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1、学 号： 200606040230HEBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY课程设计论文题目: 5000mm管线钢轧制规程设计学生姓名： 专业班级：06成型2班 学 院：指导教师： 2010年03月12日 引 言管线钢是指用于输送石油、自然气等的大口经焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。一般采用中厚板制成厚壁直缝焊管，而板卷用于生产直缝电阻焊管或埋弧螺旋焊管。我国国内能生产符合API5L标准的管线工程设计要求的管线钢仅有10多年的历史，首推宝钢，还有鞍钢、武钢、攀钢、酒钢、舞钢等，稳定生产X60X70级管线钢并在国际市场上占有一定的地位，目前已投入生产的X80级管线钢质量也达到了国际先进
2、水平，X100级管线钢已经研制出来，尚未投入批量生产。X80是高强度管线钢的美国分类型号。其最小屈服值（MPa）为552；这一概念属于材料力学范畴的概念，屈服值是指材料拉伸时在屈服阶段的应力值，屈服应力是指屈服阶段到劲缩阶段的临界值。X80即管线钢管最小屈服强度80000 PSI（552MPa）。 PSI英文全称为Pounds per square inch。P是磅pound，S是平方square，I是英寸inch。把所有的单位换成公制单位就可以算出：1bar14.5 PSI ，1 PSI =6.895kPa=0.06895bar 欧美等国家习惯使用PSI作单位管线钢在使用过程中，除要求具有较
3、高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。管线钢主要用于制造石油天然气输送钢管,对强度、韧性、焊接性能、成型性能、抗疲劳性能等要求极为严格,其工艺复杂、生产难度大。现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产几乎应用了冶金领域近20多年来的一切工艺技术新成就。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管线钢应当具有高强度、低包申格效应、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蚀。优化的生产策略是提高钢的洁净度和组织均匀性，C009、S0005、P001、O0002，
4、并采取微合金化，真空脱气CaSi、连铸过程的轻压下，多阶段的热机械轧制以及多功能间歇加速冷却等工艺。目前国内外管线规范中没有管线用钢材的韧性指标，仅对管材有具体要求：（1）最低使用温度下（5）DWTT85SA；（2）最低使用温度下（5）夏比冲击吸收功145J。 河北理工大学课程设计 目录 目 录1 管线钢的发展31.1 管线钢使用31.1.1 管线钢的高压 输气管线的延性断裂与止裂性能要求31.1.2管线钢的技术要求41.1.3 管线钢的标准与检验61.1.4 氢诱发裂纹（HIC）61.2 管线钢的成分设计与生产工艺61.2.1 成分61.2.2 管线钢生产工艺要求71.3 管线钢种类81.3
5、.1 超纯净管线钢81.3.2 高强度高韧性管线钢81.3.3 易焊管线钢91.3.4 高抗腐蚀管线钢101.4管线钢生产方式101.4.1 传统半连续热带生产线的管线钢生产111.4.2 ASP中板坯半连续热带生产线的管线钢生产111.4.3 CSP热带生产线的管线钢生产111.4.4 FTSR热带生产线的管线钢生产112 坯料选择102.1 坯料的种类102.2 坯料的尺寸102.3 坯料的材质102.4 原料表面的缺陷清理103 轧机选择123.1 轧机类型及其布置的比较123.1.1 中厚板轧机形式123.1.2 中厚板轧机的布置133.2 中厚板轧机选择133.2.1 新型轧机133
