高精度及极薄钢带的生产

高精度及极薄钢带的生产二十辊冷轧机由于轧机的刚性大、轧辊的弹性挠曲变形非常小，以及它所具有的多种方便灵活的调节手段，因此能产生出尺寸精度极高、平直度非常好的钢带。二十辊冷轧机由于工作辊径可以非常小，因此能够轧出厚度极薄的冷轧钢带。二十辊轧机多以单机架的形式使用，因此很适合进行小批量、多品种的生产。2.1 高精度及极薄钢带的用途和要求随着我国国民经济从粗放型增长方式向集约型增长方式的转变，高精度及极薄钢带的需求量急剧上升，用途不断扩大，广泛用于电子工业、家用电器、汽车工业、机械工业、轻工机械等各行各业，不仅是尖端科学、新技术开发的重要基础，也是各传统工业部门高技术、高水平、高要求产品的关键原材料。由于生产和技术的发展， 用户对冷轧钢带产品的尺寸精度要求越来越高， 厚度允许偏差不断减小，平直度要求更加严格，对表面状态及光泽度提出了新的要求。因此，冷轧钢带的产品标准也在逐步提高。 但是，我们现行的国家标准中冷轧钢带的质量标准很低， 远远不能满足许多行业对冷轧钢带的精度要求。 目前，具有生产高精度冷轧钢带产品能力的厂家， 只能根据自己的装备水平和技术实力来建立自己的工厂标准，并按用户的技术要求来组织生产。国家标准GB708—88规定了冷轧钢带的精度标准。标准分为两个等级；即 A级精度和B级精度。厚度允许偏差见表 1.1不平度规定见表 1.2；镰刀弯在每 2m内不大于6mm，即1．5mm／m，纵剪带为 4mm／2m。从标准中可以看出其精度等级是非常低的。 A级精度的厚度允许偏差也在其公称厚度的± 6．4％～±20％之间，B级精度的厚度允许偏差就更大了，为其公称厚度的± 7．5％～±25％(钢带厚度范围为 0．2～2．0mm)。随着科学技术的不断发展， 各行各业对冷轧钢带的精度不断提高， 远远超过了国标所要求的范围，因此我们必须采用新工艺、新设备生产高质量的产品来满足用户的要求。例如：生产双层卷焊钢管 (即邦迪管)用的冷轧钢带，公称厚度一般为 0．35mm，厚度允许偏差为0.004mm，为公称厚度的±1．14％；镰刀弯不大于6．25mm／3000mm，即为0.694mm／m；切口毛刺不大 0.04mm。又如：电子工业用高精度钢带，厚度允许偏差在钢带厚度不大于0，5mm时为±0，003mm，为厚度的± 0．6％；大于 0．5mm时为±0．005mm，为厚度的±1％；镰刀弯为小于0．23mm／400mm，即1．438mm／m；切口毛刺为小于0．0lmm。可见其要求精度远高于我国现行标准。生产高质量的产品必须要有高精度的生产设备。二十辊冷轧机就是生产高精度冷轧钢带的最理想的设备。图1.1给出了国标中冷轧钢带厚度允许偏差及二十辊冷轧机所能达到的钢带厚度精度。从图1.1不难看出，二十辊轧机具有极高的精度：当产品厚度大于0．1mm时，产品的厚度偏差在其厚度的±1％以内；厚度大于0．5m时，产品的厚度偏差在±0．5％以内；在产品厚度小于0．1mm的条件下，产品的厚度偏差可以达到±0．001mm2.2生产工艺高精度冷轧钢带、极薄钢带、热镀锌钢带以及彩色涂层钢带的生产工艺流程如图1.2所示。产品供应状态有钢板、钢带或者纵剪钢带等形式。图1.3是高精度冷轧钢带及极薄钢带车间平面布置一例，图1.4是该车间的工艺流程图。该车间使用一台二十辊森吉米尔冷轧机，生产厚度为0．05—1．0mm、宽度为250～450mm的高精度冷轧钢带及极薄钢带，最高轧制速度为400m／min图1.5是一个典型小型冷轧钢带车间的平面布置图，图1.6是该车间的工艺流程图。该小型冷轧车间的年生产能力在20万t至35万t的范围；小型涂层线的年生产能力为5万t至10万t车间采用一台二十辊森吉米尔冷轧机(如ZR22—52”型)，用宽度为650—11250mm、厚度为2～6mm的热轧钢带卷，生产厚度为0．3—1．6mm的冷带，最大卷重20t最大轧制速度为600m／min；配套设备有一条推拉式酸洗线、一条小型连续热镀锌线、一条小型带卷彩色涂层线及一条横切线。该车间的中间产品为热轧酸洗钢带及高硬度的冷轧钢带。2.3原料准备2．3．1 冷轧钢带的原料冷轧钢带生产是钢带轧制的精加工过程。冷轧钢带的原料就是热轧钢带。要获得高质的冷轧钢带，必须要有良好的热轧钢带原料来保证。钢的化学成分、纯净度及热轧工艺的控制， 对最终冷轧钢带产品的组织、 性能有极大的响；热轧钢带的外形尺寸、板形及表面状态，将直接影响冷轧钢带的尺寸精度、板形和表面质量。2．3．1．1 钢质对冷轧钢带性能的影响炼钢时控制好钢的化学成分是保正生产出优质冷轧钢带的基础，钢的化学成分与钢的成形性能有密切的关系。钢的碳含量对钢带成形性能的影响是通过影响钢的屈服极限s和塑性应变比R来实现的。碳是提高钢的强度最显著的元素之一，碳含量增加，R值减小、成形性能变坏。碳对钢带成形性能的影响可以从图1.7中看出。塑性应变比只是拉伸试验中宽度应变与厚度应变的比值，可以用下式表示：式中B、H——分别为试样的宽度、厚度；脚注0、1——分别代表试样变形前及变形后的数字。通常钢板具有各向异性，故R值应取与轧制方向成900、450、00角的试样试验结果的平均值，即：当R<1时，说明材料厚度方向容易变形减薄、致裂，冲压性能不好。当R>1时，说明在冲压成形过程中，长度和宽度方向的变形容易，能抵抗厚度方向的变薄，而厚度减薄是冲压过程中发生断裂的原因，所以尺值大，成形性能好。锰是提高屈服极限 s的一个因素，随着钢中锰含量的增加， s也上升。锰使钢加工硬比。但是，锰含量太低也将失去防止钢的热脆的能力。因此，锰含量(质量分数)一般不低于0.02％。硫、磷一般在钢中以有害元素身份出现。硫是钢发生热脆的根源； 硫化物夹杂促使钢中形成带状组织， 恶化深冲性能；硫有提高屈服极限s的趋势，不利于冲压成形，参见图1.8。为防止硫对冲压用钢的不良影响，冲压用钢的硫含量(质量分数)一般都限定在不大于0．025％，最好小于0．02％。磷能溶解于铁素体内，使铁索体在室温下硬度和强度增高、塑性下降，即产生冷脆现象；同时磷能引起剧烈的加工硬化；它又是偏析比较严重的一种元素，并且很难经扩散退火完全消除，所以容易出现带状组织，给冲压带来不利影响。钢中磷含量(质量分数)越低越好，应不大于0．02％。硅是深冲用钢不希望含有的一种元素，因为它可提高钢的硬度和强度，一般硅含量(质量分数)被限制在不大于0．01％的范围内。铝加入钢中的目的是做脱氧剂，钢中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1.9。钢中的氧和氮都是产生时效硬化的元素，加入铝使氧和氮固定在AL2O2和A1N中，能排除时效硬化的可能性；同时，铝还可控制晶粒度和晶粒形状，形成{111}织构，2对提高冲压性能极为有利。当钢中铝的质量分数W(AL)<0．02％时，则不能完全消除钢中的游离氮，因此达不到对时效的控制；但当钢中W(A1)>0．065％时，在铝与氮化合生成AIN后，多余的金属铝在钢中则起到了合金化的作用，使钢的屈服极限s又出现了升高的趋势。因此，钢中金属铝的理想含量(质量分数)应是0．04％～0．05％，但是实际生产中很难将铝含量控制在如此窄的范围内，一般标准将其控制在0．025％～0．07％的范围内。为提高钢带的冲压性能，应尽量降低钢中碳、锰含量，在较窄的范围内控制铝的含量，严格控制有害元素硫、磷含量。表6-6列出了几家深冲用钢08Al的化学成分标准及实际的出厂成分。冲压钢板按发展历史和冲压性能水平，可分为三代产品。冲压用钢的主要要求之一是具有占优势的有利织构，即有利织构系数111/[100]高。