不锈钢板材的生产工艺

不锈钢板材的生产工艺

摘要 本文依据合金的性能特点，在满足产品规格、性能的前提下，追求高质量、高精度，增加市场竞争力的设计思想指导下，采用国内外先进的生产设备和技术，提高生产率和成品率。确定了该产品的生产方案和主要设备，制定了该产品的生产工艺流程和变形前后尺寸。通过工艺计算校核了该产品的工艺规程并最终完成了该产品的工艺卡片的编制。

关键词 不锈钢；生产方案；工艺流程

1综述

1.1概述

1.1.1我国目前不锈钢生产情况

从20世纪50年代开始，世界不锈钢进入了大规模工业化生产阶段。半个多世纪以来，随着生产技术的不断进步和市场需求的不断增加，全世界不锈钢产量从1950年100万t增长到 2013年3726.8万t。而中国2013年不锈钢产量也达到约1800万吨，占全球总产量的48.3%。

自20世纪90年代以来，我国不锈钢供给一直远远不能满足需求，致使不锈钢材大量进口.进入21世纪之后，不锈钢制品行业正如我国钢铁行业一样得到了突飞猛进的发展，不锈钢市场需求量迅速增加， 巨大的市场需求推动许多企业纷纷新建或扩建不锈钢项目。截止2006年底，我国有一定规模并且符合国家产业政策的不锈钢热轧产能已达到1050万t左右。同时，还有近300万热轧产能正在建设中，随着这些项目的陆续投产和生产能力的不断发挥，尤其是2005～2006年，太钢、宝钢不锈钢工程相继投产，在很大程度上缓解了我国不锈钢供给不足的矛盾，使我国不锈钢产量和市场自给能力进一步得到提高。

太钢是中国最大的不锈钢生产基地，是国内最早研制、生产不锈钢的企业，太钢不锈钢生产始于20世纪60年代，最早是分别从前苏联和前西德引进的四辊中板轧机、炉卷带钢轧机和冷轧带钢生产线，以及自主开发的AOD炉和立式板坯连铸机。从1999年开始，太钢投资50亿元进行产品结构调整，先后完成了不锈钢系统改造和不锈钢冷轧薄板扩建两个项目。2003年改造和扩建工程结束之后，太钢形成年产100万t不锈钢的生产能力，成为国内最大、装备水平最先进、工艺流程最完整的不锈钢生产企业，进入世界不锈钢企业前八强【1】。2004年9月，国家发改委批准太钢新建150万t不锈钢工程，2006年9月29日该工程竣工投产，这标志着太钢已形成年产300万t(设计250万t)不锈钢的能力，成为全球不锈钢设备最先进、产能最大的不锈钢生产企业【2】。

1.1.2 不锈钢生产技术发展方向

不锈钢的发展为现代工业的发展和科技进步奠定了重要基础。不锈钢钢种繁多、性能各异，按其组织结构可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型钢等五大类。近年来，在世界不锈钢生产中，奥氏体不锈钢仍占主导地位，其比例平均为75 %，而在发达国家中，美国奥氏体钢的使用比例小于60 %，日本在60 %左右。从20世纪90年代中后期开始，我国不锈钢的主导消费领域发生了根本性转变，由需求量较少的单一制造业快速发展到轻工和民用等耐用消费品领域。然而，我国奥氏体不锈钢的生产和使用比例仍相当高，据有关资料显示，含镍比例高的300系不锈钢占不锈钢总产量的比例超过60 %，因为金属镍占其生产成本的70 %以上，所以金属镍的价格直接制约着不锈钢的生产和消费。而我国又是镍资源严重缺乏的国家，为了最大限度地降低对镍的依赖性【3】，各大企业正在加大铁素体不锈钢和双相不锈钢的研究力度和生产比例。

