨铸铁、可锻铸铁

通常把含碳在2.1%以上的铁碳合⾦叫做⽣铁。⽣铁的性质硬⽽脆，韧性很差。⽣铁按⽤途可以分为炼钢⽣铁（含硅较低也叫⽩⼝铸铁）、铸造⽣铁（含硅较⾼也叫灰⼝铸铁）和特殊⽣铁。

球墨铸铁是⼀种具有优良⼒学性能的灰铸铁，即在熔融状态加⼊易于产⽣球状⽯墨的元素（如镁）经过中间合⾦处理的铸铁。球墨铸铁的强度和韧性⽐其他铸铁⾼并且耐磨性好，有时可⽤来代替铸钢和锻钢，亦称韧性铸铁。

可锻铸铁是⽤热处理⽅法将⽩⼝铁在850℃退⽕使之脱碳（⽩⼼可锻铸铁⽣产法），或使其渗碳体转变为菊花状⽯墨（⿊⼼可锻铸铁⽣产法）⽽得到的铸铁，俗称“玛钢”。它与灰铸铁和⽩铸铁的不同在于，拉伸时具有⼀些延伸和断⾯收缩。9、钢：含碳量低于2.11%的铁碳合⾦称为钢。

10、铁碳合⾦的分类

○1⼯业纯铁: 含C<0.0218% 组织:F（铁素体）

○2钢:含碳: 0.0218~2.11%的铁碳合⾦。根据其含碳量及室温组织的不同，⼜可分为：

亚共析钢 0.0218%

共析钢 C=0.77% P珠光体

过共析钢 0.77%

○3铁含C:2.11%~6.69%的铁碳合⾦（⽩⼝铁）。根据其含碳量及室温组织的不同，⼜可分为：

共晶⽣铁 C = 4.3% Ld’莱⽒体

亚共晶⽣铁 2.11%< C < 4.3% P+Ld’+ Fe3C II

过共晶⽣铁 4.3%11、碳素钢：是铁与碳的合⾦，碳含量通常为0.02~2.1%。通常钢中还含有少量的硅、锰、磷、硫等元素。根据钢中含碳量的⾼低，碳素钢⼜常分为低碳钢、中碳钢、⾼碳钢三类。

低碳钢：含碳量⼀般低于0.25%；

中碳钢：含碳量⼀般为0.25~0.55%；

⾼碳钢：含碳量⼀般⾼于0.55%。

⼆、⾦属与合⾦的内部结构1、⾦属的晶体构造：⾦属都是由原⼦组成的。⾦属的原⼦按⼀定规律排列，这种有规律的原⼦排列叫做晶体。

2、⾦属常见的⼏种晶格形式：体⼼⽴⽅晶格、⾯⼼⽴⽅晶格、密排六⽅晶格。

3、固态合⾦的组织结构

（固溶体、化合物、机械混合物）4、固溶体：是⼀种元素（溶质）的原⼦溶于另⼀种元素（溶剂）的原⼦排列中形成的。

5、⾦属化合物：固态下两元素彼此反应⽽形成的能够⽤化学式表达出成分的新物质叫⾦属化合物。

6、机械混合物：就是两种晶体既不互相溶解，⼜不形成化合物⽽共同存在的合⾦。

三、钢的组织结构与转变1、铁碳合⾦状态图及对轧钢⽣产的指导意义

图中ABCD线是液相线，表⽰液态铁碳合⾦在冷却时开始结晶的温度，或固态铁碳合⾦在加热时全部融化的温度。当⾼于液相线温度时铁碳合⾦处于液态。AHJECF线时固相线，当低于此温度时，铁碳合⾦为固态。温度在两线之间的铁碳合⾦是固液两相共存。PSK线代表珠光体在加热时全部变为奥⽒体的温度，也代表冷却时奥⽒体开始转变为珠光体的温度，⽤A1表⽰，⼀般为727℃。GS线代表加热时铁素体全部转变为奥⽒体的温度，⼜代表冷却时奥⽒体开始转变为铁素体的温度，⽤A3表⽰。铁碳合⾦在GS线以上全部是奥⽒体，在GS

线以下，是奥⽒体加上铁素体。MO线为磁性转变线，⽤A2表⽰。称M点为磁性转变点，其温度为770℃。铁素体在MO线以上呈顺磁性即铁磁性消失，在MO线以下呈铁磁性。

图中的转变温度曲线是在极缓慢加热及极缓慢冷却的条件下测定的。⽽这种条件在实际⽣产中根本不可能出现，所以实际上各转变温度曲线在加热时上移，⽽冷却时下降。

通过铁碳合⾦状态图可知，加热到某⼀温度的碳钢是什么相，并能分析出钢在缓慢加热和缓慢冷却过程中的组织转变。因此，铁碳合⾦状态图是确定碳钢加热、开轧、终轧温度和制订碳钢热处理⼯艺的参考依据。3、C曲线（过冷奥⽒体等温转变动⼒学曲线）

C曲线就是使加热⾄奥⽒体区的钢过冷⾄Ar1以下，在不同温度和时间等转变得到的各种结构组织的曲线，因此其形状像拉丁字母“C”，故常称为C曲线（也有的叫S曲线），⼜称过冷奥⽒体等温转变动⼒学曲线。