低碳优质沸腾钢代表了第一代产品，它与各向同性的无取向正火钢相比是一个进步，它有较弱的{1111}织构，塑性应变比R值为1．0～1．2，冲压成形性较差，沸腾钢中的固溶氮含量较高，具有明显的应变时效性。铝镇静钢是第二代产品，通过对A1N的固溶和析出的控制，铝镇静钢具有强的{111}织构，从而获得了良好的深冲性能，R值为1．4～1．8，铝镇静钢在罩式炉退火过程中绝大部分碳析出成Fe3C，经平整后其性能稳定；因此，自铝镇静钢问世之后，绝大多数钢铁生产厂家的冲压用薄钢板都是以铝镇静钢为基础生产的。冲压用钢的第三代产品是20世纪80年代中迅速发展起来的IF钢，IF钢具有超低碳、微合金化和钢质纯净的特点，IF钢具有极为强烈的{111}织构，R值可达1．8—2．8，可用于大尺寸整体成形极其复杂的冲压件，IF钢无时效性。IF钢又称无间隙原子钢。碳含量低是IF钢最显著的特征，一般W(C)≤0．005％。IF钢中添加的微合金元素主要是强碳、氮化物形成元素钛或铌，一般按下式加入：从式中可以看出，钢水中的碳、氮含量必须设法减少，才能节约钛和铌降低成本。在IF钢中杂质元素一般控制在很低的水平，钢质非常纯净，杂质含量为：为使IP钢成分合格，应采甩特殊冶炼和浇注工艺。需选用杂质含量低、成分均匀的生铁，铁水进行预处理，达到 W(S)≤0.01％的水平。冶炼后进行真空脱气处理，使铁水脱碳。连铸时，应采用氩气进行保护浇注，中间罐吹氩，应用无碳保护渣等措施。三代冲压用钢性能比较见表 1.7。表1.7中的n为加工硬化指数。加工硬化指数可表示如下：式中 ——分别为拉伸 15％和5％时的力；——分别为拉伸 15％和5％时的长度；——分别为拉伸 15％和5％时的长度与厚度之差。n值大，拉伸能力强，冲压性能好；而 n值小时，冲压性能差。加工硬化指数，2、塑性应变比R都是评价材料冲压或成形性能的重要参数，但是二者又有所侧重。一般冲压变形是冲压和拉延复合变形的过程，可能以其中一种变形为主。当以冲压变形为主时，要求钢的塑性应变比 R值要高；当以拉延变形为主时，则要求钢具有较高的加工硬化能力， 即n值要大。在冲压变形和拉延变形都存在的复合变形情况下， 同时要求具有较大的R值和n值。即使在一种变形为主，另一种变形为辅的情况下，只值和n值都大，也有利于冲压成形，故一般常用这两个指数一块来评价。2．3．1．2 热轧工艺对冷轧钢带性能和组织的影响热轧钢带的组织和性能直接影响到冷轧钢带的组织和性能。影响热轧钢带组织和性能的因素有：钢坯的加热温度和加热时间、轧制温度、终轧变形程度及卷取温度等。对于低碳钢，热轧、冷轧的组织特征都是铁素体晶粒组织和一定数量的渗碳体， 所以决定其组织特征的铁素体晶粒大小， 形状及均匀程度， 渗碳体的尺寸大小及分布的弥散程度决3定了钢的性能的好坏。冷轧退火后钢板的铁素体晶粒的大小，除与冷轧热处理条件有关外。也与热轧钢带的显微组织有关。热轧钢带的显微组织特征会保持在冷轧钢带上，冷轧时消除不了热轧变形时得到的粗大晶粒、过细晶粒及晶粒不均，这些都将遗传到冷轧钢带上。这些现象已为生产实践所证明。热轧时钢坯的加热温度和加热时间的控制实质上是对奥氏体晶粒度的控制。加热温度一般为1150~1250℃，加热时必须防止产生过烧、过热及严重脱碳现象，保温时间不宜超过均热要求的时间。热轧过程中，调整控制终轧温度及终轧变形程度， 对控制奥氏体的再结晶而言无疑是非常重要的。关于热轧终轧变形程度不应该是临界变形量 (小于10％)，因为这时得到的是大晶粒和不均匀晶粒，有时表面为大晶粒，而中间晶粒细小。但是不能孤立地考虑终轧变形程度，必须充分估计到整个轧制过程变形积累性的影响。终轧温度及卷取温度对热轧钢带的组织和性能的影响更重要。低的终轧温度和卷取温度，使钢带形成变形晶粒。在这种情况下，冷轧退火后的冷轧钢带将得到过于细小的晶粒，相伴产生拉长了的铁素体晶粒组织，冷变形很困难。从高的终轧温度和卷取温度缓慢冷却下来时，将得到粗大晶粒并析出大的渗碳体。在冷轧时粗大晶粒和大的渗碳体被轧碎， 这就创造了冷轧后产生条状渗碳体的条件， 这正是在冲压时产生断裂的原因。渗碳体尺寸决定于热轧卷取的温度，而渗碳体在钢组织中的分布是由热轧终轧温度决定的。为了得到均匀的铁素体晶粒和细小分散、均匀分布的渗碳体，最佳的热轧条件是： 终轧温度应略高于 Ar3，轧后快速冷却保证成卷温度低于 Arl。图1.10是低碳钢的终轧温度与卷取温度的配合及其组织示意图。图1.10之 区，为低碳钢在 Ar3温度线以上完成轧制，卷取温度在 680℃以下，可得到最好的效果，可以保证获得均匀等轴细晶组织，以及弥散程度较高的碳化物； b区，终轧温度在Ar3以下，并在680℃以下低温卷取，获得不均匀晶粒结构，在钢带表面出现粗晶；区，终轧温度在Arl以下，出现被延伸的铁素体晶粒，在低温卷取时，拉长的晶粒仍然保留下来；d区，是在 Ar3以上完成轧制过程，在 705℃以上进行高温卷取，从而生成均匀的粗晶组织，同时碳化物已有相当程度的积聚； e区，在Ar3以下轧完并进行高温卷取，产生很不均匀的粗晶组织，表面的晶粒极为粗大；／区，终轧温度在 Arl以下进行低温轧制，而进行高温卷取，由于自身回火进行再结晶而造成粗晶组织。加热温度高、开轧温度高、终轧温度高及卷取温度低的“三高一低”轧制工艺，是深冲用钢以冷轧后在罩式退火炉中进行再结晶为基础的传统工艺。高温加热有利于使晶粒均匀；低温卷取可防止 AIN 沉淀析出，这样钢带冷轧后在罩式炉退火的加热过程中，在再结晶开始以前的缓慢加热的某个适当的温度范围内， AIN呈极微细的析出， 促使有利于深冲性能的{111}再结晶织构形成和抑制不利结构 {100}，{110}的发生。20世纪70年代以后，冶炼技术和热轧生产的进步使得连续退火机组生产冲压板获得了成功，并且超过了罩式炉。如果冷轧后采用连续退火机组生产冷轧钢带，则要在热轧时采用高温卷取而不是低温卷取。卷取温度为700～750℃，比传统工艺高100—150℃。高温卷取使得铁素体晶粒和碳化物粗大，再结晶退火时的MnS以适当尺寸析出，由此消除了阻碍晶粒长大的主要因素MnS和碳化物，并且再结晶时碳化物在 a-Fe中再溶解缓慢，由于 MnS在晶界析出，特定的结晶方位发达，可得到高的 R值。现代超低碳钢冶炼工艺，改变了生产深冲冷轧钢带的传统工艺。 IF钢具有优异的深冲性和无时效性。 IF钢由于添加了微合金元素钛和铌，板坯加热温度高对材料力学性能有不利影响，采用低的板坯加热温度比较合适，一般为 1050℃左右。终轧温度对钛处理 IF钢4的尺值影响很小，对铌—钛复合处理 IF钢影响则要大一些，铌处理 IF钢终轧温度变化对性能有重要影响。快速大压下轧制，提高终轧温度 (高于Ar3)，已为目前 IF钢生产广泛采用，特别是铌处理和复合处理 IF钢，有利于碳氮化合物的粗化。 IF钢对卷取温度要求较宽松，有人研究认为， Ti—IF钢高温卷取(≥750℃)比低温卷取(≤650℃)的R值高。考虑到高温卷取导致氧化铁皮厚、酸洗效率降低、成材率下降， 1F钢本质上又具有超深冲性，可以补偿低温卷取带来的性能不足， IF钢宜采用低温卷取，卷取温度为 650～700℃。热轧时应设法获得均匀、细小的铁素体组织，以利于深冲性能的提高。采用不同的冷轧退火工艺的铝镇静钢及 IF钢的热轧工艺变化如图 1.11所示。2．3．1．3 热轧钢带几何尺寸对冷轧钢带精度的影响钢带由于其断面的宽高比很大， 并且一般是在带有前后张力的条件下进行轧制， 特别是二十辊轧机等多辊轧机是采用大张力轧制， 因此在钢带冷轧过程中几乎就没有宽展发生， 钢带厚度的减薄完全转变成钢带长度的增加。 