6、.2.2 轧机选择143.2.3 高精度轧制技术154 压下规程164.1 压下规程设计方法164.2 典型产品压下规程设计164.2.1 典型产品的轧制条件164.2.2 轧制道次确定164.2.3 典型产品X80高强度管线钢轧机压下规程设计174.3 辊缝计算235 轧辊强度及主电机能力校核245.1 轧辊强度校核245.1.1 支撑辊校核245.1.2 工作辊的校核275.1.3 接触应力计算285.2 主电机能力校核306 年产量计算346.1 轧制图表346.1.1 研究轧机轧制图表的意义346.1.2 轧制图表的基本形式及其特征346.1.3 轧制图表的计算356.2 年产量的计算
7、366.2.1 轧机小时产量计算366.2.2 轧钢机平均小时产量376.2.3 年产量的计算386.2.4 提高年产量的途径397 板凸度407.1 板型控制理论407.2 板型控制策略417.3 板凸度计算427.4 影响辊缝形状的因子计算447.5 板型控制量计算结果46参考文献4848河北理工大学课程设计 1 管线钢的发展 1 管线钢的发展1.1 管线钢使用世界第一条原油输送管道是1865年建在美国宾西法尼亚州从油田到火车站的口径2英寸长9754米的管道；到目前为止，世界石油和天然气管道总长200万公里以上，最大的口径1420mm，壁厚25mm。世界著名的输油、输气管道有美国的阿拉斯加
8、输油、输气管道、俄罗斯的友谊输油管、沙特阿拉伯的东西输油管、美国西东输油管、北海油田的海底管线等。本世纪60年代以前，采用X42、X46、X52、X56，1960年以后提高到X60，60年代后期采用X65，1973年开始使用X70，现在主要使用X70，并且开发出X80和X100等级别的管线钢。现代管线的发展是高压输送，对强度、韧性要求高； 1870年 0.25MPa 1950-1960 6.2MPa 1970-1980 10MPa 1998 14MPa目前，管道运行压力最高16MPa，我国西气东输工程为10MPa。常用管径与厚度见表一。表1管道名称位 置管径 mm厚度mm输送介质Zeepipe
9、挪威比利时121313.70天然气Slabe Island加拿大112314.30天然气Souris alley美国加拿大102415.00CO2FLAGS苏格兰124514.01天然气FLAGS苏格兰121414.01天然气Ruhrgas德国123013.34天然气Iroqnois加拿大美国9569.92天然气Alliance加拿大美国133415.06天然气另外由于采用富气输送策略，即在源头不进行分馏处理，将重烃气留在天然气中输送，到用户地时再分馏，故对耐腐蚀性要求很高。1.1.1 管线钢的高压 输气管线的延性断裂与止裂性能要求高压输送天然气管线与输油管线的最大区别在脆性断裂和延性断裂的扩
10、展特点。原油的减压速度为2,000 m/s 左右，管线一旦发生断裂，内压立即降低，断裂就停止了。而输气管线对天然气的压缩比大，天然气的减压速度较慢为400 m/s 左右，在管壁以 5001000m/s 快速传播的脆性断裂时，输气管道的断裂就容易长距离传播。1.1.2管线钢的技术要求1）强度 细化晶粒是唯一能增加强度并同时改善夏比冲击韧性的强化机制，因此，在标准中有韧性要求时，细化晶粒是管线钢最基本的要求。表2 API-5LX强度与屈强比标准规格屈服强度 N/mm2抗拉强度 N/mm2屈强比X422904150.7X463204350.73X523604550.79X563804900.77X6
