板带生产工艺6冷轧板带钢生产pdf.docx
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板带生产工艺6冷轧板带钢生产pdf
4.冷轧板带钢生产
„
„
„
„
„
„
4.1冷轧板带钢生产的发展
4.2冷轧板带钢生产工艺
4.3冷轧板带钢轧制工艺制度的制定
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
冷轧带钢和薄板的产品规格和用途
4.1冷轧板带钢生产的发展
„
„
„
1.时间:
20年代始,70年代迅猛发展.
2.冷轧机:
二辊式四辊式或多辊式
3.轧制方式:
单片无张力轧制成卷带张
力可逆轧制辊系全连续轧制
冷轧机介绍
可调控板型的新轧机:
HC轧机、MKW轧
机(偏八辊)
„
„
极薄带材轧机:
多辊轧机如:
罗恩式、
森吉米尔式多辊轧机
冷连轧机:
轧速高达35~41.6m/s;卷重
高达60t;生产能力大
„
„
70年代作为第三代冷轧机的起始
其特点为:
采用全液压压下;实现操作
自动化;采用板形控制系统;建立动态
变规格的全连续轧机
„
当前:
过程联合全连续生产线(FIPL):
酸
洗冷轧热处理
冷轧板带钢
„
„
„
„
„
原料:
热轧带钢或钢板
温度:
常温
成品厚:
0.1-3mm
成品宽:
100-2000mm
优点:
产品规格繁多;尺寸精度高;表
面质量好;机械性能及工艺性能均优于
热轧板带钢
4.2冷轧板带钢生产工艺
„
„
„
„
„
„
„
„
1.工艺特点:
金属的加工硬化
工艺润滑与冷却
张力轧制
2.工艺流程
3.车间的组成与布置
4.主要工序及其工艺:
酸洗冷轧精整
金属的加工硬化
原因:
冷轧常温下,金属晶粒破碎不能再结晶
回复而产生加工硬化
„
„
影响因素:
随变形程度变大而加深
结果:
金属变形抗力增大;塑性降低;轧制压
力升高;导致脆断
„
„
措施:
热处理
轧程:
每次软化热处理之前完成的冷轧工作,
称之为一个轧程
„
结论:
钢的变形抗力愈高,成品的尺寸愈宽愈
薄,所需的轧程就愈多
工艺润滑与冷却
•润滑作用:
减小变形抗力,降低能耗,提高轧辊寿命,改
„
善带钢及钢板厚度的均匀性和表面状态,便于生产厚度
更小的产品
•效果:
取决于润滑油量的多少和在变形区内润滑剂的
动态选用牛脂为基的动物油最好,其次为植物油,矿物油
最差
冷却原因:
轧速高而产生的变形热和摩擦热使温度升
高,引起淬火层硬度下降,层内发生残余奥氏体分解,出
现附加组织应力;使润滑剂失效,油膜破裂,使轧制不能
正常进行。
选用水为最佳冷却剂
工艺润滑与冷却
„
„
兼顾润滑和冷却作用的油和水的混合剂
乳化液:
当以一定流量喷到轧件和辊面
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而且确有一定数
量从乳化液中析离粘附在轧件和辊面
上,以及时均匀地形成厚度适中的油膜
张力轧制
概念:
轧件在轧辊中的变形是在一定值的前张力
和后张力的作用下实现的
„
张力作用:
„
„
„
自动调节带钢的横向延伸
降低轧制压力(前张力作用大于后张力)及能
耗
„
„
„
平直厚板形,轧出更薄的产品
调整主电机负荷
传递能量,使各机间相互连接
2工艺流程
„
据产品的要求不同而不同,一般用途冷轧板带
钢的生产工序如下:
„
„
„
„
热轧原料带卷酸洗除鳞冷轧脱脂退火
检查(分类)成品包装(带卷)
平整
剪切检查(分类)成品包装(窄
带卷及薄板)
„
„
成张交货横剪;成卷交货必要时纵剪
要求:
能够说明各工序的原因
车间的布置
„
„
„
厂房跨间互相平行布置,产品工艺流程为“Z”
字型:
60年代以前,增加了运送工作量,且易
损伤带卷
厂房跨间互相垂直布置,产品工艺流程为“工”字
型:
70年代采用,工艺流畅,但车间过长,对
总体不利
厂房跨间互相垂直布置,产品工艺流程为“U”
字型:
70年代以后,工艺流程比较顺利,厂房
占地要求合理;全连续轧制及连续退火生产线
也采用这种型式布置
„
„
氧化铁皮的结构:
热轧带钢在800-900ºC表面
形成大约0.1mm的氧化铁皮。
结构如图所示
酸洗及操作:
几乎全部采用盐酸酸洗:
溶解三