1.1.3本设计的目的和意义

本设计是不锈钢板材生产车间工艺设计。产品规格为：（4.0～25.0）×（1000～1450）mm，所用钢种全为不锈钢。

国内不锈钢产能在100万吨以上的仅有宝钢、太钢等为数不多的几个厂家，其产能远远不能满足日益增长的不锈钢消费需求。本设计针对国内镍资源紧张和铁素体不锈钢所占比例较小的现状，大力开发生产无镍或节镍类型的不锈钢，以缓解国内资源和市场压力；生产线采用先进工艺，生产具有较高市场竞争力的高附加值产品，为国内超强度不锈钢填补一项空白。

1.2车间概况

本着以上的设计指导思想，本车间由二个主要生产区及其辅助车间组成。

1.2.1 轧制区

轧制区的主要任务是为加热与轧制，通过加热炉加热再经过粗轧、精轧、分段、矫直、分段、冷却、翻板再通过输送辊道送到精整车间。

1.2.2 精整区

精整区的主要任务是对各种各样的产品进行处理，包括产品的划线、剪切、标志、成品包装入库。

1.2.3 辅助生产区

辅助生产区的主要任务是为主要生产区提供辅助性的服务，保证生产的顺利进行。如：原料堆放区、成品堆放区、中间产品堆放区、废料堆放区、主电室、机修车间、计算机控制室

2产品大纲确定

2.1产品大纲的确定

所谓产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产产品的名称，品种，规格，状态及年计划产量。 产品方案一般是在设计任务书中加以规定的，或由设计者深入调查统计提出方案，然后经主管部门批准确定，产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺【4】。

2.1.1 编制产品方案的原则

(1) 国民经济发展对产品的要求；

(2) 根据产品的平衡，考虑全国各地生产的布局加以平衡；

(3) 建厂地区的条件，生产资源，自然条件，投资等可能性。

2.1.2 本设计的产品方案

根据上述三条原则，在考虑当地的经济水平、自然条件、运输条件、消费水平以及周围地区的具体条件后，制定产品方案如下：

表2-1产品方案列表

2.2 典型产品的确定

2.2.1 典型产品选择的依据

车间拟生产的产品品种，规格及状态组合起来有数十种，数百种以上。但是，在设计中不可能对每种合金的每一品种，规格及状态都进行详细的工艺计算。为了减少设计工作量，加快速度，同时又不影响整个设计质量，可以将各类产品进行分类编组，从中选择典型产品作为典型产品。

选择典型产品有以下原则：

(1) 有代表性 将所有的各类产品进行分类编组，从每组中找出一至几种产量较大，产品品种，规格，状态，工艺特点等有代表性。因此可以从拟生产的所有合金品种中选出几种或十几种有代表性的产品。这些典型产品从全车间总体来说，在合金，品种，规格，状态，产量和工艺特点等方面有代表性。

(2) 产品通过所有工序 指所选的所有产品要通过各工序，但不是说每一种典型产品都通过各工序，而是对所有的典型产品综合来看的。若从拟生产的所有的产品中应有某工序，而典型产品不通过此工序，在此情况下，就要重新选典型产品。

(3) 所选的典型产品要与实际相接近 。

(4) 典型产品要留一定的调整余量。

2.2.2 本设计的典型产品

根据上述原则，确定车间典型产品，见表2-2。

表2-2典型产品列表

表2-3典型产品的化学成分（GB/T4237-92）

表2-4典型产品的力学性能（GB/T1220-92）

3 生产方案和生产工艺流程的确定

3.1 生产方案的制定

所谓生产方案量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。根据设计规模、产品的质量及经济技术指标的要求，考虑当地的具体条件，找出合理的生产方案【5】。

3.1.1 生产方案选择

对于中厚板钢的生产方式主要有:单机架轧制、双机架轧制以及连轧.

