工艺技术_冷轧工艺简介

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25 mm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0.52.5mm,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1250mm HC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：（）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0.100.17mm的冷轧薄板,作为镀锡原板，即使不经二次冷轧也可生产0.20.35mm厚的冷轧钢板。多辊冷轧机或窄带钢冷轧机则可生产最薄达0.001mm的产品。一般0.150.38mm厚的板带为一般薄板，0.070.25 mm厚的为较薄薄板，0.0250.05mm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520I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20m，酸洗后为25m。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310m，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0.2m，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70120m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0.80.95，而冷轧第一代沸腾钢汽车板R为1.01.2，第二代08AL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21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8488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130150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。此外采用有效的工艺润滑也可直接对冷轧过程的发热率及轧辊的温升起到良好的影响，在轧制某些品种时，采用工艺润滑还可以起到防止金属粘辊的作用。通过乳化剂的作用，把少量的油剂与大量的水混合起来，制成乳状的冷润液（简称乳化液）可以较好的解决油的循环使用的问题。在这种情况下，水是作为冷却剂与载油剂而起作用的。对这种乳化液的要求是，当一定的流量喷到板面和辊面上时，即能有效地吸收热量，又能保证油剂以较快的速度均匀的从乳化液中离析，并粘附在板面和辊面上。这样才能及时形成均匀的厚度适中的油膜。乳化液或其它活性剂的多少，则需结合具体的轧制条件通过生产试验确定。冷轧工艺润滑剂常用的有：纱锭油、棉籽油、蓖麻油、棕榈油等各种轧制油和乳化液。棕榈油含有较高的脂肪酸，且性能稳定，故润滑效果好，并且易于从带钢表面除掉，是冷轧中较为理想的润滑剂，但是价格较高。矿物油的化学性质比较稳定，且来源丰富，成本较低廉。纯矿物油中添加少量脂肪酸和抗压剂后，油膜强度增加，润滑效果明显提高。乳化液是由1525可溶性油，2785水和少量无水碳酸钠配制成的混合乳状润滑剂。冷轧中采用乳化液，具有冷却和润滑的作用，使用后经回收和净化，可继续使用，因此得到了广泛的应用。2.1.3.3张力轧制A. 张力轧制的主要作用是1）防止带钢在轧制过程中跑偏（即保证轧件正确对中轧制）。2）使所轧带钢保持平直（包括在轧制过程中保持板形平直以及轧后板形良好）。3）降低轧件的变形抗力，便于轧制更薄的产品。