图⽰上的横坐标代表时间（⽤对数标度），纵坐标代表温度。在图上除了C曲线外，还有临界温度线A1、马⽒体转变开始线Ms和马⽒体转变终了线Mz。

奥⽒体等温转变图可分为四个区域。以共析钢为例：

区域I，在A1以上，为稳定的奥⽒体区域。在这个温度区域⾥，奥⽒体不随时间发⽣

变化。

区域II，在A1线与Ms线之间，它被奥⽒体转变开始线a和转变终了线b分成三部分。

第⼀部分是纵坐标与a曲线之间的部分，为不稳定的过冷奥⽒体区域，其不稳定程度随温度发⽣变化。曲线距纵坐标愈近，就意味着奥⽒体愈不稳定。这个区域形状如⿐尖，故称C曲线⿐部；第⼆部分是曲线a和b之间的部分，是产⽣过冷奥⽒体和奥⽒体等温转变的区域，其转变产物为铁素体与渗碳体的机械混合物，随着转变时间的延长，转变产物越来越多，到曲线b时，过冷奥⽒体全部转变完了；第三部分是曲线b的右边部分，在这个区域中奥⽒体转变终了的产物为铁素体与渗碳体的各种混合物。

区域III，Ms与Mz之间，为马⽒体与奥⽒体共存区域。随着温度的下降与转变时间的延长，奥⽒体逐渐转变为马⽒体，即马⽒体逐渐增多。

区域IV，Mz线以下，为马⽒体和残余奥⽒体区域。

亚共析钢或过共析钢的C曲线与共析钢的相似，不同之处是在开始转变线（a）之上，还有⼀条析出先共析铁素体线或析出⼆次渗碳体的线。3、奥⽒体：碳在⾯⼼⽴⽅晶格铁中的固溶体。在1130℃时碳的溶解度最⼤（2.11%）；⽽在727℃时碳的溶解量只有0.77%。奥⽒体的强度、硬度并不⾼，但塑性、韧性都很好。因此，热轧⼀般在奥⽒体状态下进⾏。

4、铁素体：碳在体⼼⽴⽅晶格铁中的固溶体。铁素体质很软，强度低，延展性好。

5、渗碳体：就是铁和碳的混合物，它的晶格形式为密排六⽅结构。渗碳体的性质硬⽽脆。碳在渗碳体中的溶解量为6.69%。⾼碳钢含渗碳体⽐中碳钢和低碳钢多，其硬度值也⽐中、低碳钢⼤。在钢中加⼊合⾦元素形成合⾦碳化物后，其硬度更⾼，有些在⾼温状态下也能保持⾼硬度。6、珠光体：铁素体和渗碳体在727℃⾄室温时组成的机械混合物。珠光体的机械性能介于铁素体和渗碳体之间，强度、硬度适中、并不脆，这是因为珠光体中的渗碳体量⽐铁素体量少的多的缘故。7、莱⽒体：在铁碳合⾦状态图中的C点处，铁碳合⾦的含碳量为4.3%。当温度为1130℃时，奥⽒体与渗碳体同时结晶组成的机械混合物。常温下莱⽒体是珠光体和渗碳体的机械混合物。由于莱⽒体中渗碳体的含量很⾼，所以不但在常温下⽽且在⾼温下莱⽒体都具有硬⽽脆的性质。8、共析钢、亚共析钢和过共析钢

铁碳合⾦状态图上的S点，就是铁素体与渗碳体的共析点。当C含量为0.77%的铁碳合

⾦缓慢冷却⾄727℃时，奥⽒体转变成铁素体与渗碳体的机械混合物——珠光体（Z）。这种钢叫做共析钢。S点左⾯（含碳量⼩于0.77%）的钢叫做亚共析钢，其组织由铁素体（α）和珠光体（Z）构成。S点右边⾄E点之前的钢，由珠光体（Z）和渗碳体（Fe3C）组成，叫过共析钢。9、钢在加热时有哪些组织转变

亚共析钢加热到温度⾼于临界点Ac1（PSK线）后，珠光体转变成奥⽒体，即形成铁素体+奥⽒体组织。温度继续升⾼，则铁素体逐渐溶于奥⽒体，⽽且当温度达到临界点Ac3（GS 线）时，则钢的组织将完全是奥⽒体。

共析钢加热时，当温度达到临界点Ac1（PSK线）时，即完成珠光体向奥⽒体的全部转变。

过共析钢加热时，将发⽣与亚共析钢相似的转变，只是其过剩相不是铁素体，⽽是渗碳体，⽽且当温度达到临界点，Accm（SE线）时，渗碳体将全部溶解于奥⽒体。

加热温度和加热速度对珠光体转变成奥⽒体是有影响的。加热温度愈⾼，由珠光体转变成奥⽒体及成分均匀化的总时间愈短，或者说转变速度愈快；加热速度愈快，珠光体向奥⽒体开始转变的温度愈⾼。10、钢在快速冷却时的组织转变特点

快速冷却使临界点降低，奥⽒体进⾏分解的温度愈低，所获得的组织就愈细。冷却速度不同得到的组织也不同。例如当共析钢的冷却速度为50℃/s时,奥⽒体的转变发⽣在600℃,得到的是索⽒体和屈⽒体。当冷却速度继续增加时，奥⽒体转变成马⽒体组织。11、索⽒体：铁素体和渗碳体的混合物，不过它⽐珠光体要细得多，⼜称细珠光体。

索⽒体具有良好的综合⼒学性能，它既有较⾼的强度，⼜有良好的冲击韧性。

淬⽕后的钢加热到500~600℃回⽕，得到回⽕索⽒体，其性能⽐索⽒体好，原因在于回⽕索⽒体中的渗碳体是颗粒状，⽽不是⽚层状。12、屈⽒体：是⼀种最细的珠光体组织，是铁素体与渗碳体的极弥散的混合物，⼜称极细珠光体。由于屈⽒体的组织⽐索⽒体更细，因⽽它⽐索⽒体具有更⾼的硬度。