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中厚板轧制

/plate rolling/
条目作者王昭东田勇
条目作者王昭东

王昭东

田勇

田勇

最后更新 2023-04-08
浏览 220
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通过轧制板坯或者钢锭生产中厚板成品的技术。

英文名称
plate rolling
所属学科
冶金工程

大多数国家把厚度在3毫米以上的钢板称为中厚板。中国把厚度在4毫米以上的钢板称为中厚板。其中,厚度4~20毫米的钢板称为中板,厚度20~60毫米的称为厚板,厚度超过60毫米的称为特厚板。中厚板主要用于造船、建筑构件(桥梁)、机器制造、交通运输、能源、军事工业等领域。工业发达国家的中厚板产量占钢材总产量的10%~22%。轧制中厚板的轧机全世界约有300套,其中近一半是轧辊辊身长度3米以上的宽厚板轧机。此外,带钢热轧机也能生产厚4~25.4毫米的中厚板。

18世纪初,西欧出现了二辊轧机,轧制出小块中厚板。1854年欧洲建成了用蒸汽机驱动的二辊可逆式中厚板轧机。1864年美国建成了三辊劳特式中厚板轧机,曾经盛行一时。1891年美国建成了世界上第一台四辊可逆式中厚板轧机。后来又出现了双机架、半连续式和连续式的中厚板轧机。到20世纪70年代,一般认为中厚板轧机以四辊式双机架配置方式较好。双机架配置可在不大幅度增加投资的前提下,大幅度提高产量。

中厚板轧机使用的原料有连铸板坯和钢锭。连续铸钢技术的发展不仅提高了中厚板的成材率,降低了生产成本,而且也提高了钢板的质量。所以,中厚板轧机采用连铸坯的比例不断上升,有的已达到100%,仅在生产特厚规格产品或者特种品种钢板时才使用钢锭。中厚板轧机从板坯到成品钢板的成材率有的已达94.7%。

中厚板除按尺寸区分,还可以根据强度、化学成分、用途和交货状态进行分类。按强度分类一般以屈服强度的下限分级,屈服强度460兆帕以上的称为高强度钢板。按化学成分分为普通钢板和特殊钢板,后者包括不锈钢板和复合钢板。按用途大致分为造船钢板、工程机械钢板、海洋工程钢板、焊接结构钢板、锅炉和压力容器钢板、低温钢板、耐腐蚀钢板、焊管用钢板以及特殊用途的钢板等。按交货状态分为常规轧制(AR)、控制轧制(CR)、温度-形变控制轧制(TM)、控轧控冷(TMCP)、热处理状态(正火、回火、淬火+回火)等钢板。

中厚板轧制的主要工序有:原料处理、加热、除鳞、轧制、预矫直、冷却、矫直、精整、热处理、成品检验等。不同的产品需要不同的生产工序。加热时需要制订合理的加热制度,以防止坯料在加热过程中产生各类缺陷。轧制工艺分3个阶段:①成形轧制。沿板坯长度方向或斜向进行1~4道轧制,以消除板坯表面的影响图1 典型的中厚板生产的工艺流程图1 典型的中厚板生产的工艺流程和提高宽度控制的精度,把坯料轧至所要求的厚度。②展宽轧制。这是中厚板不同于其他种类板材轧制的重要工序。常用全纵轧法、全横轧法、纵轧-横轧-纵轧、横轧-纵轧法和角轧-纵轧法。全纵轧法是钢板延伸方向与坯料纵轴方向相一致的轧制方法;全横轧法是钢板延伸方向与坯料纵轴方向相垂直的轧制方法;横轧-纵轧法是先纵轧1、2道次,即成形轧制,然后转90°进行横轧宽展,即宽展轧制,第三步再转90°进行纵轧,即延伸轧制;角轧-纵轧法是将坯料纵轴与轧辊轴线方向成一定角度送入轧辊的轧制方法。③精轧。展宽轧制后再转90°,转回原坯料长度方向,轧制到成品板厚度。合理制定中厚板轧制工艺能提高轧机的生产能力、钢板的质量和成材率。为了提升钢板的性能,对有些品种需要进行控制轧制和控制冷却。为了确保钢板的平直度,除采取各种保证板形的措施外,钢板需经过热矫直,有时还需要对不平直的冷钢板进行冷矫直(或者压平)。在冷剪切成品板时,钢板要冷至150℃以下,冷却要均匀,冷却速度应适宜。采用滚切式剪机剪切,基本上可解决剪弯等缺陷问题,调整剪刃间隙可以大大提高钢板剪切断面的质量。根据钢板质量要求,用超声波进行不同深度的探伤。热处理时除了保证钢板的机械性能外,还要保证板形良好。抛丸涂层法多用于生产造船和桥梁用板,抛丸去除氧化铁皮后,再涂防锈层,涂层后应快干。钢板表面尺寸形状的检查主要靠人工进行。打印标记工序已实现机械化,并可由计算机控制操作。

图2 典型的现代化中厚板轧机的平面布置图2 典型的现代化中厚板轧机的平面布置

随着中厚板生产技术的进步,宽厚板轧机有了较大的发展。宽度小于3米的轧机已不多见。世界上日本、美国、俄罗斯、德国和中国等建有5米以上的宽厚板轧机。

图3 宽厚板生产线图3 宽厚板生产线现代化中厚板轧机,所用板坯最大重量已达80~110吨,最高轧制速度每秒已达7.5米,轧件的最大长度达65米(炉卷轧机可生产的长度更长),钢板最大宽度达5300毫米,一套双机架宽厚板轧机的年生产能力已从200万吨增至300万吨以上。在板形控制方面,随着轧件的加长,采用了液压自动厚度控制、弯辊装置、轧辊偏心控制和加大支承辊直径,减少了钢板纵向厚度偏差和横向厚度偏差,这些平面板形控制技术使得钢板成材率大大提高。控制轧制和控制冷却技术已广泛应用于厚板生产中,减少了热处理工作量,降低了能耗,提高了钢板的机械性能。在加热炉方面,广泛采用步进梁式加热炉。这种炉子虽然设备费和维修费较高,但加热质量好、黑印少、下表面无划伤、炉长不受坯厚的限制、操作灵活,能更适用于小批量多品种生产的要求。为了有效去除铁鳞,普遍采用水压达17~30兆帕的高压水除鳞装置。轧后冷却也成为中厚板生产的常规配置,并开发了超快冷技术。很多生产企业还在冷却装置前配置了预矫直机,用于提高板形合格率和冷却均匀性。轧后钢板的精整设备,多数采用四重式矫直机、步进格板式冷床、连续自动超声波探伤装置、滚切式双边剪以及自动打印机等,使钢板的尺寸偏差、平直度、表面和内部质量等得到了保证。在热处理方面,采用双步进梁式炉,解决了下表面的划伤,并以辊式淬火代替了压力式淬火机,提高了淬火质量;在自动化方面,除轧机上采用计算机过程控制外,加热炉、冷却、矫直和剪切线也实现了计算机过程控制。从板坯仓库到成品板发货,一般采用若干台过程监控机、过程控制机和专用管理机,构成三级计算机系统,实现了全车间的综合自动控制。

  • 王国栋.中国中厚板轧制技术与装备.北京:冶金工业出版社,2009.
  • 崔风平,孙玮,刘彦春.中厚板生产与质量控制.北京:冶金工业出版社,2008.
  • 王国栋,刘相华,王君.我国中厚板生产设备、工艺技术的发展.中国冶金,2004,82(9):1-8.

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