4）起到适当调整冷轧机主电机负荷的作用。B.防止跑偏是冷轧操作中关系到能否实现稳定轧制的重要问题。跑偏将破坏正常的板形，引起操作事故甚至设备事故，跑偏若不很好加以控制，将不能保证冷轧的正常进行，造成跑偏的原因在于轧件在轧制中的延伸不均。在张力作用下，若轧件出现不均匀延伸，则沿轧件宽度上的张力分布将会发生相应的变化：延伸较大的一侧张力减小，而延伸较小的一侧张力增大，结果便自动的起到纠正跑偏的作用。这种纠偏作用是瞬时的，同步性好，使轧件在基本平行的辊缝中轧制时仍可能保证稳定轧制。这就有利于轧制更精确的产品并使操作简化。张力纠偏的缺点是张力分布的改变不能超过一定限度，否则会造成裂边、轧折甚至引起断带。C.由于轧件不均匀延伸会改变沿带宽方向上的张力分布，而这种改变后的张力分布又会促使延伸的均匀化，故张力轧制有利于保证良好的板形。同时，不均匀延伸将使轧件中产生内应力，当压缩应力达到一定值时，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的可能，确保稳定冷轧。D.生产中张力大小的选择主要是选择平均单位张力z。单位张力应适当选高些，但不应超过带钢的屈服极限s。由于带材内残余应力的存在，以及应力集中的影响，实际上带材内张应力是不均匀分布的。故z的数值并不能反映带材内各点张应力的真正大小。因此实际z的数值要根据延伸不均匀情况、钢质、加工硬化程度及板边情况等因素而定。生产中按z（0106）s来选取。不同的轧机，不同的轧制道次，不同的坯料和品种，要求不同的z。当操作人员技术水平较高，变形较均匀，坯料较理想时，可选高的z值；当带钢较硬，边部不良或者操作不熟练时，可取z小些。一般可逆式冷轧机的中间道次或连续冷轧机的中间机架，z可取（0、20、4）s。在轧制低碳钢时，因考虑到防止退火粘结，成品卷张力不能太高，一般选用50Mpa左右，其它钢种可适当高些。2.2冷轧板带钢生产工艺流程冷轧板带钢生产的工序和工艺流程于产品紧密相连，随产品的要求不同工艺流程也有所不同。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，故酸洗时冷轧生产的第一工序。酸洗后即可轧制，轧制到一定厚度，由于带钢的加工硬化，需进行中间退火，使带钢软化。退火之前由于带钢表面有润滑油，必须把油脂清洗干净，否则在退火中带钢表面形成油斑，造成表面缺陷。经过脱脂的带钢，在代有保护性气体的炉中进行退火。退火之后的带钢表面是光亮的，所以在进一步的轧制和平整时，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，为获得平整光洁的表面及均匀的厚度和调节机械性能要经过平整。带钢在平整之后，根据订货要求进行剪切。成张交货要横切，成卷交货必要时要纵切。综上所述，一般用途冷轧板带钢的生产工序是：酸洗、冷轧、退火、平整、剪切、检查缺陷、分类分级以及成品包装。其工艺流程如下图所示；冷轧板带钢产品极为广泛，其具有代表性的产品有金属镀层板（镀锡板、镀锌板等）深冲钢板（汽车板等）、电工用硅钢板与不锈钢板等。2.3冷轧板带钢生产的主要工序及其工艺2.3.1原料板卷（热轧带钢）的酸洗（详见酸洗）2.3.2冷轧冷轧机的生产分工现代冷轧机按轧辊配置方式可分四辊式与多辊式两大类按机架排列方式又可分单机架可逆式与多机架连续式两种。单机架可逆式适于产品的品种规格变动频繁而每批产品的生产数量又不大，或者合金钢比例较大的生产情况。这种轧机生产能力低，投资小、建厂块、灵活性大，使用与中小型企业。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。冷连轧机目前生产的规格范围：板带宽度450-2450毫米，厚度0、076-4毫米。根据所生产产品规格，确定机架的数目。2.3.2.1可逆式冷轧机组的组成及工艺操作可逆式冷轧机组由四部分组成：板卷运输机开卷设备、轧机、前后卷曲机、卸卷装置及钢卷收集设备。