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1、毕业设计（论文） 题 目 年产70万吨棒材车间工艺设计 学 院 专业班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师 职称 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、
2、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得
3、的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日摘要I摘要本设计为年产70万吨棒材车间工艺设计。品种为圆钢和螺纹钢的小型棒材厂，设计中选择16mm的圆钢作为典型产品进行该车间的设计。本设计采用全连续轧制生产工艺，全线共有轧机18架，其中粗轧机6架，中轧机6架，精轧机6架，终轧最大轧制速度为16m/s。采用主要工艺流程为选定坯料加热除
4、鳞轧制（粗、中、精轧）冷却（水冷、风冷）打捆检查入库 。棒材以定尺交货，横列式、半连续式、全连续式各种轧机都可以进行生产。采用全连续式平立交替布置轧机，以保证产量且减少事故。本设计以设计任务书要求为指标，首先论述了棒材的发展概况和市场需求，然后选择典型产品的产品大纲的制定、轧机的选择、孔型系统的选择及典型产品的孔型设计、力能参数的计算及校核、辅助设备的选取、车间布置等。关键词：型钢棒材 孔型设计 车间设计 工艺流程重庆科技学院本科生毕业论文 ABSTRACTABSTRACTThis is the technology design for producing 700,000 tons of h
5、ot rolled bar workshop per year.Round steel with diameter of 16 mm is chosen as typical product of the workshop to be designed. And we carry out national standard during the production We use continuous rolling technology ，there is 18 mill in common ,6 for roughing mill ,6 for medium mill ,6 for fin
6、ishing mill . The largest end mill speed is about 16m/s .This paper also analyzed the contemporary rod production in China. A series of problems to be solved are put forward. The design bases on the design paper, which firstly states the development. The necessity and possibility of setting up a pla
7、nt are also discussed. Then the design is set out in certain procedures, mainly including the making of product outline, choosing mills, choosing pass system, designing of pass in typical products force and energy parameters calculating and checking, auxiliary equipment, choosing workshop arrangemen
