冷轧工艺模板.doc
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1、概述1.1冷轧薄钢板生产发展历史钢冷轧是19世纪中叶始于德国,当初只能生产宽度20-25mm冷轧带钢。美国1859年建立了25 mm冷轧机,1887年生产出宽度为150mm低碳钢带。1880年以后冷轧钢带生产在德国、美国发展很快,产品宽度不停扩大,并逐步建立了隶属设备,如剪切、矫直、平整和热处理设备等,产品质量也有了提升。宽冷轧薄板(钢带)是在热轧成卷带钢基础上发展起来。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年阿姆柯企业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,
2、用单张热轧板作原料。1938年在查波罗什工厂开始安装从国外引进三机架1680mm冷连轧及1680mm可逆式冷轧机,生产厚度为0.52.5mm,宽度为1500mm钢板。以后为了满足汽车工业需要,该厂又建立了一台2180mm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,开始冷轧薄板生产。1940年在新日铁广厂建立了第一套四机架1420mm冷连轧机。中国冷轧宽带钢生产开始于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,MKW1400
3、mm偏八辊轧机、1150mm二十辊冷轧机和1250mm HC单机可逆式冷轧机等,70年代投产了中国第一套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。现在中国投入生产宽带钢轧机有18套,窄带钢轧机有418套。在这30多年中,中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。但伴随经济建设发展,不管在数量和品种质量上全部远远满足不了经济建设需要为此我们必需增建新轧机,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
4、30年后今天生产能力已达多万吨,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。冷轧薄板发展如此快速关键原因是:()钢材在热轧过程中温降和温度分布不均给生产带来了难题,尤其是在生产厚度小而长度大薄板带产品时,冷却上差异引发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。当厚度小于一定程度时,轧件在轧制过程中温降猛烈,以至根本不可能在轧制周期之内保持热轧所需温度。所以,从规格方面考虑,实际上存在一个热轧厚度下限。70年代早期,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薄带。但实践证实,从产品
5、质量和设备重量来说是不可行。现代热连轧机,现在设计可能轧出最小厚度为1.2mm,但实际生产中极少生产1.8mm或1.5mm以上热轧卷板。而冷轧则不存在热轧温降和温度不均匀弊病,能够得到厚度更薄、精度更高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0.100.17mm冷轧薄板,作为镀锡原板,即使不经二次冷轧也可生产0.20.35mm厚冷轧钢板。多辊冷轧机或窄带钢冷轧机则可生产最薄达0.001mm产品。通常0.150.38mm厚板带为通常薄板,0.070.25 mm厚为较薄薄板,0.0250.05mm厚板带为极薄薄板,这些产品用热轧方法是不可能生产。从厚度精度上看,现代热连轧
6、厚度精度通常为50m,而现代冷连轧板厚精度高达5m,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105相对长度差),而冷轧板尤其是现代化宽带钢冷轧机轧制带钢,其平直度能控制在520I以内(2)现在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表面质量不良。所以热轧不适合于生产表面光洁程度要求很高板带钢产品。热轧板表面粗糙度热轧状态下为20m,酸洗后为25m。而冷轧板表面清洁光亮,并可依据不一样用途制造不一样表面粗糙度钢板。冷轧板按表面粗糙度分为3种:一个是无光泽钢板,其表面粗糙度为310m,通常适于用作冲压部件,而且当需涂喷刷漆时这