种氧化铁皮,速度快,表面质量好,反应产物
易洗净;省去破鳞机,减少机械划伤槽内也无
氧化铁皮的积存;不易发生过酸洗和氢脆现
象;易于回收再生,且资源丰富(相对于硫酸)
„
酸洗槽中加入缓蚀剂:
降低酸耗,防止酸雾,
改善车间环境.如氯化钠
氧化铁皮结构
„
冷轧的坯料是热轧带钢,由于热轧
带钢是在800~900℃以上温度条件下进
行轧制的,其表面形成大约厚度为
0.1mm的氧化铁皮。
氧化铁皮的结构如
图4-8所示。
最外层的FeO占氧化铁皮
23
厚度的10%;中间层是FeO占总厚度的
34
40%;内层FeO,占总厚度的50%。
外层
的FeO和中间的FeO结合很牢固,且
23
34
中层致密。
中层的Fe3O4和内层的FeO结
合不牢固。
冷
轧
„
„
„
„
冷轧机的生产分工
可逆式冷轧机组的组成及工艺操作
冷连轧机组的组成及工艺操作
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2-6台,配置为连续
式.
„
„
全连续式冷轧机组的组成及工艺操作
动态变规格调整:
轧机不停车而作调整,使产
品规格得以变化并符合设定的要求的操作
„
„
„
冷轧机按轧辊配置方式分为:
四辊式和多辊式
冷轧机按机架排列方式分为:
单机架可逆式:
适于产品规格繁多,数量少,
合金钢比例大的情况;生产能力低,投资小,
建厂快,灵活性大,适于中小型企业.
„
多机架连续式:
适于规格单一或变动不多的产
品,生产效率高.生产的规格泛围:
板带宽度
450-2450mm,厚度为0.076-4mm.根据产品规
格来确定机架的数目.
可逆式冷轧机组由四部分组成
„
„
„
板卷运输及开卷设备、轧机、前后卷取机、
卸卷装置及钢卷收集设备
过程如下:
带钢送至轧机后,机前卷取机咬入
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取机中,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,至到轧至要求的厚度.可逆式轧机一般都是
奇次道次轧出成品.
„
卸卷小车来卸卷;一斜坡道或卸料步进梁来收
集带卷
精整主要包括脱脂、退火、平整及剪切
„
„
脱脂概念:
板带冷轧后进行清洗以去除板带表
面上的油污.
作用:
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,影响表面质量.
„
„
方法:
电解清洗:
以碱液为清洗剂,电解放出氢气与氧
气,起到机械冲击作用,加速脱脂过程.
„
机上清洗:
以矿物油为主的乳化液作为工艺润滑
剂的冷轧,在轧制的最后道次喷以除油清洗剂的
方法.燃烧脱脂:
退火
„
初退火:
为冷轧做准备,使带钢具有良好的塑性
和一定的组织;降低热轧板卷的硬度,消除粗晶
组织,提高塑性,利于冷轧.用于含碳量较高的碳
素结构钢,合金结构钢等.其工艺制度因钢种而
定,一般在640-750°C,保温十多小时.在酸洗前
进行,不采用保护气体.
„
„
中间退火:
消除加工硬化,以利下一步轧制.在
保护气氛中进行光亮退火.
成品退火:
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,也要满足最终性能
要求
平整
„
„
概念:
采用小压下率(0.3%-3%)的冷轧.
作用:
消除屈服平台,表面不出现冲压“滑移
线”;使板带的屈服极限达到最低,提高板带
的成型性能;改善板形,提高板带的平直度.
„
„
平整分为干平整和湿平整(采用较强清洗作用
又能防锈的润滑剂,较干平整可降低轧制压力
30%-40%,应用于双机架平整机)
4.3冷轧板带钢轧制工艺制度的制定
„
„
„
„
„
1.变形制度(压下规程)的制定
制定的工艺特点和方法
现代冷连轧机的设定计算
2.速度制度的制定
3.张力制度的制定
工艺特点
„
A.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
艺及轧机能力等.应充分考虑到各种提高冷轧效
率的手段与可能性.
„
„
„
各道次压下量的分配,如前述原则.
B.制定压下规程必须确定与之相应的张力制度.
