金属塑性加工学-冷轧板带钢生产

第四章冷轧板带钢生产

厚度为0.1～4mm〔甚至更薄〕宽度为100～2000mm〔甚至更薄〕原料产品规格产品优点热轧带钢或钢板厚度小精度高外表质量高性能高冷轧带卷或薄板镀锌板

镀锡板电工薄板有机涂层薄板不锈钢板其他容器、冷弯、家具、家电外壳等屋面板、容器、包装箱等罐头、玩具、包装箱、容器等各种变压器、电机

车辆、建筑装饰、家具、外壳等餐具、车辆、建筑装饰、家具等各种结构件、容器、焊管原料产品种类主要用途第四章冷轧板带钢生产§4.1冷轧带钢生产的开展§4.2冷轧板带钢生产工艺§4.4极薄带材轧制§4.5冷轧板带钢的不对称轧制§4.6涂镀层钢板生产§4.3冷轧板带钢压下规程制定1、轧机结构型式〔a〕二辊；〔b〕四辊；〔c〕六辊HC或CVC；〔d〕多辊六辊；〔e〕十二辊；〔f〕二十辊；〔g〕二十六辊；〔h〕三十二辊；〔i〕三十六辊；〔j〕不对称八辊；〔k〕不对称十二辊；〔l〕不对称九辊；〔m〕NKW轧机〔偏八辊轧机〕；〔n〕双偏八辊轧机〔十六辊轧机〕；〔o〕“Z〞轧机〔十八辊轧机〕；〔p〕CR轧机〔十二辊轧机〕§4.1冷轧带钢生产的开展2、轧制方式〔1〕常规单卷轧制：单〔双〕机架可逆式和多机架连轧。〔2〕全连续式无头轧制：多机架进行。〔3〕联合全连续式轧制酸洗—冷轧—热处理等全过程联合〔4〕完全联合全连续式轧制一、生产工艺特点1．产生加工硬化金属变形抗力增大，轧制压力升高；金属的塑性降低，容易产生脆断。危害§4.2冷轧板带钢生产工艺消除方法冷轧中张力的作用：2.采用大张力轧制

〔1〕防止带钢在轧制过程中跑偏〔即保证正确对中轧制〕张力纠偏的原理：采用张力轧制时，轧件内部产生张应力，如果轧件出现不均匀延伸，那么轧件横向的张应力会发生相应变化，延伸大的一侧张应力减小，延伸减小；延伸小的一侧张应力增大，延伸增大。因此，通过‘延伸不均、张应力分布改变、延伸不均减小〞这一自动反响控制过程，轧件横向延伸分布会趋于均匀，从而到达纠偏的目的。〔2〕使带钢保持平直，改善板形；〔3〕减轻轧件三向受压的应力状态，降低变形抗力，降低轧制力，减小轧辊弹性压扁，以利于轧制更薄产品；〔4〕适当调整各架主电机负荷。3.采用工艺润滑剂作用：〔1〕是减小金属的变形抗力，降低能耗；〔2〕有降低轧件的变形热、冷却轧辊、提高轧辊的寿命；〔3〕改善板形和外表状态。工艺润滑剂的种类：乳化液

二、冷轧板带钢生产的一般工艺流程三、冷轧板带钢车间的组成与布置厂房垮间互相平行布置、产品工艺流程为“Z〞字型厂房垮间互相垂直布置、产品工艺流程为“工〞字型厂房垮间互相平行布置、产品工艺流程为“U〞字型四、冷轧板带钢生产的主要工序及其工艺1.原料板卷的酸洗〔1〕氧化铁皮的结构:分为三层最外层Fe2O3占10％,中间层Fe3O4占40％,内层是FeO占50％。

总厚度大约0.1mm。〔2〕酸洗的原理〔以盐酸为例〕溶解作用：氧化铁皮与盐酸发生化学反响而被溶解通过以下三种作用而被去除作用一复原作用：将高价的铁氧化合物和高价铁盐复原成易溶于酸液的低价铁氧化合物和低价铁盐机械剥离作用：

金属铁与酸作用生成氢气，剥落氧化铁皮作用二作用三(3)盐酸酸洗的优点〔与硫酸相比〕能完全溶解三层氧化铁皮，不需机械破鳞；对金属的腐蚀作用小，金属损耗较低；酸洗后带钢外表质量好，光洁；酸洗的速度快；槽内没有氧化铁皮的积存；废酸可回收再用，降低本钱，解决污染。(4)影响酸洗的因素A.氧化铁皮的厚度和结构