11、04155200.8X654455300.84X704805600.86X805506200.89X855906550.92）屈强比 屈强比越低，钢管从开始塑性变形到最后断裂的变形容量越大，因而也越安全，国际上大部分石油公司对屈强比的要求小于等于0.9。对于高强度钢管（特别是高强度低合金控制管线钢生产的钢管）屈强比较高，有时X70会超过0.93；屈强比高也有有利的一面，钢管爆破压力与屈强比成正比。表3 各种标准下强度与屈强比规定标准或规范名称对屈强比的规定1API Spec 5LX80扩径管：YR0.93，其他无要求2ISO3183-2X42-X52：YR0.85，X60-X80，YR0.93
12、ISO3183-3X42-X52：YR0.90，X60-X80，YR0.924GB9711.1无要求5CAN3-Z245.1-86无要求6TransCanada P-40YR无要求，但要求均匀延伸率大于107Snampragetti pc/TB-F-700高于X65的扩径管YR0.90，其余0.858SHELL GROUP L-3-2/3YR0.909PEMEX TSA-001YR0.8510DNV 海上钢管安全规范对扩径管YR0.90，一般要求YR0.8511ARCO4957ALCSSL1001YR0.9012俄 7586对X65， YR0.903）韧性：细化晶粒在提高强度的同时也改善了韧性
13、，尽管细化晶粒可以改善韧性，并可获得所要求的落锤撕裂试验结果，但是若C、S含量高，脱氧不充分，钢的实际夏比冲击功很低。韧性要求的作用：（1）避免通常的断裂发生（2）防止脆性断裂（3）限制延性断裂指标要求：落锤撕裂试验（DWTT）；夏比冲击值（CVNFTP、NDT、50FATT、80FATT）；积分试验等 图1 夏比冲击功4）塑性 管线钢的塑性用冷弯性能指标评价，冷弯试验要求：Rt 180o 外表面及内侧无裂纹；5）焊接性能 焊接性能用碳当量Ce和裂纹敏感性系数Pcm评定Ce=C+Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5 +(Ni+Cu)/15Pcm=C+(Mn+Cr+Cu)/20 +V/10 +Mo
14、/15 +Si/30 +Ni/60 +5B6）抗腐蚀性能应力腐蚀开裂（SCC）：SCC扩展速度随温度的提高而加快，与冶金加工方法关系不大，采用喷丸处理可以大大改善SCC抗力，涂层也是有效的办法7）止裂性能一般要求管子的DWTT试验得到的断口剪切百分比（SA）达到50或80（不同气候条件规定不同），可以得到止裂效果；对于韧性材料，则要求管材的上限平台能Cv达到某一数值时可得到止裂。加拿大ALLIANCE 管线对管道起裂韧性要求值的计算管径914mm14.4 mm, X70，运行压力 12 Mpa，容许的贯穿缺陷最大长度147mm, 要求最低韧性49J1980年代所进行的输气管线全尺寸爆破止裂实验
15、发现，随着输送压力增高，管径加大，X70高强度管线钢的应用，管道所需要的止裂韧性达到对当时钢铁工业条件是相当高的数值，从而提出，在保证管线钢夏比冲击韧性一定水平先提下采用止裂环的作法。到1990年代，超高韧性针状铁素体管线钢进入输气管线工程领域使输气管道有可能依靠自身的高韧性对延性断裂止裂。1999年加拿大Alliance 管线对X70针状铁素体管道（外径1016mm，管壁11.4mm，压力8.2Mpa ）全尺寸富气爆破实验得出止裂韧性为215J。根据日本HLP经验关系(铁素体-珠光体管线钢试验结果) 对西气东输X70管线钢管道（外径1016mm，管壁14.7mm，压力10Mpa)的止裂韧性推
16、算值为120J。根据BMI的TCM经验关系(针状铁素体管线钢试验结果)对西气东输X70管线钢管道的止裂韧性推算值为90J 110J。针状铁素体管线钢所需的止裂韧性值略低于前一种管线钢1.1.3 管线钢的标准与检验表4钢 级X52X56X60X65X70三个试样的最小平均冲击功(J)3639424549单个试样最小冲击功(J)27303234371.1.4 氢诱发裂纹（HIC）管线钢对氢诱导开裂（HIC）有特殊要求。脱硫可以阻止HIC开裂，但是只采用该工艺并不能完全解决这一问题，1972年，阿拉伯Ummshaif含酸性原油管线破裂，该管线采用的是低碳微合金钢，S小于0.005%，由于控轧工艺不良
