1783年,英国人H.科特[注]创造了世界上第一台带孔型的二辊式型材轧机,此后型材轧制很快发展起来。19世纪初已轧制出角钢和钢轨,不久又轧制出工字钢。1867年,法国采用万能机架轧制成断面高达1000毫米的工字钢。从1902年起,卢森堡、德国和美国等国相继建造了万能型材轧机,但在之后的半个世纪中发展缓慢。直至20世纪50年代,这种轧机才又得到发展。
图1 型材轧制型钢轧制用的原料主要有初轧坯(在初轧机上把钢锭轧制成坯)、连铸坯和锻压坯,个别的用小钢锭直接轧制。坯料形状有方坯、矩形坯、扁坯和异型坯。
型钢品种繁多,规格复杂,按断面尺寸大小分为大型、中型、小型材。按断面形状分为简单断面型钢、复杂断面型钢和周期断面型钢。简单断面型钢包括方钢、圆钢、扁钢、角钢、六角钢、八角钢等,其中方、圆、扁、六角、八角钢合称为棒材。复杂断面型钢包括工字钢、角钢、H型钢、U型钢、槽钢、钢轨、窗框钢、弯曲型钢等。周期断面型钢是指任一根钢材上各处断面尺寸不同且呈周期性变化的钢材,如螺纹钢、各种轴件、犁铧钢等。
型钢轧制所用轧机在结构形式上有二辊式轧机、三辊式轧机、万能轧机、多辊孔型轧机等。轧机布置有横列式、跟踪式、越野式、布棋式、串列式、半连续式和连续式。型钢轧机的布置根据生产品种和生产规模而选取不同的形式。中小型轧机已应用微张力或控制活套的连续轧制技术,这种技术的优点是生产能力大、钢材质量好、能轧制薄壁产品、成材率与自动化程度高、生产成本低、使用人力少,缺点是装备复杂、投资大(图1)。
一般型钢产品生产工艺流程见图2。型钢的冷却、精整、精加工、清理及检查整理的工艺流程随产品品种、规格、钢种及装备水平等不同而异。
轧制工艺按孔型分为孔型轧制法和万能轧制法,可采用热轧或冷轧。孔型轧制法是根据轧制成品断面形状,使具有一定断面形状的坯料依次通过各机架上刻有复杂形状孔型的轧辊进行轧制。轧件在孔型中产生复杂的变形,缩小断面并纵向延伸,最终将坯料轧成所需要的尺寸和形状。万能轧制法是使用万能式轧机轧制各类型钢。万能式轧机有一对水平辊和一对立辊组成的万能孔型,可对轧件进行四面加工。
在型钢轧制中,其变形方式不仅仅是厚向压下,还有宽向的压缩变形,因此与金属板带轧制不同,其变形过程更加复杂。