孙梦楠 铁素体不锈钢精密薄板车间设计.doc

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1、 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 I 页 摘 要 本设计说明书包括：铁素体不锈钢精密薄板车间设计和专题。其中车间设计部分内 容参考了东亚精密不锈钢有限公司先进的生产工艺流程和实际需求，设计了一个生产工 艺优化、设备先进、节能环保型的现代化精密不锈钢薄板生产车间。本车间主要设备包 括十四辊、二十辊可逆式轧机两台, 退火炉以及剪切机组和平整机组等。本车间设计选 取了430、439和443等三种牌号的铁素体不锈钢薄板为典型产品，制定和优化了轧制、退 火、剪切和平整等主要的生产工艺制度，并且详细分析了车间的各项技术经济指标，绘 制了车间平面布置图。本设计的专题论文题目为“抗菌不锈钢研发现状”，

2、其内容有重要 的现实意义，可以帮助我们对未来不锈钢的发展与研发提供很多参考和展望。 关键词：铁素体不锈钢；车间设计；退火；抗菌不锈钢 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 II 页 Abstract Specification of the design include: ferritic stainless steel precision sheet metal workshop design and project. Among them workshop design part content reference to East precision stainless steel li

3、mited company advanced production process and the actual needs, design a production process optimization, equipment advanced, energy-saving and environment- friendly modern precision stainless steel sheet production workshop. The main workshop equipment includes fourteen rollers, twenty roller rever

4、sible rolling mill two, annealing furnace and shear machine and leveling unit. This workshop designed to select the430,439 and 443 and three grades of ferritic stainless steel sheet as a typical product, formulation and optimization of rolling, annealing, shear and formation, the main production pro

5、cess system, and detailed analysis of the workshop and the various technical and economic indexes, drawing a workshop layout. The design of the monograph entitled “ current situation of research and development of antibacterial stainless steel“, its content has the important practical significance,

6、can help us for the future development and research and development of stainless steel with a lot of reference and prospect. Key words: ferrite stainless steel; workshop design; annealing; antibacterial stainless steel 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 III 页 目 录 摘 要I 第 1 章 绪 论.1 1.1 不锈钢的标识方法.1 1.1.1 不锈钢的编号和表示方法.1

7、 1.2 不锈钢的分类.2 1.3 铁素体不锈钢现状、性能及发展4 1.3.1 铁素体不锈钢的分类.4 1.3.2 铁素体不锈钢的性能.4 1.3.4 素体不锈钢的发展方向6 1.4 车间设计的意义.8 第 2 章 产品方案的确定.9 2.1 产品方案 9 2.2 生产方案 9 2.3 不锈钢产品的尺寸范围 10 第 3 章 生产设备的选择.12 3.1 选择设备应遵守的原则12 3.1.1 选择设备应遵守的原则.12 3.2 森吉米尔可逆式轧机的选择12 3.3 连退机组的选择(AP(I)机组)14 3.4 平整和拉矫机组的选择15 3.5 辅助设备的选择19 第 4 章 典型产品工艺制度的

8、制定.21 4.1 轧制工艺制度.21 4.2 430 铁素体不锈钢的热处理工艺24 4.3 439 铁素体不锈钢的热处理工艺26 4.4 443 铁素体不锈钢的热处理工艺28 4.5 平整工艺制度 30 4.6 小结 31 第 5 章 典型产品的性能分析.33 5.1 430 铁素体不锈钢的性能分析33 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 IV 页 5.1.1 430 铁素体不锈钢的特性.33 5.1.2 430 铁素体不锈钢的应用.34 5.2 439 铁素体不锈钢的性能分析34 5.2.1 439 铁素体不锈钢的特性.34 5.2.2 439 铁素体不锈钢的应用.35 5.3 443

9、 铁素体不锈钢的性能分析35 第 6 章 车间组织和经济技术指标.37 6.1 车间劳动组织与人员配备.37 6.1.1 直接生产组.37 6.1.2 辅助生产组.37 6.1.3 技术组.38 6.1.4 行政管理组.38 6.1.5 其他人员.38 6.1.6 该车间总人数.38 6.2 车间的经济分析39 6.2.1 基本建设投资计算.39 6.2.2 生产成本的分析.39 6.2.3 车间技术经济指标.40 6.3 车间主要技术经济指标的计算41 6.3.1 车间年产量.41 6.3.2 车间电力安装容量.42 6.3.3 电力的计算.42 6.3.4 生产用水量计算.45 专题: 抗