为了保证冷轧钢带产品的平直度， 冷轧过程中冷轧钢带产品的横断面尺寸应按热轧钢带的横断面尺寸成比例地减少， 否则将影响冷轧钢带产品的平直度，产生浪形或镰刀弯。但是， 热轧钢带在长度方向的厚度不均， 经过冷轧加工后可以减轻，特别是现代化的冷轧机，在采用了 AGC自动厚度控制技术后，冷轧钢带的纵向厚度偏差可以控制在产品厚度的± 1％的范围内，产品厚度大、冷轧加工量大，则厚度精度更高。另外，热轧钢带板形不好、钢带头尾偏差大、 浪形大、厚度不均也会严重影响冷轧正常进行。当进行全连轧时，头尾厚度偏差过大，会使对焊时焊接不牢而容易造成断带。2．3．2 原料酸洗2．3．2．1 热轧钢带表面的氧化铁皮热轧钢带表面的氧化铁皮是钢带在热连轧机上轧制时，在高温下生成的二次氧化铁皮。由于钢的化学成分、 轧制温度、终轧温度、轧后冷却速度及卷取温度的不同，表面氧化铁皮的组织和结构也有所不同。冷轧前必须将钢带表面的氧化铁皮去除干净。低碳钢热轧钢带表面的氧化铁皮， 主要是铁的氧化物， 直接附在基铁表面的一层是 FeO和Fe3O4的固溶体，其组织是疏松、多孔的细结晶组织；再上面一层是磁性氧化铁 Fe3O4，其组织是致密、无孔和无裂纹，呈玻璃状的断口组织；最上面一层是氧化铁 Fe2O3，呈柱状结晶构造。由于碳钢中含有少量的碳、锰、硅、硫、磷等元素，因此，在氧化铁皮中除了铁的氧化物之外，还含有部分其他元素的氧化物。低碳钢热轧钢带氧化铁皮的厚度，一般在 6～15 m范围内，个别达到 20 m。如果热连轧后采用层流冷却方式，氧化铁皮厚度小于10m。当在570℃低温卷取时，氧化铁皮厚度大约为6m；如果在750C高温卷取，则铁皮厚度达到12m。钢带表面氧化铁皮的最内层FeO和Fe304的固溶物是氧化铁皮中最厚的一层，大约占整个氧化铁皮厚度的80％；中间的磁性氧化铁Fe304，占整个氧化铁皮厚度的约18％；最外层的氧化铁Fe2O3，仅占整个氧化铁皮厚度的约2％。氧化铁皮的单重波动在35—55g／m2范围内。2．3．2．2 酸洗方式碳素钢热轧钢带的酸洗采用硫酸作酸洗介质和采用盐酸作酸洗介质都是可行的。 新建钢带酸洗机组具体采用何种酸洗方式，还得根据机组的生产能力、酸液供给、成本等因素综合考虑。20世纪60年代以前，除了镀层钢带采用盐酸酸洗外，其他钢带酸洗基本上都是采用硫酸酸洗方式。从60年代起，由于对酸洗工艺及设备的研究，成功地设计和建立了盐酸酸洗废液的再生装置，解决了废盐酸的再生回收问题；钢带盐酸塔式酸洗机组的发明，为钢带采用盐酸酸洗开辟了一条新路；随着现代工业的发展，新的耐酸材料的出现；以及盐酸与硫酸价格比发生了变化，这就使得盐酸酸洗方式逐渐得到推广，盐酸酸洗的经济效益和酸洗工艺5上的优点就被充分显示出来。以后，除新建了许多大型的连续盐酸酸洗机组外，还将许多原有的硫酸酸洗机组逐步改造成了盐酸酸洗机组。盐酸酸洗机组之所以得到如此大的发展，是因为盐酸酸洗比硫酸酸洗具有更多的优点：首先，盐酸可以完全溶解钢带表面氧化铁皮中的3种氧化铁(FeO、Fe3O4、Fe2O3)。这样，酸洗后钢带表面没有残留的氧化铁存在，因此酸洗钢带表面质量好；同时在钢带表面上的酸洗反应物一般为亚铁盐，它极易溶于水，因之酸洗后容易用水将其从钢带表面上冲洗干净，所以一般盐酸酸洗钢带具有清洁、光亮、没有斑痕，呈银白色的平滑表面，对于下一步冷轧工序极为有利；酸洗速度快，它几乎是硫酸酸洗速度的两倍；不需要破鳞，这不仅省掉了破鳞机，而且避免了机械损伤钢带表面，因而也改善了钢带表面质量；在酸洗槽内和中间储酸罐内，没有氧化铁皮(铁鳞片)积存。其次，盐酸酸洗几乎不浸蚀钢带机体。这样，钢带不容易发生过酸洗和氢脆现象，酸洗缺陷少；酸洗铁损少，盐酸酸洗比硫酸酸洗金属损失少20～25％。第三，用于酸洗的盐酸可以完全再生成为新酸(再生酸)，酸气和废酸都可以完全回收，整个系统是一个封闭的循环系统，系统中没有被遗弃的酸液和酸气，排出的是Fe2O3粉。高质量的Fe2O3粉可作软磁合金的高档原料使用；大颗粒的Fe2O3粉也可作为矿石使用。盐酸用于酸洗，除了它的许多优点外，也有它的一些问题。60年代以前，正是由于这些问题没有得到解决，限制了盐酸酸洗的发展：第一，盐酸极易挥发，生产设备不易密封，造成车间内酸气弥漫，不仅严重腐蚀厂房、设备，而且酸气刺鼻呛人，腐蚀皮肤，使得劳动条件恶劣；第二，盐酸的腐蚀性强，它的储存和运输不如硫酸方便；第三，废盐酸液的处理问题没有解决，在当时的情况下，废盐酸中的FeCl2很难用普通的方法分离出来，而采用中和处理的费用又很高；第四，质量分数为98％的硫酸比质量分数为32％的工业盐酸价钱便宜。A硫酸酸洗纯净的硫酸是无色、黏稠、透明的油状液体，不易挥发。常用浓硫酸的质量分数为98％，密度约为1．．84kg／L。硫酸具有极为活泼的化学性质，它可以与金属及金属的氧化物发生化学反应，生成盐、氢气或水。酸洗正是利用硫酸的这种化学性质来清除碳钢表面的氧化铁皮。在硫酸溶液中酸洗时的化学反应式是：Fe2O3、Fe3O4很不易溶解于硫酸，反应式1-6、式1-7进行得很缓慢。反应式1-8进行得特别快，因为FeO在硫酸中溶解最快。在这种情况下，反应式1-9的纯铁与硫酸反应而析出氢气，氢气的析出对酸洗有很大的帮助，它机械地使未溶解的氧化铁皮自基铁表面剥落下来。在连续酸洗中，硫酸的质量分数一般为15％一25％，酸洗速度与酸液的质量分数和温度有很大的关系。对硫酸而言，温度升高的影响大于质量分数增加的影响。质量分数为25％--30％的H2SO4在95℃时酸洗时间最短，而且铁损也最少。图1·14示出了酸洗时间与酸洗温度的关系，图中也清楚地示出，当温度从90—95℃继续提高到100℃时，酸洗时间不会再缩短很多。图 1-15示出了酸洗时间与硫酸的质量分数的关系。盐酸酸洗纯净的盐酸是五色、 透明的液体，有刺激性气味，浓盐酸中约含 37％(质量分数)的氯化氢，密度约为 1.19kg／L。一般工业用盐酸的质量分数为 30％~35％，由于含有杂质而带黄色。常见的含31％(质量分数)HCI的工业盐酸密度为1．154kg／L，每升含HCl357.9g，1t质量分数为31％的工业盐酸含HCl310kg。盐酸具有酸的一切化学性质， 它可与金属及金属的氧化物发生化学反应， 生成盐、氢气6或水。碳钢在盐酸溶液中酸洗时的化学反应式是：在盐酸溶液中反应式 1-12的反应速度最快，反应式 1—10、式1—11次之，反应式 1—最慢。盐酸酸洗主要是通过化学作用溶解钢带表面的氧化铁皮，其酸洗侵蚀能力随着温度和盐酸质量分数的提高而剧烈增大。盐酸具有很大的溶解能力，酸洗速度相当高。图 1—为盐酸质量分数、温度与酸洗时间的关系。在现代新的密闭式盐酸酸洗机组中酸洗温度为 70~90℃，盐酸酸洗液的 HCl含量(质量分数)为5％～20％。盐酸酸洗时，金属铁与盐酸作用首先产生氢原子 (反应式1—13)。一部分氢原子相互结合为氢分子，促使氧化铁皮的剥离。 另一部分氢原子靠其化学活泼性及很强的还原能力， 将高价铁的氧化物和高价铁盐还原成易溶于盐酸溶液的低价铁及低价铁盐。其反应式为：分析使用过的盐酸酸洗溶液会发现， 酸液中只含有极少量的三价铁离子， 这是因为酸洗时生成的初生氢使三价的化合物还原成了二价的亚铁化合物。 二价的氯化亚铁对盐酸酸洗速度有很大影响。图1.17示出了酸洗时间与盐酸的质量分数、氯化亚铁的质量分数及温度的关系。从图1.17可看出，当酸含量增加和酸液温度升高时，酸洗时间缩短并且只要溶液中FeCL2的质量分数不是接近饱和状态(比饱和的质量分数低4％一8％)，随着FeCL2的质量分数的增加酸洗时间缓慢减少到最小。