7、种钢板附着性较强;第二种是光亮板,其表面粗糙度大于0.2m,这种钢板关键作为装饰镀铬用厚板等;第三种是压印花纹板,采取表面含有70120m凸凹平整辊平整钢板,这种钢板用于仪表壳及家俱装饰等。这么表面质量热轧是无法满足。(3)性能好、品种多、用途广。冷轧钢板另一突出优点是性能好、品种多、用途广。经过一定冷轧变形程度和冷轧后热处理合适配合,能够在比较宽范围内满足用户需求。如汽车用薄板几乎全部须经冲压成形,这么深冲性能就成为薄板生产和使用关键问题。冲压用钢关键要求之一是含有占优势有利织构111(100)。热轧薄板塑性应变比R仅可达成0.80.95,而冷轧第一代沸腾钢汽车板R为1.01.2,第二代08
8、AL钢R为1.41.8,第三代冷轧汽车板R为1.82.8,这是热轧无法达成。硅钢是机电工业关键材料之一,关键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,肯定要求使用低能耗材料,所以60年代就开始淘汰能耗高热轧硅钢片,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,电机运转就相当于节省一个20万kW发电厂整年发电量。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。所以,用冷轧硅钢片替换热轧硅钢片含有重大经济价值。冷轧还能够生产不锈钢板,用于家俱和建
9、筑装饰、化工工业等。多年来表面处理钢板有很大发展。以冷轧板为基板多种涂层钢板品种繁多,用途极为广泛。因为上述原因,冷轧钢板生产得到快速发展。从产量左右上看,通常冷轧板产量约占轧材总产量20左右。工艺技术装备不停革新。早期冷轧板轧制速度不到1m/s,现在已达41.6m/s。钢板宽度19是406mm,1925年是914mm,现在最宽已达2337mm。钢卷重量也从几吨发展到60吨。一座现代化冷轧厂年产量能够达成250万吨。1.2.冷轧薄钢板生产工艺步骤冷轧板带钢产品品种很多,生产工艺步骤亦各有特点。含有代表性冷轧板带钢产品是金属镀层薄板(包含镀锡板、镀锌板等)、深冲钢板。成品供给状态有板或卷或纵剪带
10、形式,这关键取决于用户要求。多种冷轧产品生产步骤以下图所表示。问答题:1. 冷轧板带快速发展原因2. 写出由热板至彩涂板工艺步骤第二章 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程度(比如小于1毫米)时,因为保温和均温困难,热轧极难实现,而且伴随钢板宽厚比增大,在无张力热轧条件下,要确保良好板形也很困难。采取冷轧方法能够很好处理这些问题。冷轧生产能够提供大量高精度和性能优良钢板和带材,同热轧相比,它含有以下优点:1. 产品表面质量好,不存在热轧板带钢常常出现麻点、压入氧化铁皮等缺点。还能依据用户要求轧出不一样表面光洁度。2.过去热轧法不能生产极薄带材(最薄可达0
11、、001毫米)。3.产品尺寸正确、厚度均匀、板形平直。4. 产品性能好,较高强度,良好深冲性能等。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含有良好加工性和美观表面,多用作外用钢板和深冲钢板,所以必需避免表面缺点。冷轧板带依据表面精整方法不一样分成光面和毛面两种,表面精整差异关键取决于平整辊表面状态。毛面精整是使钢板表面含有微小凹凸度(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,含有金属光泽。表21冷轧钢板使用情况用途 应用例子 特点汽车 汽车挡泥板,门,盖,机罩,拖车顶板,
