冷轧薄板车间设计.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页 摘摘 要要 本设计说明书是参照鞍钢冷轧薄板厂工艺流程，结合现代化生产实际要求设计了年产 150 万吨冷轧薄板钢厂的生产车间。 该车间的主体设备包括：浅槽酸洗机组、五机架全连续冷轧机组、罩式退火炉、单机架四 辊式平整机组、横切、纵切及重卷机组等。设计时结合各产品的市场前景合理地分配了各产品 产量，并且优化了冷轧薄板的生产工艺，绘制了车间平面图。 关键词：冷轧板；退火； 车间设计； 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页 Abstract The design specification is modeled Anshan Iron and Steel Cold Rolling Mill process, combined with the practical requirements of modern production design of the annual output of 1.5 million tons cold-rolled sheet steel production workshop. The workshops main equipment includes: light tank pickling line, the five stand continuous rolling mill, hood-type annealing furnace, single stand four-roller temper mill, cross-cutting, slitting and recoiling unit, etc. Design of future products in the market combined with the rational allocation of production of various products, and optimizes the production process of cold-rolled sheet, draw a workshop plan. Keywords: cold rolled sheet; annealing; plant design 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 III 页 目录 摘 要.I ABSTRACT.II 第一章 综 述.1 1.1 冷轧薄板生产的发展历史 .1 1.2 冷轧薄钢板生产工艺流程 .3 1.3 冷轧钢板的分类 .5 1.4 冷轧钢带的质量控制 .5 1.4.1 钢的化学成分对成品性能的影响 .5 1.4.2 热轧带钢对冶轧钢板性能和组织的影响 .8 1.4.3 原料的几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响.8 1.4.4 坯料常见缺陷以及对冷轧生产的影响.9 1.4.5 冷轧工艺的表面缺陷.11 1.5 冷轧带钢生产的发展 .12 1.6 当今现代轧制工艺技术的特点 .13 1.6.1 大力开发高精度轧制技术.13 1.6.2 轧制过程的自动控制和智能控制技术.13 第二章产品方案确定.15 2.1 产品方案.15 2.2 生产方案 .15 2.3 产品性质.15 第三章冷轧薄板轧制工艺过程.16 3.1 轧制工艺过程 .16 3.2 各工艺流程环节简介.16 3.2.1 酸洗.16 3.2.2 冷轧.19 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV 页 3.2.3 退火.24 3.2.4 精整.27 3.3 金属平衡表的制定.29 3.3.1 金属平衡.29 3.3.2 金属平衡表的制定.29 第四章 机组与参数选择.30 4.1 机组参数 .30 4.2 酸洗冷轧机组.30 4.3 罩式退火炉 .33 4.4 单机架平整机 .35 4.5 重卷机组(两条生产线).36 第五章第五章 轧制制度的制定轧制制度的制定.38 5.1 下压规程的制定.38 5.2 轧制力的计算.38 第六章第六章 车间年产量车间年产量计计算算.47 6.1 轧制工作图表.47 6.2 轧机轧制结构的确定.47 6.3 轧机的小时产量.48 6.4 轧机的平均小时产量.49 6.5 影响轧机小时产量的因素.49 6.6 车间年产量计算.50 专题部分：专题部分： 镁锂合金研究现状镁锂合金研究现状.51 1 MG-LI系二元合金相图与密度.51 (1)Mg-Li 系二元合金相图.51 (2)Li 含有量与密度的关系.52 2 MG-LI合金的晶体结构及组织.52 