8、t.Keywords：bar；pass design；workshop design；technological process目录目录摘要IABSTRACTII一 绪论11.1国内棒材生产研究现状11.1.1产能高11.1.2生产设备参差不齐11.1.3管理水平逐年提高21.1.4高质量、高附加值的经济线材少21.2国外棒材生产研究现状21.3棒材生产技术发展现状31.3.1无头轧制技术31.3.2热送热装和感应加热的应用31.3.3低温轧制31.3.4棒材的高精度轧制41.3.5高速剪切技术41.4棒材生产的目的和意义4二 产品大纲52.1产品大纲的确定要求及内容52.1.1产品的标准52
9、.1.2产品大纲编制时应注意的问题52.1.3产品方案的主要内容52.1.4产品质量62.2产品大纲62.3坯料选择7三 典型产品及其轧制工艺研究93.1典型产品93.2钢中各元素的作用：93.3轧制工艺对钢材组织、性能的影响103.4常规工艺轧制条件下HRB335的组织133.5化学元素对HRB335CCT曲线的影响13四 生产工艺流程154.1棒材轧制生产工艺的制定154.1.1制定生产工艺的原则154.1.2生产工艺流程图154.2生产工艺的过程174.2.1坯料表面预处理174.2.2坯料加热174.2.3钢材的轧制184.2.4钢材的冷却与精整19五 轧机选择与轧辊参数215.1轧钢
10、机的选择原则215.2轧机型式对比选择215.2.1开式机架215.2.2闭式机架215.2.3半闭口机架225.2.4平立可转换轧机225.3轧机布置选择比较235.3.1横列式轧机235.3.2顺列式布置的轧机245.3.3连续式布置的轧机245.3.4横列式轧机与连续式轧机的比较：245.4轧辊参数确定255.4.1轧辊材质的选择255.4.2轧辊各个参数的确定265.4.3轧辊轴承275.4.4轧辊的调整机构28六 辅助设备的选择296.1选择原则296.2加热设备296.2.1入炉设备296.2.2出炉设备296.2.3炉型的选择306.2.4炉子尺寸的计算316.3导位、活套设备3
11、26.3.1导卫装置326.3.2活套装置326.4剪切设备的选择326.4.1飞剪机1#326.4.2飞剪机2#336.4.3倍尺剪3#346.4.4定尺剪4#346.5冷床的选择356.6堆垛机356.7打捆机35七 孔型系统的选择与设计377.1孔型设计理论377.1.1孔型设计的内容377.1.2孔型设计的基本原则要求377.1.3孔型设计的一般步骤387.2孔型系统的选择387.2.1延伸孔型系统387.2.2精轧孔型系统407.2.3孔型系统的排列407.3孔型的设计计算407.3.1典型产品与道次计算407.3.2孔型延伸系数分配与校核427.3.3轧制各道次面积和尺寸的确定43
12、7.3.4成品孔型（K1）的设计457.3.5成品前椭圆孔型（K2）设计477.3.6成品再前孔（K3）设计477.3.7箱型孔的设计487.3.8椭圆孔的设计497.3.9圆形孔的设计50八 轧制节奏图表与产量计算538.1计算各机架轧辊工作直径:538.1.1箱型孔型中轧辊的工作直径：538.1.2椭圆孔型轧辊工作直径：538.1.3圆形孔型轧辊工作直径：538.2咬入角的计算538.3前滑值的计算548.3.1摩擦系数的选择548.3.2中性角的计算548.3.3前滑值的计算548.4轧辊转速及电机速度的确定548.5轧制节奏图表558.5.1各机架道次轧制间隙时间568.5.2总间隙时
13、间：578.5.3轧制总延续时间：578.6轧钢机产量的计算578.6.1轧钢机产量概述578.6.2轧钢机产量的计算588.7车间年产量的计算59九 力能参数的校核619.1轧制温度的计算619.1.1轧制道次中的温度变化的影响因素619.1.2各道次轧制温度的确定629.2轧制力能计算及轧辊校核639.2.1平均单位压力的计算639.2.2总轧制压力计算649.2.3轧制力矩的计算659.2.4附加摩擦力矩的计算669.2.5空转力矩的计算669.2.6静力矩的计算679.2.7等效力矩的计算：679.2.8电动机功率的计算：679.2.9轧辊校核68十 车间工艺平面布置7310.1车间平