12、顶盖,油盘,防撞器,油罩 从门、车顶那样轻微变形加工直到挡泥板、油盘那样大变形加工,包含范围广泛电器 电冰箱,洗衣机,清扫车,照明器材,变压器电机磁芯 比较多使用平面板,即使有加工也是极其微小办公用具及钢制家俱 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炉子反射板还必需镀铬表面处理钢板 镀锡板,镀锌板,彩色涂层板 用作表面处理厚板,使用较薄钢板,彩色涂层板多采取镀锌板做基板,也有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尺寸精度包含厚度、宽
13、度和长度,其偏差在国家标准中有要求。形状通常见平坦度、横向弯曲、直角度来表示,其许可值在标准中也有要求。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伴随时间推移而发生改变现象。冷轧钢板有淬火时效和应变时效。通常发生时效时硬度和抗拉强度增大,延伸降低。2.1.2.5特殊性能 如搪瓷性能、耐蚀性、电磁性能和冲裁性。2.1.3冷轧板带钢轧制工艺特点2.1.3.1加工硬化因为冷轧是在金属再结晶温度以下进行,故在冷轧过程中,板带肯定产生加工和硬化。加工硬化带来后果
14、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。加工硬化超出一定程度后,轧件将因过分硬脆而不适于继续冷轧。所以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,方便继续轧薄。冷轧生产中,每次软化退火之前完成冷扎工作成为一个“轧程”。在一定轧制条件下,钢质愈硬,成品愈薄,所需轧程愈多。2.1.3.2冷轧中采取工艺冷却和润滑1)工艺冷却:冷轧过程中产生猛烈变形热和摩擦热使轧件和轧辊温度升高,故必需采取有效人工冷却。轧制速度愈高,压下量愈大,冷却问题愈显得关键。试验研究和理论分析表明,冷轧板带钢变形功约有8488转变为热能,使轧件和轧辊温度
15、升高。我们关心是在单位时间内发出热量即变形发烧率q,方便采取合适方法立即排除或控制这部分热量。变形发烧率是直接正比于轧制平均单位压力、压下量和轧制速度。所以,采取高速、大压下强化轧制方法将使发烧率大为增加。假如此时所轧又是变形抗力较大钢种,如不锈钢、变压器硅钢等,则发烧率就增加得愈加猛烈。所以必需加强冷轧过程中冷却,才能确保过程顺利进行。水是比较理想冷却剂。因其比热大,吸热率高且成本低廉。油冷却能力比水差得多。所以大多数轧机全部倾向于用水冷却。增加冷却液在冷却前后温差也是充足提升冷却能力关键路径。若采取高压空气将冷却液雾化,或采取特制高压喷嘴喷射,可大大提升其吸热效果,并节省冷却液用量。冷却液
16、在雾化过程中本身温度下降,所产生微小液滴在碰到温度较高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,即使在采取有效工艺冷润条件下,冷轧板卷在卸卷后温度有时仍达成摄氏130150度甚至还要高,由此可见在轧制变形区中料温一定比这还要高。辊温反常升高和辊温分布规律反常或突变均可造成正常辊型条件破坏,直接有害于板形和轧制精度。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。总而言之,为了确保冷轧正常进行,对轧辊及轧件应采取有效冷却和控温方法。2) 工艺润滑冷轧中使用工艺润滑关键作用是减小金属变形抗力,这不仅有利于确保在已经有设备能力
17、条件下实现更大压下,而且还可使轧机能够经济可行生产厚度更小产品。另外采取有效工艺润滑也可直接对冷轧过程发烧率及轧辊温升起到良好影响,在轧制一些品种时,采取工艺润滑还能够起到预防金属粘辊作用。经过乳化剂作用,把少许油剂和大量水混合起来,制成乳状冷润液(简称乳化液)能够很好处理油循环使用问题。在这种情况下,水是作为冷却剂和载油剂而起作用。对这种乳化液要求是,当一定流量喷到板面和辊面上时,即能有效地吸收热量,又能确保油剂以较快速度均匀从乳化液中离析,并粘附在板面和辊面上。这么才能立即形成均匀厚度适中油膜。乳化液或其它活性剂多少,则需结合具体轧制条件经过生产试验确定。冷轧工艺润滑剂常见有:纱锭油、棉籽