板卷运输机一般是链式的或步进梁式的，开卷机是对锥式的。带钢送至轧机后，机前卷曲机咬入带钢头部，然后开始第一道轧制。轧完第一道后，带钢尾部咬入轧机后的卷曲机中，轧机转换轧制方向开始下一道轧制。如此按照轧制规程往复进行，直到轧制要求的厚度。可逆式轧机一般都是奇道次轧出成品。卸卷由卸卷小车完成。带卷收集装置为一斜坡道或卸料步进梁。2.3.2.2冷连轧机组的组成与工艺操作冷连轧机组的机座与可逆式冷轧机座基本相同，多为四辊式。机座数目26台，配置为连续式。以我国某厂五机架四辊轧机所组成的冷连轧机组为例。入口处有剥带机、钢卷运送小车、预开卷装置和开卷机等主要设备完成轧机上料。出口端有卷曲机、皮带助卷器及运送小车完成轧后的出料。2.3.2.3全连续式冷轧机组的组成与工艺操作美国新近投产的一套五机架全连续式冷轧机组的组成如下：活套小车、焊缝检测器、活套入口勒导装置、焊接机、夹送辊、剪断机、三辊矫平机、开卷机、机组入口勒导装置、导向辊、分切剪断机、卷取机、X射线测厚仪。2.3.3冷轧板带的精整：冷轧板带的精整一般包括脱脂、退火、平整及剪切等工序2.3.3.1脱脂：板带冷轧后进行清洗以去除板带表面上的油污成为脱脂。脱脂为了避免油脂在退火炉中挥发所生成的挥发物残留在板带表面形成油斑，从而影响板带的表面质量。脱脂的方法一般有电解清洗、机上清洗与燃烧脱脂等。电解清洗采用碱液为清洗剂，通常是2-4的硅酸钠水溶液，外加界面活性剂以降低碱液表面张力改善清洗效果。通过碱液发生电解，放出氢气与氧气，起到机械冲击作用。从而加速脱脂过程。2.3.3.2退火：退火有初退火、中间退火和最终退火（成品退火）初退火是为冷轧作准备，使带钢具有良好的塑性和一定的组织。初退火主要用于含碳量较高的碳素结构钢，合金结构钢等。初退火工艺制度因钢质不同而不同，一般在640-750摄氏度。保温10多小时。初退火可降低热轧板卷的硬度、消除晶粒组织，提高塑性，以利于冷轧。因其是在酸洗前进行，因此一般可不采用保护气体。中间退火是为消除加工硬化，以利于下一步轧制。中间退火一般都是在保护气氛中进行光亮退火。成品退火通常是使板带进行恢复，再结晶及晶粒适当长大以改善其加工性能，此外也要根据生产板带品种的最终性能要求。在冷轧板带退火中应用最广的是罩式退火炉。罩式退火炉的退火周期长（长达几昼夜），其中又以冷却时间占比例最大。采用松卷退火代替紧卷退火可以大大缩短退火周期，但由于其工序繁琐，退火前后都要重卷，故未能得到推广应用。快速冷却法主要有两种：一种是使保护气体在炉内或炉外循环对流实现一种热交换式冷却，另一种是在板卷之间放置直接用水冷却的隔板。冷轧板带成品退火的另一新技术是连续式退火，其作业方式与连续式酸洗相似，亦为卧式与立式（塔式）两种。实验表明，经连续退火处理的带钢机械性能优于罩式退火处理。连续退火提高了带钢纵向、横向性能的均匀程度，处理周期短，生产效率高，在退火的同时可以施加张力作板形矫正，且没有粘接缺陷。因而冷轧板带钢的主要品种，从镀锡板、深冲板直到硅钢片及不锈钢带都可采用高效而经济的连续退火处理。2.3.3.3平整平整实质上是采用小压下率（0.3-3）的冷轧。经过平整后的板带钢可以消除屈服平台，在带钢平整后相当长一段时间内不出现冲压滑移线，同时使板带的屈服极限达到最低，从而提高板形的成形性能。平整可改善板形，提高板带的平直度。为此平整机的轧辊辊径应尽量选大一些有利。此外通过选用不同处理过的辊面轧辊进行平整。可以得到不同要求的板带表面。通过调整平整的压下率，可使板带钢的机械性能在一定范围内变化，以适应不同用途的要求。通过双机架或三机架平整还可实现较大的压下率，以便生产超薄的镀锡板。经热处理后的普通板带、镀锡板、汽车板等均须进行平整。平整时对汽车板带要求采用喷砂辊平整，以获得具有均匀粗糙度的麻面板，利于冲压加工或涂漆。用于镀、涂层的原板，应采用抛光辊平整，以提高板面光亮度，利于提高镀层质量，降低镀层金属消耗。