(1)单机架轧 在当前的中厚板生产中仍然占据着重要的地位,它可以为二辊式、三辊式、四辊式或万能式轧机.现代以四辊可逆轧机用的最多.它集中二辊和三辊劳特轧机的优点.降低了轧制力,又大大增强了轧机的刚性.因此,这种轧机适合于轧制各种尺寸的中厚板,尤其是宽度较大,精度和板形要求较严的中厚板,但是轧机的价格较高。

(2)双机架轧制 它是现代中厚板生产的主要形式。双机架是由单机架进一步发展而来，它把粗轧和精轧两个阶段的不同任务和要求分到两个机架上完成.其主要优点。:不仅轧机产量高,而且无论是表面质量还上尺寸精度或板形都较好，并延长了轧辊的使用寿命,缩短了换辊次数。

(3)半连轧与全连轧 采用此法生产的效率较高,但对宽度有一定的要求,采用连轧机生产中厚板一般要求宽度不能太大,而且使用本来可以轧制更薄的产品的轧机来生产较厚的中板,这在技术上和经济上一般说来是不太合理的.对于较厚的中板，轧制中用不着抢温保温，在一般单、双机架可逆式轧机上已可满足的产量质量要求，就不必专门采用昂贵的连轧机来进行生产。这可能是中厚板连轧机很少发展的主要原因。

3.1.2. 生产方案确定

综合个方面的因素，,现在的中厚板生产还多采用的是双机架轧机. 由于三辊劳特式轧机已经很落后，已经是被淘汰的设备。所以，现在的中厚板车间多采用二辊粗轧机加四辊精轧机。轧机布置采用顺列式。 过去不少中厚板生产轧机，在粗轧机之前还设有立辊，用以破碎氧化铁皮及辗轧板坯边部。旧式轧机上为破除氧化铁皮还有采用二辊除鳞机，实践表明其效果不大，故现已极少采用，一般都采用高压水除鳞.

3.2 生产工艺流程的制定

生产工艺流程就是把产品的生产工序按次序排列起来。确定车间生产工艺流程是工艺设计中的一个重要工作，它直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求。 合理的生产工艺流程应该是在保证完成设计任务书中规定的产量和质量的前提下，具有最低的消耗，最少的设备，最小的车间面积，最低的产品成本，并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展，具有良好的经济效果和较好的劳动条件。

3.2.1 制定生产工艺流程的主要依据有以下几点

（1）根据生产方案的要求 生产方案不同，主要的工序也就有很大的差别。因此，生产方案是编制生产工艺流程最主要的依据。

（2）根据产品的质量要求 为了满足产品技术条件的要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产品标准的要求是设计生产工 艺流程的基础。

（3）根据车间生产率的要求 由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。

板带材按规格一般可以分为三大类：4mm以上者为中厚板（其中4—20 mm者为中板，20--60 mm者为厚板，60 mm以上者为特厚板）；4.0—0.2 mm者为薄板；0.2 mm以下者为极薄带材或箔材。本设计中最大厚度为25 mm，最小厚度为8 mm，故本设计的生产工艺流程为中厚板钢材的生产工艺流程。 金属压力加工产品的工艺流程有共同性，大致可归纳几个主要工序：铸锭与坯料的准备；加热；轧制；轧制后冷却；热处理；精整。

3.2.2 典型产品的生产工艺流程

8×1200×8000mm板材的生产工艺流程 ：

连铸坯（170×700×900mm） 加热（1220℃） 除鳞（20Mpa高压水） 粗轧（170 33） 除鳞（20Mpa高压水） 精轧（33 8  860℃） ACC控冷（700℃） 十一辊矫直机矫直  分段、切头尾  空冷  人工检验 翻板 定尺剪切 检验 标志 包装入库。

3.2.3 生产工艺流程简介

连铸坯经过加热炉被加热到轧制温度后出炉，先经过粗轧除鳞箱，用高压水清除初生氧化铁皮。板坯除鳞后紧接着即送往板坯定宽压力机进行一道次的连续侧压，一次侧压到要求的宽度。随后，板坯进入带立辊的四辊可逆式粗轧机轧制3-5道次，轧成4050mm厚的中间坯，随后进入切头飞剪切去板坯头部，再经过精轧除鳞箱清理再生氧化铁皮，进入精轧机组进行轧制，轧成4.025.0mm的热轧板材。