在酸洗时间最小值后，FeCL2的质量分数增加酸洗时间陡增，一直到FeCl2的质量分数达到饱和，酸洗时间很长。在整个酸洗期间，虽然,HCI的质量分数降低以及FeCl2的质量分数相应地增加着，但是这两个影响酸洗时间的相反的因素在较长的酸洗时间内相互抵消，以至于在这个时间内的酸洗速度仅有微小的变化。盐酸酸洗过程中，对反应起决定性作用的主要是酸洗液中氯化物离子的总含量，由此可以推断，在实际操作中，酸洗的初始盐酸的质量分数为20％左右是合适的，因为在酸洗过程中的较长时间内，酸洗速度接近于保持不变。当溶液的含酸量低或者溶液FeCl2接近饱和时，酸洗时间就太长而不经济。一般希望将FeCl2的质量分数控制在比较低的范围内。酸洗液流动对除鳞和酸洗过程的均匀性也起酸洗液流动对除鳞和酸洗过程的均匀性也起着有利的影响。酸洗液流动时，所需的酸洗时间一般要比静态酸洗处理缩短大约30％～50％。硫酸酸洗与盐酸酸洗的比较硫酸酸洗与盐酸酸洗比较如下：盐酸酸洗往往优先用于要求得到光亮表面的场合，主要用于酸洗后要进行表面处理的钢带。其部分原因在于，氧化铁皮和钢的伴生元素在盐酸中比较容易溶解。在硫酸中酸洗，由于有难于溶解的“酸洗渣”，如铁、硅酸、铜和钢的其他伴生元素，常常具有灰暗的表面。(2)盐酸酸洗速度快于硫酸酸洗速度。盐酸酸洗液温度在 50～60℃时，就能达到 100℃左右热硫酸酸洗所能达到的酸洗速度。在相同的温度下，在盐酸中的酸洗时间显著地短于在硫酸中的酸洗时间。图1.18示出了在没有铁的情况下，硫酸和盐酸的酸洗时间与酸的质量分数及温度的关系。3）在盐酸酸洗时增加酸液的质量分数和温度，很容易提高酸洗速度。而硫酸酸洗则主要是通过增加温度来提高酸洗速度，但是当温度从90～95℃提高到100℃时，酸洗时间的减少就微小了。当硫酸溶液的质量分数较低(如10％)：硫酸亚铁含量在80g／L以下时，提高硫酸亚铁含量，会使酸洗速度急剧降低，而且大致成线性关系；当硫酸亚铁含量超过 80g／L时铁盐含量再增大，对酸洗速度投有明显影响 (见图1.19)。FeS04在水中的溶解度比 FeCl2的小，并较牢固地粘附在钢带表面，给钢带再加工造成困难。7在盐酸中，随FeCl2增加到接近饱和，酸洗时间一直在减少(见图1-17)。硫酸对铁的腐蚀比盐酸要强烈一些；因此硫酸酸洗的铁损失大，容易产生过酸洗并且酸洗时产生过多的氢气将引起氢脆危险。盐酸酸洗不容易引起过酸洗。硫酸酸洗前一定要设置破鳞机。盐酸酸洗前就不一定设破鳞机。当然，在盐酸酸洗前设置破鳞机，能在酸洗前去除一部分钢带上的氧化铁皮，从而可以减轻酸洗槽的负荷，缩短酸洗槽长度，减少酸耗量，减少废酸处理量。长期以来硫酸酸洗的一大优点是，在工艺上有可靠的废酸和废水处理方法，因此普遍使用硫酸酸洗。美国十大钢厂 1963年以前硫酸酸洗占酸洗量的 90％以上。20世纪60年代以后，由于处理盐酸废液和废水在技术上已经解决， 加之盐酸酸洗的诸多优点， 盐酸酸洗得到了广泛的应用而迅速发展，现在已成为碳钢酸洗最主要的方法。2．3．3．3 酸洗机组A酸洗机组的发展钢带酸洗机组，目前主要有连续卧式酸洗机组、连续立式酸诜机组和半连续酸洗机组 3种形式。在20世纪60年代以前，主要是采用硫酸作为酸洗介质， 建造了一些生产能力很高的连续卧式硫酸酸洗机组。1959年奥地利的鲁兹纳公司发明了钢带塔式盐酸酸洗机组，并且解决了盐酸废液的再生回收问题，盐酸酸洗的经济效益和酸洗工艺上的优点被充分展现出来， 塔式盐酸酸洗机组一时风靡欧洲。到1965年欧洲共建了 11套塔式盐酸酸洗机组。 一向习惯于采用硫酸酸洗的美国，从 1962年也开始研究使用塔式盐酸酸洗机组， 1964年建成两套通过速度为 200m／min的宽钢带塔式盐酸酸洗机组。但是，塔式酸洗也有许多缺点，如：在机组中部有一个高高的酸洗塔，车间的桥式吊车无法通过，使机组中部的一些设备和酸洗塔本身维修不太方便，增加了停车维修时间；(2)塔内钢带的对中比较复杂，尤其是有镰刀弯的钢带+而且酸洗塔越高对镰刀弯的要求也越高；钢带在塔内断带时，重新穿带比较困难钢带在较高的塔内运行时，往往会产生较大的摆动，有时还会打坏酸液喷嘴。到20世纪70年代以后，由于高效率卧式盐酸酸洗机组的建设已不成问题， 因此，塔式酸洗机组就很少新建了。在塔式盐酸酸洗机组风行的同时， 日本、前西德、前苏联相继建了不少卧式盐酸酸洗机组，并且有不少国家将原来的硫酸酸洗机组改造成为盐酸酸洗机组， 或考虑机组既可采用盐酸也可采用硫酸。到1972年，美国用于冷轧钢带生产的酸洗机组几乎都采用了卧式盐酸酸洗机组。卧式连续酸洗机组，根据酸洗槽结构形式的不同，又有普通 (深槽)卧式连续酸洗机组、浅槽卧式连续酸浅槽卧式连续酸洗机组、湍流卧式连续酸洗机组及喷流卧式连续酸洗连续卧式机组相对于连续卧式酸洗机组，还有一种半连续卧式酸洗机组，亦称推拉式酸洗机组。目前钢带酸洗机组的主要形式如图 1-20所示。卧式连续酸洗机组普通卧式酸洗机组亦叫深槽酸洗，以区别于浅槽酸洗。深槽酸洗可以使用硫酸，也可以使用盐酸，或者既可以使用盐酸也可以使用硫酸。 不同酸洗介质的深槽酸洗机组的生产工艺和设备没有多大的区别。典型的卧式连续盐酸酸洗机组——武汉钢铁 (集团)公司冷轧厂的1700m卧式盐酸酸洗机组如图 1.21所示。机组的主要技术参数如下：机组生产能力： 70万t／a；8原料： 热轧钢带；原料钢带厚度： 1.5—6.0mm；原料钢带宽度： 550--1530mm；原料钢卷内径： 610--760mm；原料钢卷外径： 1100--1930mm；原料钢卷卷重： 28500kg，18.5kg／mm；机组出口钢卷厚度： 1.5-6.0mm；机组出口钢带宽度： 550-1500mm；机组出口钢卷内径： 610mm；机组出口钢卷外径： 最大2250mm；机组出口钢卷卷重： 45000kg，36kg／mm；机组穿带速度： 30～60m／min；机组进口段速度： 最大600m／min；机组工艺段速度： 最大240m／min；机组出口段速度： 最大330m／min；进口段活套储量： 约600m；进口段活套层数： 4层；进口段活套车速度： 最大150m／min；出口段活套储量： 300m；出口段活套层数： 2层；出口段活套车速度： 最大165m／min；酸洗槽长度及个数： 25m×5；酸洗介质：． HCl；酸洗槽加热方式： 石墨热交换器。新的卧式盐酸酸洗机组，工艺段最高速度达 360m／min，酸洗槽总长度为 100~120m，酸洗钢带厚度 1．25--6．35mm，宽度560 1900mm，机组生产能力达 200万t／a。连续酸洗机组一般划分为 3部分，即进口段、工艺段和出口段。酸洗机组进口段的组成基本上是一样的， 大同小异。先将钢卷送到酸洗机组前面， 拆捆带后送至开卷机上； 然后将钢带头部拉出进行矫直、 切头后再在焊接机上与前一条钢带尾部焊接成无头钢带；焊接后的钢带进入进口水平活套装置进行储备， 保证机组在换卷过程中钢带在工艺段的运行速度不变化； 然后，钢带通过带有两组张紧辊的拉伸破鳞机进行除鳞后即可进入工艺段进行酸洗。 采用硫酸做酸洗介质的机组， 酸洗前必须要破鳞， 以便硫酸沿着铁与氧化铁皮之间的相界面溶解氧化铁皮。工艺段一般由 3至5个串联的盛酸长槽、 冷水冲洗槽、热水清洗槽和烘干机组组成。 钢带从酸洗介质中通过， 酸洗介质反向于钢带运动方向流过各个酸洗槽； 经挤干辊挤干酸洗介质的钢带进入冷水冲洗槽进行预冲洗和二次冲洗； 冷水冲洗后，挤干钢带，再在热水冲洗槽中冲洗，采用脱盐水进行清洗，可以溶解钢带表面的沉淀物，在钢带被干燥时不会留下或只会留下少量的盐；最后经过清洗的钢带进行烘干。