普通钢板采用研磨的轧辊进行平整。平整又可分为干平整和湿平整。干平整不加润滑剂。而湿平整采用既具较强清洗作用又能防修的润滑剂。湿平整较干平整可降低轧制压力3040，在双机架平整机应用较多。2.4冷轧板带钢轧制工艺制度的制定2.4.1变形制度（压下规程）的制定冷轧板带钢变形制度制定的工艺特点和方法冷轧板带钢变形制度的制定仍遵循压下规程的原则，但由于冷轧板带钢的工艺特点所决定，诸如对一定的钢种、规格的产品，必须有一定的冷轧总变形程度，才能通过热处理获得所需的组织和性能。因而冷轧带钢原料厚度的选择主要依据冷轧总变形程度。此外还应考虑板带的表面质量和提高冷轧生产能力。冷轧变形程度的确定主要取决于所轧钢种的特性、原料及成品的厚度、所采用的冷轧工艺以及轧制能力等。如同样的原料和成品，随着工艺润滑的改善，采用高硬度的小工作辊或采用不对称轧制等，均能增大道次压下量，减小轧程。因此，在确定冷轧轧程方案时，应充分考虑到各种提高冷轧效率的手段与可能性。至于冷轧各道次（机架）压下量的分配，仍如前述原则。诸如，前几道有时受咬入条件限制，为了使来料得以均整并使轧制过程稳定，第一道压下率应适当小些。中间各道次压下率应充分利用轧机的能力。成品及成品前道次，为保证厚度精度及板形采用较小的压下量。在制定压下规程时还必须确定与之相应的张力制度，这也是冷轧带钢轧制规程的另一特点。常用的压下规程设计的方法是：先按经验并按规程设计的一般原则和要求，对各道次（机架）压下进行分配，进而按工艺要求并参考经验资料，选定各道次（机架）间的单位张力。最后校验设备的负荷及各限制条件，并作适当修正。分配各机架的负荷，对于单机座轧机按等压力分配，以确保产品的厚度精度和板形要求。2.4.2速度制度的制定冷轧板带钢轧机按其作业制度的不同，共有三种速度制度。即转向、转速不变的定速轧制，可调速的可逆轧制，固定转向的可调速轧制2.4.2.1 转向、转速不变的定速轧制这种速度制度，主要用在小型冷轧窄带钢的二辊、四辊轧机。通常二辊轧机的辊径D350mm 辊身长度L500mm；四辊轧机的工作辊直径 D工200mm 支撑辊直径D支400mm 辊身长度L500mm因这类轧机在启动过程、制动过程带厚可能超差，另外，这类轧机目前仍达都采用人工手动测厚和调整，故最大轧制速度为0.5m/s。2.4.2.2 可调速的可逆轧制钢卷通过开卷、直头送入轧机后，在前后卷曲机上咬住带钢头尾，进行往复轧制。每道次都要经过加速、减速、停车、换向等过程。速度太高，过渡时间长，带钢超差长度增加。此外，轧制的板卷重量一般在530吨，限制了速度的提高。另外，通过焊缝时，要减速，故轧制速度一般在520m/s。2.4.2.3冷连轧机组的速度制度冷连轧机生产的最大特点是速度高（2040 m/s），生产能力大，轧制板卷重4060吨。 轧制时先采用低速轧制约13m/s，待通过各机架并由张力卷取机卷上之后，同步加速到轧制速度，进入稳定轧制阶段。 2.4.3张力制度的制定张力在冷轧生产中不仅可以降低轧制力，防止带钢跑偏，补偿沿宽度方向上轧件的不均匀变形。此外在冷连轧中，还起着传递能量、传递影响，使各轧机间互相联结的作用。张力制度就是合理的选择轧制中各道次（机架）张力的数值。实际生产中若张力过大，会把带钢拉断或产生拉伸变形，若张力过小则起不到应有的作用。因此作用在带钢上的最大张应力应满足：maxs 式中max作用在带钢单位截面积上的最大张应力。s带钢的屈服极限实践表明，作用在带钢截面上的张应力，即单位张力q，其数值选择范围为：q（0.10.6）s 。具体取值要考虑带钢的材质，板形厚度波动、带钢边部情况等。对于单机架可逆式轧机q值取在（0.20.4） s 范围内；冷连轧的特点之一是采用大张力轧制，这样既可得到良好的板形，又可减小轧制压力。一般单位张力q达到（0.20.4） s张应力后几架比前几架要大些。此外在轧制低碳钢时，为防止退火粘接，成品卷曲张力应小些，通常取单位张力为5kg/mm2 左右。