方法:
先按经验并按规程设计的一般原则和要
求,对各道次压下进行分配;进而按工艺要求
并参考经验资料,选定各道次间的单位张力;
最后校核设备的负荷及各限制条件,并作适当
修正.
„
„
„
„
„
设定计算的目的,方法,原则
主要模型
冷连轧机的最佳设定
穿带辊缝设定值的计算
自适应计算
„
目的:
在已知的原始条件下,合理地或最佳地
分配道次压下量.确定各机架轧件的出口厚度,
各机架的辊缝,速度,张力等,以实现高产,
优质,低耗.
„
„
„
设定计算依据的原则和方法如前所述.
现代冷连轧机组采用表格法和变形组的方法.
变形组法:
将规格品种相近的产品合成一组,用
同一组数据,每个变形组都有一组完整模型数
据存于相应文件中,可根据变形组号调出.
„
„
„
„
1.轧制压力模型:
采用压力模型的一般形式,
即单位宽度的总轧制压力P.
2.比轧制功模型:
轧机主电机轧制单位体积的
带钢所做的功为比轧制或单位能耗.
3.摩擦系数f:
由轧制压力或前滑模型(实测)
逆算f.
4.金属变形抗力K:
冷轧板带,忽略寛展,似
平面变形.故:
K=1.15*σѕ(单向拉伸之屈服极
限)
„
„
K与σs模型一致,由于化学成分及含
量,组织状态,变形程度,变形速度都
对二者有影响,故目前靠试验统计的方
法建立K模型.
5.张力模型:
„
„
„
„
最佳设定规范:
0号规范,为普通轧制常用规范.
包括:
可轧区计算:
带厚沿道次分配的可能范围的计算.
即每道次带厚或压下的许可范围不应超出限制
条件.在可能的轧制速度条件下得出最大的秒流
量.限制条件有电机功率,电机转速,变形量.
„
„
最优化计算:
在可轧区范围内,最优地分配各架
出口厚度.
方法有:
以功率消耗最低,产量最高,等负荷等为
目标函数的分配法.计算方法有动态规划法和基
准压下量叠代调整法.
„
概念:
用于冷连轧机计算机控制系统的数
学模型,其本身存在着误差,包括理论误差,
测量误差和过程变动程度所造成的误差.
为减小误差,可以依模型的预报值和实测
值的差值,适时地在线修正数学模型的常
数项,以使模型的预报值追踪实际过程,从
而提高预报精度.
速度制度的制定
转向和转速不变的定速轧制:
„
„
小型冷轧窄带钢的二辊,四辊轧机.
可调速的可逆式轧制:
钢卷通过开卷,直头送入
轧机后,在前后卷取机上咬住带钢头尾,进行往
复轧制.
固定转向可调速的速度制度(冷连轧机组的速
度制度):
穿带阶段低速,后加速到稳定轧制阶段,
占总长的90%以上;其中过焊缝降速一段时间,
之后还原轧速.最后减速至甩尾阶段
„
„
轧速受润滑和冷却条件而定,六机架冷连轧已
达42m/s.
穿带
„
„
„
一般冷连轧机的操作过程也较复杂。
板卷
经酸洗工段处理后送至冷连轧机组的入口段,
在此处于前一板卷轧完之前要完成剥带、切头、
直头及对正轧制中心线等工作,并进行卷径及
穿带”
带宽的自动测量。
之后便开始“过程,这
就是将板卷前端依次喂入机组的各架轧辊之
中,
„
直至前端进入卷取机芯轴并建立起出口张力为
止的整个操作过程。
穿带后开始加速轧制。
此阶段任务是使连
轧机组以技术上允许的最大加速度迅速地从穿
带时的低速加速至轧机的稳定轧制速度,即进
入稳定轧制阶段。
由于供冷轧用的板卷是由两
个或两个以上的热轧板卷经酸洗后焊接而成的
大卷,焊缝处一般硬度较高,厚度亦多少有异
于板卷的其他部分,且其边缘状况也不理想,
故在冷连轧的稳定轧制阶段,当焊缝通过机组
时,一般都要实行减速轧制(在焊缝质量较好时
可以实现过焊缝不减速)。
„
„
在稳定轧制阶段中,轧制操作及过
程的控制已完全实现了自动化,轧钢工
人只起到监视的作用,很少有必要进行
人工干预。
板卷的尾端在逐架抛钢时有
着与穿带过程相似的特点,故为防止事
故和发生操作故障,亦必须采用低速轧
制。
这一轧制阶段称为“抛尾”或“甩尾”。