14、面布置7310.2设备间距的确定7310.2.1加热炉到第一架轧机距离的确定7310.2.2轧机间距的确定7410.2.3水冷区域的确定7410.2.4制动裙板74结论75参考文献77致谢79一 绪论一 绪论在现代社会的国民生产中，棒材作为钢铁产品的组成部分，即便是在当前国际经济危机的大环境下，由于我国采取扩大内需，建设基础设施，鼓励发展房地产业的政策，棒材的生产仍然十分重要。由于钢铁材料的用途十分广泛，不论农业、工业、国防建设，都需要有质量优良，品种齐全，数量足够的钢铁，因此钢铁工业的发展有着非常重要的意义1。工业发展的历史表明，钢铁工业是整个工业发展的基础，钢铁生产状况是衡量一个国家工业水
15、平的重要标志。我国是一个发展中国家，住房尚需大量发展，建筑用钢的需求在很长一段时间内都将是很高的。另外随着人民生活水平的提高，相应汽车用钢的需求也会越来越多。1.1国内棒材生产研究现状棒材生产线按工艺顺序包括加热炉区、粗轧区、中轧区、精轧区、冷床区、收集区组成2。钢铁材料以其所具有的特性较高的强度和韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来时期内仍将是重要的结构材料。随着我国汽车制造、电气机械、船舶制造工业的发展，板材、管材在钢材中所占的比例将逐渐提高，线棒材所占比例将有所下降，但其绝对值仍在上升。而且线棒材生产结构将发生很大的变化。一个轧钢车间不但要进行坯料到最终轧材的形状上的改变，而且要做到产
16、品的高质量、高产量、易操作、工作区域的简化3。我国目前线棒材生产有如下特点1。1.1.1产能高我国线棒材无论是轧机数量，还是产量均居世界第一位，而且其产量还在以较快速度增长(年平均增长速度为15%左右)，目前我国线棒材占钢材总产量的48%50%。与此同时，美国同期线棒材产量占钢材总产量的22%左右，日本同期线棒材产量占钢材总产量的27%左右，而且几年来产量相对平稳。因此我国线棒材无论是所占钢材总产量的比例还是绝对产量均高于美国和日本4。1.1.2生产设备参差不齐有关统计数据表明，棒材产量在国内钢铁生产总量中约占25%以上，且随社会的发展其需求量有增无减。但国内棒材生产线生产装备却有相当一部分是
17、20世纪70-80年代，有的甚至更早5。近年来我国小型轧机向连续化发展，线材生产则趋向采用高速线材轧机，到2002年6月底，全国共投产连续及半连续小型轧机70套，设计产能超过2100万t/a，其中国产化设备超过40%。到目前为止，全国共投产高速线材轧机约70台套(含线棒材复合轧机)，设计产能超过1700万t/a。国产化设备最高精轧速度可达90m/s。与此同时，我国目前尚有一些落后的小型线材轧机再生产。据调查，约有40%的小型型钢(线棒材)生产线属于落后淘汰设备，约30%的落后线材生产线应被淘汰。1.1.3管理水平逐年提高近年来，我国线棒材厂总体生产管理水平不断提高，一般连续小型及高速线材轧机投
18、产后2年左右即能达到或超过设计产量。2000年以后，不少小型线材轧机的成材率达到97%，一些实行负偏差轧制的轧机，成材率约在98%以上。另外，由于注重产品质量的提高，开发了400MPa级带肋钢筋。并且，不少企业努力增加硬线生产比例，特别是在扩大高强度低松弛预力钢丝、钢绞线生产份额，改善冷墩钢质量，扩大产品规格上采取了多项措施。最近新投产的几套高速线材轧机，可提供525 mm线材，直径公差达0.1mm，椭圆度达0.14mm，可满足不同用户的需求3。1.1.4高质量、高附加值的经济线材少金属制品是高速线材的深加工产品，其使用价值优于热轧产品，可节约金属30%40%。据统计，发达国家金属制品的产量已