17、，终轧温度为659680处于两相区，形成了较严重的带状组织，为提高管线钢抗HIC性能，现代管线钢要求（1）提高钢的纯净度、采用精料、高效铁水预处理、复合炉外精炼。达到S0.001%，P0.010, O20ppm，H1.3ppm；如NKK规定，高钢级抗HIC钢的S、P、N、H、O及Pb、As、Sn、Bi、10个元素之和应小于80ppm；（2）提高成分和组织均匀性，在降低S含量的同时，进行Ca处理、电磁搅拌、铸坯轻压下、多阶段控轧、强制加速冷却，限制带状组织形成；（3）细化晶粒，主要通过合金化和控轧控冷工艺达到；（4）尽量降低C含量（通常C0.06%），控制Mn含量，添加Cu。锰在钢中主要起固溶强
18、化作用,根据API标准,管线钢通常选择Mn1.5%以弥补碳含量降低造成的强度损失。并且,近年来的研究表明，Mn2.0%时钢的强度随锰含量的增加而提高,而冲击韧性下降的趋势甚小,且不影响其脆性转变温度,这为开发高韧性管线钢创造了极为有利的条件。但是,锰含量过高会造成钢板带状组织严重,韧性降低及各向异性等问题。1.2 管线钢的成分设计与生产工艺1.2.1 成分1）管线钢一般成分为CMn钢，显微组织为铁素体珠光体，晶粒尺寸为68m。现代的管线钢含多种微量元素，并且在轧制上，采用TMCP技术，最终多为X45-X60；2）珠光体铁素体类型，珠光体15，C：0.06-0.09%，Nb+Ti+V0.12%，
19、控制轧制，轧后时效硬化，钢级为X52-X65；3）针状铁素体/贝氏体类型，超纯、超低碳钢，C：0.02-0.05%，S0.003-0.005%，Mn-Mo-V钢或Mn-Mo-Nb钢，控制轧制后强制冷却，X52-X80；多相钢，X100-X120.在微合金管线钢中的各种元素作用如下：Nb细化晶粒、析出强化，标准中Nb的下限为0.005%，实际上在钢中都在0.030.05%之间，为标准中规定的下限值的6.010.0倍；V作用同Nb，与Nb复合加入更有利；沉淀强化，提高强度；国外实物中V控制在0.05-0.10%之间。为API标准中规定下限含量的2.55.0倍；Ti可以提高钢的晶粒粗化温度，促进晶粒
20、细化，提高强度和韧性。固溶与析出强化，与S亲合力强改变S化物形态；特别是对提高焊接热影响区的韧性有独特的贡献；C通常较低，（一般在0.20%以下，最低仅0.03%）Ce0.4%，甚至更低，Pcm0.20%，以提高韧性，改善焊接性；Mn管线钢中的主要元素，有固溶强化，补偿降碳造成的强度损失的作用，可以推迟铁素体和珠光体的相转变，并降低贝氏体转变温度，有利形成细晶粒组织。分析国外实物可以看出，锰在中上限；但是，锰含量过高，在制管时对焊接不利，会引起MnS夹杂和偏析，造成带状组织；S通常S0.005%，最低可达0.001%, 相当于API标准上限的1/101/20。Mo有利针状组织的发展，因而能在极
21、低的碳含量下得到很高的强度管线钢中加入钙、锆或稀土金属，可以改变硫化物和氧化物的成分，使硫化物、氧化物的塑性降低，塑性变形时保持球状，以降低各向异性,稀土与硫的比例控制在2.0左右比较合适；控制非金属夹杂物的体积百分数、形状及分布：管线钢板的力学性能，特别是断裂时总延伸和冲击功都受非金属夹杂物的体积百分数、形状及分布的影响。造成了冷弯时出现开裂，焊接时出现层状撕裂，以及厚度方向上出现延性降低。钢中的非金属夹杂物主要是硫化物和氧化物。由于氧化物的体积百分数是比硫化物的小得多，所以硫化物是主要问题1.2.2 管线钢生产工艺要求表5 生产高质量管线钢的技术保证与工艺手段技术保证工艺手段炼钢对主要元素