氧化铁皮薄、疏松、含FeO多，易洗。酸洗时酸洗卷的头部〔带钢尾部〕容易洗。〔尾部温度低，氧化铁皮结束早，薄且FeO来不及转化〕

注意B.酸液浓度和温度的影响

提高酸液浓度和温度均能提高酸洗速度，但提高浓度效果更好。C.酸液中铁盐的影响

随着FeCL2含量增加，盐酸挥发加速，浓度降低，酸洗时间长。

D.酸溶液搅拌的影响

方法：吹入热蒸汽〔5〕酸洗缺陷氢脆：氢气进入机体产生。过酸洗：带钢在酸液中浸泡时间过长；酸液浓度温度过高。欠酸洗：与过酸洗相反。局部欠酸洗：局部氧化铁皮过厚。〔6〕酸洗工艺过程及设备A.酸洗车间平面布置及工艺流程

a.半连续酸洗机组平面布置

1-开卷机；2-矫直机；3-酸洗槽；4-清洗槽；5-烘干装置；6-圆盘剪；7-碎边剪；8-铡刀式剪断剪；9-张紧装置；10卷曲机。b.连续酸洗机组平面布置c.塔式酸洗机组平面布置1-开卷机；2-矫直机；3-剪机；4-焊机；5-送料辊；6-入口活套装置；7-塔架；8-酸洗装置；9-清洗装置；10-中和装置；11-烘干装置；12-出口活套装置；13-剪机；14-涂油装置；15卷曲机d.1700mm卧式盐酸酸洗车间平面布置及工艺流程B.酸洗主要设备组成：进料段设备、工艺段设备、出料段设备

a.进料段设备：●步进梁式运输机：向机组输入钢卷。动作原理：通过两个往复液压缸，使托架升降、移动。

上料钢卷一般为4-5个，即4-5个位置，第一位接受钢卷，第二位对中，第三位称量，第四或第五位送入准备站。1-固定梁；2-活动梁；3-平行四连杆机构；4-升降缸；5-移动缸●开卷机作用：拆开捆扎带，将带钢头部拉出。开卷机类型〔三种〕：①双锥头式开卷机②双柱头式开卷机③悬臂式开卷机●带给料辊的矫直机作用：向机组输送带钢并将带钢矫直。1-液压缸；2-送料辊；3-电机和减速机；4-矫直机●焊接机

作用：把前后两带钢焊接起来，以保证带钢在机组中连续通过。焊接机种类：

①闪光焊接机原理：接通电源后，使两焊件逐渐移近，断面局部接触，接触点在高电流密度作用下迅速被加热熔化、形成高温塑区，这时活动机架以高速冲击式前进，并以很大压力使焊件端面相互挤压，形成牢固的焊接接头，并在焊口周围形成大量毛刺，最后经毛刺光整机处理后，形成光滑的接头。

总结：焊接工艺包括烧化和挤压〔顶锻〕两个阶段

1-活动电极；2-活动牌坊；3-机座；4-固定电极；5-固定牌坊；6-变压器；7-开关；8-定锋刀；9、10-调整辊②激光焊接机：原理：激光使金属外表融化，再使金属迅速冷却，形成致密的焊缝组织。●活套装置

设置活套目的：借以弥补头、尾部在进行换卷时必需的辅助时间，到达连续酸洗的目的。主要设备有活套行走小车和活套车摆门等。

活套行走小车有三种运行状态：当进料段带钢速度大于酸洗段带钢速度时，它向充带方向行驶；当进料段带钢速度小于酸洗段带钢速度时，它向放带方向行驶；当进料段带钢速度等于酸洗段带钢速度时，它在某一位置原地不动，起带钢导向作用。