在可逆式单机架冷轧机上，张力是在轧机与开卷机或卷曲机之间产生的。形成前张力的开卷机或卷曲机的电动机处于电动工作状态，而形成后张力的卷曲机的电机处于发电工作状态。为保持恒定张力，在轧制过程中随前卷取机带卷直径的增大，前卷曲机应减速，而后卷取机 应随着带卷直径的减小而加速。一般在第一道次因酸洗机组卷取张力较小，为避免带卷各层间错动造成表面擦伤，不采用太大张力。在以后的道次中，根据品种、规格，选取较大的张力。成品道次张力应小些。以防止或减少退火中粘结。过焊缝上，张力也适当减小。轧机启动时，必须先建立后张力。在轧制中带钢中部出现波浪应减小张力，以防止拉裂和断带；若带钢边部出现边浪，则应适当增加张力，以消除边部波浪。问答题:1. 冷轧板带的优点2. 冷轧板带轧制工艺特点3. 简单列出冷轧板带的10种用途4. 在轧制过程中张力的作用5. 在单机架可逆轧机上的张力制度6. 冷轧板带精整的主要工序及其作用第三章 板带材高精度轧制板带材的高精度主要是指厚度（纵向和横向）的精确度。既然板带是由轧辊辊缝中轧出来的，辊缝的大小和形状决定了板带纵向和横向厚度的变化（后者又影响到板形），那么要提高产品的厚度精度，就必须研究轧辊辊缝大小和形状变化的规律。31板带材轧制中的厚度控制311 Ph图的建立与运用板带轧制过程既是轧件产生塑性变形的过程，又是轧机产生弹性变形（即所谓弹跳）的过程，二者同时发生。由于轧机的弹跳，使轧出的带材厚度（h ）等于轧辊的理论空载辊缝（S0/）加轧机的弹跳值。按照虎克定律，轧机弹性变形与应力成正比，则弹跳值应为P/K，此时 h S0/P/ K (31)式中P - 轧制力 ， t K - 轧机的刚度，tmm式（31）为轧机的弹跳方程，据此绘成曲线称为轧机弹性变形线，它近似一条直线，其斜率就是轧机的刚度。但实际上在压力小时弹跳和压力的关系并非线性，且压力愈小，所引起的变形也愈难精确确定，亦即辊缝的实际零位很难确定。为了消除这一非线性区段的影响，实际操作中可将轧辊预先压靠到一定程度，即压到一定的压力P0，然后将此时的辊缝指示定为零位，这就是所谓“零位调整”。以后即以此零位为基础进行压下调整。由图31可以看出：p A A/p 图31 Ph图hS。（PP0）/ K （32）式中S。 考虑预压变形的相当空载辊缝（mm）。另一方面。给轧件以一定的压下量（h。一h），就产生一定的压力（P），当料厚（h。）一定，h愈小即是压下量愈大，则轧制压力也愈大，通过实测或计算可以求出对应于一定h值(即h值)的P值，在图 51上绘成曲线B，称为轧件塑性变形线。B线与A线交点的纵坐标即为轧制力P，横坐标即为板带实际厚度h。塑性变形线B实际是条曲线，为便于研究，其主体部分可近似简化成直线。由 Ph图可以看出，如果B线发生变化（变为B），则为了保持厚度 h不变，就必须移动压下螺丝，使A线移至 A，使A与B的交点的横坐标不变，亦即须使A线与B线的交点始终落在一条垂直线C上，这条垂直线C称为等厚轧制线。因此，板带厚度控制实质就是不管轧制条件如何变化，总要使A线与B线交到C线上，这样就可得到恒定厚度（高精度）的板带材。由此可见，Ph图的运用实是板带厚度控制的基础。312板带厚度变化的原因和特点由式（31）可知，影响带材实际轧出厚度的因素主要是S。、 K和p。其中轧机刚度K在既定轧机上轧制一定宽度的产品时，一般可认为是不变的，影响S。变化的因素主要是轧辊的偏心运转、轧辊的磨损与热膨胀及轧辊轴承油膜厚度的变化，它们都是在压下螺丝位置不变的情况下使实际辊缝发生变化，从而使轧出的板带厚度发生波动。轧制力P的波动是影响板带轧出厚度的主要因素。因而所有影响轧制力变化的因素都必将影响到板带厚度精度。这些因素主要有：（l）轧件温度、成分和组织性能的不均。这里应该指出，温度的影响具有重发性，即虽在前道消除了厚度差，在后一道还会由于温度差而重新出现。故热轧时只是在精轧道次对厚度控制方有意义。