10、菌不锈钢研发现状47 致 谢.55 参考文献.56 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 V 页 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 第 1 章 绪论 不锈钢（Stainless Steel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸碱、盐等化学浸 蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，经常将耐腐蚀介质腐蚀的钢称为 不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者 不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所 含的合金元素。不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用 途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢中的主

11、要合金元素是 Cr（铬） ，只有当 Cr 含量 达到一定值时，钢才有耐蚀性。因此，不锈钢一般 Cr（铬）含量至少为 10.5%。 不锈钢作为作用广泛的高附加值产品, 近 20 年来在钢产量水平未变的条件下却得 到了迅猛发展。随着我国国民经济持续快速发展和人民生活水平的提高，不锈钢的表 观消费量急剧增长，从 2001 年连续居世界第一，2004 和 2005 年份起，分别达 447 万 t 和 522 万 t，约占世界总消费量 25%。它之所以拥有如此广阔的市场,是因为不锈钢具 有耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点随着科技的发 展和生态环境的变化,各行各业对不锈钢的要求

12、也越来越高。如何将其潜能挖掘到极致 也越来越受到各国科学家们的关注。进入两千年,我国不锈钢第一大国的优势得以体现, 但也仅仅停留在产量上.面对美国,日本等国的高端 Cr 系不锈钢的广泛应用,我国的产品 质量确实还存在一定差距。面对未来,必将有性能更出众的不锈钢产品被开发出来。 工业生产中经常遇到各种腐蚀介质,有各种强酸,有机酸,盐溶液及含有腐蚀气体和 水蒸气的气氛。它们对生产流程中应用的容器,管道,反应塔,泵等,会发生各种腐蚀作 用,也只有不锈钢材料才能适应这样的环境。 1.1 不锈钢的标识方法 1.1.1 不锈钢的编号和表示方法 用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表

13、示成份 含量：如中国、俄国 12CrNi3A； 用固定位数数字来表示钢类系列或数字；如：美国、日本、300系、400系、200 系； 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页 用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。 1.1.2 国际不锈钢标识方法 美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中： 奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示，例如，某些较普通的奥氏体不锈 钢 是以201、 304、 316以及310为标记。 铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。 铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢 是以410、420以及440C为标 记，双相（奥氏体

14、铁素体） 不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商 标命名。 1.1.3 我国的编号规则 采用元素符号 用途、汉语拼音，平炉钢：P、 沸腾钢：F、 镇静钢：B、甲类钢：A、T8：特 8、 GCr15：滚珠。 合结钢、弹簧钢，如：20CrMnTi 60SiMn、（用万分之几表示C含量）。 不锈钢、合金工具钢（用千分之几表示C含量），如：1Cr18Ni9 千分之一（即 0.1%C）,不锈钢C0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C0.03% 如0Cr17Ni13Mo。 1.2 不锈钢的分类 不锈钢可以按用途、化学成分及金相组织来大体分类。按用途分则有耐硝酸不锈 钢、

15、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等；按主要化学成分分类，基本上可分为含铬不锈 钢和含铬镍不锈钢两大系统；按室温下的金相组织结构分类，有铁素体型、奥氏体型、 马氏体型和双相不锈钢。此外，还有按照耐腐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力 腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不 锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。下面按室温下的金相组织结构,着重介绍一下 几个典型钢种。 1. 铁素体不锈钢是指它的铬含量在 11%-30%, 具有体心立方晶体结构,在使用状态 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页 下以铁素体组织为主的不锈钢。铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比有高的屈服

16、强度,低 的冲击韧性和高的韧脆转变温度。同时,它还有较好的抗晶间腐蚀和点腐蚀的能力。这 类钢在一般情况下不含镍，有时还含有少量的 Mo、Ti、Nb 等到元素，这类钢具导热系 数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸 气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢通常存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降 低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD 或 VOD）的应用可使碳、氮等间 隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。铁素体不锈钢由于原子扩散快,有低的 晶粒粗化温度和高的晶粒粗化速率.在 600以上,铁素体不锈钢的晶粒就开始长大,而 奥氏体不锈钢相应的温度为 9