3 镁锂合金材料的生产工艺.53 3.1 原料.53 3.2 工具及设备.53 3.3 熔铸工艺.54 3.4 轧制工艺.54 4 MGLI合金力学性能及拉伸断裂特点.55 （1）MgLi 合金力学性能.55 （2）MgLi 合金拉伸断裂机理.57 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 V 页 5 MG-8LI合金超塑性力学性能.57 （1）超塑变形的温度条件.57 （2）超塑变形的速度条件.58 （3）超塑真应力真应变曲线的峰值应力与温度的关系.59 6 合金元素对 MG-LI合金组织及性能的影响.60 7 MG-LI基复合材料的种类及特性.63 8 MG-LI合金金的研究现状.65 9 MG-L1 合金研究的发展方向.65 参考文献.66 致致 谢谢.67 参考文献参考文献.68 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 第一章第一章 综综 述述 1.1 冷轧薄板生产的冷轧薄板生产的发展历史发展历史 钢的冷轧是在 19 世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度 20-25mm 的冷轧钢带。美 国 1859 年建立了 25mm 冷轧机，1887 年生产出宽度为 l50mm 的低碳钢带。1880 年以 后冷轧钢带生产在美国、德国发展很快，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(韧带)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轧制而跨入单机可逆式轧制。1926 年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机。 我国冷轧宽带钢的生产开始于 1960 年，首先建立了 1700mm 单机可逆式冷轧机， 以后陆续投产了 1200mm 单机可道式冷轧机，Mxwl400mm 偏八辊轧机、l150mm 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 1700m 血连续 式五机架冷轧机，1988 年建成了 2030m 血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、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但 随着四化建设的发展，无论在数量和品种质量上都远远满足不了四化建设发展的需要， 为此我们必须增建新轮机，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 t，而 30 年后的今天生产能力已达 2000 多万 t，增加了 20 倍。原西德 1950 年年产冷轧板 l6.3 万 t，而 1974 年达 821.3 万 t，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，特别是在轧制厚 度小而长度大的薄板带产品时，冷却上的差异引起的轧件首尾温差往往使产品尺寸超出 公差范围，性能出现显著差异。当厚度小于一定限度时，轧件在轧制过程中温降剧烈， 以致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，事实上存在着一个热轧厚度下限。70 年代初期，日、法、 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 意、原西德等国曾致力于用热连轧精轧机组增加 8、9 机架来生产 1mm 式 0.8mm 的薄 带。但实践证明，从产品质量和设备重量来说这是不可行的。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 1.8m 或 1.5mm 以下的热轧板卷。 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 0.23.5mm 厚的冷轧薄板。现代 可逆式冷轧机可生产 0.15-3.5mm 厚的冷轧板。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 0.15-0.38mm 厚的板带为一般薄板，0.07-0.35mm 厚的为较 薄薄板，0.025-0.05mm 厚的板带为极薄薄板，这些产品甩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。因此热轧不适于生产表面光洁程度要求较高的板 带钢产品。