酸洗机组出口段差不多都一样， 在机组出口段进行切边、 涂油、切头及卷取。 机组设出口段水平活套，当分卷切头及卸卷时将由工艺段送出的钢带储存在活套内； 圆盘剪切除钢带的两个纵边，切下的纵边根据其厚薄可以采用卷取或碎断； 涂油机把油或浓缩乳化液喷到钢带上，起防锈和冷轧润滑作用；卷取机前横切剪用来分卷和切除焊缝；卷取机以一定的张力卷取钢带，以便钢带在张力作用下进入轧机轧制。深槽酸洗钢带在酸洗槽内形成一定的垂度，酸洗介质的流动方向与带钢的前进方向相9反。每个酸洗槽内的酸洗介质是不相同的， 钢带进入酸洗段的第一个酸洗槽内的酸洗介质的含铁量最高，酸液的质量分数最低，新酸液 (或再生酸液)放人最后三个酸洗槽内，从第一个酸洗槽到最后一个酸洗槽， 酸液的质量分数逐渐升高， 铁含量逐渐减少。 酸洗介质的温度逐槽降低，一般在 60-90C范围内，随着酸洗介质温度的升高，酸洗反应过程加快，酸洗时间减少。酸洗槽的酸洗介质加热一般采用石墨热交换器进行间接加热。钢带的酸洗时间，一般是根据酸洗机组的生产能力选取的，厚度为 2．2--2．5mm的钢带平均酸洗时间取27~30s。钢带厚度增加，酸洗时间可以适当增加，即钢带运行速度可适当降低。C 浅槽酸洗浅槽酸洗是相对深槽酸洗而言的。普通深槽酸洗机组酸洗槽的深度为 1500～2000mm，深的可达3000mm，钢带在酸洗槽中呈自由悬垂状态，钢带通过酸洗槽需要的牵引力大；槽内酸洗液量很大，每次加热酸液的时间长；断带及临时故障的处理时间长。针对深槽酸洗的缺点， 奥地利鲁兹纳工业设备股份公司提出了浅槽酸洗的概念。 槽深约1000mm，液面高300～500mm，钢带通过酸槽酸洗时，没有自由垂度，而是靠酸液形成的液垫托住钢带，使钢带不与槽底接触。机组一般设2～4个酸洗槽，每个槽内酸液的质量分数不同，每个槽有独自的酸液循环系统，酸液从地下的收集罐经过泵和热交换器，用管道从酸洗槽底进入酸洗槽，槽底每隔5～l0m布置一个进酸口，按照两个进酸口之间钢带的质量来考虑进口酸液的流量和压力，以形成液垫托住钢带。酸液压力应选得适当，一般采用 0．3MPa的酸泵供酸，在槽底酸液出口处造成 0．01MPa压力即可，若压力过大可能造成钢带拱起， 这时需要将供酸压力调小。槽内设有溢流口，与酸液出口一起接到地下收集罐，这样形成酸液循环。普通酸洗槽断面如图 1-22所示。浅槽酸洗槽断面如图 1-23所示。浅槽酸洗的特点是：(1) 由于浅槽酸洗的酸洗液是用酸液泵进行强制循环的， 酸液与钢带间产生相对运动，使与钢带接触的酸液的质量分数始终处在较高的状态， 因此，酸洗效率较高，能比深槽酸洗提高大约 20％。由于酸洗槽浅，槽内的酸洗液量较少，为酸液升温所用的加热时间短，热耗量相对减少。因此，当机组新开车和停产后恢复生产时，等待酸液加热时间少， 可使机组停车时间较短，作业率提高；酸液的质量分数、温度的控制灵活，改变酸洗制度容易；机组一旦发生断带或其他故障时，酸槽放空及重新充酸所需时间短。浅槽酸洗，钢带在酸槽内是用张紧装置使其保持明显的张力状态，无自由悬垂活套。因此，槽内钢带张力大小控制容易，控制设备简单、轻便，消耗的电能也少。浅槽酸洗的设备投资比深槽酸洗的设备要便宜些。上海宝钢集团总公司2030mm冷轧车间的酸洗机组即是浅槽酸洗机组。其主要技术参数如下：机组生产能力： 237．8~104t／a；原料钢带厚度： 1．8—6．Omm；原料钢带宽度： 900—1900mm~原料钢卷内径： 5e760mm；原料钢卷外径： 200~2150mra；机组出口钢带厚度： 1．8~6mm；机组出口钢带宽度： 900—1850mm；机组出口钢卷内径： 760mm；机组出口钢卷外径： 200--~2150mm；10机组出口钢卷质量：—最大45t；机组穿带速度：30~60m／min；机组进口段速度：最大780m／min；机组工艺段速度：最大360m／min；机组出口段速度：最大500m／min；进口段活套储量：750m，共6层；出口段活套储量：450m，共4层；工艺段总长度：167．3m；酸洗槽长度及个数：35m~4；酸洗介质：HCl；酸洗槽加热方式：石墨热交换器；机组全长：460．5mo湍流酸洗湍流酸洗是将酸洗液送人很窄的酸洗室槽缝中，使酸洗液在钢带表面上形成湍流状态。湍流酸洗技术是由德国NDS公司在1983年开发的。酸洗时钢带在酸洗室中在较高的张力状态下运行，酸洗液的流动方向与钢带的运行方向相反，呈湍流状态，因此，可以提高酸洗速度并改善酸洗质量，钢带表面酸洗残留物可以达到不大于50mg／m2(浅槽酸洗能达到22100～200mg／m，深槽酸洗能达到200mg／m)。由于酸洗段张力状态是优化的，因此可以减少张力辊及导向辊的设置；没有深槽酸洗所用的垂度控制或浅槽酸洗所用的跳动辊等装置；设置拉伸矫直机也不需要另加张力装置。当机组断带或发生故障时，可以很快地(3min左右)将酸槽中的酸液放人储酸槽中／酸槽盖可以打开，能很快找到断带处，能比较方便地焊接好钢带断头恢复生产湍流酸洗其机组的出口段和人口段的工艺设备配置，与深槽酸洗、浅槽酸洗的基本一致，仅酸洗段的酸洗方式有所不同。按同样的酸液、质量分数、温度及钢带条件，湍流酸洗机组与深槽式、浅槽式酸洗机组功能的比较见表1-8及图1-24。喷流酸洗喷流酸洗技术是由日本三菱重工开发成功的。喷流酸洗的酸洗液是用喷嘴向钢带喷射，喷射方向与钢带的运行方向相反。钢带在酸洗槽中呈张紧状态，而且．酸液循环系统与湍流酸洗相同。由于酸槽内钢带的运动，及酸液的逆向喷射流动，因此酸洗时间可以缩短，酸洗后钢带的表面质量得到改善，HCl及蒸汽消耗下降，钢带在酸槽内运行很稳定。湍流酸洗、喷流酸洗与浅槽酸洗比较：从酸洗质量来看，湍流酸洗和喷流酸洗优于浅槽酸洗；从基建投资来看，由于湍流酸洗和喷流酸洗机组长度缩短，因此酸槽及厂房的建设费用下降，但是酸液循环系统较复杂，这部分设备费用较高；从生产运行成本看，浅槽酸洗运行费用最低，生产维修也较简单，湍流酸洗及喷流酸洗的蒸汽及电力消耗较高。目前我国尚无湍流酸洗及喷流酸洗方面的实践。塔式盐酸酸洗机组塔式盐酸酸洗， 就是钢带连续地在立式的酸洗塔中运行， 自下而上，然后由上而下，形成一个或几个钢带套，在钢带的运行过程中，将盐酸液连续不断地喷淋到钢带表面上，以达到去除钢带表面上氧化铁皮的目的。连续塔式酸洗机组一般均带有盐酸再生装置。塔式酸洗与连续卧式盐酸酸洗机组相比较，有以下优点：占地面积小，机组长度比普通卧式盐酸机组减少30~,6～50％。它采用喷射酸洗，酸洗液以一定的压力连续不断地喷射到钢带表面上，这样对于钢带而言，酸液是不断更新的， 与钢带表面接触的酸液的质量分数稳定， 使氧化铁皮溶解更11快，因此，酸洗效率较高，酸洗时间比普通卧式盐酸酸洗机组大约缩短 20％，机组速度可以比卧式机组快。酸洗塔封闭比卧式酸洗槽容易，同时，由于塔体是完全密封的，特别适用于热盐酸酸洗，酸洗液的温度可达100℃，亦没有酸气进入车间，因此，车间内劳动卫生条件好。由于酸气较为集中，因此，抽风和酸气处理系统的能力比相同生产能力的卧式机组要小一些。（5）塔内断带及故障处理的劳动卫生条件好。当机组停产或突发事故时可以立即停止喷酸，然后向塔内喷水冲洗，使塔内无酸，再打开塔顶风机抽风， 这样就大大改善了断带及故障处理时的劳动条件。(6) 酸洗成本低，各项技术经济指标较高。成本比一般卧式机组低 20％一30％。塔式盐酸酸洗机组一般也是由进口段、 工艺段和出口段 3部分组成。进口段和出口段的作用和设备组成与卧式连续机组没有什么不同， 只是工艺段的酸洗部分为立式布置。 