17、00.若铁素体钢中有一定量奥氏体或 Ti(C,N),就可以阻 碍晶粒长大,提高晶粒粗化温度。细化铁素体不锈钢晶粒还可以提高钢的强度.增加铁 素体不锈钢中在高温的奥氏体量后,在冷却时将发生马氏体转变,得到铁素体加部分马 氏体的组织。少量马氏体(15%-20%)将降低钢的屈服强度,增加均匀伸长率,对塑性有利 时细化了铁素体晶粒,就消除了含有部分马氏体对冲击韧性的不利影响,降低钢的韧脆 转化温度。 铁素体不锈钢存在 475脆性。当钢中 Cr 的含量 w(Cr)高于 15.5%,随着铬含量增 加,其脆性倾向也增加。因而要避免在 400 到 500范围停留。高铬铁素体不锈钢产生 低温脆性的原因是钢中含有

18、碳,氮,氧等夹杂。若采用精炼技术,如真空感应熔炼,电子 束精炼,氩氧混吹脱碳等,可大大降低高铬钢中的间隙元素和夹杂元素的含量,能显著提 高铁素体不锈钢的塑性和韧性,降低韧脆转化温度。 2. 奥氏体不锈钢分为组织稳定和亚稳定的奥氏体不锈钢两大类,后者在大变形量下 要发生马氏体转变。稳定的奥氏体不锈钢具有低的屈服强度和高的塑性,韧性,低的韧- 脆转化温度。 在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含 Cr 约 18%、Ni 8%10%、C 约 0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的 18Cr-8Ni 钢和在此 基础上增加 Cr、Ni 含量并加入 Mo、Cu、Si、Nb、Ti 等元

19、素发展起来的高 Cr-Ni 系列 钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之 强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入 S，Ca，Se，Te 等元素，则具有良好的易切 削性。此类钢除了耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有 Mo、Cu 等元素还能耐硫酸、磷酸 以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于 0.03%或含 Ti、Ni，就可显 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页 著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏 体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。 3. 马氏体不锈钢通过热处理可以调整其

20、力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可 硬化的不锈钢。典型牌号为 Cr13 型，如 2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13 等。淬火后硬度较高， 不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。 根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组 织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉 淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。 4. 奥氏体-铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含 C 较低的情况下，Cr 含量在 18%28%，Ni 含量在 3%10%。有些钢还含有 Mo、Cu、Si、Nb、Ti

21、，N 等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与 铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高， 同时还保持有铁素体不锈钢的 475脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏 体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具 有优良的耐孔蚀性能,也是一种节镍不锈钢。 1.3 铁素体不锈钢现状、性能及发展， 1.3.1 铁素体不锈钢的分类 根据钢中铬含量的不同大致分为低铬铁素体不锈钢（Cr11%-15%）,中铬铁素体不 锈钢（Cr16%-20%）和高铬铁素体不锈钢（Cr21%-30%）三类。具体的钢号大致有: 0Cr13Al、0

22、0Cr12、00Cr11Ti、1Cr15、1Cr17、00Cr17、1Cr17Mo、00Cr17Mo、00Cr18M o2、00Cr30Mo2、00Cr27Mo。 1.3.2 铁素体不锈钢的性能 现代铁素体不锈钢不仅成本低，而且拥有奥氏体不锈钢大多数力学性能和耐蚀性 能，还在一些性能上优于奥氏体不锈钢，特别是在深冲性、耐高温氧化性和无应力腐 蚀断裂倾向上表现出色，是一种“经济型”不锈钢。 相较于奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢线膨胀系数较低，约为前者的 60到 70， 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页 热导率较高，约为前者的 130150%。铁素体不锈钢较低的线膨胀系数，非常适用于 热

23、胀、冷缩和有热循环的使用条件，最典型的例子是铁素体不锈钢应用于汽车排气系 统。铁素体不锈钢有磁性，热导率高，非常适用于有热交换。现代铁素体不锈钢具有 良好的综合力学性能。其屈服强度较奥氏体不锈钢高，伸长率略低，与碳钢相当，但 加工硬化倾向小。传统铁素体不锈钢具有明显的室温脆性，韧脆转变温度在室温以上。 而现代铁素体不锈钢，特别是薄截面尺寸钢，其室温脆性得到了明显改善。 铁素体不锈钢除了具有耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用, 耐高温氧化及强度高， 容易塑性加工, 光洁度高焊接性能好等一般不锈钢都有的特点外还有其特别的性能。 与奥氏体不锈钢相比有高的屈服强度,低的冲击韧性和高的韧脆转变温度。同时,它