热轧扳表面祖糙度热轧状态为 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。冷轧板按表面组糙度分为 3 种： 一种是无光泽的钢板，其表面租糙度为 3-10m，一般适用于作冲压部件，并且当需涂 喷刷漆时这种钢板附着性较强；第二种是光亮板，其表面祖糙度大于 0.2m，这种钢板 主要作为装饰镀铬用厚板等；第三种是压印花纹钢板，采用表面具有 70-120m 凸凹的 平整辊平整钢板，这种钢板由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恰当的配合，可以在比较宽的范围内 满足用户的要求。如汽车用薄板几乎全部须经冲压成型，这样深冲性能就成为薄板生产 翱使用的核心问题。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 10- 1.2，第二代 08A1 钢 R 为 1.4-1.8，而第三代冷轧汽车板互为 1.8-28，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杨变电设备制造业。能 源价格上浓、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 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 热轧硅钢片，代之以冷轧硅钢片。用 10 万 t 冷轧无取向硅钢制作电机比用 10 万 t 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。 1.2 冷轧薄钢板生产工艺流程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持点。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(以汽车板为最多)、电工硅钢 板，不锈钢板和涂层(或复合)钢板。成品供应状态有板或卷或纵剪带形式，则要取决于 用户要求。各种冷轧产品生产流程如图 1l 所承。 第一种生产方法，是单张生产方法，从原料到成品生产的全过程是以单张方式进行 的。这种生产方法，产量低、质量差、成材卒低，只能轧制较厚规格的薄板，但建设投 资较低。 第二种是半成卷生产方法。这种方法产量较高但轧后的工艺比较落后。 目前，第一、第二种生产方法国内外都有，但它们是被逐渐淘汰的生产方法。 第三种是成卷生产方法，是比较常用的屑于 50 年代的生产方法。 第四种是现代冷轧生产方法，是 50 年代出现的一种生产方法。冷轧机上装设有两 台拆卷机、两台轧后张力卷取和自动穿带装置，并采用了快速纹辊、液压压下、弯辊装 置、计算机自动控制等新技术。 第五种是完全连续式冷轧生产方法，目前关于全连续轧机的名称有各种说法。为便 于统一，我们按冷轧带钢生产工序及联合的特点，将全连续轧机分成 3 类： 第一类是单一全连续轧机，就是在常规的冷连轧机的前面，设旦焊接机、活套等机 电设备，使冷轧带钢不间断地轧制。这种单轧制工序的连续化称为单一全连续轧制， 世界上最早实现这种生产的厂家是日本钢管福山钢厂，于 1971 年 6 月投产。目前属于 单一全连续轧制的生产线世界亡共有 14 套。川崎干叶钢厂的四机架冷连轧，改造成单 一全连轧机，1988 年投产。 第二类是联合式全连续轧机。将单一全连轧机再与其他生产工序的机组联合，称 为联合式全连轧机。若单一全连轧机与后面的连续迟火机组联合，即为退火联合式全连 轧机；全这轧机与前面的酸洗机组联合，即为酸洗联合式全这轧机。联合式全连轧机世 界上共有 16 套，这种轧机最早是在 1982 年新日铁广烟厂投产的。目前世界上酸洗联合 式全连轧机较多，发展较快。是全连轧的一个发展方向。 第三类是全联合式全连续轧饥，是最新的冷轧生产工艺流程。单一全连轧机与前 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 面酸洗机组和后面连续退火机组(包括清洗、退火、冷却、平整、检查工序)全部联合起 来，即为全联合式全连轧机，见图 12。全世界已有两套这种轧机，最早的是新日铁 广烟厂于 1986 年新建投产，第二条线是美日于 1989 年合建的。全联合式全连轧机是冷 轧带钢生产划时代的技术进步，它标志着冷轧板带设计、研究、生产、控制及计算机技 术已进入一个新的时代。为使整个机组能够同步顺利生产，采用了先进的自动控制系统， 投产后均一直正常生产，板厚精度控制在土山以内。过去冷轧扳带从投料到产出成品需 12d，而采用全联合式全连轧机只要 20min。