典型的塔式盐酸酸洗机组如图 1.25所示。酸洗塔是塔式酸洗机组的核心。酸洗塔的高度取决于机组的生产能力和塔的结构。酸洗塔的结构有单套、双套和多套等形式，一般采用单套 (即钢带一上一下为一个套 )和双套机组。单套酸洗塔的优点是：结构简单，引带设备简单，引带容易，跑偏纠正容易，断带处理容易，机组长度较短。其缺点是：塔体太高，钢带在塔内运行时摆动较大。酸洗塔高度指塔内上、下导向辊之间的中心距。国外单套酸洗塔高度一般为 20~45m，最高60m；双套酸洗塔高度一般在 30m左右；而多套结构的酸洗塔高度不超过 15～16m。酸洗塔塔体由数个塔节组成。塔节有耐酸材料整体式和骨架衬里式，衬里一般多采用工程塑料或者玻璃钢制成。其安装形式有自重式和悬挂式两种，塔节密封有插入水封式和密封垫对接螺栓联结两种形式。但是，奥地利鲁兹纳公司设计的酸洗塔，多采用钢板外壳内衬橡胶，一般里面不再砌耐酸砖。若衬耐酸砖，也只是部分砌筑，其目的是保护塔内的橡胶内衬。2.4轧制工艺2.4.1 机组组成单机架可逆式二十辊冷轧机机组主要由工作机座、卷取机厘卷机、开卷机及上料装置、工艺润滑、液压系统、控制系统等主要部分组成。2.4.2 轧制过程一般单机架二十辊冷轧机的轧制过程可分为上料及穿带、 可逆轧制；卸料及重卷 3个阶段。二十辊轧机，特别是森吉米尔二十辊轧机，是采用大张力进行轧制的； 轧制过程是从钢带在轧机前后的卷取机 /开卷机施加张力之后才开始的，这之前即是上料及穿带阶段。上料及穿带阶段：一般用上料小车将钢卷送到开卷机卷筒上；开卷多采用浮动开卷机，以保证钢带始终处在轧机中央位置； 浮动开卷机由光电对中装置通用液压缸来进行控制； 开卷后钢带经矫直机 (三辊直头或五辊矫直机 )进行矫直；部分轧机设有液压剪可以进行切头；钢带用上摆式导板台跨过机前卷取机， 直接送到二十辊轧机； 然后开卷机继续往前送出钢带穿过轧机一直送到机后卷取机钳口，钳口钳住钢带带头并在卷筒上缠绕 2—3圈后停止送带，穿带结束。可逆轧制阶段：穿带结束后，首先安放好上、下工作辊 (穿带时，工作辊已取下 )，然后调准轧制线，关闭轧机封闭门， 机前压板压下，出口侧擦拭器压紧钢带，轧机工艺润滑冷却系统启动供液，轧机带钢压下， 卷取机转动给钢带前张力，机前后测厚仪、 测速仪进入轧制线，机组运转开始第一道次的轧制。轧制过程中，如果发现钢带边部有缺陷将影响到高速轧制，则当缺陷部位经过轧辊时；操作工按一下操作台上的按钮， 将其缺陷位置信号输入 AGC系统。轧制将结束时轧机减速，12当钢带尾部到达机前卷取机位置时，机组停车，第一道次结束。测厚仪、测速仪退出轧制线，轧机压下抬起，钢带张力解除，冷却润滑剂停止供给，压板抬起。第二道轧制时，钢带反向运动，机前机后位置互换。 第二道次工作开始时机后卷取机反向运行将机前钢带头部送人机前卷取机卷筒钳口， 钳口钳住带头后，机前卷取机转动将钢带在卷筒上缠绕2—3圈；然后，轧机供给冷却润滑液，轧机压下，机前后卷取机传动给出后张力，机前后测厚仪、测速仪进入轧制线，机组运转开始第二道次的轧制。从第二道次开始， 轧制就在机前后卷取机和二十辊轧机之间往返进行。 当轧机的自动厚度控制(ACC)系统投入工作时可以实现全自动控制。当轧制过程中钢带有缺陷的部位过轧辊时，轧机会自动减速。轧制终了，轧机会自动停车。一般可逆式轧机轧制奇数道次，但是在机前后卷取机为胀缩式卷筒时，可以轧制偶数道次，即在轧机开卷机一侧也可以卸卷。一般在成品道次轧制前，需要更换工作辊，以获得高质量的及有特殊要求的钢带表面质量。在成品道次轧制后，轧机停车，压下拾起，测厚仪、测速仪退出轧制线，轧机停止冷却润滑液供给，卷取机的压辊压下， 或者将卸卷小车升起用小车座辊顶住钢卷， 避免钢卷松卷卷取机转动将钢带尾部全部卷到卷筒上。至此可逆轧制过程结束。卸卷及重卷阶段：对于胀缩式卷筒卷取机，卸卷比较简单。首先用捆扎带在钢卷径向捆扎一道，卸卷小车升起顶住钢卷，卷取机卷筒收缩，钳口打开，钢卷便被卸卷小车托住，卸卷小车和卷取机的辅助推板同步移动，便将钢卷从卷取机上卸下，卸卷小车继续移动将钢卷送到钢卷存放台上。对于轧机前后为实心卷筒的卷取机， 钢卷不能够从卷筒上直接卸下， 只有将钢卷重新卷到一台胀缩式卷筒卷取机上，才能将钢卷卸下来。森吉米尔二十辊轧机、森德威二十辊轧机，采用实心卷筒卷取机时，机组一般设有重卷机构，将成品钢卷及实心卷筒一起从卷取位置转移到重卷开卷位置 i然后将钢卷从开卷机往重卷机上重新卷取一次， 由于重卷过程是在轧机轧制区域之外的位置进行的，所以重卷和轧制可以同时进行，互不影响。2．4．3 轧制工艺压下制度轧机的压下制度，应根据轧机的技术参数、轧制材料的力学性能、产品的质量要求来制定，同时还要考虑轧机生产能力要高，消耗要低。用二十辊轧机轧制优质碳素钢， 相对来说是非常容易的， 使用二十辊轧机的目的是追求产品的高质量，有高的尺寸精度、板形和表面质量，获得更薄的产品。碳素钢，特别是低碳软钢，在二十辊轧机上，一个轧程的总压下率能达到 95％以上，道次压下率可以达到 66％。对于可逆式冷轧机，由于各道次是在同一 -架轧机上轧制，所以道次压下率分配是用等压力轧制原则来确定压下规程。一般第一道第二道的压下率最大，随着被轧钢带的加工硬化，道次压下率逐渐减小，以使各道次的轧制压力大致相等。为了提高轧机的生产能力， 在充分利用轧机及机前后卷取机主传动功率的前提下， 要尽可能地加大道次压下率以减少轧制道次。 但是，有时为了获得良好的板形及表面质量， 减少钢带纵向的厚度偏差， 也可以适当地增加轧制道次， 在总压下率相同的情况下， 采用较多的轧制道次能使钢带的强度略有提高。成品道次的压下率对板形的影响较大，一般采用 10％左右。张力制度冷轧钢带的一个特点是张力轧制；没有张力就无法进行钢带的冷轧。张力可以降低轧制压力，改善板形，稳定轧制过程。张力制度对于钢带冷轧非常重要。采用小直径工作辊轧制的二十辊轧机 (及多辊轧机)，轧制过程的工艺特点则是采用大13张力轧制。必须采用大的单位张力，是由于被轧制材料具有物理—力学性能各向异性现象，或在小变形弧长度内工作辊具有不大的歪斜，这样沿带材宽度出现压下和延伸的不均衡性。在压下量小的区域内重新分布张力时，张力达到屈服极限，井可能使带材宽度方向的延伸均衡。实际上，在多辊轧机上轧制时，金属的变形是依靠轧辊压下和卷取机建立的带材张力共同完成的。多辊轧机中采用的单位张力的大小取决于材料的物理—力学性能及冷加工硬化程度、 带材厚度及其边部质量。一般单位张力为20％一70％s。为了实现稳定轧制过程所必须的大的单位张力及总张力，要求在多辊轧机中设置具有大功率传动的卷取机。一般二十辊轧机卷取机电机功率达到轧机主传动功率的70％一80％，有的甚至达到100％。各道次张力按如下方法确定。一般来说，第一道次轧制时，由于酸洗机组的卷取张力较小，为了避免造成钢带层间错动而擦伤表面，第一道的后张力根小，小于酸洗机组卷取张力。为了增加第一道轧制的后张力，二十辊轧机入口侧设有压板来增加轧制后张力；前张力可以根据工艺要求自由决定。在以后的轧制道次中，根掘轧制钢带品种、规格，或者采用前张力大于后张力，或者后张力大于前张力。一般采用将前一道次的轧制前张力作为本道次的后张力，单位前张力大于单位后张力。成品道次的前张力(卷取张力)有两种情况。对于胀缩式卷筒卷取机，由于在卷取机上可以直接卸卷并且钢卷直接进罩式炉进行紧卷退火，为防止在退火中产生粘结，卷取张力应减小，卷取张力小于50Mpa时，退火粘结的几率就很低了，但卷取张力低会影响轧机生产能力；对于实心卷筒卷取机，由于需要进行重卷，重卷时可以采用较小的张力(10—40Mpa)，因此轧制时能够采用大张力，可以提高轧机生产能力。