（2）坯料原始厚度的不均。来料厚度有波动实际就是改变了Ph图中B线的位置和斜率，使压下量产生变化，自然要引起压力和弹跳的变化。厚度不均虽可通过轧制得到减轻，但终难完全消除，且轧机刚性愈低愈难消除。故为使产品精度提高，必须选择高精度的原料。（3）张力的变化。它是通过影响应力状态及变形抗力而起作用的。连轧板带时头、尾部在穿带和抛钢时由于所受张力分别是逐渐加大和缩小的，故其厚度也分别逐段减小和增大。此外，张力还会引起宽度的改变，故在热连轧板带时应采用不大的恒张力。冷连轧板带时采用的张力则较大，并且还经常利用调节张力作为厚度控制的重要手段。（4）轧制速度的变化。它主要是通过影响摩擦系数和变形抗力，乃至影响轴承油膜厚度来改变轧制压力而起作用的。速度变化一般对冷轧变形抗力影响不大，而显着影响热轧时的抗力；对冷轧时摩擦系数的影响十分显着，而对热轧影响则较小。故对冷轧生产速度变化的影响特别重要。此外速度增大则油膜增厚，因而压下量增大并使带钢变薄。313板带厚度控制方法实际生产中为提高板带厚度精度，采用了各种厚度控制方法。（1）调压下（改变原始辊缝）。调压下是厚度控制最主要的方式，常用以消除由于影响轧制压力的因素所造成的厚度差。图32（a）为板坯厚度发生变化，从h。变到从（h。h。）。轧件塑性变形线的位置从 平行移动到B2，与轧机弹性变形线交手C点，此时轧出的板厚为h1/，与要求的板厚h有一厚度偏差h。为消除此偏差，相应地调整压下，使辊缝从S。变到（S。十S。），亦即使轧机弹性线从A1平行移到A2，并与B2 重新交到等厚轧制线上的E点，使板厚恢复到h图32（a）调整压下改变辊缝控制板厚原理图图32（b）是由于张力、轧制速度、轧制温度及摩擦系数等的变化而引起轧件塑性线斜率发生改变，同样用调整压下的办法使两条曲线重新交到等厚轧制线上，保持板厚不变 P S。 h1/ h h。H （a）板坯厚度变化时 由图 3 2（a）可以看出，压下的调整量S。与料厚的变化量h。并不相等，由图可以求出： S。h。tantanh。MK （33）其中Mtan为轧件塑性线的斜率，称为轧件塑性刚度。上式说明，当料厚波动已h时，压下必须调h。MK的压下量才能消除产品厚度的偏差。这种调厚原理主要用于前馈即预控AGC，即在人口处预测料厚的波动，据此以调整压下，消除其影响P32b可以看出，当轧件变形抗力发生变化时，压下调整量S。与轧出板厚变化量h也不相等，由图可求出：hS。K（MK） （34）hS。是决定板厚控制性能好坏的一个重要参数，称为压下有效系数或辊缝传递函数，它常小于1，轧机刚度K愈大，其值愈大。近代较新的厚度自动控制系统，主要不是靠测厚仪测出厚度进行反馈控制，而是把轧辊本身当作间接测厚装置，通过所测得的轧制力计算出板带厚度来进行厚度控制，这就是所谓的轧制力AGC或厚度计AGC，其原理就是为了厚度的自动调节，必须在轧制力P发生变化时，能自动快速调整压下（辊缝）。可由Ph图求出压力P的变化量（P）与压下 调整量S。之间的关系式为：S。P_1K（1MK ）由于P增加，S。减小，即P为正时，S。为负，故符号相反。 同样，预控AGC根据测出的入口厚度偏差H，确定为了消除H所应采取的动S值，它可由Ph图推导求得为SH MK （36）由图32及式（34）可以看出，如果轧件变形抗力很大即M很大，而轧机刚度K又不大时，则通过调压下来调厚的效率就很低。因此，对于冷连轧薄钢板的最后几架，为了消除厚差，调压下就不如调张力效率大，响应快。此外调压下对于轧辊偏心等高频变化量也无能为力。（1）调张力。即利用前后张力来改变轧件塑性变形线B的斜率以控制厚度（图33）。例如，当来料有厚差H时，便可以通过加大张力，使B2斜率改变为B2从而可以在 S。不变的情况下，使 h保持不变。这种方法在冷轧薄板时用得较多。热轧中由于张力变化范围有限，张力稍大即易产生拉窄、拉薄，使控制效果受到限制，故热轧一般不采用张力调厚。但有时在末架也采用张力微调来控制厚度。