24、还 有较好的抗晶间腐蚀和点腐蚀的能力。铁素体不锈钢由于原子扩散快,有低的晶粒粗化 温度和高的晶粒粗化速率。在 600以上,铁素体不锈钢的晶粒就开始长大,而奥氏体不 锈钢相应的温度为 900。若铁素体钢中有一定量奥氏体或 Ti(C,N),就可以阻碍晶粒 长大,提高晶粒粗化温度。细化铁素体不锈钢晶粒还可以提高钢的强度。增加铁素体不 锈钢中在高温的奥氏体量后,在冷却时将发生马氏体转变,得到铁素体加部分马氏体的 组织。少量马氏体将降低钢的屈服强度,增加均匀伸长率,对塑性有利。由于同时细化 了铁素体晶粒,就消除了含有部分马氏体对冲击韧性的不利影响,降低钢的韧脆转化温 度。低碳、氮的铁素体不锈钢加入 Ti

25、 高温性能及高温强度都很好,可焊性也比较好。 典型的钢 430 热膨胀率低,成型性及耐蚀性非常好。加入 Nb 和 Zr 元素的铁素体不锈钢 耐热耐蚀性好,加工和焊接性也更优。正是因为它自身的特点,所以该产品在精炼技术, 热轧酸洗,热处理及冷轧防皱等技术上还是存在问题的。 近些年随着中国不锈钢需求的强劲增长,市场上金属镍的价格急剧攀升, SUS304,SUS316等含镍奥氏体不锈钢的价格随之飞涨,开发能够替代SUS304的铁素体不 锈钢成为摆在不锈钢生产企业面前的重要课题。替代SUS304的铁素体不锈钢应该具有 与SUS304相当的耐腐蚀性能,且应具备良好的加工性能。针对汽车尾气系统用铁素体不

26、锈钢,它的工作环境比较特殊。所以,除了要求它有良好的力学性能外还必须有好的耐 晶间腐蚀和耐凝聚液腐蚀的能力。 1.3.3 铁素体不锈钢的破坏形式 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页 1 室温脆性和裂纹敏感性高 铁素体不锈钢的室温、低温塑性差，缺口敏感性高，对晶间腐蚀比较敏感，而且 这些缺点随铁素体不锈钢截面尺寸的增加，冷却速度的变慢和焊接的热影响而更加强 烈地显示出来。铁素体不锈钢性能上的几乎所有缺点都与钢中的碳、氮有关。随碳、 氮含量的增加，铁素体不锈钢的冲击韧性下降，脆性转变温度明显上移，尤其是当钢 中铬含量高时更为明显。钢的缺口敏感性，冷却速度效应和尺寸效应也随着钢中碳、 氮

27、量的增加而显著增强。钢中氧含量也有类似影响，随氧含量的提高，铁素体不锈钢 的脆性转变温度升高。随C、N含量增加，铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性增加，碳、 氮对铁素体不锈钢的耐腐蚀，耐点蚀，耐缝隙腐蚀和耐应力腐蚀也都是有害的。在冶 炼过程中虽然能够去除钢中部分或大部分的碳和氮，但若要完全的去除却是非常困难 的，钢中碳、氮含量越低，铁素体不锈钢的生产成本就越高。近年来，出现了工业生 产的低碳、氮和超低碳、氮的高纯铁素体不锈钢，虽然克服了一些不足，但并未彻底 解决问题。 2 起皱 起皱是铁素体不锈钢在成型过程中应变量较大时易产生的一种表面缺陷，发生在 板带的轧制方向，表现为狭窄凸起条纹，即表面皱折。可

28、通过控制生产工艺减轻起皱， 例如减少连铸坯的柱状晶，增加等轴晶；选择适宜的板坯加热温度，低的终轧温度和 高的退火温度等。 1.3.4 素体不锈钢的发展方向素体不锈钢的发展方向 传统铁素体不锈钢的发展和应用长期受到钢的脆性、晶间腐蚀倾向、焊接性能和 成形性能不足等因素的干扰，这些缺点与钢中的间隙元素含量较高有关。上世纪 70 年 代以来，随着 ADO、VDO 等炉外精炼技术的发展，铁素体不锈钢中间隙元素、的含 量得到大大降低，研制生产出了一系列低、和超低、的新型铁素体不锈钢， 即现代铁素体不锈钢。现代铁素体不锈钢的出现，使得传统铁素体不锈钢的缺点和不 足得到了极大程度的克服。与奥氏体不锈钢相比，