22、（如C、Mn、Ti、Nb、B、Mo、Al等)含量的控制降低S、P、O、N、H等杂质含量到合理水平降低非金属夹杂含量即夹杂物形态控制确定成分在性能上和经济上的最佳含量，通过精炼手段来实现铁水脱硫，钢包精炼和真空脱气，注意耐火材料的杂质渗出，改变钢水成分，注意控制氮含量，减少Nb、AIN析出喷粉或喂丝处理浇铸保证钢液及钢坯化学成分的均匀电磁破碎与搅拌，压力浇注，注意水口耐火材料的杂质渗出，减少保护渣杂质熔入。板卷表面裂纹的发生根源在连铸工序。连铸薄板坯容易发生表面纵向裂纹，发生原因与钢水成分、温度、连铸拉速、保护渣、连铸设备等密切相关。通过对以上因素的控制，能有效地防止纵裂的出现，特别是有效地杜绝
23、了成批的出现。加热准确控制加热温度和加热时间，使铌等元素充分溶解微机控制 人工智能轧钢控制轧制粗轧在再结晶条件下大变形轧制，充分破碎并充分回复，精轧在未再结晶区轧制，防止轧后晶粒长大。晶轧末两道次大压下，形成细小晶粒。妥善解决末道板形控制，确保板带平直度卷取控制冷却微机控制层流冷却强度 保证低温卷取后长时期冷却过程中晶粒只恢复，不长大1.3 管线钢种类1.3.1 超纯净管线钢超纯净钢一般是指钢中总含氧量和S、P、N、H含量很低的钢。杂质元素对钢材的性能产生不利影响，对钢管来讲，总含氧量高降低钢的韧性与延展性；S降低钢的冲击韧性；P能显著降低钢的低温冲击韧性，提高脆性转变温度，使钢产生冷脆；氮化
24、物破坏钢的焊接性能。要提高管线钢的性能，必须系统地降低钢中杂质元素的含量。随着现代冶金技术的发展，已经能够确保 S、P、O、N、H 等杂质元素和Pb、As、Sn、Sb、Bi等痕迹元素低或超低含量的管线钢生产。通过铁水预处理、转炉精炼、钢包冶金和连铸等多步冶金新技术和新工艺，目前世界上最具有竞争力的管线钢纯净度可达到S0.0005%、P0.005%、N0.002%、O0.001%和H0.0001%。然而，在工业上要完全消除夹杂物是不可能的。所以对夹杂物的形态进行控制已成为获取优质管线钢的重要手段。其基本方法是向钢中加入Ca、Zr、Ti、稀土等元素，控制夹杂物形态，提高管线钢的韧性指标13。1.3
25、.2 高强度高韧性管线钢1. 铁素体珠光体管线钢。20 世纪60年代以前，管线钢的基本组织形态为铁素体和珠光体（X52以下），基本成分是 C-Mn，一般采用热轧和正火热处理。2. 少珠光体管线钢。为避免珠光体对管线钢韧性的损害，20世纪 60年代末出现了以 X56、X60 和X65 为代表的少珠光体钢。少珠光体钢含碳量一般小于 0.1%，Nb、V、Ti的总量小于0.1%。这类钢突破了传统铁素体珠光体钢热轧正火的生产工艺，进入了微合金化钢控轧的生产阶段。特别是近年来掌握了 Nb、V、Ti等碳化物在高温变形过程中的沉淀动力学和基体再结晶之间的关系后，少珠光体管线钢的强韧水平取得了新的进展。然而，在
26、保证高韧性和良好焊接性能条件下，少珠光体钢强度的极限水平为 500550MPa。3. 针状铁素体管线钢。为进一步提高管线钢的强韧性，20世纪70年代研究开发了针状铁素体钢，典型成分为C-Mn-Nb-Mo，一般碳含量小于0.06%。针状铁素体是在冷却过程中，在稍高于上贝氏体温度范围内，通过切变相变形成的具有高密度位错的非等轴贝氏体铁素体。针状铁素体管线钢通过微合金化和控制轧制与控制冷却，综合利用晶粒细化、微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应，可使钢的屈服强度达到650MPa，-60的冲击韧性达到80J。4. 超低碳贝氏体管线钢。为适应开发北极和近海能源的需要，在针状铁素体钢研究的基础上，于