甩尾速度一般相同于穿带速度,这
样一来,当快要到达卷尾时,轧机必须
及时从稳轧速度降至甩尾速度。
为此必
须经过一个与加速阶段相反的减速轧制
阶段,冷连轧的这几个轧制阶段可由图
中所示的轧制图表及速度图清楚地看出。
„
穿带
„
在穿带过程中,操纵工必须严密监
视由每架轧机出来的轧件的走向有无跑
偏和板形情况。
一旦发现跑偏或板形不
良则必须立即调整轧机予以纠正。
在人
工监视穿带过程的条件下,穿带轧制速
度必须很低,否则发现问题就来不及纠
正,以致造成断带、勒辊等故障;穿带
操作自动化至今尚未获得完满解决,经
常还离不开人工的干预。
张力制度的制定
„
„
合理的选择轧制中各道次张力的数值
单位截面上的最大张应力应小于带钢的屈服极
限,单位张力q选取原则:
q=(0.1~0.6)σѕ
„
在可逆式单机架冷轧机上,张力是在轧机与卷
取机间产生的。
第一道次因酸洗张力较小(为
免各层错动而擦伤表面);之后选取大张力;
成品道次小张力(防止或减少退火中的粘结);
过焊缝适当减小张力。
„
启动轧机必须建立后张力。
带钢中部出现波浪
减小张力;边部出现波浪增加张力。
4.4极薄带材轧制
„
„
„
„
1.极薄带材(0.001~0.005mm)轧制的特点
2.多辊轧机的基本类型
3.多辊轧机冷轧极薄带材的工艺特点
4.精密合金极薄带材的轧制:
原料为经冷轧的
厚度为0.3~0.5mm的带材.
„
„
大多数精密合金,冷状态下变形时有足够的塑
性;为得到完整的晶体结构,总变形量达
98%,而无中间热处理.
弹性合金,冷变形时塑性较低。
精密合金经冷
轧和轧后的热处理,不仅达到所要求和厚度和
表面质量,且得到必需的组织结构
1.极薄带材轧制的特点
„
因变形抗力很大,为减小轧制力而采用小直径
工作辊,大刚性支撑辊系的多辊轧机
优点如下:
„
„
a.工作辊径小,故变形区长度小,降低轧制压
力,二十辊轧制力为四辊的四分之一。
„
b.可保证很大的道次压下量(60%)和总压下量
(90%);且工作辊的弹性压扁小,故轧制难变
形金属及合金可减少道次,无需中间退火
具有小直径工作辊的轧机中轧辊和轧
件参数的关系
特点一
„
c.轧机的刚性高,利于减小带材厚差,获
得良好板型
„
d.轧机的体积小,设备轻,减少车间面
积,降低车间高度,减小吊车跨度与吨
位,投资少
„缺点:
精度要求高,轧辊系统冷却困难,
限制轧速提高
特点二
„
极薄带材轧制采用高的单位张力和总张
力,且金属的变形是靠轧辊压下和张力
共同进行,因而要求大功率传动的卷取
机
2.多辊轧机的基本类型
„
„
主要研究各种结构的工作机座:
四辊式、
联合式和多辊式机座
多辊轧机轧制方向稳定性好且补偿此时
轧辊不断增大的挠度,有较高的刚度,
在很大的轧制力下把所需的扭矩传递给
工作辊,应用更广泛
„
其他类型:
四立柱式多辊轧机、吉森米
尔轧机等
罗恩式
„
1930年,W.罗恩(Rohn)获得了第一台
多辊轧机的专利权。
这种轧机的结构可
以消除工作辊沿轧制方向的挠度,而且
在保持工作辊有较大的横向刚度的条件
下,可使工作辊采用最小的许用直径。
如图
机架受力图
„
1932年,T.森吉米尔
(Sendzimir)制造
了一台多辊轧机,称
之为森吉米尔轧机。
其特点式工作机座式
整体铸件,经镗床加
工成梅花形。
„
轧辊辊系配置在梅花
形中
多辊轧机自身的工艺特点
„
1.多辊轧制压下量大,对断带敏感且穿带困
难;故选用坯料各向厚差最小,高边缘质量,
较高的组织的各向同性及物理-机械性能的均匀
性;还要及时进行表面清理
„
„
2.多辊轧机用硬质合金工作轧辊,可大大减小
工作辊的弹性压扁(与工作辊径大小有关),
增加道次压下量
3.使用高的单位张力和总张力,及良好的工艺
润滑和冷却。
采用低粘度的矿物油(要求高表
面质量)和乳化液(冷却高轧速生热).