活套车摆门主要起支撑带钢的作用。工作原理是摆动门在确定的90℃摆动，两臂摆进和摆出都是90℃，也就是极限位置，不允许停在其他角度，摆进和摆出是由活套行走小车行驶方向决定。b.工艺段设备：酸洗槽〔一般有4～5个，每个槽长20～25米，总长度为100～140米，槽宽是带钢最大宽度的1.5倍，槽深一般为1200～2200毫米〕、冲洗及漂洗系统〔由5个冷水冲洗槽和一个热漂洗槽组成，热漂洗槽是用中性水再次清洗带钢外表〕、烘干机、酸液循环加热系统、酸蒸气的排放及洗涤系统等。c.出料段设备：出口活套装置、圆盘剪〔切除经过酸洗的热轧带钢不规那么的带钢边缘〕、碎边剪、涂油机、横剪、卷取机等。2.冷轧轧制方法：单〔双〕机架可逆式、单卷冷连轧、全连续式冷连轧三种。〔1〕可逆式冷轧机组的组成及工艺操作组成：板卷运输及开卷设备轧机前后卷取机卸卷装置钢卷收集设备〔2〕单卷冷连轧机组的组成与工艺操作〔3〕全连续式冷轧机组的组成与工艺操作§4.3冷轧板带钢压下规程制定坯料选择压下量分配电机校核轧制力计算为满足产品最终性能要求，坯料厚度选择必须保证一定得冷轧总压下率，如汽车板的总压下率为50~70%。【原那么】第一道次，来料厚度不均不宜采用过大压下量；中间道次，考虑加工硬化，压下量应逐渐减小；最后1~2道次，为保证板形，采用较小压下量。【分配方法】〔1〕如果有能耗曲线，可同热连轧一样采用能耗负荷法分配压下量；〔2〕无能耗曲线时，根据经验采用“分配压下系数法〞，即总压下量和各道压下量间满足关系：轧制功率带钢断面积和出钢速度钢的比重和该机架单位能耗前、后张力电机额定功率一般采用stone简化公式：对应冷轧平均总压下量的平均屈服应力。平均单位张力，前、后张力之和的1/2摩擦系数变形区长度变形区平均高度，(H+h)/2冷轧压下规程例题，学生自学！〔重点掌握求解步骤〕优点一、极薄带材轧制的特点§4.4极薄带材轧制多辊轧机与一般二辊、四辊式冷轧机相比二、多辊轧机的根本类型轧制极薄带材必须采用直径尽可能小的土工作辊。如四辊式、联合式和多辊式机座。由于四辊轧机使用小直径工作辊，故不能保证工作辊在轧制方向上的稳定性及补偿此时轧辊不断增大的挠度。而多辊轧机不仅可以保证小直径工作辊在垂直面和水平面上获得较高的刚度．而且可以保证在相当大的轧制力下把所需的扭矩传递给工作辊，故多辊轧机得到了较广泛的应用。在辊系配置中，前一列的每一个轧辊自由地靠在后一列的两个轧辊上。工作辊没有辊颈，中间辊是传动辊，支撑辊由装在固定心轴上的滚柱轴承组成。支撑辊系安装在两个横梁中，横梁的一侧由轴连接。上下横梁可绕轴转动即张开或闭合。故这种轧机也称为钳式轧机。该轧机可以在一定范围内使用不同直径的工作辊。

森吉米尔制造了一台多辊轧机，称之为森吉米尔轧机。其特点是工作机座是个整体铸件，经镗床加工成梅花形。轧辊辊系配置其中，森吉米尔轧机的辊系也是按1—2—3—4型上下对称布置。通常以第二层中间辊的外侧四个轧辊为传动辊。最后一层〔第四层〕每一个支持辊皆由心轴、滚柱轴承、偏心环和鞍座组成。三、多辊轧机冷轧极薄带材的工艺特点采用多辊轧机冷轧极薄带材的工艺与一般的冷轧大致相同。但由于多辊轧机多用于冷轧不锈钢、硅钢、精密合金及高温合金等特种合金极薄带，所以其冷轧工艺又有其特点。首先多辊轧机轧制时，由于道次压下量大，对断带极为敏感且轧制过程中的穿带又较困难、为确保轧制过程的稳定，选用的坯料在长、宽方向均应有最小的厚差、较高的边缘质量、组织的各向同性以及物理一机械性能的均匀性。为确保带材的外表质量，在轧制前和轧制中间必须对带材外表进行清理。多辊轧机广泛使用硬质合金工作轧辊，大大减小工作辊的弹性压扁。采用小直径工作轧辊轧制的又一工艺特点，就是使用高的单位张力和总张力，以及好的工艺润滑和冷却。多辊轧机轧制时大多采用低粘度的矿物油和乳化液。四、精密合金极薄带材的轧制一、异步轧制