29、铁素体不锈钢不含 Ni 或少含 Ni，价 格成本低廉且稳定，且具有线膨胀系数低，耐高温氧化性能优异，无应力腐蚀断裂倾 向等优点。在 Ni 资源紧缺、Ni 价大幅上涨和波动的背景下，现代铁素体不钢的成本和 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页 性能的双重优势，为其应用打开了广阔的前景。 1 产品方面 (1)超低碳氮铁素体不锈钢 近些年随着中国不锈钢需求的强劲增长,市场上金属镍的价格急剧攀升, 导致 SUS304,SUS316等含镍奥氏体不锈钢的价格随之飞涨,开发能够替代SUS304的铁素体不 锈钢成为摆在不锈钢生产企业面前的重要课题。替代SUS304的铁素体不锈钢应该具有 与SUS30

30、4相当的耐腐蚀性能,且应具备良好的加工性能。日本JFE公司最近率先推出了 在许多用途下能够替代SUS304的443CT铁素体不锈钢,深受广大用户欢迎。一般认为,铁 素体不锈钢的耐腐蚀性基本上是由铬和钼含量决定的,但与奥氏体不锈钢相比,由于铁 素体不锈钢中碳、氮的固溶度非常小,碳化物、氮化物容易在晶界析出而导致耐晶间腐 蚀性能降低。因此,对铁素体不锈钢来说,除提高铬含量外,不仅要降低碳、氮含量 ,还 要加入稳定化元素钛、铌,固定游离的碳、氮原子以确保钢的耐晶间腐蚀性能。为保证 钢的加工性能,特别是深拉伸性能,须进一步提高钢的塑性应变比r值。 (2)发展超级铁素体不锈钢 铁素体不锈钢具有独特的特点

31、与优势,表现在不含镍或少含镍,生产成本低;热膨胀 系数低,导热性好,具有良好的耐蚀性能(尤其是耐应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢)和 抗氧化性,在汽车排气系统、家电和电子工业等领域有着广阔的应用前景,在诸多应用 领域已取代0Cr18Ni9 (304)钢。为此世界各国均在致力于发展400系列铁素体不锈钢, 我国也是以提高铁素体不锈钢的比重作为调整当前不锈钢品种、结构的重点。 由于铁素体不锈钢存在可焊性差、脆性倾向大、晶间腐蚀敏感性大等缺点,在生产 和使用上受到限制。进一步研究证明,铁素体钢的高温脆性、冲击韧度、可焊性都与钢 中间隙元素含量有关。通过降低钢中碳和氮的质量分数,添加Ti、Nb、Zr、Ta

32、等稳定元 素,添加Cu、Al、V 等焊缝金属韧化元素三种途径,就可以改善铁素体钢的可焊性和脆 性,从而大大地扩大其应用范围。当前铁素体不锈钢按(C +N) %多少分为4个级别,分 别为:(C +N) 0. 03% 为常规素体不锈钢, 表示为0Cr;0. 03% 为超低碳铁素体不 锈钢,表示为00Cr;0. 02% 为高纯铁素体不锈钢,表示为000Cr; 0. 01% 为超纯铁素 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页 体不锈钢, 表示为0000Cr。国内已研制出000Cr18Mo2Ti和000Cr30Mo2高纯铁素体不锈 钢。400系列铁素体不锈钢已用于新型铁路火车车辆车体材料( TC

33、S400) 、冷藏集装箱 用不锈钢冷轧板( 410L 00Cr12 ) 、汽车排气系统(436L)和大型储热水槽( 444 )的超 纯铁素体不锈钢等。 2 工艺方面 铁素体不锈钢冷轧带钢大量用于厨房设备、器皿、家电等深冲用途。因此，这种 类型的SUS430铁素体不锈钢的冷成型性能十分重要。除了化学成分对冷成型性能的影 响之外，生产工艺对冷成型性能也有重要影响。 在铁素体不锈钢的生产流程中，为了适应最终冷轧的要求，一个关键且费用很高 的工序就是热轧之后的退火。传统的工艺路线是热轧带钢要在罩式炉内完成退火，整 个退火周期长，能耗非常高。 为了降低能耗，降低生产费用，提高产品的竞争力，同时又要满足最