27、20世纪80年代初开发研究出超低碳贝氏体钢。超低碳贝氏体钢在成分设计上选择了C、Mn、Nb、Mo、B、Ti的最佳配合，从而在较宽的冷却范围内都能形成完全的贝氏体组织。在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，通过适当提高合金元素的含量和进一步完善控轧与控冷工艺，超低碳贝氏体钢的屈服强度可达到700800MPa，因而超低碳贝氏体钢被誉为21世纪的控轧钢。5. 超细晶粒管线钢。超细晶粒管线钢的获得首先归结于微合金化理论的成功应用。在管线钢控轧再加热过程中，未溶微合金碳、氮化物通过质点钉扎晶界的机制而阻止奥氏体晶粒的粗化过程。同时在控轧过程中，应变诱导沉淀析出的微合金碳、氮化物通过质点钉扎晶界和亚晶界的
28、作用阻止奥氏体再结晶，从而获得细小的相变组织。超细晶粒管线钢的获取还有赖于控制轧制技术的应用。通过控制热轧条件，在奥氏体基体中引入高密度的铁素体形核点，包含奥氏体晶粒边界、由热变形而激发的孪晶界面和变形带，从而细化相变后的组织。通过控轧铁素体可细化到ASTM1113级，即铁素体晶粒小于6m，甚至达到4m，强化作用达到210300MPa。目前工业生产的铁素体晶粒尺寸可控制到34m，实验室可获得12m的铁素体晶粒。对于针状铁素体或超低碳贝氏体管线钢通过控制轧制和控制冷却，可降低钢中铁素体板条束的大小，大大细化“有效晶粒”尺寸，提高管线钢的强韧性指标14。6. Ti-O新型管线钢。20世纪90年代以
29、后，一种Ti-O新型管线钢研究开发。其原理是向钢中加入粒度细小、均匀分布的Ti2O3质点(12m)。这种弥散分布的Ti2O3质点除可以阻止奥氏体长大外，还可以在钢的冷却过程中作为相变的形核核心，促进大量针状铁素体的形成，可明显改善管线钢的焊接韧性。1.3.3 易焊管线钢焊接性是管线钢最重要的特性之一。具备优良焊接性的钢可称之为易焊钢。现代易焊管线钢可分为焊接无裂纹钢和焊接高热输入钢。1. 焊接无裂纹管线钢。冷裂纹是管线钢焊接过程中可能出现的一种严重缺陷。大量生产实践和理论研究表明，钢的淬硬倾向、焊接接头中含氢量和焊接接头的应力状态是管线钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。就钢的淬硬倾向而言，主要
30、取决于钢的含碳量，其它合金元素也有不同程度的影响。综合这两方面的因素，提出了以“碳当量”作为衡量钢的焊接裂纹倾向性的依据。为适应焊接无裂纹的要求，目前国外管线钢碳当量控制在0.40.48，用于高寒地区的管线钢则要求碳当量在0.43以下。为适应焊接无裂纹的要求以及韧性的需要，现代管线钢通常采用 0.1%或更低含碳量，甚至保持在0.01%0.04%的超低碳水平。微合金化和控轧控冷等技术的发展，使得管线钢在碳含量降低的同时保持高的强韧特性，最新冶炼技术的发展，已为工业生产超低碳管线钢提供了可能。2. 焊接高热输入管线钢。采用高的焊接热输入可提高焊接的生产效率，但对热影响区产生重要影响。高的焊接热输入
31、一方面促使晶粒长大，另一方面使焊后冷却速度降低，而导致相变温度升高，从而形成软组织，引起焊接热影响区的性能恶化。一般认为由此引起热影响区的韧性损失为20%30%。为控制管线钢热影响区在高热输入下的晶粒长大，可以通过向钢中加入微合金元素来实现。据资料介绍，Ti是一种在焊接峰值温度下能通过生成稳定的氮化物，控制晶粒长大的有效元素。研究表明，即使在高达1400的温度下，TiN仍表现了很高的稳定性，从而有效地抑制在高热输入下的奥氏体晶界迁移和晶粒相互吞并的长大过程。目前管线钢中推荐的最佳Ti含量为0.02%0.03%，并保持TiN65%），变形温度在未再结晶以下。显然，轧件需要在中间辊道上滞留，对轧机
32、也提出极高要求。具有多边形铁素体珠光体组织的传统X70管线钢的强度、韧性随着开始冷却温度SCT和终轧温度的降低而提高，故管线钢通常在两相区（奥氏体铁素体）进行轧制和冷却，而针状铁素体管线钢的强度和韧性随终轧温度和开始冷却温度的降低的变化规律还不同于传统的X70管线钢。在奥氏体单相温度区终轧和开始冷却可以获得针状铁素体钢，其终冷温度必须控制在针状铁素体形成温度和马氏体形成温度之间。1.4.1 传统半连续热带生产线的管线钢生产这类车间为保证粗轧正常可逆轧制，一般粗轧到精轧距离虽然设计较远，但没有专门搁置副辊道，辊道边又没有水冷装置，仅能空冷。一般需要停留3050秒。由于原料较厚（传统厚度大于230