指两工作辊的线速度不相同的轧制方法。可降低轧制压力、减少道次和轧程、减小最小可轧厚度、提高板带钢的轧制精度。〔1〕当上下辊速相等时，中性面将变形区分为前滑区和后滑区。轧件与轧辊接触面上的摩擦力，从变形区的出、入口指向中性面。假设无张力轧制，变形区为三向压应力状态。〔2〕当上下辊速不相等时，中性面将变形区分为前滑区、后滑区和搓轧区三个区域。在搓轧区，轧件与轧辊上下接触面的摩擦力相反。在这一区域，除三向压应力外，还有剪切应力，为压、剪复合应力状态，改变了应力状态，使轧制压力降低。

定义优点§4.5冷轧板带钢的不对称轧制利用一个靠摩擦传动的直径很小的工作辊，通过减小接触面积和单位压力来大幅度降低轧制压力和能耗。同时又采用另一个足够大的工作辊来传递轧制力矩和提高咬入能力。

增大压下量、减少道次、提高轧机效率和轧薄能力、提高产品厚度精度和板形质量。异径轧制原理与工艺相比：异径轧制可以通过一个游开工作辊直径的大幅度减小，收到稳定地大幅度降低轧制压力和力矩的效果及由此带来的提高厚度精度、降低能耗等效果。特点

定义二、异径轧制指在板带材生产中，两工作辊的线速度根本相同而直径与转速相差很大的轧制方法。优点另一类是非金属涂层，例如涂漆、覆膜等。一类是金属镀层，例如：镀锌、镀锡、镀铬、镀铝等；两大类§4.6涂镀层钢板生产一、镀锌板生产

根据原板的不同，镀锌板分为

根据镀锌原理和生产工艺的不同，镀锌板分为

镀锌板有双面镀锌板、差厚镀锌板、单面镀锌板、小锌花板、大锌花板等品种。

冷轧镀锌板热轧镀锌板分类热镀锌板电镀锌板此外1、连续热镀锌板生产〔1〕钢板经过外表净化处理呈现出纯铁外表后，浸入锌液中便开始了锌铁之间的扩散，并形成了铁锌合金层。钢板离开锌锅后，带钢外表带出的锌液冷凝后即为纯锌层〔锌花层〕。连续热镀锌钢板的生产方法

森吉米尔法美钢联法惠林法塞拉斯法热镀锌原理典型的森吉米尔连续热镀锌生产车间平面布置热镀锌板生产工艺流程图〔2〕连续热镀锌的生产工艺主要工序：镀前处理、热浸镀锌、镀后处理原板热浸镀锌镀前处理成品镀后处理主要工序简介

预热段：利用无氧化炉排出的废气热量预热带钢，一般预热到200℃无氧化加热段：采用直接加热方式。通过控制空气过剩系数来阻止带钢外表氧化。辐射管加热段〔复原段)：采用“U〞形辐射管加热，燃料在“U〞形辐射管内进行燃烧，每个辐射管带有一个预热器，将燃烧空气预热到300℃。辐射管加热段温度900℃。缓冷段:带钢进行缓慢冷却。喷气冷却段〔快冷段)：带钢经喷射冷却到450-500℃。镀前处理

1-带钢2-转向辊和密封辊3-无燃烧段预热4-有烧嘴加热段5-辐射管加热段6-缓冷段7-冷却段8-转向辊9-炉鼻子10-锌锅设备组成〔见图〕：由锌锅、漂浮辊、稳定辊及气刀组成。热浸镀锌气刀的作用：喷射高压气体将从锌锅中出来的带钢外表上多余的锌液吹掉，从而控制锌层厚度。锌层厚度的控制：锌层厚度是自动控制的。气刀的气体压力越大，距离越小，或带钢速度越慢，那么锌层厚度越薄。反之，气刀的气体压力越小，距离越大，或带钢速度越快，那么锌层厚度越厚。设备组成图

