煉鋼爐

為了生產鋼鐵，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合形成氧化物，這些氧化物要么作為氣體離開熔池，要么進入熔池頂部的爐渣層。這是一個非常高的生產率過程。典型的220噸熱量可以在45分鐘或更短的時間內產生。

堿性氧氣爐（BOF）

電爐（EAF）
當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，因為它無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，可以提供高質量的廢料；在電爐中生產的鋼可以滿足許多應用的要求。

鑄造，熱軋和酸洗

一旦鋼的熱量達到所需的化學和溫度要求，便放出煉鋼爐，并將鋼水倒入鋼包中。可以在單獨的容器（例如脫氣機）中對鋼進行額外的處理，以微調其性能，然后進行鑄造。

連鑄
連鑄過程是通過一個連續操作將鋼包中的鋼水轉變為板坯。將鋼水從鋼包倒入連鑄機頂部的中間包或保溫容器中。將從中間包中計量出的鋼計量入水冷卻的開放式模具中進行初始固化，然后在大量的軋輥和導向設備的支持下將其從中取出。隨著鋼緩慢通過連鑄機，鋼從熔融狀態轉變為固態板坯形式。從鋼水到板坯的轉化只需數分鐘即可完成，而不是幾天。該過程使板坯具有出色的質量屬性，并且具有很高的能源利用率和成本效益。

熱軋機
板坯雖然從連鑄機或板坯軋機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的一系列粗軋和精軋機架可以減小厚度并大大延長。帶鋼通過一系列機架，每個機架由四個或六個垂直堆疊的卷組成。接觸帶材的兩個輥稱為工作輥，對工作輥施加均勻壓力的較大輥稱為支撐輥。機架同步，以補償材料拉長和規格降低時不斷提高的速度。在制造錫軋機產品或其他輕軌距產品時，板坯進入厚度為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滑劑以進行進一步處理，并反沖鋼帶，所有這些都以連續操作的方式進行。

冷軋和退火

冷軋機
現在必須進一步將熱軋的酸洗和上油的帶子壓成更輕的規格。這是在串聯冷軋機上進行的。這些軋機由一系列5或6個機架組成，串聯4或6高輥。當帶鋼通過軋機時，它會不斷減少。裝入冷軋機的熱軋帶鋼可以減小到0.006英寸的標稱規格，大約減少80％。離開冷軋機的產品被適當地稱為“全硬”。這種狀態下的材料太硬或太硬而無法成型，必須對其進行退火（即軟化）以獲得所需的強度和可成型性。

箱式退火和連續退火
在對冷軋機進行退火或軟化之前，必須清洗整個硬卷，以清除冷軋機上使用的所有軋制和冷卻液。當帶材通過堿性浴時，以電解方式進行清潔。清潔可以在單獨的設備上進行盒式退火，也可以作為連續退火線的一部分進行。

對于較軟的回火，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和大氣環境中。將線圈緩慢加熱到特定溫度，在該溫度下保持預定時間，然后冷卻。循環的溫度和持續時間都是決定線圈最終性能的關鍵因素。

在連續退火線中，將完整的硬卷解開，并連續輸送通過清洗帶材，加熱到指定溫度，在指定時間段內保持該溫度的裝置，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。由于加熱周期短，該工藝最適合于剛性更高的強度規格。連續退火的鋼在整個卷材中表現出非常均勻的性能。

平整機
單還原產物上改善平坦度和形狀的2臺，4-高回火軋機加工，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，在回火機中，最終量規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械性能（即硬度）在規格范圍內，并且消除了后續成型過程中的不連續屈服或開槽。另外，通過在回火軋機上使用變化粗糙度的輥，可以使鋼的光潔度或表面質地從非常光滑到非常粗糙。材料的表面處理由客戶指定，并且會因產品的最終用途和最終用戶的制造過程而異。

雙冷軋機
對于通常低于0.0077英寸的錫軋機量規，采用了三步生產程序，其中包括冷軋，退火和第二冷軋至最終量規。此類產品無法在常規的5機架或6機架串聯軋機上生產，因為常規熱軋帶規會要求過高的減量。雙還原軋機通常是2機架或3機架，4輥高軋機，大部分還原都在第一機架中進行。可以使用箱式退火或連續退火，后者使成品強度稍高。根據所需的最終性能，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中使用的軋輥必須承受軋制所涉及的高負荷，高溫和變形，同時還要對帶鋼進行精心控制的形狀和表面光潔度。在常規加工到接近最終尺寸之后，通過在計算機控制的輥磨機中進行精密研磨來精加工軋輥（根據應用可以是鑄鐵，鑄鋼或鍛鋼）。磨削操作為輥筒提供適當的形狀，并為其表面提供所需的紋理（粗糙度）。對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鍵的性質有關。從化學上講，鍵合的類型以三種基本方案發生。

離子鍵的產生是由于正負電荷原子或離子的相互吸引。由于這些吸引力相對較強，因此在外力作用下原子幾乎沒有運動，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。

當來自原子的電子被幾個原子共享時，就會發生共價鍵合。鍵的強度會發生變化，并且可能相對較弱（如有機分子的情況），或者非常強（如鉆石的情況）。聚合材料通常屬于此類。

當具有正離子核的原子與任何數量的原子共享電子時，就會發生金屬鍵。電子很容易移動，因為它們形成電子“云”或“氣體”。

晶體結構
金屬是發生金屬鍵合并且原子以規則的重復晶體結構排列的材料。幾何重復圖案在一個元素之間可能有所不同，但是重復圖案保持一致。這種重復模式的結果是，原子排列在平行平面中，這些平行平面在受到外力時有效地彼此“滑動”。這種滑動是金屬的“延展性”特征。當原子平面可以相對輕松地滑動時，該金屬被認為是易延展的或柔軟的。當原子平面遇到滑動障礙時，金屬被認為是脆性或堅硬的。通過控制影響金屬平面滑動的因素，可以更改金屬的屬性。

控制機械性能的方法
如前所述，金屬變形的難易程度與它們在原子水平上經歷“滑移”的能力有關。有幾個因素會影響飛機滑行的能力。三個常見因素是：

1. 晶粒尺寸 - 晶粒是具有規則平行平面圖案的晶體。邊界存在于平面方向改變的地方。這些不連續性定義了晶粒的邊界，并且還充當了“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。

2. 固溶硬化 -每個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導致晶體結構變形，從而使“滑動”更加困難。這種作用是通過合金化或鋼的“化學”來控制的。

3. 加工硬化 -由于在金屬變形過程中發生打滑，因此晶體結構的變形使進一步打滑變得越來越困難。這種效果有時稱為“冷加工”。雙重還原錫板的高拉伸性能是這種“冷加工”機制的一個很好的例子。