煉鋼
煉鋼爐
為了生產(chǎn)鋼鐵，工廠使用以下兩種工藝之一：堿性氧氣爐（BOF）或電弧爐（EAF）。
堿性氧氣爐（BOF）
堿性氧氣爐是將高爐中的廢料（25％至30％）和鐵水（75％至70％）的混合物暴露于高速吹入熔池中的氧氣的過程。這樣的爐可以是頂吹的，底吹的或兩者的組合。基本原理在所有情況下都是相同的；氧氣與不需要的元素結(jié)合形成氧化物，這些氧化物要么作為氣體離開熔池，要么進(jìn)入熔池頂部的爐渣層。這是一個(gè)非常高的生產(chǎn)率過程。典型的220噸熱量可以在45分鐘或更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。
堿性氧氣爐（BOF）
電爐（EAF）
當(dāng)今廣泛使用的另一種煉鋼工藝是電爐。爐膛裝料通常是100％的廢料，電弧被用作精煉過程的熱源。電爐通常不用于深沖鋼或超輕型鋼，因?yàn)樗鼰o法將鐵屑中常見的殘留元素含量降低到所需的低水平。但是，在精心選擇的地方，可以提供高質(zhì)量的廢料；在電爐中生產(chǎn)的鋼可以滿足許多應(yīng)用的要求。
鑄造，熱軋和酸洗
一旦鋼的熱量達(dá)到所需的化學(xué)和溫度要求，便放出煉鋼爐，并將鋼水倒入鋼包中。可以在單獨(dú)的容器（例如脫氣機(jī)）中對(duì)鋼進(jìn)行額外的處理，以微調(diào)其性能，然后進(jìn)行鑄造。
連鑄
連鑄過程是通過一個(gè)連續(xù)操作將鋼包中的鋼水轉(zhuǎn)變?yōu)榘迮鳌?/span>將鋼水從鋼包倒入連鑄機(jī)頂部的中間包或保溫容器中。將從中間包中計(jì)量出的鋼計(jì)量入水冷卻的開放式模具中進(jìn)行初始固化，然后在大量的軋輥和導(dǎo)向設(shè)備的支持下將其從中取出。隨著鋼緩慢通過連鑄機(jī)，鋼從熔融狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)板坯形式。從鋼水到板坯的轉(zhuǎn)化只需數(shù)分鐘即可完成，而不是幾天。該過程使板坯具有出色的質(zhì)量屬性，并且具有很高的能源利用率和成本效益。
熱軋機(jī)
板坯雖然從連鑄機(jī)或板坯軋機(jī)上還是在加熱后或在重新加熱后仍然很熱，但通過軋制包括熱軋機(jī)的一系列粗軋和精軋機(jī)架可以減小厚度并大大延長(zhǎng)。帶鋼通過一系列機(jī)架，每個(gè)機(jī)架由四個(gè)或六個(gè)垂直堆疊的卷組成。接觸帶材的兩個(gè)輥稱為工作輥，對(duì)工作輥施加均勻壓力的較大輥稱為支撐輥。機(jī)架同步，以補(bǔ)償材料拉長(zhǎng)和規(guī)格降低時(shí)不斷提高的速度。在制造錫軋機(jī)產(chǎn)品或其他輕軌距產(chǎn)品時(shí)，板坯進(jìn)入厚度為7-1 / 2至9英寸的熱軋帶鋼廠，并被還原成厚度約為0.070至0.10英寸的熱軋帶，現(xiàn)已成為卷材形式。
酸洗和上油
接下來，必須清除熱軋帶材上的熱軋過程中形成的氧化物。該過程稱為酸洗，使熱軋帶材通過一系列裝有稀鹽酸或硫酸的罐。在去除氧化物之后，酸洗單元隨后沖洗鋼帶，干燥鋼帶，給鋼帶上油以防銹并添加潤(rùn)滑劑以進(jìn)行進(jìn)一步處理，并反沖鋼帶，所有這些都以連續(xù)操作的方式進(jìn)行。
冷軋和退火
冷軋機(jī)