18、油、蓖麻油、棕榈油等多种轧制油和乳化液。棕榈油含有较高脂肪酸,且性能稳定,故润滑效果好,而且易于从带钢表面除掉,是冷轧中较为理想润滑剂,不过价格较高。矿物油化学性质比较稳定,且起源丰富,成本较低廉。纯矿物油中添加少许脂肪酸和抗压剂后,油膜强度增加,润滑效果显著提升。乳化液是由1525可溶性油,2785水和少许无水碳酸钠配制成混合乳状润滑剂。冷轧中采取乳化液,含有冷却和润滑作用,使用后经回收和净化,可继续使用,所以得到了广泛应用。2.1.3.3张力轧制A. 张力轧制关键作用是1)预防带钢在轧制过程中跑偏(即确保轧件正确对中轧制)。2)使所轧带钢保持平直(包含在轧制过程中保持板形平直和轧后板形良好
19、)。3)降低轧件变形抗力,便于轧制更薄产品。4)起到合适调整冷轧机主电机负荷作用。B.预防跑偏是冷轧操作中关系到能否实现稳定轧制关键问题。跑偏将破坏正常板形,引发操作事故甚至设备事故,跑偏若不很好加以控制,将不能确保冷轧正常进行,造成跑偏原因在于轧件在轧制中延伸不均。在张力作用下,若轧件出现不均匀延伸,则沿轧件宽度上张力分布将会发生对应改变:延伸较大一侧张力减小,而延伸较小一侧张力增大,结果便自动起到纠正跑偏作用。这种纠偏作用是瞬时,同时性好,使轧件在基础平行辊缝中轧制时仍可能确保稳定轧制。这就有利于轧制更正确产品并使操作简化。张力纠偏缺点是张力分布改变不能超出一定程度,不然会造成裂边、轧折甚
20、至引发断带。C.因为轧件不均匀延伸会改变沿带宽方向上张力分布,而这种改变后张力分布又会促进延伸均匀化,故张力轧制有利于确保良好板形。同时,不均匀延伸将使轧件中产生内应力,当压缩应力达成一定值时,轧件在该处将出现浪形,板形被破坏,加上张力后,可减小或消除压应力,这就排除在轧制中轧件出现浪形可能,确保稳定冷轧。D.生产中张力大小选择关键是选择平均单位张力z。单位张力应合适选高些,但不应超出带钢屈服极限s。因为带材内残余应力存在,和应力集中影响,实际上带材内张应力是不均匀分布。故z数值并不能反应带材内各点张应力真正大小。所以实际z数值要依据延伸不均匀情况、钢质、加工硬化程度及板边情况等原因而定。生产
21、中按z(0106)s来选择。不一样轧机,不一样轧制道次,不一样坯料和品种,要求不一样z。当操作人员技术水平较高,变形较均匀,坯料较理想时,可选高z值;当带钢较硬,边部不良或操作不熟练时,可取z小些。通常可逆式冷轧机中间道次或连续冷轧机中间机架,z可取(0、20、4)s。在轧制低碳钢时,因考虑到预防退火粘结,成品卷张力不能太高,通常选择50Mpa左右,其它钢种可合适高些。2.2冷轧板带钢生产工艺步骤冷轧板带钢生产工序和工艺步骤于产品紧密相连,随产品要求不一样工艺步骤也有所不一样。冷轧板带钢产品以热轧带钢作为原料,因其表面有氧化铁皮,所以在冷轧前要把氧化铁皮清除掉,故酸洗时冷轧生产第一工序。酸洗后
22、即可轧制,轧制到一定厚度,因为带钢加工硬化,需进行中间退火,使带钢软化。退火之前因为带钢表面有润滑油,必需把油脂清洗洁净,不然在退火中带钢表面形成油斑,造成表面缺点。经过脱脂带钢,在代有保护性气体炉中进行退火。退火以后带钢表面是光亮,所以在深入轧制和平整时,就不需酸洗。带钢轧至所需尺寸和精度后,通常进行最终退火,为取得平整光洁表面及均匀厚度和调整机械性能要经过平整。带钢在平整以后,依据订货要求进行剪切。成张交货要横切,成卷交货必需时要纵切。总而言之,通常见途冷轧板带钢生产工序是:酸洗、冷轧、退火、平整、剪切、检验缺点、分类分级和成品包装。其工艺步骤以下图所表示;冷轧板带钢产品极为广泛,其含有代
23、表性产品有金属镀层板(镀锡板、镀锌板等)深冲钢板(汽车板等)、电工用硅钢板和不锈钢板等。2.3冷轧板带钢生产关键工序及其工艺2.3.1原料板卷(热轧带钢)酸洗(详见酸洗)2.3.2冷轧冷轧机生产分工现代冷轧机按轧辊配置方法可分四辊式和多辊式两大类按机架排列方法又可分单机架可逆式和多机架连续式两种。单机架可逆式适于产品品种规格变动频繁而每批产品生产数量又不大,或合金钢百分比较大生产情况。这种轧机生产能力低,投资小、建厂块、灵活性大,使用和中小型企业。连续式冷轧机生产效率高,当产品品种较为单一或变动不多时,连轧机最能发挥其优越性。冷连轧机现在生产规格范围:板带宽度450-2450毫米,厚度0、07
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