34、终冷轧对热 轧带钢的要求,面对各国将要大量生产铁素体不锈钢，其中大约20%是铁素体不锈钢的 特点，经过多年的研究、试验，已经或正在开发了一种较罩式炉退火工艺耗能低、耗 时短，具有成本竞争力且能完全满足最终冷轧要求的新工艺，即直接退火工艺。该工 艺的基本原理是利用热轧后的余热，立即进行退火处理。直接退火工艺的优点有:热轧 钢卷热损失小、电耗低、周期短、生产费用降低约60%、轧材各项性能完全满足要求。 近些年,随着真空冶炼技术的巨大进步和铁素体不锈钢所具有的特点和优势,我国 也正在大力发展SUS430铁素体不锈钢。其特点是呈强磁性,如能用于电机材料会很好地 节省能源。我国正在开发研制,其中热处理对

35、电机用铁素体不锈钢材料的影响是关键7 。 1.4 车间设计的意义 众所周知,不锈钢是人们日常生活中应用非常广泛的材料。而随着国家各项事业的 发展，对高性能不锈钢的需求日益增多，尤其对具有高强度、高耐蚀性的 SUS430 铁 素体不锈钢的需求越来越多。为了满足包括神州飞船在内的祖国各项事业的需求，拟 参照鞍山东亚精密不锈钢生产车间，设计一个工艺优化、设备先进、环保型的现代化 精密不锈钢生产车间。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 9 页 第 2 章 产品方案的确定 本设计的目标是建立工艺优化、设备先进、环保型的现代化不锈钢生产车间。本 车间以 430、439、443 优质精密铁素体不锈钢薄

36、板为主，并可对其它牌号的不锈钢进 行常规化生产。 2.1 产品方案 1.产品方案的定义： 产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名、品种、规格、状态以及年计 划产量。产品方案一般在设计任务书中加以规定，产品方案是进行车间设计的主要依 据，根据产品方案可以确定生产方案（工艺）及选择设备。 2.制定产品方案的依据 编制产品方案时主要从以下各点进行考虑的： (1)满足国民经济发展对产品的需求，特别是要解决某些短线产品的供应和优先保 证最重要的国民经济部门对产品的需求； (2)考虑产品的平衡，即要考虑各种产品在全国范围内的平衡和各地区内的平衡问 题，以及可能出口的问题； (3)考虑轧机生产能力的充

37、分利用和建厂地区纳的合理分工； (4)专虑建厂地区资源及钢材的供应条件，物资和钢材等的运输条件； (5)根据当前技术上的可能性，逐步解决产品品种规格的更新问题，力争做到产品 结构和产品标准的现代化； 2.2 生产方案 生产方案就是生产方法。本设计主要参考东亚精密不锈钢有限公司冷轧厂的工艺 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 10 页 设计。生产方案是指为完成设计任务书中所规定的产品的生产任务而采取的生产方法。 根据设计的规模、产品质量及技术经济指标的要求，考虑当时当地的具体条件，找出 合理的生产方案。生产方案选择的依据：生产方案的选择与设备的选择密切相关，二 者应同时加以考虑，确定生产方案

38、时主要考虑以下四点： 1.金属与合金的品种、规格、状态及质量要求：品种和规格不同，所采用的生产方 案就不同，那么设计的车间就有很大的差别，若产品质量要求不同就是同一种合金品 种与规格也可以采用不同的生产方案。 2.年产量的大小：产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备的选择、铸锭尺寸、 产品规格有着直接的影响。 3. 投资、建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、工人与管理人员的数量以 及将来的发展。 4.考虑经济效果，采用那种方案合理，适合建厂原则，在设计时可比照一个工艺比 较成熟的厂。 根据以上所述的原则，参照现有的生产方法，选择的生产方案是 20 辊森吉米尔轧 机冷轧带钢与连续退火炉退火

