冷轧工艺

概述1.1.冷轧薄钢板生产的发展历史钢的冷轧是19世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度20--25mm的冷轧带钢。美国1859年建立了25mm冷轧机，1887年生产出宽度为150mm的低碳钢带。1880年以后冷轧钢带生产在德国、美国发展很快，产品宽度不断扩大，并逐步建立了附属设备，如剪切、矫直、平整和热处理设备等，产品质量也有了提高。宽的冷轧薄板（钢带）是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。首先是美国早在1920年第一次成功地轧制出宽带钢，并很快由单机不可逆式轧制而跨入单机可逆式轧制。1926年阿姆柯公司巴特勒工厂建成四机架冷连轧机。原苏联开始冷轧生产是在30年代中期，第一个冷轧车间建在伊里奇冶金工厂，是四辊式，用单张的热轧板作原料。1938年在查波罗什工厂开始安装从国外引进的三机架1680mm冷连轧及1680mm可逆式冷轧机，生产厚度为0.5~2.5mm,宽度为1500mm的钢板。以后为了满足汽车工业的需要，该厂又建立了一台2180mm的可逆式冷轧机。1951年原苏联建设了一套2030mm全连续式五机架冷轧机，年产250万吨，安装在新利佩茨克。日本1938年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始冷轧薄板的生产。1940年在新日铁广厂建立了第一套四机架1420mm冷连轧机。我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单机架可逆式轧机，以后陆续投产了1200mm单机可逆式冷轧机，MKW1400mm偏八辊轧机、1150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机可逆式冷轧机等，70年代投产了我国第一套1700mm连续式五机架冷轧机，1988年建立了2030五机架全连续冷轧机。现在我国投入生产的宽带钢轧机有18套，窄带钢轧机有418套。在这30多年中，我国冷轧薄板生产能力增加了20多倍，生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢、合金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧板镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但随着经济建设的发展，无论在数量和品种质量上都远远满足不了经济建设的需要为此我们必须增建新轧机，改造现有冷轧机，大力发展冷轧生产。从世界上看：日本1960年冷轧板产量100万吨，而30年后的今天生产能力已达2000多万吨，增加了20倍。原西德1950年年产冷轧板16.3万吨，而11974年产达821.3万吨，增加了50多倍。冷轧薄板发展如此迅速的主要原因是：（１）钢材在热轧过程中的温降和温度分布不均给生产带来了难题，特别是在生产厚度小而长度大的薄板带产品时，冷却上的差异引起的轧建首尾温差往往使产品尺寸超出公差范围，性能出现显着异。当厚度小于一定限度时，轧件在轧制过程中温降剧烈，以至根本不可能在轧制周期之内保持热轧所需的温度。因此，从规格方面考虑，事实上存在一个热轧厚度下限。70年代初期，日、法、意、原西德等国曾致力于用热连轧精轧机组增加8、9几家来生产1mm和0.8mm的薄带。但实践证明,从产品质量和设备重量来说是不可行的。现代热连轧机，目前设计可能轧出最小厚度为1.2mm，但实际生产中很少生产1.8mm或1.5mm以上的热轧卷板。而冷轧则不存在热轧温降与温度不均匀的弊病，可以得到厚度更薄、精度更高的冷轧带钢和冷轧薄板。现代冷连轧宽带轧机和双机架二次冷轧可生产厚度为0.10~0.17mm的冷轧薄板,作为镀锡原板，即使不经二次冷轧也可生产0.2~0.35厚的冷轧钢板mm。多辊冷轧机或窄带钢冷轧机则可生产最薄达0.001mm的产品。一般0.15～0.38mm厚的板带为一般薄板，0.07~0.25mm厚的为较薄薄板,0.025~0.05mm厚的板带为极薄薄板，这些产品用热轧方法是不可能生产的。