現(xiàn)在必須進(jìn)一步將熱軋的酸洗和上油的帶子壓成更輕的規(guī)格。這是在串聯(lián)冷軋機(jī)上進(jìn)行的。這些軋機(jī)由一系列5或6個(gè)機(jī)架組成，串聯(lián)4或6高輥。當(dāng)帶鋼通過軋機(jī)時(shí)，它會(huì)不斷減少。裝入冷軋機(jī)的熱軋帶鋼可以減小到0.006英寸的標(biāo)稱規(guī)格，大約減少80％。離開冷軋機(jī)的產(chǎn)品被適當(dāng)?shù)胤Q為“全硬”。這種狀態(tài)下的材料太硬或太硬而無法成型，必須對(duì)其進(jìn)行退火（即軟化）以獲得所需的強(qiáng)度和可成型性。
箱式退火和連續(xù)退火
在對(duì)冷軋機(jī)進(jìn)行退火或軟化之前，必須清洗整個(gè)硬卷，以清除冷軋機(jī)上使用的所有軋制和冷卻液。當(dāng)帶材通過堿性浴時(shí)，以電解方式進(jìn)行清潔。清潔可以在單獨(dú)的設(shè)備上進(jìn)行盒式退火，也可以作為連續(xù)退火線的一部分進(jìn)行。
對(duì)于較軟的回火，箱式退火（或分批退火）是通過將清洗過的線圈放入箱式退火爐中來完成的。線圈被堆疊在底座上，被爐子覆蓋，密封，然后暴露于精心控制的溫度循環(huán)和大氣環(huán)境中。將線圈緩慢加熱到特定溫度，在該溫度下保持預(yù)定時(shí)間，然后冷卻。循環(huán)的溫度和持續(xù)時(shí)間都是決定線圈最終性能的關(guān)鍵因素。
在連續(xù)退火線中，將完整的硬卷解開，并連續(xù)輸送通過清洗帶材，加熱到指定溫度，在指定時(shí)間段內(nèi)保持該溫度的裝置，然后冷卻帶材并反沖。該周期以分鐘為單位，而不是批量退火過程的天數(shù)。由于加熱周期短，該工藝最適合于剛性更高的強(qiáng)度規(guī)格。連續(xù)退火的鋼在整個(gè)卷材中表現(xiàn)出非常均勻的性能。
平整機(jī)
單還原產(chǎn)物上改善平坦度和形狀的2臺(tái)，4-高回火軋機(jī)加工，賦予最終所需剛度（或回火），并賦予期望的表面紋理或完成的材料。
更具體地說，在回火機(jī)中，最終量規(guī)的減小幅度不超過其原始厚度的1-1 / 2％。這種最小的減少確保了形狀和機(jī)械性能（即硬度）在規(guī)格范圍內(nèi)，并且消除了后續(xù)成型過程中的不連續(xù)屈服或開槽。另外，通過在回火軋機(jī)上使用變化粗糙度的輥，可以使鋼的光潔度或表面質(zhì)地從非常光滑到非常粗糙。材料的表面處理由客戶指定，并且會(huì)因產(chǎn)品的最終用途和最終用戶的制造過程而異。
雙冷軋機(jī)
對(duì)于通常低于0.0077英寸的錫軋機(jī)量規(guī)，采用了三步生產(chǎn)程序，其中包括冷軋，退火和第二冷軋至最終量規(guī)。此類產(chǎn)品無法在常規(guī)的5機(jī)架或6機(jī)架串聯(lián)軋機(jī)上生產(chǎn)，因?yàn)槌Ｒ?guī)熱軋帶規(guī)會(huì)要求過高的減量。雙還原軋機(jī)通常是2機(jī)架或3機(jī)架，4輥高軋機(jī)，大部分還原都在第一機(jī)架中進(jìn)行。可以使用箱式退火或連續(xù)退火，后者使成品強(qiáng)度稍高。根據(jù)所需的最終性能，第二次還原的量將在原始厚度的約15％到35％之間變化。這些鋼具有高強(qiáng)度，但具有足夠的可成型性以制造罐。