3.2.4 工艺制度

（1）坯料准备。全部采用连铸坯，60%采用热装炉，40%冷装。350℃以下算冷装，热装温度为600℃左右。

（2）加热。选用步进梁式加热炉，加热炉上料辊道与连铸出坯辊道直接连接，另设冷坯输入辊道，现设1座加热炉，并预留1座加热炉位置。采用长行程装料机，便于在冷坯与热板坯交替时将高温板坯一次装入到炉内8m的深处，缩短高温板坯的在炉加热时间。炉分为三段式，预热段、加热段、军热段，预热段采取慢速加热，防止内外温差过大而导致热应力过大造成裂纹缺陷。当被加热到700800℃以后，金属的导热性和塑性显著提高，这是采取快速加热，加热速率为1824mon/cm，加热到1220℃，然后保温一段时间使内外温度达到一致在出炉。加热制度：1Cr18Ni9Ti加热到1220℃、2Cr13加热到1100℃、1Cr17加热到1020℃。

（3）除鳞。将钢板表面产生的炉生皮和次生铁皮除净以免压入表面产生缺陷，是保证表面质量的关键措施。铁皮的清除必须在轧制开始趁铁皮较热尚未压入表面且轧件表不大时进行。清除表面氧化铁皮的方法很多。实践表明，不用专门的除磷机架（二辊式或立辊式），单纯用投资少的高压水除磷箱及轧机前后的高压水喷头即可满足除磷的要求，其喷水压力对普碳钢为12MPa，对合金钢则需17MPa以上，甚至高达20MPa。本设计选择通过的高压水除鳞法，采用20Mpa的高压水除鳞。

（4）定宽压力机。最大侧压量350mm以上，可连续进行板坯侧压，运行时间短、效率高、板坯温降小，侧压后板坯头尾形状好，狗骨断面好，并且可以大幅度减少连铸供坯的宽度种类，有利于热装热送的实现。

（5）粗轧。板坯进入带立辊的四辊可逆式粗轧机进行轧制3-5道次，轧成4050mm厚的中间坯，开轧温度9601170℃。

本设计采用的是横轧-纵轧法理论上的设计计算, 考虑到本设计的产量及以后的发展，选择2640mm二辊可逆式粗轧机。选择电机功率为5000KW。主电机转速120r/min，轧机轧制速度为1.0～2.0m/s。 轧制间隙时间t的确定： 可逆式中厚板轧机道次之间的间隙时间取决于：轧辊由上一道的抛出转速逆转到下一道咬入转速的时间：完成轧辊压下的调整时间；轧件从轧辊间抛出再返回进入轧辊间的时间，包括轧件返回、回转90°、对正时间。所取最短间隙时间不得小于三者中最长的一种时间。间隙时间，在粗轧机上一般可取3～6s,精轧机上可取4～8s.

（6）除鳞 板坯经过粗轧后，表面被会被氧化，易产生氧化铁皮。为了保证轧件的表面质量，需将这层氧化皮去除。如前所述选择高压水除鳞法，采用20Mpa的高压水除鳞。

（7）精轧 粗轧和精轧的划分是没有明显的界限的，通常在双机架轧机上把一台称为粗轧机，第二台称为精轧机。此时两个机架道次的分配应该使起负荷相近，比较均匀。粗轧阶段主要任务是展宽和延伸，而精轧阶段的主要任务是质量控制和延伸，这主要包括板形控制、厚度控制、性能控制及表面质量控制。同选择粗轧机一样，考虑以后的发展选择2600四辊可逆式精轧机。主电机转速120r/min，而轧机转速80r/min。轧机轧制速度为2.2m/s。考虑到温降及轧机能力的限制，共精轧5道次，最后轧制出成品。

精轧后温度为938℃，符合终轧温度800～950℃的条件。

（8）控冷 控轧控冷是轧钢领域的一项新工艺，由于充分发挥钢的潜力，提高性能并且十分有效，实用而经济，因而深受欢迎。精轧完后，钢板钢板的温度还很高，因此必须对钢板进行控冷。对本次设计采用高密度集管层流冷却器（ACC?控冷系统），其中上表冷却器11组，下表冷却器16组，冷却速度为0～20℃/s，冷却流水量为0～3000立方米/小时。依据钢板的厚度，终轧温度适当开启冷却器组数，通过控制冷却水流量和辊道输送速度对钢板进行控制冷却。钢板的终冷温度应控制在780℃～680℃之间。船板、低合金板终冷温度应控制在730±30℃之间。