采用张力厚控法的优点是响应性快，因而可以控制得更为有效和精确；缺点是对热轧带钢和冷轧较薄的品种时，为防止拉窄和拉断，张力的变化不能过大。因此，目前即使在冷轧时的厚度控制上往往也并不倾向于单独应用此法，而采用调压下与调张力相互配合的联合方法。当厚度波动较小，可以在张力允许变化范围内能调整过来时则采用张力微调，而当厚度波动较大时则改用调压下的方法进行控制。这就是说，在冷轧中，张力厚控也只适用于后几架（道）的精调AGC。调张力控制厚度原理图（2）调轧制速度。轧制速度的变化影响到张力、温度和摩擦系数等因素的变化。故可以通过调速来调张力和温度和摩擦系数，从而改变厚度。依实际轧制情况之不同，可采用各种不同的厚度控制方案。在实际生产中为了达到精确控制厚度的目的，往往是将多种厚控方法有机地结合起来使用，才能取得更好的效果。其中最主要、最基本、最常用的还是调压下的厚度控制方法。特别是采用液压压下，大大提高响应性，具有很多优点。近年来广泛地应用带有“随动系统”（采用伺服阀系统）的轧辊位置可控的新液压压下装置，利用反馈控制的原理实现液压自动调厚。值得指出的是近年发展的电气反馈液压压下系统，除具有上述定位和调厚的功能以外，还可通过电气控制系统常数的调整来达到任意“改变轧机刚度”的目的，从而可以实现“恒辊缝控制”，即在轧制中保持实际辊缝值S不变，也就保证了实际轧出厚度不变。这种厚投入法目前在热连轧中还用得不多，但在冷轧带钢中，由于轧辊偏心运转对厚差影响较大，不能忽视。因此为了消除这种高频变化的厚度波动，必须采用这种液压厚控系统。前面提到的用厚度计的方法测量厚度，虽然可以避免时滞，提高了灵敏度，但它对某些因素，例如，油膜轴承的浮动效应、轧辊偏心轧辊的热膨胀和磨损等，却难以检测出来，从而会使结果产生误差。因此，实际生产中都是两种方法同时并用。亦即还必须采用X射线测厚仪来对轧制力AGC不断进行标定或监控。换句话说，为了提高测厚精度，在弹跳方程中还须增加几个补偿量，这主要是轧辊热膨胀与磨损的补偿和轴承油膜的补偿。由轧辊热膨胀和磨损所带来的辊缝变化以G表示之，这可以利用成品X射线测厚仪所测得的成品厚度，以及利用由此实测成品厚度按秒流量相等原则所推出的前面各架的厚度，把它们利用厚度计方法所测算出的各架厚度值进行比较，从而求得各架的G值。因此可以把这种功能称之为“用X射线测厚仪对各机架轧机的AGC系统进行标定或监视。”油膜补偿即使由于轧制速度的变化使支撑辊油膜轴承的油膜厚度方生变化，最终影响到辊缝值。设其影响量为则最终轧出厚度为hS。（PP0）/ KG在轧制速度变化时，AGC系统应根据此式对所测厚度进行修正。3、1、4冷轧板带钢厚度控制冷轧带钢连轧机厚度控制系统的基本设想是：1）粗调AGC（第一、二架（道）保证来料厚度偏差基本消除；2）精调AGC系统，为了保证良好板形，采用张力调厚方法，对产品厚度进行精确控制。如厚度偏差超出了精调系统的可调范围，就要改变第一架（道）的设定值，同时重新分配各架（道）压下量，以达到厚度精度；3）为提高厚控系统精度，需增加各种补偿系统。3、1、4、1粗调AGC轧制第一、二道次时，由轧机入口测厚仪，轧机的PAGC及出口测厚仪所组成。入口测厚仪检测出来料厚度偏差H，对轧机的压下实行前馈控制。出口测厚仪测出厚度不断修正和标定PAGC以提高其控制精度，起监控的作用。通过粗调系统的控制，基本上应该消除了来料的厚度偏差，以保证最终成品的精度。3、1、4、2精调AGC由轧机测厚系统及轧机和卷曲机组成张力AGC精调系统。精调AGC常用张力调厚的方法。由轧机出口测厚仪发出信号来反馈控制张力。由于张力调节范围有限，当厚度较大时，需将偏差信号补充反馈给粗调AGC系统。3、1、4、3加减速阶段厚度补偿系统轧机在加减速阶段，速度变化很大，采用根据速度值来调整轧机辊缝及附加系统。这实际上是一种速度过程控制。当轧件速度变化时，支撑辊油膜轴承的变形区的摩擦系数也相应变化。这使空载辊缝和轧制压力变化，因而使带钢厚度产生偏差。