型材

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简述
型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料通过轧制、挤出、铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。这类材料具有的外观尺寸一定，断面呈一定形状，具有一定的力学物理性能。型材既能单独使用也能进一步加工成其他制造品，常用于建筑结构与制造安装。机械工程师可根据设计要求选择型材的具体形状、材质、热处理状态、力学性能等参数，再根据具体的尺寸形状要求将型材进行分割，而后进一步加工或热处理，达到设计的精度要求。型材的材质、规格尺寸等可参照相应的国家标准。 
生产特点
型材生产具有如下特点：
(1)品种规格多。已达万种以上，而在生产中，除少数专用轧机生产专门产品外，绝大多数型材轧机都在进行多品种、多规格生产。
(2)断面形状差异大。在型材产品中，除了方、圆、扁钢断面形状简单且差异不大外，大多数复杂断面型材（如工字钢、H型钢、Z字钢、槽钢、钢轨等）不仅断面形状复杂，而且互相之间差异较大，这些产品的孔型设计和轧制生产都有其特殊性；断面形状的复杂性使得在轧制过程中金属各部分的变形、断面温度分布以及轧辊磨损等都不均匀，因此轧件尺寸难以精确计算和控制，轧机调整和导卫装置的安装也较复杂；另外复杂断面型材的单个品种或规格通常批量较小。上述因素使得复杂断面型材连轧技术发展难度大。
(3)轧机结构和轧机布置形式较多。在结构形式上有二辊式轧机、三辊式轧机、四辊万能孔型轧机、多辊孔型轧机、Y型轧机、45°轧机和悬臂式轧机等。在轧机布置形式上有横列式轧机、顺列式轧机、棋盘式轧机、半连续式轧机和连续式轧机等。 
分类
型材常见的分类方法主要有以下5种：
(1)按生产方法分类
型材按生产方法可以分成热轧型材、冷弯型材、冷轧型材、冷拔型材、挤压型材、锻压型材、热弯型材、焊接型材和特殊轧制型材等。
(2)按断面特点分类
型材按其横断面形状可分成简单断面型材和复杂断面型材。简单断面型材的横断面对称、外形比较均匀、简单，如圆钢、线材、方钢和扃钢等。复杂断面型材又称为异型断面型材，其特征是横断面具有明显凸凹分支。因此又可以进一步分成凸缘型材、多台阶型材、宽薄型材、局部特殊加工型材、不规则曲线型材、复合型材、周期断面型材和金属丝材等等。
(3)按使用部门分类
型材按使用部门分类有铁路用型材（钢轨、鱼尾板、道岔用轨、车轮、轮箍）、汽车用型材（轮辋、轮胎挡圈和锁圈）、造船用型材（L型钢、球扁钢、Z字钢、船用窗框钢）、结构和建筑用型材（H型钢、工字钢、槽钢、角钢、吊车钢轨、窗框和门框用材、钢板桩等）、矿山用钢（U型钢、槽帮钢、矿用工字钢、刮板钢等）、机械制造用异型材等。
(4)按断面尺寸大小分类
型材按断面尺寸可分为大型、中型和小型型材，其划分常以它们分别适合在大型、中型和小型轧机上轧制来分类。大型、中型和小型的区分实际上并不严格。另外还有用单重（kg/m）来区分的方法。一般认为，单重在5 kg/m以下的是小型材，单重在5～20 kg/m的是中型材，单重超过20 kg/m的是大型材。 
生产工艺
开坯
开坯的慨念有两个含意：初轧开坯和二次开坯。初轧开坯是将炼钢生产的少数几种重量大的钢坯经过初轧机，轧成铜材轧机所需要的大钢坯。二次开坯是将断面士的初轧坯进一步轧成小钢坯，供给成材轧机。开坯工艺流程，如图1所示。
加热、轧制
加热的目的是降低金属的变形抗力，提高金属的塑性，改善组织性能。型材轧制分为粗轧、中轧和精轧。粗轧的任务是将坯料轧成适用的雏形中间坯。在粗轧阶段，轧件温度较高，应该将不均匀变形尽可能放在粗轧孔型轧制的阶段。中轧的任务是使轧件迅速延伸，接近成品尺寸。精轧是为保证产品的尺寸精度，延伸量较小。成品孔和成前孔的延伸系数一般分别为1.1～1.2和1.2～1.3。
现代化的型钢生产对轧制过程通常有以下要求：
(1)一种规格的坯料在粗轧阶段轧成多种尺寸规格的中间坯。型钢的粗轧一般都是在两辊孔型中进行。如果型钢坯料全部使用连铸坯，从炼钢和连铸的生产组织来看，连铸坯的尺寸规格是愈少愈好，最好是只要求一种规格。而型钢成品的尺寸规格却是愈多，企业开拓市场的能力就愈强。这就要求粗轧具有将一种坯料开成多种规格坯料的能力。粗轧既可以对异型坯进行扩腰扩边轧制，也可以进行缩腰缩边轧制。其较典型的例子是用板坯轧制H型钢。
(2)对于异型材，在中轧和精轧阶段尽量多使用万台孔型和多辊孔型。由于多辊孔型和万能孔型有利于轧制薄而高的边，并且容易单独调整轧件断面上各部分的压下量，可以有效地减少轧辊的不均匀磨损，提高尺寸精度。
(3)型钢连轧，由于轧件的断面截面系数大，不能使用活套。机架问的张力控制一般是采用驱动主电机的电流记忆法或者是力矩记忆法进行。
(4)对于大多数型钢，在使用上一般都要求低温韧性好和具有良好的可焊接性，为保证这些性能，在材质上就要求碳当量低。对这些钢材，实行低温加热和低温轧制可以细化晶粒，提高材料的机械性能。在精轧后进行水冷，对于提高材料性能和减少在冷床上的冷却时间也有明显好处。
精整
型材的轧后精整有两种工艺，一种是传统的热锯切定尺，定尺矫直工艺，另一种是较新式的长尺冷却、长尺矫直、冷锯切工艺。
型材精整，较突出之处就是矫直。型材的矫直难度大于板材和管材，原因是：其一在冷却过程中，由于断面不对称和温度不均匀造成的弯曲大；其二是型材的断面系数大，需要的矫直力大。由于轧件的断面比较大，因此矫直机的辊距也必须大，矫直的盲区大，在有些条件下，对钢材的使用造成很大影响，例如：重轨的矫直盲区明显降低了重轨的全长平直度。减少矫直盲区，在设备上的措施是使用变截距矫直机，在工艺上的措施就是长尺矫直。