道次的张力还应根据板形随时进行调整，特别是轧制带材较薄时。当材料中部有波浪时，应减小张力防止拉裂带边或断带；当带材产生边浪时，可以适当增加张力。速度制度轧制速度的确定，应根据设备的能力，在轧机允许使用的速度范围内尽可能采用高的轧制速度，以提高轧机的生产能力；同时，当轧制速度增加时，轧制压力相应有所减小。一般第一道次轧制时采用较低的轧制速度，因为第一道的压下量大，如果再用高速度轧制，将使轧辊急剧发热，由于多辊轧机轧辊冷却条件较差，将影响轧辊寿命；另外，由于坯料纵向厚度偏差大，板形与轧辊不完全符合，第一道轧制时要对坯料进行调整，要求速度较低；同时采用高速度大压下，主电机能力也不能满足。以后的道次，则根据压下制度和张力制度及主电机的功率决定轧制速度，使主电机的能力得到发挥。每道次轧制的启动和制动时，分别有一个升速和降速的过程。在轧制过程中，应尽可能少调速，以保证轧制的稳定性，从而达到厚度偏差的均一性。2．4．3．4 辊形由于二十辊轧机机架的刚性和零凸度设计， 以及轧辊辊形的多种有效的调整手段， 所以，二十辊轧机能够全部使用没有辊形凸度的平辊进行轧制。根据需要，工作辊和第二中间辊也可以适当地配置凸度辊；第一中间辊永远是平辊，但—头带有锥度，供轧辊轴向调整使用；支撑辊的背衬轴承不能有凸度。2．5 热处理冷轧钢带的热处理主要是指冷轧后钢带进行的热处理，有两个基本的作用：第一，消除加工过程中产生的加工硬化和残余应力，软化材料，提高塑性，以便于进一步进行冷轧或其他加工。14第二，改善材料的组织结构，获得所需要的晶粒度及晶粒取向。一般钢带冷轧后， 晶粒沿轧制方向被拉长，要通过热处理使其再结晶，通过控制温度和时间，使晶粒具有要求的大小和形状，从而改善钢带的力学性能或物理性能。2．5．1 热处理类型根据产品品种的不同， 在工艺过程中分为预先热处理、 中间热处理和最终热处理。 预先热处理的目的是为钢带冷轧作好准备，使钢带具有良好的塑性和一定的组织。预先热处理主要用于含碳量较高的碳素结构钢、合金结构钢等，以及在冷轧前对热轧板卷进行不完全退火。通过预先热处理可以降低材料硬度，消除热轧板卷加工硬化和粗大组织，提高塑性增加伸长率，以利于冷轧加工。中间热处理的目的是消除冷轧过程中产生的加工硬化，以利于下一步轧制。碳钢一般在二十辊轧机上只需要一个轧程即可轧到成品厚度； 一些加工硬化趋向严重的钢种， 一个轧程不能轧到所需厚度时则需要进行中间退火，消除加工硬化后再进行轧制。中间退火一般采用再结晶退火。最终热处理的方法因钢板的品种和用途不同而异，有高温回火、 退火、正火等，主要是退火。2．5．2 再结晶退火对于低碳钢，—般是进行再结晶退火。再结晶退火，是在临界点A1<723C)以下，一般在550—650℃范围内进行，温度越高，保温时间越短；反之，保温时间越长。一般将再结晶过程分为3个前后衔接的阶段，首先是形成晶核，然后是晶核长大，最后是晶粒长大。个别情况下还需进行二次再结晶。再结晶退火的条件是：首先，必须经过充分的冷加工变形，才有必要进行再结晶退火；其次，再结晶退火必须具备一个最低温度，即再结晶温度。超过再结晶温度时，铁本身的扩散程度很显著，以致有可能最终形成新的晶粒。冷轧加工后的钢带，在再结晶温度以上退火时，经过一定时间的孕育，在加工变形的晶格中便产生新晶核。如果温度升高速度缓慢，生成的晶核数就比较少；冷轧加工变形率越高，则晶格数目越多，再结晶组织的晶粒越细。如果以较快的速度加热至再结晶温度以上，变形后的每个晶格都能在很短的时间之后生成晶核，并开始再结晶。一旦生成晶核，它们就立即向周围经过变形加工的组织内生长，直至各晶粒的生长前沿互相靠近和互相阻挡时为止，再结晶的第二阶段晶核长大结束。然后，随着温度和时间的延续，晶粒开始长大。在这一阶段，不规则取向的晶粒被有规则取向的晶粒所吞并。再结晶晶粒的大小受以下因素控制：冷轧变形率越高，则晶粒越小；缓慢加热至超过再结晶温度时，如其他条件相同，则晶粒较粗；而快速加热时的晶粒较细；钢带的金属纯净度越高，则晶核数目越少，晶粒度本身也就越粗大。碳素钢退火使用的退火炉炉型主要有车底式炉、罩式炉及连续炉几种。车底式炉和罩式炉退火屑于紧卷退火，紧卷退火又有黑退火和光亮退火之分；连续退火炉是开卷退火，一般进行光亮退火。2．5．3．1 连续退火炉连续退火炉是将冷轧钢带展开并连续地在炉内通过进行退火。炉子形式有卧式和立式两种。早期的连续退火工艺是快速加热、 短时保温、急速冷却。这种工艺导致退火后钢带再结晶晶粒细小，缺少有利的再结晶织构， 固溶的碳和氮不能充分析出而残留在铁素体基体中，产生较大的时效硬化。因此，产品的材质较硬，加工成形性较差。所以普通冲压级 (DQ级)15薄板不能用连续退火。连续退火只能生产商品织 (CQ级)薄板、镀锌钢带、不锈钢淬火，也(以慢得多的速度 )用于优质钢和电工钢。20世纪70年代以后，由于冶炼技术的进步，能够严格控制钢水的化学成分；以及热轧技术的发展，在采用连续退火工艺生产 CQ级和阅级钢带时，热轧卷取温度为 700℃，生产深冲压级(DDQ级)钢带时，热轧卷取温度为750℃，使钢中游离的氮和铝在高温卷取过程中完成A1N的析出，以提高钢带的深冲性能；在连续退火工艺中增加过时效处理，即将钢带加热到退火温度 700～850℃，保温lmin左右，然后快速冷却至 400℃左右，进行 3--5min的过时效处理，使过饱和固溶碳充分析出，再经冷却后出炉。对于低碳低锰 (碳的质量分数为0．06％一0．02％，锰的质量分数不大于0．25％)铝镇静钢，经过连续退火处理后，钢带的加工成形性可以达到DQ、DDQ级。由于超低碳钢冶炼成功，连续退火可以生产超深冲压级(EDDQ级)的钢带。连续退火工艺现在已经能够进行各钢种的再结晶退火，包括罩式炉不能退火的一些品种。连续退火由于退火温度均匀，产品的组织和性能均匀，产品表面质量好，平直度高，不会发生粘结，退火周期短，生产率高，适合于单品种、大批量生产；但是连续退火炉建设的一次投资高，生产技术复杂，钢带厚度受到限制，灵活性差。2．5．3．2 罩式退火炉罩式退火炉退火，是将几个钢卷(紧卷或松卷)叠成垛，用保护罩(内罩)罩住后进行加热，达到退火温度并经保温后再进行冷却。根据罩内所装钢卷垛的数量，罩式退火炉分单垛式罩式退火炉和多垛式罩式退火炉，两种炉型的操作基本一致，多垛式罩式炉相当于几个单垛式罩式炉的集合，各有利弊。一般多采用单垛式罩式炉。多垛式罩式炉采用较少，国内武钢硅钢厂采用了多垛式罩式退火炉。根据钢卷的状态，有紧卷罩式退火炉和松卷罩式退火炉之分。紧卷罩式炉有充分的加热和均热时间，通过缓慢的加热和冷却过程， 可以生产出各种性能良好的钢材， 并具有建设投资少、操作简单、管理容易等优点。但是，紧卷退火的加热、冷却缓慢，生产率低；钢卷各部位温度均匀性差，产品性能不均；成卷张力不能太大，如成卷张力过大和局部温度高，容易出现粘结。松卷退火是在针对紧卷退火的问题的基础上开发的。 但是松卷退火的装炉层数不能多，一般装3层；从紧卷到松卷再到紧卷有两次重卷过程， 容易产生擦伤等缺陷。随着连续退火工艺的进步，松卷罩式炉基本上不再发展了，只是在热处理工艺有特殊要求时才采用。2．5．4 罩式退火炉技术罩式退火炉的基本结构罩式炉由外罩、内罩及炉台3大部分组成。图1—37为一台燃烧式强循环罩式退火炉的结构示意图。外罩外罩，即加热罩，是罩式炉的主要设备。外罩的主要几何尺寸由钢卷最大外径和钢卷垛的最大高度决定。