（9）矫直 为使板型平直，钢板在轧制后必须要进行矫直，由于变形不均匀，运输及其他因素的影响，致使轧制出来的钢板常常会出现波浪弯和瓢曲等缺陷，为此必须按标准进行矫正。本次设计采用十一辊矫直机进行矫直。矫直钢板厚度：6～60mm，宽度：1500～2500mm，矫直钢板屈服极限?≤600牛/平方毫米，开矫温度应在600～820℃范围之内，终矫温度不得低于550℃。矫直后要求：厚度为4～15mm的钢板的飘曲度≤10mm/m，厚度大于15mm的钢板的飘曲度≤5mm/m。

（10）空冷 此工序是在各种型式的冷床上将终轧及控冷、热矫直后的高温钢板冷却到150～200℃以下，以便于对钢板进行精整操作，中厚板厂采用的冷床型式有链式、圆盘式及步进式冷床三种，链式冷床虽然设备简单，但易造成板面刮伤；圆盘式及步近式冷床，由于钢板冷却均匀及不损伤板面，故近几年来趋于采用此两种冷床。

（11）检验 轧制出来的成品，必须要经过人工检验，检查表面质量。若发现表面有缺陷，则应在检验人员的知道下进行修磨

（12）翻板 通过翻板机将送过来的钢板翻转过来，以便可以更好的为下一步剪切做准备。

（13）分段 由于车间的厂房的长度有限,因此如果轧制出来的板太长，无法过跨，就必须先进行分段,切成所需要的长度,因此在矫直后必须进行分段处理。同时在这道工序还要切头尾,切成成品的长度，再送入下一道工序。

（14） 剪切 钢板检查后经过翻板进入剪切作业线，首先进行划线，随后定尺剪和切边。划线是由操作人员用卷尺、定尺规等或采用划线机爱钢板上划出切断位置。一般采用斜刃剪，近年来，为了减少剪切翘曲、提高剪切精度、发展了摆动式和滚剪切。将轧好的钢板按产品尺寸要求，切边，最后得到成品。

（15）人工验收 对定尺好的钢板进行人工验收，检查看其物理、化学性能能不能满足。及其力学性能能否保证。

（16）标识 剪切后的成品应逐块印制标志。采用自动喷标机喷标,标志内容应包括钢钟、规格、批号、生产日期、轧制序号、轧制班次及品牌、厂名、质量认可标志。

（17） 包装入库 钢板应按钢种、规格、批号、生产日期等成吊收集，吊运入库并做好成品台帐。同时钢板入库应堆放整齐，堆高不得大于2000mm，堆与堆之间距离为1000m，钢板成吊堆放时应做到单定尺板三面整齐、双定尺板四面对齐。