19、占线材产量的50%70%。我国虽然线材产量占钢材总产量的21.9%(居世界第一位)，可用于金属制品的只占线材产量的30%，很多高质量要求的产品仍靠进口。今后我国棒材生产应着重开发和消化吸收的技术和工艺有：无头轧制工艺、高精度轧制技术、棒材低温轧制技术、控制冷却工艺、自动控测技术、TMCP 技术、在线热处理技术等1。尽管近年来棒材质量较80年代有了新的发展与提高，但发展还是极不平衡的。小型棒材一直是我国消费量最大的钢材品种，并且一直以较高速度增长，近20年来，小型棒材产量占钢材的总产量的23.5% 27.7%。我国现有先进轧机产能仅为需求量的一半。国内棒材厂家也都清楚地看到目前的市场形势，纷纷加
20、大改造或新建力度，增加产量、改进工艺、提高质量4。1.2国外棒材生产研究现状国外棒材生产工艺的发展集中在工艺的短流程、轧材性能的高品质化、品种规格的多样化、控制手段的智能化等方面6。近30年来，日本、美国、欧洲等合金结构钢的合金化与冶炼、压力加工工艺有了很大的发展，主要体现在微合金或合金化、二次精练与连铸、控轧控冷等方面7。从1970年开始，炼钢工艺的变化主要为：铁水预处理以降低钢水中磷、硫和硅的含量，钢包精练加钙脱硫以提高DWTT和夏比冲击能。由于铁水预处理及炉外精练技术的发展与日益成熟，使得转炉流程在特殊钢生产方面发挥了重要作用。目前合金结构钢中小型棒材趋于向高速化、连续化和自动化的方向发
21、展8。国外生产合金结构钢中小型轧机有三种类型：第一种是横列式或多列式轧机；第二种是采用活套式无张力轧制的瑞典式轧机；第三种是连续式轧机9。全球钢材市场竞争十分激烈形势下，钢铁企业要想在市场竞争中处于不败之地，谁有最低的成本，谁有最好的质量，谁就有了制胜的法宝。在运用新技术、新方法来实现对标挖潜、降本增效、提高产品质量方面，轧钢生产企业在进行大量的投资改造中。如何在现有工艺基础上走出利用最少投资，取得最大效益的新路子是目前所有钢材生产企业面临的难题。1.3棒材生产技术发展现状棒材现有的生产工艺和品种规格来看与国外同行相比仍处于相对劣势，为此国内生产工艺必须进行技术改造，其发展方向应是：1.采用先
22、进的工艺和技术，缩小与国内先进连轧生产线的差距，达到国际先进水平。2.应用冶铸轧短流程生产技术，使轧制工艺与前后工序形成连续化、紧凑化、节能化和可持续发展。3.应用高精度轧制技术，提高产品质量10。棒线材车间布置形式经历了从单机架、棋盘式、跟踪式和半连轧式，发展到了目前广泛应用的全连续式。设备也从二辊、三辊式轧机发展到了悬臂式和平立可互换的短应力线轧机7。其生产技术也发展到以下技术：1.3.1无头轧制技术无头轧制与常规轧制相比，生产效率提高12%16%，生产成本降低25%3.0%8。定尺率接近100%，金属收得率提高约1%。从轧件品质分析，因为轧制时仅存在着一个头部，所以能明显减少轧件纵向尺寸
23、和性能不均现象。1.3.2热送热装和感应加热的应用随着连铸技术的日趋完善，已经实现了无缺陷铸坯的连续生产，这就使热送热装、感应加热和连铸连轧成为现实。1.3.3低温轧制此技术被广泛应用在普碳及低合金结构钢的生产中。低温轧制是利用金属在再结晶温度以下进行塑性加工能使晶粒得到细化的原理，生产出具有更高的力学性能、更好的表面质量和更优越工艺性的轧件，避免了传统离线热处理工序，节能降耗效果非常明显。1.3.4棒材的高精度轧制高性能轧机的应用使轧制精度大大提高，其中最有代表性的是Kocks/Danieli的RSM机组。3架3辊缝自动控制设备，实现了对圆、方、六角、角、槽和扁钢产品在较宽尺寸范围内尺寸公差
24、的严格控制。1.3.5高速剪切技术圆盘式高速飞剪机的问世不但使常规生产方式下线材头和尾的自动剪切得以实现，并能将切掉部分做碎断处理，避免了精整区人工切头尾和取样操作，并能配合ECR或EWR生产方式做轧件切断处理。高速飞剪机在微机控制下，能精确控制切头尾长度和线卷重量，目前最大剪切速度已达140m/s。1.4棒材生产的目的和意义从我国的棒材发展史可以看出，我国热轧带肋钢筋的生产水平不断提高，普通钢筋从低碳钢、低合金钢向微合金钢发展，预应力钢筋从强度偏低、松弛较大向高强度、低松弛的钢绞线、钢丝发展，同时，冷加工钢筋的发展趋向是：冷拔钢丝、冷拉钢筋从广泛采用到被淘汰出局，而作为细直径的冷轧钢筋和冷轧