这时应进行油膜厚度的张力补偿。3、1、4、4头尾端的失张补偿通常采用压下过程控制实现失张补偿。3、1、4、5稳速轧制阶段，恒张力控制对于开卷机及卷曲机和轧辊之间设有独立的恒张力控制系统，保证在整个稳速轧制阶段期间张力恒定。问答题:1. 何为零位调整,为什么?2. 利用P-H图绘出,在轧制过程中如果其他条件不变,张力增加对钢带厚度的影响.3. 利用P-H图绘出,在轧制过程中如果其他条件不变,速度提高对钢带厚度的影响.4. 乳化液的基本组成及其作用5. 何为弹跳方程第4章 横向厚差与板型控制技术41 板形与横向厚差的关系板带横向厚差是指沿宽度方向的厚度差，它决定于板带材轧后的断面形状，或轧制时的实际辊缝形状，一般用板带中央与边部厚度之差的绝对值或相对值来表示，因而是一种借助厚度测定便可得出的具体指标。它对于成材率的提高也有重要的意义。从用户的角度来看，最好是断面厚差为零。但这是在目前的技术条件下还不可能达到的。此外，在无张力或小张力轧制时，为了保证轧件运动的稳定性，使操作可靠，轧件自动对中不致跑偏和刮框，也要求轧制时实际工作辊缝稍具凸形，亦即要有一定的“中厚量”。当然从技术上还是要求尽量减少这种断面的厚度差。板形是指板带材的平直度，即是指浪形，瓢曲或旁弯的有无及程度而言。在来料板形良好的条件下，它决定于延伸率沿宽度方向是否相等，即压缩率是否相同。若边部延伸率大，则产生边浪，中部延伸大，则产生中部浪形或瓢曲。一边比另一边延伸大，则产生“镰刀弯。”浪形和瓢曲缺陷尚有多种表现形式如图所示。对于所有板带材都不允许有明显的浪形或瓢曲，要求其板形良好。具体规定见有关技术标准。板形不良对于轧制操作也有很大影响。板形严重不良会导致勒辊、轧卡、断带、撕裂等事故的出现，使轧制操作无法正常进行。为了保证板形良好，必须遵守均匀延伸或所谓“板凸度一定”的原则去确定各道次的压下量。由于粗轧时轧件较厚。温度较高，轧件断面的不均匀压缩可能通过金属横向流动转移而得到补偿，即对不均匀变形的自我补偿能力较强，故不必过多考虑板形质量问题，而到了精轧阶段，特别是轧制较薄的板带材时情况就不一样，此时轧件刚端的作用不足以克服阻碍金属横向移动的摩擦阻力，亦即对于不均匀压缩变形的自我补偿能力很差，并且由于厚度较小，即使是绝对压下量的微小差异也可能导致相对延伸率的显着不均，从而会引起板形变坏。极带厚度愈小对不均匀变形的敏感性就愈大。故为了保证良好的板形，就必须按均匀变形或凸度一定原则，使其横断面各点延伸率或压缩率基本相等。如下图所示。设轧制前板带边缘的厚度等于H，而中间厚度等于H+，即轧前厚度差或称板凸量为；轧制后钢板相应横断面上的厚度分别为h和h，即轧后厚度差或板凸量为。而H及/h则为极凸度。钢板沿宽度上压缩率相等的条件，可以写成钢板边缘和中部延伸率相等的条件，H+/h=H/h=由此可得/= H/h= H=/h=2/h2=板凸度式中2、h2成品板的厚度差及厚度。轧制前后板带厚度变化由此可见，要想满足均匀变形的条件，保证板形良好，则必须使板带轧前的厚度差与轧后的厚度差之比等于延伸率。或者轧前板凸度（H）等于轧后板凸度（/h），即板凸度保持一定。本道次轧前的板厚也就最前一道次轧后的板厚亦即前一道次轧制时辊缝的实际形状。因此，在均匀变形的原则下，后一道次的板厚差要比前一道次的板厚差为小， 即其差值为 ：-=（-1）由于轧辊的原始辊型及因辊温差所产生的热辊型在前后道次中几乎是不变的，故此差值主要取决于轧辊因承受压力所产生的挠度值。这就是说，要保证均匀变形的条件，就必须后一道次轧制时轧辊的挠度值小于前一道次的挠度。也就是在轧辊强度相同的情况下，后一道次的轧制压力必须小于前一道次的轧制压力。由此可见，为了保证良好的板形，满足均匀变形的条件，在设备强度一定的情况下，使轧制力逐道减少是有科学根据的。这就是通常的按逐道减小压力的压下规程设计方法的理论基础。42影响辊缝形状的因素既然板带横向厚差和板形主要决定于轧制时实际辊