4 车间设备选择

4.1 主要设备选择

4.1.1 加热炉的选择

根据本设计的特点和实际生产情况，选用生产能力适中的进梁式加热炉。其性能参数如下：

a 炉膛尺寸

1#炉：35000mm×5200mm

2#炉：32000mm×5200mm

b燃料

焦炉、高炉混合煤气，煤气发热值要求：9614～11077KJ/N m3 。

c 加热炉生产能力：

1#炉45t/h、2#炉40t/h

d 加热炉汽化系统要求：

1#炉、2#炉汽包工作压力0.70?0.10MPa。水位应保持在水位仪20mm处。

4.1.2 粗轧机的选择

由于本设计的产量及考虑以后的发展，选择2640二辊可逆式粗轧机。其性能参数如下：

最大轧制力： 20000KN

最大轧制力矩： 1210KN.m

主电机功率： 5000KW

主电机转速： 120r/min

轧制速度： 1.0～2.0m/s

轧辊直径： 上、下辊； 980mm

轧辊辊身长度： 2640mm

轧机开口度： 350mm

压下速度： 14.28mm/s

压下螺丝（直径×螺距）： 500×25mm

4.1.3 精轧机的选择

同选择粗轧机一样，考虑以后的发展选择2600四辊可逆热轧精轧机【6】。 其性能参数如 最大轧制力： 35000KN

主电机功率：3000KW

主电机转数： 80r/min

轧制速度： 2.2m/s

轧辊直径：支撑辊： 980mm

工作辊： 2600mm

最大开口度： 300mm

液压压下缸最大行程： 80mm

4.2 辅助设备选择

4.2.1 矫直机的选择

采用十一辊矫直机其性能参数如下：

a) 矫直板厚度：6～60mm；

b) 矫直板宽度：1300～2500mm；

c) 矫直板屈服: 极限≤600N/

d) 矫直温度：开矫温度应在600～780℃范围 之内；终矫温度不得低于550℃。

e) 矫直道次一般为1～3次；

f) 矫直质量要求 ：矫直后,厚度为4～15mm的钢板的飘曲度 ≤10mm/m，厚度大于15mm的钢板的飘曲度≤5mm/m。并要求钢板应无压痕、划伤和波浪。

4.2.2 剪切机的选择

根据工艺和产品需要，选用斜刃剪切机。 斜刃剪切机的性能参数如下：

剪切速度：6次/min

上刃倾斜角： 4o15”

上下剪刃间隙： 0.15～0.40mm

切边每次最大进刀量50mm

切头尾每次最大剪切量： 150mm

剪切钢板最大厚度： 25mm

5制定生产工艺流程定额卡

5.1 制定生产工艺流程定额卡

生产工艺卡的主要内容是把生产工艺流程具体化并制定出各种消费定额。在设计中总是希望采用最少的工序、最适合的设备、最先进的技术和熟练的操作，以便获得高质量的产品、高的成品率和低的成本。这就要求设计人员必须深入实际 ，调查研究，获得充分的实际资料和数据，加以科学的分析，进行合理的设计【7】。

编制生产工艺卡片是为设备负荷计算，平衡设备，编制金属平衡表及技术经济指标提供依据。 在制定工艺卡片时，应特别注意几何损失废料和工艺损失废料（技术废品）的问题。几何废料是由于几何形状或边缘、头尾部的关系所造成的废料，它是加工过程中必不可免的，但如工序安排合理，生产组织的好就会减少。工艺废料主要是由于操作技术上或设备、工具上的缺陷或周围介质条件等原因而造成的，这种废料可以通过采取措施加以避免或减少到最低限度，不论哪种废料的产生都将导致成品率的下降。因此，在生产中要积极地采取有效措施减少废料和废品，提高成品率。

参考文献

[1] 王一德.太钢不锈钢生产技术的新发展[J].钢铁，2002，(6):65～67

[2] 胡松涛.太钢2250mm不锈钢热连轧生产线的工艺及设备[J].轧钢2006，(6):33～36

[3] A. Kumar, S.B. Singh and K.K. Ray, Mater Sci Eng 474A (2008) 270

[4] 温景林.《金属压力加工车间设计》.东北工学院.：冶金工业出版社，1996.5.

[5] 黄华清.《轧钢机械》,第一版.北京钢铁学院.：冶金工业出版社，1980.12．

[6] 武汉钢铁设计院.《轧钢机械参考资料(通用部分一)》,第一版.武汉钢铁设计院出版，1978.

[7] 北京钢铁设计研究院，包头钢铁设计研究院.《轧钢机械参考资料(通 用部分二)》，第一版.北京钢铁设计院,包头钢铁设计院出版，1978.

[8] 傅组铸.《有色金属板带材生产》,第一版.：中南大学出版社，2000.8.

致谢

本论文是在老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。计过程中，老师不断对我得设计进行修改和总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过设计生活的各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/eeea30922a160b4e767f5acfa1c7aa00b42a9dc4.html