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

30° 45° 60° sin 1/2 cos tan ctan 3/2 3/3 1 3 1 2/2 3/2 2/2 1/2

3 3/3 ③直角三角形的反三角函数

arcsin1/2=sin-11/2=30°；arccos1/2=cos-11/2=60°； arctan3/3=tan-13/3=30°；arcctan3=ctan-13=30° ④开n次方根

24=4=2；38=2；416=2；532=2；664=2；7128=2…… 5.3769=1.3236；

664.844=1.3008；63.22212=1.21532；

86.038835=1.252043；

26506.7961=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=6261004854.11=65.3769=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=26162?162262610026==506.8=1.27067（φ8盘螺的μ均）

51.5?8.1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。