33、mm），压缩比较大，管线钢产品厚度可达20mm。1.4.2 ASP中板坯半连续热带生产线的管线钢生产这类车间使用150 mm中厚坯，粗轧单架可逆轧制，一般粗轧到精轧距离不很远就是热卷箱，用来保持中间带坯温度。管线坯（大于40mm）轧制时，可以先半卷进入热卷箱再退出，在轧机两边悠荡，待温度降下来再进热卷箱均匀温度，直到符合降温要求（920）。由于原料中等厚度，压缩比较大，管线钢厚度达到1015mm时仍能保证晶粒足够细化。1.4.3 CSP热带生产线的管线钢生产CSP生产线也是粗轧到精轧有较远距离，但一般配有层流冷却箱，故既可以空冷待钢轧制，也可水冷强制降温，再进行精轧。这种工艺在包钢2004年已
34、经成功实践。由于原料较薄，为保证总压缩比在7以上，最大管线钢厚度为10mm左右。中间坯厚度达40mm，保证精轧有较大压下量。1.4.4 FTSR热带生产线的管线钢生产FTSR虽然称为灵活轧制生产线，但无论1+6还是2+5的布局，粗轧到精轧仅仅三十米左右，粗轧到精轧，轧件没有空冷滞留余地，因而只能喷水降温冷却，虽然不耽误时间，但品种有些限制。这时也需要极大提高中间坯厚度。MPT2005第二期报道埃及FTSR厂在2005年试轧成功，投入批量生产。产品厚度为6、8，10mm。河理工大学06级成型课程设计 2坯料选择2 坯料选择正确选用坯料对轧钢生产具有重要影响。坯料选择合理，不仅可使钢材质量得到保证
35、，而且可使轧机生产能力得以发挥，金属收得率也能提高。2.1 坯料的种类轧钢生产用坯有三种：扁钢锭、初轧板坯(简称初轧坯)、连铸板坯(简称连铸坯)。目前，连铸坯已成为中厚钢板生产的主要原料。与传统工艺相比连铸坯具有下列优点：1. 金属收得率可提高612%；2. 每吨钢大致可节约热能14万大卡；3. 降低产品成本可达10%；4. 连铸坯的内部组织比扁锭致密，厚度尺寸也比扁锭小，因此采用连铸还为原料时，中厚板轧机的产量较高，而且成材率较高。受连铸设备的限制，连铸坯的宽度尺寸和厚度尺寸的规格不能太多，因而使得中厚板轧机的生产率和加热炉的生产率稍有降低。2.2 坯料的尺寸连铸工艺相比模铸工艺具有极大的优
36、势，本设计选用连铸板坯。但任何铸坯冷却时，总是遵循特有的凝结规律。在外壳为激冷细晶层，然后是枝晶发达区，中部为等轴晶和低熔点偏析聚集区，可见铸坯性能不可能一致。钢水质量差、浇注夹杂多，组织性能不均越严重，造成钢的力学性能极大的下降。必须用变形、再结晶的过程使钢的组织均匀、偏析扩散，晶粒大小适中。以国内目前钢水质量和浇注水平看，必须保证压缩比达到10以上。所以中厚板坯最好在200mm以上，中厚产品压缩比保证5以上。最终选用最后坯料300mm。2.3 坯料的材质原料的材质首先是要保证材料符合国家规定或冶金部规定的对该钢种提出的化学成分的要求。在选择中厚板坯料的化学成分时应注意：第一，有害元素尽可能
37、的低；第二，元素含量的上下限的范围应尽量小，特别是碳元素的含量；第三，非金属夹杂物含量应尽量少。2.4 原料表面的缺陷清理原料表面存在的缺陷，除较轻微的缺陷因其在加热过程中被氧化烧掉，不会影响钢板质量不需清理外，尺寸超过一定限度的缺陷都需采用某种方法将其出去，以免影响钢板质量或造成废品。表面清理的方法很多，常见的有火焰清理、风铲清理、砂轮清理、机床加工、电弧清理等。选择清理方法时，应考虑原料的钢种、加热和轧制的具体情况和对成品钢板表面质量的要求等。河理工大学06级成型课程设计 3轧机选择3 轧机选择轧钢机是完成金属轧制变形的主要设备，代表着车间的技术水平，是区别于其他车间类型的关键。因此，轧钢