25、扭钢筋，仍将是普通钢筋的一种补充，它们的存在与发展，取决于其产品的质量、价格和售后服务，它们将通过市场机制与细直径的热轧带肋钢筋进行竞争7。棒材广泛用于被广泛用于民用建筑、高层建筑、重点工程：机场、港口、高速公路、桥梁、电厂等建设，是一种非常重要的钢材。型钢生产在轧钢车间生产中占有重要的地位，据不完全统计，目前我国每年生产的型材占钢材生产总数量的50%左右，因此，掌握型钢生产理论与工艺，对提高型钢产品质量和精度，开发新品种、新工艺、新设备，完善生产自动化和计算机控制技术，具有很大的现实意义。在本设计中，自动化程度极高，从坯料上料到成品，一线全部自动化，无需人工操作。坯料选用连铸坯取代初轧钢坯，
26、提高了成材率，简化了工艺过程，降低了生产成本。同时，设计采用全连轧生产线，缩短了轧制周期，提高了轧机产量、轧制精度和成品质量，降低了成本。并且在轧制的精轧部分采用平立辊交替轧制，减少轧制事故的发生，提高了生产效率。79二 产品大纲二 产品大纲2.1产品大纲的确定要求及内容2.1.1产品的标准国家有关部门根据产品使用上的技术要求和生产部门可能达到的技术水平，制定了产品标准。按照制定的权限与使用范围的不同、产品标准可分为国标、冶标、企标等。产品标准一般包括以下内容：1规格标准：规定产品的牌号、形状、尺寸及表面质量，并且附有使用供参考的有关参数等。2性能标准：规定产品的化学成分、物力机械性能、热处理
27、性能、晶粒度、抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊的性能要求等。3试验标准：规定作实验时的取样部位、试样形状和尺寸、试验条件以及实验方法等。4交货标准：规定产品交货、验收时的包装、标志方法及部位等。2.1.2产品大纲编制时应注意的问题1满足国民经济发展对轧制产品的需要，特别要根据市场信息解决某些短缺产品的供应和优先保证国民经济重要部门对于钢材的需要6。2考虑各类产品的平衡，尤其是地区之间产品的平衡。要正确处理长远与当前、局部与整体的关系。做到供求适应、品种平衡、产销对路、布局合理。3考虑轧机生产能力的充分利用和建厂地区产品的合理分工。有条件的要争取轧机向专业化和产品系列化方向发展，以利提高轧机的生产技
28、术水平。4考虑建厂地区资源及钢材的供应条件，物资和材料等运输的情况，逐步完善和配套起独立的轧钢生产体系。5做到产品结构和产品标准的现代化，有条件的要考虑生产一些出口产品，走向国际市场.2.1.3产品方案的主要内容1车间生产的钢种和生产的规模；2各类产品的品种和规格；3各类产品的数量和其在总产量中所占的比例等。2.1.4产品质量1圆钢按下列国家标准组织生产、进行检验和交货：GB700-88：碳素结构钢GB/T699-1999：优质碳素结构钢GB3077-1999：合金结构钢GB/T6478-2001：冷镦和冷挤压用钢GB1222-84：弹簧钢其中产品尺寸精度应满足GB/T702-86中I组允许偏
29、差，具体数值为：直径公差：2030mm0.30mm3150mm0.40mm5180mm0.60mm椭圆度：2040mm不超过直径公差总值的50%。4180mm不超过直径公差总值的70%。弯曲：每米不超过2.5mm，总弯曲不超过棒材全长的0.25%。定尺长度误差：60mm。2螺纹钢筋按国家标准GB1499-98组织生产、进行检验和交货。3成品交货状态成品棒材以直条成捆状态交货。棒材定尺长度：612m每捆棒材重量：20004000kg4打捆道次6m棒材捆3道；69m棒材捆4道；912m棒材捆5道；2.2产品大纲近年来，随着我国经济的高速发展，对棒材特别是热轧带肋钢筋的需求量很大。但是我国棒材生产线