39、的生产方法。同时生产实践和国外技术发展表明: 硫酸钠 水溶液酸洗效率高，质量好，不易浸蚀带钢基体，废酸可以再生。 2.3 不锈钢产品的尺寸范围 偏差 表 2.1 宽度偏差(JIS G4305-2005) 单位(unit): mm 边部状态宽度 400400-630630-1000 轧边 +10 0 +20 0 +25 0 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 11 页 切边 +5 0 +5 0 +5 0 表 2.2 厚度偏差(JIS G4305-2005) 单位(unit): mm 厚度宽度 160 160-250 250-400400-630630-1000 6 6-1.2 1.5-0.2

40、5 辊子数/个 7-9 11-17 19-29 辊式矫直机的辊的数量越多,钢板的矫直效果越好.压力矫直机有油压式和水压式,目 前多采用油压式。带钢矫直最通用的反复弯曲矫直法(也称辊式矫直法) 。其功能是使 带钢在一组带斜度而交错配置的上下辊之间通过,使其产生弯曲变形而矫直。 除辊式矫直机外，随着对平整度要求的提高，又开发出拉伸矫直机。多用于薄带 的矫直。最常用的反复弯曲拉伸矫直法。拉伸矫直是将带钢先伸长矫直,由于矫直后得 带钢出于应力分布不均匀状态,所以随后必须再用各种辊子进行弯曲加工,达到矫直的目 的。实际生产中其矫直辊有多种配置，需根据具体情况来确定。 3.5 辅助设备的选择 通常的不锈钢

41、生产主要工序是轧制、退火和平整,但由于不锈钢薄板通常对钢表面 质量要求很高,所以后序的矫直、剪切也就非常讲究了。因此,被称为最后一道冷轧的精 整段也是至关重要的。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 20 页 （1）纵切机组 当带钢成卷交货时，要在纵切机组上用圆盘剪切去毛边。为适应来料的宽度变化， 圆盘剪距离可以调整。圆盘剪的操作主要在于适当调整上下剪刀的间隙量和重合量， 通常总是在0-0.8mm范围内调整。在前工程中加工完了的制品，按照用户的要求所定的 长度、宽度剪段的工程。本工程可剪切规格为宽度45mm-1000mm之间。纵切机组的另外 一个功能是进行宽钢带的分条，分条宽度根据用户需求

42、及成材率综合决定。 （2）横切机组 在前工程中加工完了的制品，按照用户的要求所定的长度、宽度剪段的工程。本 工程可剪段规格为长度1000mm-4000mm之间的钢板、可分割重量不等的小钢卷。本设备 为连续剪切机组。机组上配置开卷机、圆盘剪、矫直机、打印装置、垫纸装置、定尺 剪、垛板台等设备,可多功能连续作业。 （3）修磨机组 带钢在专用的修磨机组上修磨。修磨机组分为粗磨(RP)、精磨(FP)及粗磨、精磨 两用等几种类型,但均由修磨机本体及包括开卷机、剪机、焊机、脱脂装置、卷取机、 卷垫纸机、润滑油循环装置等的附属设备构成。带钢在修磨机上的作业程序为:钢卷装 入开卷机将头部送向传动辊道,切头后送

43、入焊机与前一卷的尾部焊接,然后送入修磨机 修磨。修磨后从出口的一侧进入脱脂装置,经过脱脂烘干后送入卷取机重卷,并在重卷 过程中重新垫纸。 砂带是带钢修磨最基本的材料,是决定修磨效率和质量的关键.修磨砂带由磨料、 基体材料、和粘结剂3部分组成。磨料多使用人造磨料,如氧化铝及碳化硅。而不锈钢 修磨使用的是氧化铝材质的砂带。根据磨料粒度的不同,砂带有多种型号,其中80号- 220号为粗粒,240号以上的为细粒。不锈钢修磨一般都使用粗粒带,其中最常用的是80 号、100号、120号、150号、4种。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 21 页 第 4 章 典型产品工艺制度的制定 本次设计的典型产

44、品的生产工艺主要是：原料纵剪酸洗冷轧退火冷轧 平整拉矫剪切检查包装出厂,而轧制和退火工艺是本次设计的重点。 原料纵剪20辊轧机卧式退火机组 张力矫直纵剪检查成品包装 20辊轧机 卧式退火机组 图 4.1 生产工艺流程图 4.1 轧制工艺制度 1 影响轧制的因素： （1）绝对压下量 在轧辊直径和摩擦系数相同的条件下，随着绝对压下量的增加， 轧件与轧辊的接触面积加大，轧制压力增加。同时接触弧长增加，外摩擦的影响加剧， 平均单位压力增加，轧制压力也随之增大。 （2）轧辊直径 在其他条件一定时，随着轧辊直径的加大，接触面积增加，同时接 触弧长增加，外摩擦的影响加剧。因而，轧制压力增大。 （3）轧件宽度