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 图图 1 12 2 全联合式全连续轧制全联合式全连续轧制 1酸洗机组 2冷连轧机 3清洗机组 4连续炉退火 5平整机 6表面检查横切分卷机组 1.3 冷轧钢板的分类冷轧钢板的分类 表 1-1 冷轧薄板规格规格、钢号及所用标准 规格尺寸,mm 钢种钢号 厚度（a0） 宽度 （b0） 长度（c0） 标准号 碳素结构钢 Q/95、Q215A( B) F、Q215A(B)、 Q235A(B) F、Q235A(B) 0.2-0.45 0.5- 0.65 0.7-1.2 1.5-3.0 600-1100 600-1250 600-1500 1200-3000 1200-3500 1200-6000 GB708- 88、YB(T)61- 87、YB537- 65、GB700- 88、GB11253- 89 优质碳素结构钢 08Al、10、15 、20、25、30 、35、40、45 、50 同上 GB708- 88、GB710- 88、YB(T)62- 87、Q/ASB80- 92、GB699-88 汽车用薄板钢 K08Al 重、 08Al、06AlP 同上 GB708- 88、GB5213- 85、Q/ASB89- 92 低合金钢 09MnXt、50M n、08CuP、15 Ti 同上 GB708- 88、GB710- 88、 鞍协 83-3、 鞍协 81-4、 鞍铁 协 88-9、 Q/ASB78-92、 鞍协 89-1 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 1.4 冷轧薄板钢的质量控制冷轧薄板钢的质量控制 1.4.1 钢的化学成分对成品性能的影响钢的化学成分对成品性能的影响 钢的化学成分对性能的影响，特别是碳、锰、硅对产品力学性能的影响存在下列关系： b25 十 67C 十 14Mn 十 20Si。而抗拉强度、屈服强度、延伸串决定着冷轧产品的使用批 能，特别是薄板的成形性能，所以炼钢控制好化学成分，是保证生产出优质冷轧汽车钢板的 基础。钢中碳含量对成形性能的影响是通过影响屈服极限和塑性应变比 R 值来实现的。碳 对薄板成形性能的影响可以见团 1-3。标准规定 08 沸钢碳含量为 0.05-0.11但常常保 证不了成形性能，故原苏联奇列波维茨和札波罗什冶金工厂内控碳含量不大干 0.07。 硫有提高屈服强度的趋势，硫化物夹杂促使钢中带状组织形 成，恶化深冲性能，其关系见图 1-4。 适量的铝能消除钢的时效硬化性，提高冲压性能，其关系见图 1-5。 图 1-3 塑性应变比 R 值与含碳量的关系 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 7 页 图 1-4 硫对屈服极限的影响 图 1-5 铝含量与屈服权限的关系 1试样 1；2试样 2 以同一钢种 08Al 为例，标准规定解含量不大于 0.035，硫含量不大于 0.040,而作为 复杂冲制零件时必须把磷、硫含量分别控制在 0.020和 0.030以下，因为复杂冲件要求钢 板具有很高的塑性。许多工厂的工作经验指出，为了保证必须的工艺性能和力学性能，钢的 正常夹杂物含量要尽量低。 锰含量下限可以降低，1949 年原苏联标准规定锰含量为 0.30-0.45，1990 年原苏联 标准改为 0.20-0.35。日本 JISG3141-69 规定锰含量没有下限(不大于 0.40)。实际生产 中，原苏联札波罗什冶金工厂锰含量下限为 0.25，日本福山、君津厂锰含量下限一般限定 为 0.23。我们的生产经验是当把锰含量下限限定在 0.20-0.23时，虽然钢的性能有些提 高，但热轮时边上有拉裂，所以我们把锰含量下限控制在 0.26。 从冲压性能看，半镇静钢板比沸腾钢板冲废率低 3；沸腾钢板代表了第一代汽车用钢 板，它固溶氮含量较高，具有明显的应变时效性，具有较弱的111织构，冲压成形性较 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 8 页 差，更为 1.0-1.2，不适用于深冲压制复杂零件。铝镇静钢板通过控制 A1N 的固溶和析出条 件，可以得到强的111织构，从而得到良好的冲压性能，R 为 1.4-1.8。迄今为止，大工 业生产中使用的各类冲压用薄板都是以铝镇静钢为基的，称之为第二代冲压汽车用钢板。 在 80 年代，采用复吹转炉冶炼和改进的 RH 真空处理设备，可以较经济地生产出碳含 量不大于 20ppm 的超低碳钢。RH 处理的时间缩短到 10-15min。目前有些国家大量生产出碳 含量不太子 0.005、氮含量不大于 0.003的超低碳 IF 钢，其冲压性能 R 为 1.8-2.8，形成 了第三代汽车用冷轧钢板。我国超低碳钢生产研究工作开始于 l985 年，北京科技大学同宝 山钢铁总厂合作，1990 年已生产出性能比日本川崎生产的 IF 钢毫不逊色的第三代汽车钢板。 对高强度薄板而言，力学性能波动保持较小具有重要的意义。