根据加热热媒，外罩可以是电热式、燃气式或燃油式等不同形式。炉壳为钢板焊接，用型钢加固；与顶部横梁联结，便于用天车吊装；下部设导向装置与导向柱配合。加热罩下部为耐火材料及隔热材料，上部为隔热材料毡层，尽量减轻质量为，罩底部边缘围有密封框，使加热室密封。燃烧系统包括烧嘴、燃烧系统、隔热换热器、排烟系统；电热式加热罩加热系统比较简单，可以采用电阻丝；电阻带或电热板进行加热。内罩内罩也称保护罩，其作用是使罩内保护气体与罩外的燃烧气体及外界空气隔开，以实16现光亮退火。钢卷的加热和冷却，其热量是通过内罩间接传递的。 内罩必须密封， 以免漏气使钢带氧化、增加热量损失和保护气体消耗。 内罩必须抗氧化并尽量轻巧， 所以大都采用耐热不锈钢。国内普遍采用 1Crl8Ni9Ti，使用寿命较短；国外采用 Cr25Ni20Si2，使用寿命大大提高。炉台炉台是罩式炉的主体设备。炉台安装在钢结构平台或工字钢横梁上。炉台外壳采用耐、热钢焊接结构，内填充隔热材料捞台上设密封结构件及导向柱。 强循环罩式炉炉台设有耐高温循环风机；带分流冷却的妒台还应设有分流盘及分流气体出入口等部件。外罩和内罩与炉台之间要求密封。通保护气体并强制循环时，内罩与炉台之间的密封要求更高。内罩密封结构形式见图 1-38、图1-39。采用自然循环的罩式炉以及一些比较陈旧的罩式炉一般采用砂封， 砂封用的砂是河砂、 锆砂、氧化铝粉等，密封性能不好，但简单。2.5.5 退火缺陷粘结罩式退火炉最容易发生的缺陷是粘结。粘结影响钢带表面质量；降低成品率，严重者使整卷钢带报废。导致粘结的主要因素有：卷取张力过大。卷取张力过大，其层间压力增加，钢板表面贴合得越紧，越容易产生粘结。为防止粘结发生，卷取张力不应超过10--40MPa。轧制时变形不均匀，板形不良。由于变形不均，钢带产生相互平衡的附加应力，造成局部区域层间压紧力很大，退火时在这些部位容易造成条状粘结。操作不当。操作不当容易造成超温、超时及温度不均，而造成粘结。低碳钢容易出现粘结。含碳量越低，钢材的焊接性能越好，出现粘结的可能性增大。此外，钢带表面粗糙度低，容易产生十分牢固的面粘结；对流盘质量不好，造成温度不均，钢卷变形，也能引起粘结。氧化密封不好，让空气进入了内罩；保护气体吹洗不充分，罩内空气未排尽；保护气体露点过高或过早揭内罩等因素是造成钢带氧化的原因。正常的光亮退火钢带表面呈银白色，发生氧化时出现蓝色或白色的氧化色。力学性能不合力学性能不合的原因是没有按热处理工艺操作或工艺不合理。2.6 平整经过再结晶退火，冷轧钢带的加工硬化被消除。退火钢带力学性能的特点是，钢带的强度和屈服极限低，而断裂伸长率高。但是，在钢带的应力—应变曲线上具有明显的上屈服极限，在下屈服极限有很长的屈服延伸 (屈服平台)。这种从弹性区过渡到塑性区的突发转变，使钢带断面上具有不均匀和局部的流动变形。 这种现象在弯曲时出现所谓 “卷绕断裂”形式的突然折裂，或在拉伸时形成滑移线，使加工性能变坏。因此，在大多数情况下，经过再结晶退火后的冷轧钢带要立即进行进一步的加工是不可能的。2.6.1平整的作用平整的目的是：消除退火钢带的屈服平台，改变钢带的加工性能；改善钢带的平直度；使钢带表面具有一定的粗糙度。平整对力学性能的影响图6-56为退火深冲钢带的应力—应变图。从图中可以看到明显的上屈服点、下屈服点和下屈服点后很长的屈服延伸区域(或带有少量的应力起伏)，即通常称呼的屈服平台。屈服平台的出现，使钢带的加工性能变坏，必须予以清除。17平整实际上是小变形量的冷轧过程，平整能改变退火冷轧钢带的力学性能，消除其屈服平台。图6-57和图6-58示出了平整对钢带力学性能的影响。通常在小变形量范围内进行的平整，屈服极限降低到最小值，同时屈服平台消失。在屈服平台消失的同时，形成滑移线的倾向也消失。随着平整量的进一步增大， 屈服极限又提高，而且从弹性范围过渡到塑性范围的连续转变保持不变。强度极限总是随着平整量的增大而提高，而断裂延伸则下降。随着平整率的增大，由于加工硬化不断增大，钢板的变形性能也随着降低。采用最适宜的平整量，使屈服极限能达到最小值。这个最适宜的平整量与钢的化学成分、冶炼方法、热轧条件和冷轧变形量有关。如果含碳量、卷取温度和冷轧压下率增高，要用较大的平整量才能得到最小的屈服极限。平整后的屈服极限绝对值也与含碳量、冷轧压下率和再结晶退火条件有关。退火钢带组织的晶粒越粗，屈服极限越小。生产中，大多根据经验来选择平整量，以便尽量地满足用户对钢带提出的各种要求。深冲钢平整时的变形率一般采用 0．6％～1．4％，同时要尽量根据钢带的原料条件、制造过程和用途进行试验，以获得最佳平整率。对于薄钢带或薄钢板，如果用于包装，一般平整率约为 1％一3％，有时还进行强化变形。它的目的不仅是抑制滑移线倾向，而且要达到一定的硬度。B 平整后时效对力学性能的影响平整后钢带的状态还不是钢带的最终状态，最终状态是 (在冲压机上的)钢带加工后的形状。如果将平整后的钢带立即交货，则必须考虑钢带存放到加工这段时间的时效变化过程。沸腾钢薄板的屈服极限，随着存放时间的延长而急剧增大，强度极限仅有少许提高硬度提高，而断裂延伸、杯突值和加工硬化指数随着存放时间的延长而显著下降。 在应力—应变图中，再次出现明显的屈服平台，且常常再度形成上屈服点，这种现象称为变形时效或时效。图6—59为沸腾钢的时效时间对屈服极限再次出现的影响。镇静钢经过较长时间存放，它的性能几乎没有改变，时效作用不明显。矫直对钢带的力学性能，根据矫直条件的不同会有不同的影响。用较小的平整率进行平整后接着进行时效，无论是轻微矫直还是强化矫直，都使屉服平台减小。如果加工厂在采用钢带加工制品时＼发现经过平整的钢带又出现屈服平台和滑移线倾向，则在冲压前立即进行矫直；便可嘟蝴常田向。 ：改善钢带的平直度钢带在退火过程中因受热使加工硬化而变软，因钢带内的残余应力消失而变形，板型变坏。平整时给钢带以轻微的压下变形能在一定程度上减轻和消除其板形缺陷， 得到平直的钢带。使钢带表面具有一定的粗糙度在许多情况下，特别是深冲或镀锌用的钢带；要具有一定程度的良好的表面粗糙度。轧辊本身的粗糙度对平整后钢带表面的粗糙度起着决定性的作用。可以用磨光的、抛光的、抛丸处理或激光打毛的不同辊面状态，以获得不同的钢带表面粗糙度。此外，平整工序还可以改善钢带的厚度精度，并能消除钢带表面轻微的缺陷。平整对钢带产品质量的保证有十分重要的作用。2.6.2 平整机冷轧钢带的平整，多在单机架四辊平整机上进行；普通窄带采用单机架二辊平整机较多；对于镀锡原板和薄钢板平整并兼作二次冷轧时，则采用四辊双机架平整机。国内几组平整机的技术参数见图6—23，机组形式见图1—60。平整机的设备组成与冷轧机基本相同，但是平整机又有自身的一些特点：18驱动方式。平整机一般采用单辊驱动，主要是采用下工作辊单独驱动，上工作辊的速度可随钢带运动速度变化，轧制过程平稳，钢带表面质量好。由于平整轧制的压下量小，力矩在上下轧辊上分配不均的问题很敏感，使用普通齿轮机座，如一对工作辊直径稍微失配，必将在其中的一根连接轴冲产生很高的扭矩，并且容易出现轧辊与轧件打滑和轧制振动现象，影响钢带表面质量，加剧轧辊表面磨损。平整机也可以采用上、下工作辊同时驱动，甚至也有采用上、下支撑辊驱动的。轧辊直径。平整机的轧辊直径比较大，这是由于平整时的平整率很小，轧制压力很小、，几乎看不出轧辊直径对钢带的加工性能有影响，而对提高钢带平直度有利。机前后设S形张力辊。平整机的前后张力对伸长率和板形的影响很大，因此对平整机的张力控制要求较高。为了适应薄铟带的平整，平整机前后一般设 S形张力辊，用于调整张力大小。防皱辊。对于宽而