38、车间主要设备选择就是指轧机的选择。轧机选择的是否合理对车间生产具有非常重要的影响。轧机选择的主要依据是：车间生产的钢材的钢种，产品品种和规格，生产规模的大小以及由此而确定的产品生产工艺过程。对轧钢车间工艺设计而言，轧钢机选择的主要内容是：确定轧钢机的结构形式，确定其主要技术参数，选用轧机的架数以及布置方式。在选择轧钢机时一般要考虑下列各项原则：1. 在满足产品方案的前提下，使轧机布置合理，既要满足当前生产又要考虑未来的生产发展。2. 有较高的生产效率和设备利用系数。3. 能获得质量良好产品的同时还要尽可能多地轧制多品种。4. 有利于轧机机械化，自动化的实现，有助于改善劳动条件。5. 轧机结构型
39、式先进合理，操作简单，维修方便。6. 有良好的综合技术经济指标。3.1 轧机类型及其布置的比较生产中厚板的轧机型式很多。按机架结构分类，可分为二辊式、三辊劳特式、四辊式、复合式及万能式几种。按机架布置分类，可分单机架，并列式和顺列式双机架等几种。3.1.1 中厚板轧机形式有四种常用于中厚板生产的轧机：二辊可逆式轧机、三辊劳特式轧机、四辊逆式轧机和万能式轧机。目前，四辊可逆式轧机应用较为广泛。1870年美国投产了世界上第一台四辊可逆式轧机。它是由一对小直径工作辊和一对大直径支持辊组成，由直流电机驱动工作辊，轧制过程与二辊可逆式轧机相同。它具有二辊可逆轧机生产灵活的优点，又由于有支持辊使轧机辊系的
40、刚度增大，产品精度提高。而且因为工作辊直径小，使得在相同轧制压力下能有更大的压下量，提高了产量。这种轧机的缺点是四辊可逆轧机将要求有更高的厂房，这些增大了投资。图1 四辊可逆式轧机轧制过程示意图（a）第一道轧制 （b）第二道轧制1 支持辊 2 工作辊3.1.2 中厚板轧机的布置中厚板车间的布置形式有三种，即单机座布置、双机座布置和半连续或连续式布置。单机座布置形式的产品质量比较差，轧辊寿命短，产品规格范围受到限制，产量也比较低；双机座布置形式的产品的表面质量、尺寸精度和板形都比较好，还延长了轧辊使用寿命；半连续或连续式布置形式的产品厚度和宽度都受到限制，不能轧制要求产品。故采用双机座布置形式。
41、双机架轧机有两个工作机座，第一架为粗轧机，第二架为精轧机。它不仅能选择粗轧和精轧最有利的轧制速度，更重要的是可以选择不同的轧辊材料。以钢轧辊低速粗轧，可以改善咬入条件，增大压下量，使轧制总道次减少，从而提高生产率。3.2 中厚板轧机选择3.2.1 新型轧机精轧机架采用的新技术：1) 采用了连续可变凸度（CVC）和垂直面双轴承座工作辊弯辊系统（WRB）配合的板形控制技术，可实现板凸度和板平直度的综合控制，有利于提高钢板的成材率和厚度的均匀性。2) 采用了多功能厚度控制技术。如高精度多点式设定模型、厚度液压自动控制（AGC）（包括：高响应液压AGC、监控AGC、绝对AGC技术等）、近距离布置的射线
42、测厚仪，可以生产变厚度（LP）钢板。当今新型热轧板带轧机主要有：HC轧机、CVC轧机、PC轧机、F2CR轧机等。从国外情况来看，目前热轧钢板轧机选型用的最多的还是CVC轧机与PC轧机两种机型，其中CVC轧机采用高次曲线有利于控制板凸度，控制能力强，轧机结构简单，易改造，能实现自由轧制，操作方便，投资较少。而且已被用于中厚板生产。CVC(Continuously Variable Crown)轧机具有较好的轧制质量应用广泛6。CVC轧机是SMS公司在HCW轧机的基础上于1982年研制成功的。近年来广为采用的CVC轧机是德国技术和其他国家专利的结合物，它被世界各国认为是一个能对辊型进行连续调整的理想设备。CVC辊和弯辊装置配合使用可调凸度达600微米，CVC精轧机组的配置一般是前几个机架采用CVC辊主要控制凸度，后几个机架采用CVC辊主要控制平直度。3.2.2 轧机选择本次设计经过综合对比和实际考察并结合设计目的和产品大纲要求，轧机具体的数据如下：1. 粗轧机：类型:四辊可逆