30、基本大量生产普碳钢等经济价值不高的产品，优质棒材产量存在严重不足，所以，棒材在我国的市场潜力非常大，广泛用于建筑工程、机械结构、汽车零件制造等方面。所以本次设计中，产品多为高附加值产品。产品大纲制定原则：1满足市场和国民经济发展对产品的要求。产品大纲的编制根据国内外市场短期和长期对产品数量、质量和品种等方面的需要，同时，兼顾国民经济各部门情况，即考虑当前的需要，又考虑将来发展的需要。2产品的平衡。产品大纲的编制应考虑国内外钢厂生产的布局和配套以及出口的问题。3建厂地区的条件、生产资源、自然条件、运输条件、投资等的可能性。在进行产品大纲的编制时，要以以上三点作为依据，全面考虑，三者不可偏废。该车
31、间设计生产的产品主要有：圆钢、热轧带肋螺纹钢筋、方钢、扁钢等。具体产品大纲见表2.1：表2.1棒材车间产品大纲序号产品名称产品规格/mm代表钢种执行标准年产量/t比例/%1圆钢1240Q235GB/T 702、GB 13013、GB/4 1499.170000102124045700001031240AM356000841240BL3ML452800045124020CrMo5600086热轧带肋螺纹钢筋1240HRB335HRB400GB/T 1499.2350000507方钢1414161618185050Q235GB/T 7027000010合计700000100该棒材车间设计为年产70
32、万t的钢材，产品规格为螺纹钢1240mm，圆钢1240mm，都以热轧直条状态交货，定尺长度为6mm12mm，具体的长度根据客户的要求确定。2.3坯料选择目前，轧钢生产用坯有三种：即用连铸坯、钢坯、钢锭。钢锭是炼钢生产的最终产品，也是钢材生产的原料。钢锭质量的优劣、重量的大小及钢锭的类型对钢材产品生产有很大的影响。钢锭经开坯轧制成不同规格的钢坯。可根据不同的产品特点，选择与成品钢材形状相近似的钢坯。连铸坯是直接将钢水铸成轧机所需要的各种规格和断面形状的钢坯的生产过程，省去了初轧生产过程。随着冶炼技术的不断发展，连铸和棒材轧机之间的连接的合理优化，从连铸坯考虑采用较大的断面，大连铸坯在连铸过程中有
33、利于夹杂物上浮，更能保证质量，同时，在压缩比一定的情况下，较大断面的连铸坯有利于生产更大规格和产品质量更好的钢材。三种原料比较如下表2.2所示：表2.2轧钢生产各种原料比较原料种类优点缺点使用条件钢锭不用初轧开坯，可直接轧制成材金属消耗大，成材率低，中间不能进行清理，压缩比小，产量低仅特殊用途轧机用钢锭作原材料，大部分钢锭要经初轧机、中型开坯轧机或锻压机轧成各种钢坯钢坯压缩比大，可中间清理，故产量大。钢种不受限制，成材率高需要初轧开坯，使工艺和设备复杂。能耗和产品成本提高，比用连铸坯金属消耗大得多，成材率低大型钢铁联合企业以及生产品种较多的各种车间连铸坯金属消耗少，成材率可提高612%，不用初
34、轧，缩短工艺流程，可节能降耗，降低成本钢种受到一定限制（主要用于镇静钢），压缩比较小，对有些产品受到限制，另外连铸坯规格较少，不适用于多品种小批量生产的要求，连铸工艺要求严格适合于大、中、小多类钢铁企业，生产品种较少，毗连较大的情况；适用于压缩比要求不特别严格的产品通过上述比较，本设计选用连铸坯作为生产原料。三 典型产品及其轧制工艺研究三 典型产品及其轧制工艺研究3.1典型产品近年来，我国建筑业发展迅速，致使国内对热轧带肋螺纹钢筋用钢的需求量大大提高，所以典型产品选择HRB335热轧带肋螺纹钢筋。其化学成分如表3.1所示：表3.1HRB335钢的化学成分标准C（%）Si（%）Mn（%）P（%）
35、S（%）GB1499-19980.170.250.400.801.201.600.0450.045内控0.180.230.400.701.201.500.0400.040注：HRB335生产时钢的化学成分必须符合内控规定。控制C含量满足：0.38%（C+Mn）%0.52%。从而保证钢筋的焊接性能。3.2钢中各元素的作用：C：碳对钢的影响十分的显著，碳含量提高可以大幅度提高钢的强度，但同时也使钢的塑性和韧性下降，C对性能的影响主要是对组织的影响，C对钢的显微组织和性能有重大影响，对缓冷后钢的显微组织的影响是：在亚共析钢范围内，随着碳含量的增加，铁素体相对减少，珠光体相对量增加；达到共析钢时，全部