軋輥研磨熱軋和冷軋機(jī)中使用的軋輥必須承受軋制所涉及的高負(fù)荷，高溫和變形，同時(shí)還要對(duì)帶鋼進(jìn)行精心控制的形狀和表面光潔度。在常規(guī)加工到接近最終尺寸之后，通過在計(jì)算機(jī)控制的輥磨機(jī)中進(jìn)行精密研磨來精加工軋輥（根據(jù)應(yīng)用可以是鑄鐵，鑄鋼或鍛鋼）。磨削操作為輥筒提供適當(dāng)?shù)男螤睿槠浔砻嫣峁┧璧募y理（粗糙度）。對(duì)于具有比通過研磨可得到的表面更粗糙的輥，將鑄鐵或鋼丸噴丸處理作為最終精加工操作。
物理冶金概述
原子鍵
材料的特性可能與原子級(jí)鍵的性質(zhì)有關(guān)。從化學(xué)上講，鍵合的類型以三種基本方案發(fā)生。
離子鍵的產(chǎn)生是由于正負(fù)電荷原子或離子的相互吸引。由于這些吸引力相對(duì)較強(qiáng)，因此在外力作用下原子幾乎沒有運(yùn)動(dòng)，并且最終效果是材料是非延性或脆性的。材料的例子是鹽和陶瓷。
當(dāng)來自原子的電子被幾個(gè)原子共享時(shí)，就會(huì)發(fā)生共價(jià)鍵合。鍵的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，并且可能相對(duì)較弱（如有機(jī)分子的情況），或者非常強(qiáng)（如鉆石的情況）。聚合材料通常屬于此類。
當(dāng)具有正離子核的原子與任何數(shù)量的原子共享電子時(shí)，就會(huì)發(fā)生金屬鍵。電子很容易移動(dòng)，因?yàn)樗鼈冃纬呻娮印霸啤被颉皻怏w”。
晶體結(jié)構(gòu)
金屬是發(fā)生金屬鍵合并且原子以規(guī)則的重復(fù)晶體結(jié)構(gòu)排列的材料。幾何重復(fù)圖案在一個(gè)元素之間可能有所不同，但是重復(fù)圖案保持一致。這種重復(fù)模式的結(jié)果是，原子排列在平行平面中，這些平行平面在受到外力時(shí)有效地彼此“滑動(dòng)”。這種滑動(dòng)是金屬的“延展性”特征。當(dāng)原子平面可以相對(duì)輕松地滑動(dòng)時(shí)，該金屬被認(rèn)為是易延展的或柔軟的。當(dāng)原子平面遇到滑動(dòng)障礙時(shí)，金屬被認(rèn)為是脆性或堅(jiān)硬的。通過控制影響金屬平面滑動(dòng)的因素，可以更改金屬的屬性。
控制機(jī)械性能的方法
如前所述，金屬變形的難易程度與它們?cè)谠铀缴辖?jīng)歷“滑移”的能力有關(guān)。有幾個(gè)因素會(huì)影響飛機(jī)滑行的能力。三個(gè)常見因素是：
晶粒尺寸 - 晶粒是具有規(guī)則平行平面圖案的晶體。邊界存在于平面方向改變的地方。這些不連續(xù)性定義了晶粒的邊界，并且還充當(dāng)了“滑移”的障礙。晶界面積越大（晶粒直徑越小），抗滑移或變形的能力就越大，并且材料越硬。制造過程中的熱處理（熱軋，退火）是用來影響晶粒尺寸的方法。
固溶硬化 -每個(gè)元素的原子大小都不同。在鋼的情況下，用錳原子代替鐵原子會(huì)導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)變形，從而使“滑動(dòng)”更加困難。這種作用是通過合金化或鋼的“化學(xué)”來控制的。
加工硬化 -由于在金屬變形過程中發(fā)生打滑，因此晶體結(jié)構(gòu)的變形使進(jìn)一步打滑變得越來越困難。這種效果有時(shí)稱為“冷加工”。雙重還原錫板的高拉伸性能是這種“冷加工”機(jī)制的一個(gè)很好的例子。