45、 随着轧件宽度的增加，接触面积增加，轧制压力增大。 （4）轧件厚度 随着轧件厚度的增加，轧制压力减小；反之，轧件愈薄，轧制压力 愈大。 （5）轧制温度 随着轧制温度的升高，变形抗力降低，平均单位压力降低，轧制压 力减小。 （6）摩擦系数 随着摩擦系数的增加，外摩擦影响加大，平均单位压力增加，轧制 压力增大。 （7）轧件的化学成分 在相同条件下，轧件的化学成分不同，金属的内部组织和性 能不同，轧制压力也不同。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 22 页 （8）轧制速度 热轧时随着轧制速度的增加，变形抗力增加。冷轧时随着变形速度 的增大、轧件温度的升高变形抗力有所降低。 2 轧制制度 对不锈

46、钢板冷轧板带用轧机为多辊式可逆式轧机，一般采用多道次轧制，每道次 相对压下量不超过 20%,不锈钢的成分不同，轧制前后的板厚要求不同，总的压下率也 不相同。查文献可知，随着总的压下率的增加，晶粒变大,r 值增大，对增加材料的深 冲性能有利，同时，板带的抗拉强度，屈服强度，硬度均下降，但下降幅度不大。 名称符号对冲压成形性能的影响 屈服强度 0.2 屈服强度越大，成形力大，回弹也大 抗拉强度 b 抗拉强度大的材料，综合成形好 屈强比 s/b 屈强比越小，成形性能越好 塑性应变比r塑性应变比越大，抗起皱性能越好 硬化指数n硬化指数越大，胀形性能，拉伸性能，翻边性能，弯曲性能和抗起皱 性能好 表 4

47、.1 拉伸试验值对薄板冲压性能的影响 现代铁素体不锈钢的伸长率为 28%40%，如图 4.1 所示，现代铁素体不锈钢的伸 长率低于奥氏体不锈钢，且铁素体不锈钢的加工硬化程度也相对较大。故在轧制工艺 的制定中，要考虑伸长率对轧制流程的限制，在不超过最小伸长率的道次后先进行热 处理，消除加工硬化，优化轧制过程。 图 4.2 铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢的比较 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 23 页 综合考虑铁素体不锈钢的力学性能制定轧制工艺。本设计的典型产品轧制前后厚 度分别为 2mm 和 0.5mm，轧制总的压下率定为 75%，分十个道次轧制，每个道次的压 下率分别为 15%、10%、8

48、%、8%、7%、7%、6%、6%、4%和 4%。其中在第二道次 轧制后进行退火处理（具体工艺见下文） 。此时，得到的晶粒度最大，塑性应变最大， 抗拉强度降低幅度小，其它的力学性能参数适中。 3 压下制度 压下制度包括对轧制道次、压下量(变形率)和轧程等的规定.制定合理的压下方案 对提高轧制效率、质量和降低消耗具有重要意义.压下制度根据轧机的特点(轧机结构、 主电机功率、轧机压力、轧辊硬度等)确定,同时也随轧制钢种、带钢尺寸及退火质量 而变化。每个轧程的总的压下率通常不超过 65%。 为了保证小直径工作辊不仅在轴向（垂直平面） ，而且在径向（水平平面）都具有 高刚度，故在径向也有控制工作辊弯曲变形的装置11。图 4.3 所示为森吉米尔二十辊 轧机径向调整机构。通过液压缸施加弯辊力，达到控制板型目的。弯辊力施加方法， 除了液压外，还可以通过偏心套施加。 图 4.3 4 板形控制 板形控制最基本的方法是确定适当的轧辊的凸度。也就是考虑钢带宽度方向的压 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第 24 页 力分布特征,把轧辊磨成中间部分稍凸的形状。凸度的大小要根据轧机的情况设定。 5 提高轧制精度 (1) 预测压下控制方式(FF-AGC)即检测入口的板厚用计算机准确地控制压下装置 和压下量,根