36、为珠光体；在过共析钢范围内，随着碳含量的增加，先共析渗碳体相对量增加，珠光体相对量减少。因此，C含量的控制应在一个合适的范围内。Mn：锰是炼钢过程中必须加入的脱氧剂，用以去除溶于钢液中的氧。它还可以把钢液中的FeO还原成铁，并形成MnO。锰除了脱氧作用外，还有除硫作用，与钢液中硫结合生成MnS，从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。锰对碳钢的机械性能有良好的影响，它能提高钢的强度和硬度，当锰含量不高时（低于0.80%），可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性。锰提高强度的原因是它溶入铁素体而引起固溶强化，并使钢材在冷却时得到层片较细、强度较高的珠光体，在相同冷却条件下共同完成光体的相对量增加。
37、此外，锰还可以深入渗碳体中，形成（Fe，Mn）3C。Si：硅在炼钢过程中也是必须加入的脱氧剂，可以去除溶于钢中的氧，可把钢中的FeO还原成铁，形成SiO2，碳钢中的硅含量一般小于0.50%，它是钢中的有益元素，硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用，显著提高钢的强度和硬度，但是含量较高时，使钢的塑性和韧性下降。由于硅是非碳化物形成元素，在钢中不形成碳化物，而是固溶于铁素体中，造成强烈的固溶强化效应，可显著提高钢的弹性极限和屈强比，使钢的屈服强度增加超过抗拉强度的增加，从而导致钢筋的屈服强度偏高，钢筋的屈强比偏高。S：硫是钢中的有害元素，它是炼钢过程中由矿石和燃料带到钢中来的杂质，硫只能溶于钢液中，
38、在固态铁中几乎不能溶解，而是以FeS夹杂的形式存在于固态钢中。硫最大的危害是引起钢在热轧时开裂，这种现象称为热脆。原因是由于FeS的严重偏析，即使钢中的硫不算高，也会出现（Fe+FeS）共晶，钢在凝固时，共晶组织中的铁依附在先共晶相铁晶体上生长，最后把FeS留在晶界处，形成离异共晶。（Fe+FeS）共晶的熔化温度很低（989）而热加工的温度一般为11501250，这时位于晶界上的（Fe+FeS）共晶已经处于熔融状态，从而导致热加工时开裂，如果钢中的氧含量也高，还会形成熔点更低的（940）Fe+FeO+FeS，其危害性更大。防止热脆的方法是钢中加入适量的Mn，形成，MnS熔点为1600高于热加工
39、温度，并在高温下具有一定的塑性，不会产生热脆。此外，含硫量高时，还会使钢铸件在铸造应力作用下产生热裂纹。在焊接时产生SO2气体，使焊缝产生气孔和缩孔。但是硫可以提高切削加工性能。P：一般来说，磷是有害的杂质元素，它是由矿石和生铁等炼钢原料带入的。无论是在高温，还是在低温，磷在铁中具有较大的溶解度，所以钢中的磷一般固溶于铁中。磷具有很强的固溶强化作用，它使钢的强度、硬度显著提高，但剧烈的降低钢的韧性，尤其是低温韧性，称为冷脆，磷的有害影响主要在于此。但是，在一定条件下磷也有一定的有益作用，它可以提高钢的切削加工性能。其它元素如Cu、O、H 等对钢材性能也有较大的影响，但在实际生产中能控制在要求的
40、范围内，因此，不是重点控制的元素。3.3轧制工艺对钢材组织、性能的影响钢材的组织与化学成分有很大的关系，化学成分不同，在相同的轧制工艺条件下，会得到不同的组织。但是，一旦化学成分确定以后，影响钢材组织的主要因素就是轧制工艺。轧制工艺中，对组织影响的主要因素是轧制温度和冷却制度，HRB335在热加工状态下的组织通常为奥氏体，在轧制、冷却过程中由于温度变化的不同，会转变为不同的组织，因此，轧制温度不同、冷却速度不同，会得到不同的钢材组织，也会得到不同的力学工艺性能。在不同的轧制温度和冷却速度下，可能得到铁素体a、珠光体P、贝氏体B或马氏体，具体情况可以看C-曲线。HRB335的C曲线如图3.1。图