除了总的加工性能的限制 外，较薄的钢板必须考虑深冲部件的回弹、弯折等，屈服极限的离散度反映出成形性能的不 同。因此连续退火的带钢要特别注意必须准确地保持化学成分、退火温度和冷却温度的一致。 添加微量合金元素可以有效地提高高强度形板的强度。然而为了达到采用微量元素的目 标值，需要综合化学元素的结合机理。在实践中重要微合金化元素的作用见表 l-2。 表 1-2 冷轧薄板微合金化元素在钢中的作用 微合金化的作用元素，化合物 晶粒细化 通过滞后再结晶的亚结构 强化析出强化 与碳、氮的完全结构 组织的影响 晶粒界面结合 Nb(C)、Ti(C) Nb(C)、Ti(C) Nb(C)、Ti(C) Nb(C、N)、TiN、TiC Nb(C)、Ti(C) 、(BN) B 偏析 1.4.2 热轧带钢对冶轧钢板性能和组织的影响热轧带钢对冶轧钢板性能和组织的影响 冷轧的原料是热轧带钢，而冷轧生产产品的好坏与热轧带钢的质量关系很大。热轧带钢 的组织和性能直接影响到冷轧钢板的组织和性能。影响热轧带钢组织和性能的因索除钢坯加 热温度和保温时间之外，主要因索是终轧温度、卷取温度、末道次压下率。以低碳钢为例， 热轧、冷轧低碳钢的组织特征是铁素体晶粒组织和一定数量的渗碳体，所以决定其性能好坏 的钢的组织就是铁素体晶粒的大小、形状及均匀程度，其次就是渗碳体的尺寸大小及分布的 弥散程度。假如冷轧带钢有很粗大的晶粒，在冲压加工后，加工零件表面将形成粗糙表面， 甚至导致冲压时开裂造成废品。冷轧退火后钢板的铁素休晶粒大小，除与冷轧热处理条件有 关外，也与热轧带钢的显微组织有关。热轧带钢的显微组织特征保持在冷轧薄板上，冷轧不 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 9 页 能消除热轧变形时得到的粗大晶粒、过细晶粒及晶粒不均，这些都将遗传在冷轧带钢上。生 产实践也完全证实了这一结论，某冷轧厂生产中曾出现大量晶粒度不合格的产品。我们除了 注意冷轧热处理工艺条件之外，分析对比了冷轧产品晶粒度与热轧带钢组织的关系，结果列 于表 l-3。 表 1-3 热轧带钢晶粒组织与冷扎成品晶粒度的关系 分类沸腾钢镇静钢 热带钢量，t 热带钢精粒为 9-10 级者，% 成品晶粒为 9-10 级者占原料为 9-10 级晶粒的百分比，% 2326 30（699.7t） 20 1580 78（1235.9t） 40-50（最高 79） 1.4.3 原料的几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响原料的几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响 冷轧原料的几何尺寸对冷轧生产十分重要，因为热轧产品横断面和长度上的厚度不均， 经冷轧后只能减轻，不能消除。冷轧原料头、尾尺寸差大，不仅使轧制困难，也使对焊时焊 接不牢而产生断片。热轧带钢浪瓢形太大和厚度不均也会严重影响冷轧的正常进行，所以作 为冷轧原料的热轧带钢必须严格按标准交货。为了进一步证实热轧带钢横断面的变化对冷轧 带铜横断面的影响，加拿大多法斯科工厂在五机架冷连轧机上将 3.11000mm 热轧板卷轧成 0.931000mm 冷轧板，试验结果证明，热轧带钢经过冷轧之后，其断面并未发生显著变化， 矩形的断面仍是矩形的，凸形的断面仍是凸形的。显然冷连轧机的辊缝在冷轧过程中并不能 保持规定的几何形状，辊缝完全适应热轧带钢横断面的变化，所以用户所要求的冷轧带钢横 断面必须在热轧生产中形成。经过冷轧之后唯有距带钢边部 25mm 范围内冷轧板边部成薄了 约 1。在冷连轧 1 号和 2 号机架上锥形工作辊与工作辊轴向串移相结合是减少边部减薄的 有效措施。上述试验及生产实际都证明，冷轧薄板的相对横断而和平直度在热带钢轧机的精 轧机组上就已形成了，在冷轧机上只能改变绝对断面。如果试图改变相对断面，必然引起平 直度的变化。因此构了保证冷轧最终产品的质量，对热轧带钢提出了很高的要求，例如比利 时的扣克利尔厂和荷兰的赫歌文斯厂的热轧机在正常轧制条件下，平直度控制在 5-50I 之间， 良好条件下平直度可以控制在 5I 之内。规定作为冷轧原料的热轧带钢，其相对断面厚度差 (即同极差)要小于公称厚度的 1。 从试验中还可看出，在热轧带钢凸度和冷轧带钢边浪之间有一个适当的相互关系。热轧 带钢凸度每减少 10m，边浪就增大 2.9I。热轧带钢凸度和冷轧带钢中间浪之间没有相应的 关系。 综上所述，要生产出高产优质的冷轧薄钢板，炼钢的质量和热轧带钢的质量是两个最重 要的基础保证。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 10 页 1.4.4 坯料常见缺陷以及对冷轧生产的影响坯料常见缺陷以及对冷轧生产的影响 冷轧所使用的各种形式的原料，最常见的缺陷是表面氧化铁皮