镀后处理包括光整、锌花处理、合金化处理及化学处理等。光整：目的是为了改善带钢机械性能、外表粗糙度和平直度锌花处理：主要是通过控制冷却速度来控制锌花的大小。合金化处理：如果要涂漆或提高耐腐蚀性，就要进行小锌花或合金化处理。小锌花处理：指镀锌板从锌锅中出来后，喷射雾状水或蒸汽使锌液快速冷却，将锌层凝固，使结晶没有形成树枝状花纹所需的时间。小锌花比大锌花涂装性能好。镀后处理化学处理是用铬酸溶液处理带钢，以防止镀锌板产生白锈。化学处理槽包括铬酸钝化装置、挤干辊装置和枯燥器装置。1、优点：镀锡板具有良好的抗腐蚀性能，又有一定的强度和硬度。而且镀锡板的锡层无毒无味，并能防止铁大量溶到被包装的食物中去。镀锡板冲压成型性良好，又易焊接，锡层具有强烈的反光作用，外表光亮。同时，可以印花，美化商品外观。应用：热镀锡板的锡层厚而不均匀，锡的价格也很贵，因此生产本钱高，故近年来热镀锡方法已被淘汰，而采用电镀锡。热镀电镀二、连续镀锡钢板生产2、镀锡种类〔1〕电镀锌原理：连续电镀锌机组根据电镀液不同，分为ZnS04系统和ZnC12系统。电镀锌必须借助于由阳极、阴极、电镀液、电源组成电化学系统。在此系统中，带钢始终为阴极，但阳极有两种：一种是可溶性锌阳极，在带钢上下各有一层，每一层阳极由假设干锌块组成，放置在电极框架上。在电镀过程中，阳极不断溶解，一般3~4夭就要更换一次阳极。二是用铅一锡作阳极，它不溶解到电镀液中，只起导电的作用，外界配好的新电镀液不断供给电镀槽。1〕电镀锡板生产清洗的目的：除去带钢外表的油脂、氧化铁皮和一切脏物，使带钢外表保持非常洁净。清洗过程主要包括脱脂、酸洗、刷洗等。电镀锌后处理的主要目的：改善镀锌板外表的涂漆性能和抗腐蚀性能，以延长电镀锌使用寿命。后处理包括：活化处理、磷化处理、密封处理和铬化处理。清洗电镀后处理

电镀锌主要工艺流程可概括为：(2)电镀锌工艺流程：〔1〕电镀锡原理在酸性法电镀锡的电化学系统中，带钢为阴极，锡块为阳极，电解液为SnSO2和H2SO4的水溶液，电镀时发生反响。通电流时，Sn2+和H+都向阴极移动，由于锡比氢的电极电位低，因此Sn2+首先从阴极接受两个电子而沉积到钢板外表，而H+仍存在于溶液中，同时阳极的锡块失去电子不断溶解。2〕连续镀锡钢板生产原理〔2〕电镀锡板的生产工艺3〕镀后处理：电镀锡板的镀后处理包括软熔，钝化和涂油三个工序。软熔目的：镀锡板外表形成抗腐蚀的铁一锡合金层，板面光亮，无露铁点。软熔加热有三种方法：电阻加热法感应加热法电阻加热和感应加热混合加热法特点软熔电阻加热软熔法较经济，效率又高；感应加热软熔法虽调整灵活，但因效率低，设备费用高，故目前大多采用电阻软熔。有机涂料或塑料膜涂覆在冷轧带钢、热镀锌带钢、电镀锌带钢或镀铝带钢上，可以制成各种彩色花纹，所以有机涂层钢板也称为彩色钢板。

有机涂层具有保护金属板和延长使用寿命的作用。三、有机涂层〔彩色〕钢板生产定义作用优点有机涂层钢板广泛用作建筑材料砂汽车制造、电器工业和电冰箱、洗衣机等轻工业制品的原材料。将有机涂料调配成浆液，经涂料辊涂覆于预先经清洗和预处理的板带钢外表。涂覆后的板带进入烘烤炉，加热到260℃使溶剂择发、涂层固化。一般采用二次涂覆和二次烘烤的工艺，简称二涂二烘。近十几年来已出现三涂三烘的生产方式。1〕有机涂层钢板的生产方法〔两种〕层压法辊压法将经预先清洗和预处理的钢板或带钢用粘结剂和塑料膜热压粘结而成。其目的是铬酸处理液与基板上尚未被磷化膜覆盖的空点起化学反响，由反响产物将这些孔封闭起来，以提高外表处理膜的耐蚀性能。预处理2〕有机图层钢板的基板和基板的预处理基板的种类镀锌板〔热镀、电镀锌板〕冷轧板、镀铝带钢。种类：包括脱脂、刷磨、磷化处理、钝化处理等。目的