41、3.1HRB335的C曲线在不同的冷却条件下，得到的组织。如图3.1，阴影部份为铁素体形成区，标有P、B的区域分别为珠光体形成区和贝氏体形成区，当冷却曲线从某区域穿过，必定形成该组织。从图3.1看，如180的冷却曲线，得到组织为75%的铁素体和25%的珠光体。如228的冷却曲线，得到约45%的铁素体、约17%的珠光体和约26%的贝氏体，如果冷却速度过快，还会得到马氏体组织。组织不同，性能有很大的差异，各种组织对钢材性能的影响如下：1铁素体：铁素体是热轧带肋钢筋里的十分重要的基本相，它是碳溶于铁中的间隙固溶体，为面心立方晶格，以晶粒的形式存在于钢中，铁素体的性能与纯铁基本相同，铁素体为软韧相，它
42、和钢材组织中其他相相比，硬度和强度较低，但延伸率好，韧性也较好。但是铁素体的强度还与铁素体的晶粒有关系，晶粒越小，强度高且塑性、韧性也好。通常铁素体相的性能大致范围如下：抗拉强度：176274MPa屈服强度：98166MPa延伸率：3050%断面收缩率：7080%冲击韧性 160200J/cm2硬度 HB：50802珠光体：片状珠光体是热轧带肋钢筋中的一个重要相，珠光体是由铁素体和渗碳体（渗碳体是铁与碳形成的间隙化合物Fe3C，含碳量为6.69%）交替成片状组织，当在A650温度较高的条件下，片间距的大小通常为 0.61.0m，珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差，其机械性能主要取决于珠光体片
43、间距，硬度和强度随珠光体的片间距的缩小而增大，在塑性变形时，基本在铁素体内部发生，渗碳体层则有阻止滑移的作用，滑移的最大距离就等于片间距，片间距越小，铁素体和渗碳体的相界面越多，对位错运动阻碍越大，因而厚度和强度都提高，珠光体塑性也随片间距的减小而增大，这是由于片间距越小，铁素体和渗碳体越薄，从而使塑性变形能力增大。不同的温度范围会形成不同片间距的珠光体，当在650600的温度范围内形成的珠光体组织其片间距较细，约为0.250.30m，只有在高倍光学显微镜下才能分辨出铁素体和渗碳体的片层形态，这种细片状珠光体又称为索氏体。当转变温度更低，在600550之间时，形成的珠光体片间距更细，只有0.1
44、00.15m，只有在电子显微镜下才能区分，这种极细的珠光体又称为索氏体。珠光体还有粒状珠光体，在此不作过多的阐述。珠光体的机械性能大体如下：抗拉强度：1000MPa屈服强度：600MPa延伸率：10%断面收缩率：1215%硬度HB：2413贝氏体：同珠光体类似，贝氏体也是由铁素体和碳化物组成的机械混合物，在转变过程中发生碳在铁素体中的扩散，但贝氏体的组织形态又和珠光体不同。贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体，上贝氏体的形成温度高，铁素体晶粒和碳化物颗粒较粗大，碳化物呈短杆状平行分布在铁素体板条之间，铁素体和碳化物分布有明显的方向性，这种组织状态使铁素体条间易产生脆断，在400550温度区间形成的上贝
45、氏体不但硬度低，而且冲击韧性差，所以在材料中一般应避免上贝氏体组织形成。下贝氏体中铁素体细小而均匀分布，而且在铁素体内又沉淀析出细小、多量而弥散的碳化物，故位错密度很高。因此，下贝氏体不但强度高，而且韧性也好，具有良好的综合机械性能，一些研究结果表明，下贝氏体比回火高碳马氏体具有更高的韧性、较低的缺口敏感性和裂纹敏感性。4马氏体：当钢的冷却速度过快，奥氏体还未来得及转变为代它组织，就形成了马氏体，马氏体是碳在Fe 中过饱和的间隙固溶体，钢中马氏体有两种类型的结构，一种是含碳量低的钢中出现的体心立方，另一种是含碳量较高的钢中出现的体心正方。钢中的马氏体有两种基本形态，一种是板条状马氏体，又称为低碳型马氏体，另一种