从厚度精度上看，现代热连轧厚度精度通常为±50µm，而现代冷连轧板厚精度高达±5µm，比热轧厚度精度高10倍。从板形方面看，热轧板带平直度为50I（1I单位＝10－5相对长度差），而冷轧板特别是现代化的宽带钢冷轧机轧制的带钢，其平直度能控制在5～20I以内。（2）目前热轧工艺技术水平尚不能使钢板表面在热轧过程中不被氧化，也不能完全避免由氧化铁皮造成的表面质量不良。因此热轧不适合于生产表面光洁程度要求很高的板带钢产品。热轧板表面粗糙度热轧状态下为20µm，酸洗后为25µm。而冷轧板表面清洁光亮，并可根据不同用途制造不同表面粗糙度的钢板。冷轧板按表面粗糙度分为3种：一种是无光泽的钢板，其表面粗糙度为3～10µm，一般适于用作冲压部件，并且当需涂喷刷漆时这种钢板的附着性较强；第二种是光亮板，其表面粗糙度大于0.2µm，这种钢板主要作为装饰镀铬用厚板等；第三种是压印花纹板，采用表面具有70～120µm凸凹的平整辊平整钢板，这种钢板用于仪表壳及家具装饰等。这样的表面质量热轧是无法满足的。（3）性能好、品种多、用途广。冷轧钢板的另一突出优点是性能好、品种多、用途广。通过一定的冷轧变形程度与冷轧后的热处理的恰当配合，可以在比较宽的范围内满足用户的需求。如汽车用薄板几乎全部须经冲压成形，这样深冲性能就成为薄板生产和使用的核心问题。冲压用钢的主要要求之一是具有占优势的有利织构{111}／（100）。热轧薄板的塑性应变比R仅可达到0.8～0.95，而冷轧第一代沸腾钢汽车板R为1.0～1.2，第二代08AL钢R为1.4～1.8，第三代冷轧汽车板R为1.8～2.8，这是热轧无法达到的。硅钢是机电工业的重要材料之一，主要用户是电机制造业和输变电事业制造业。能源价格上涨、能源危机，必然要求使用低能耗材料，所以60年代就开始淘汰能耗高的热轧硅钢片，代之以冷轧硅钢片。用10万吨冷轧无取向硅钢制作电机比用10万吨热轧硅钢制作电机，实测节能1.98亿kWh/a，电机运转10年就相当于节约一个20万kW的发电厂全年的发电量。而且用冷轧硅钢片生产36万kVA变压器其总重量是204吨，而用热轧硅钢片制造一台12万kVA变压器，其总重量为200吨。因此，用冷轧硅钢片代替热轧硅钢片具有重大的经济价值。冷轧还可以生产不锈钢板，用于家具和建筑装饰、化工工业等。近年来表面处理钢板有很大发展。以冷轧板为基板的各种涂层钢板品种繁多，用途极为广泛。由于上述原因，冷轧钢板的生产得到迅速发展。从产量左右上看，一般冷轧板产量约占轧材总产量的20％左右。工艺技术装备不断革新。早期的冷轧板轧制速度不到1m/s，而今已达41.6m/s。钢板的宽度1905年是406mm，1925年是914mm，而今最宽已达2337mm。钢卷重量也从几吨发展到60吨。一座现代化的冷轧厂年产量可以达到250万吨。1.2.冷轧薄钢板生产工艺流程冷轧板带钢的产品品种很多，生产工艺流程亦各有特点。具有代表性的冷轧板带钢产品是金属镀层薄板（包括镀锡板、镀锌板等）、深冲钢板。成品供应状态有板或卷或纵剪带形式，这主要取决于用户要求。各种冷轧产品生产流程如下图所示。问答题:1.冷轧板带迅速发展的原因2写出由热板至彩涂板的工艺流程第二章：冷轧板带钢生产2.1冷轧板带材生产工艺特点2.1.1薄板带材当厚度小于一定限度（例如小于1毫米）时，由于保温和均温的困难，热轧很难实现，并且随着钢板宽厚比的增大，在无张力的热轧条件下，要保证良好的板形也非常困难。采用冷轧方法可以较好的解决这些问题。冷轧生产可以提供大量高精度和性能优良的钢板和带材，同热轧相比，它具有以下优点：1.产品表面质量好，不存在热轧板带钢常常出现的麻点、压入氧化铁皮等缺陷。还能根据用户要求轧出不同的表面光洁度。2.过去的热轧法不能生产的极薄带材（最薄可达0、001毫米）。3.产品尺寸精确、厚度均匀、板形平直。4.产品性能好，较高的强度，良好的深冲性能等。5.可实现高速轧制和全连续轧制。2.1.2冷轧钢板和带钢的使用情况列于表2--12.1.2.1表面状态和表面光洁度冷轧板带具有良好的加工性和美观表面，多用作外用钢板和深冲钢板，因此必须避免表面缺陷。冷轧板带根据表面精整方法不同分成光面和毛面两种，表面精整的差别主要取决于平整辊的表面状态。毛面精整是使钢板表面具有微小的凹凸度（表面粗糙度R=2---8um），大部分钢板属于毛面（无光）精整，光面精整要求钢板表面光滑，具有金属光泽。表2－1冷轧钢板使用情况用途应用的例子特点汽车汽车挡泥板，门，盖，机罩，拖车顶板，顶盖，油盘，防撞器，油罩从门、车顶那样轻微变形的加工直到挡泥板、油盘那样大变形的加工，涉及范围广泛电器电冰箱，洗衣机，清扫车，照明器材，变压器电机磁芯比较多的使用平面板，即使有加工也是极其微小的办公用品及钢制家具桌子，椅子，柜，有锁橱陈列橱多使用平面板，要求板形好，尺寸偏差小建筑轻型型钢，煤气炉，煤油炉，翼片，加热器多需进行弯曲等简单加工，较多使用平面板，即使有加工也是极其微小的炉子的反射板还必须镀铬表面处理钢板镀锡板，镀锌板，彩色涂层板用作表面处理的厚板，使用较薄的钢板，彩色涂层板多采用镀锌板做基板，也有的用钢板直接着色涂料处理其它玩具，罐，锅罐，锅多用搪瓷板冷轧板带的尺寸精度包括厚度、宽度和长度，其偏差在国家标准中有规定。形状一般用平坦度、横向弯曲、直角度来表示，其允许值在标准中也有规定。2.1.2.3加工性能冷轧产品用途广泛，加工方法很多从简单的弯曲加工直到深冲加工。按加工性来分，有成形性（扩展性和深冲性）和形状型两种。2.1.2.4时效性能所谓时效现象就是金属和加工性能随着时间的推移而发生变化的现象。冷轧钢板有淬火时效和应变时效。一般发生时效时硬度和抗拉强度增大，延伸降低。2.1.2.5特殊的性能如搪瓷性能、耐蚀性、电磁性能和冲裁性。2.1.3冷轧板带钢的轧制工艺特点2.1.3.1加工硬化由于冷轧是在金属的再结晶温度以下进行的，故在冷轧过程中，板带必然产生加工和硬化。加工硬化带来的后果是：1）变形抗力增大，使轧制压力增大2）塑性降低，易发生脆裂。加工硬化超过一定程度后，轧件将因过分硬脆而不适于继续冷轧。因此钢板经冷轧一定道次后，往往要经软化处理（再结晶退火，固溶处理等），使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便继续轧薄。冷轧生产中，每次软化退火之前完成的冷扎工作成为一个“轧程”。在一定轧制条件下，钢质愈硬，成品愈薄，所需的轧程愈多。2.1.3.2冷轧中采用工艺冷却和润滑1)工艺冷却：冷轧过程中产生的剧烈变形热和摩擦热使轧件和轧辊温度升高，故必须采用有效的人工冷却。轧制速度愈高，压下量愈大，冷却问题愈显得重要。试验研究与理论分析表明，冷轧板带钢的变形功约有84－88％转变为热能，使轧件和轧辊温度升高。我们关心的是在单位时间内发出的热量即变形发热率q，以便采取适当措施及时排除或控制这部分热量。变形发热率是直接正比于轧制平均单位压力、压下量和轧制速度的。因此，采用高速、大压下的强化轧制方法将使发热率大为增加。如果此时所轧的又是变形抗力较大的钢种，如不锈钢、变压器硅钢等，则发热率就增加得更加剧烈。因此必须加强冷轧过程中的冷却，才能保证过程的顺利进行。水是比较理想的冷却剂。因其比热大，吸热率高且成本低廉。油的冷却能力比水差得多。因此大多数轧机都倾向于用水冷却。增加冷却液在冷却前后的温差也是充分提高冷却能力的重要途径。若采用高压空气将冷却液雾化，或采用特制的高压喷嘴喷射，可大大提高其吸热效果，并节省冷却液的用量。冷却液在雾化过程中本身温度下降，所产生的微小液滴在碰到温度较高的辊面或板面时往往即时蒸发，借助蒸发潜热大量吸走热量，使整个冷却效果大为改善。实际测温资料表明，即使在采用有效的工艺冷润的条件下，冷轧板卷在卸卷后的温度有时仍达到摄氏130－150度甚至还要高，由此可见在轧制变形区中的料温一定比这还要高。辊温的反常升高以及辊温分布规律的反常或突变均可导致正常辊型条件的破坏，直接有害于板形与轧制精度。同时辊温过高也会使冷扎工艺润滑剂失效（油膜破裂），使冷轧不能顺利进行。综上所述，为了保证冷轧的正常进行，对轧辊及轧件应采取有效的冷却与控温措施。2)工艺润滑冷轧中使用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力，这不但有助于保证在已有的设备能力条件下实现更大的压下，而且还可使轧机能够经济可行的生产厚度更小的产品。此外采用有效