4.5冷轧板带钢的不对称轧制
„
异步轧制
„
„
„
„
„
„
„
„
基本原理及分类
运动学与力学特征
工艺特点
异步恒延伸轧制
异步轧制合理工艺条件的确定
异径轧制
轧机型式
原理与工艺特点
异步轧制
异步轧制:
两工作辊的线速度不相同的轧制.
„
„
通常板带轧制:
上下轧速相等,中性角相等.中
性面将变形区分为前滑区和后滑区.接触摩擦力
分别由出入口指向中性面.若无张力,变形区
为三向压应力状态.
不完全异步轧制(半异步轧制):
变形区由前
后滑区及搓轧区所组成的轧制.上辊力距变
大,下辊反之.
„
异步轧制
„
从50年代起,各国开始关注并研究
异步轧制理论和技术。
1968年前苏联学
者B.H.魏德林研究成功了“πB”轧机。
日
本石川岛播磨重工业株式会社,引进πB
轧制技术专利,经研究改进提出不完全
异步轧制技术(IPV)。
德国的F.W霍尔
曼等于1979年发表了有关异步轧制的设
备、工艺参数、板型等方面的研究论文。
异步轧制
„全异步轧制:
变形区全部为搓轧区(轧
件与轧辊上下接触面的摩擦力方向相反)
所组成的轧制状态.
„
从实现操作上又分为拉直式异步轧制和
“s”异步轧制.
„
原理推理:
分别从辊速、前后滑区、中
性角、摩擦力方向、应力状态来分析。
主要力学特征
„
普通轧制时,摩擦力的水平分量的迭加作用从
出入口截面至中性面渐增,中性面处为最大的
附加压应力.形成单位轧制压力分布的摩擦峰.
异步轧制时,由于摩擦力方向在搓轧区内相
反,致使摩擦峰减小.同时加大前张力
„
„
全异步轧制时,变形区接触面上摩擦力的影响
基本消除,张力涉及整个变形区,单位摩轧制
压力甚至比变形抗力要小.
同样轧制条件下,异步轧制比普通轧制的轧制
力明显减小
异步恒延伸轧制
异步恒延伸轧制:
适当的辊速差可以使延伸系
数保持恒定.(可在普通的异步轧机前后附加控
制带材速度的装置即可实现).
优点:
提高带材精度(通过s辊装置的张力自
然调节来控制带钢的延伸,协调了带钢的变
形,使延伸系数不变,进而消除各种原因造成
原始辊缝变化对带钢厚度精度的影响);易于
进行轧机调整;简化控制过程和系统;通过控
制轧制压力可控制板带的力学性能
„
„
„
高精度带材轧制的一种新工艺
异步恒延伸轧制
„原理:
只要延伸系数恒定,轧制前后带
材的相对厚差不变.而使带材的绝对厚差
随延伸系数按比例下降,结果使带材厚
度精度显著提高
„
文献在φ90/200×200mm小型四辊可逆
式轧机上,采用异步恒延伸轧制。
轧机
模型如图所示。
轧出厚0.l~0.2mm,宽
80~100mm的08、T10A钢带。
全部长度
上厚差均在±0.0025mm以下,且板形良
好,操作稳定,消除了通常异步轧制中
易出现的轧机颤动和断带
„
„
在常规轧制中由于各种因素的影响,会
使带钢变形量发生变化,从而导致了带
钢进、出口速度的变化
异步恒延伸轧制可通过轧机前后的S辊的
张力自然调节,以补偿轧件变形时各种
因素导致原始辊缝的变化。
在协调轧制
压力、变形抗力的过程中,协调了带钢
的变形,保持了带钢的延伸不变
异步轧制合理工艺条件的确定
„
„
最大限度降低轧制力且易实现为出发
点,在普通四辊冷轧机上采用拉直式异
步轧制低碳钢带
前滑值s与n-1之间的关系,反映了轧件
与轧辊的相对速度关系
张力与轧件速度的关系
„
前张力成为限制异步轧制的速比(n)
和延伸系数的主因.当速比过大,前张力
又不足时,就会出现打滑现象.故异步轧
制时速比不可过大,宜采用大延伸轧
制;使延伸λ>n、s=n-1,作为异步轧
制的基本条件。
此时变形区有搓轧区和
后滑区组成。
辊速比n的选择:
不能过
大,否则会前滑.由经验公式得知全搓轧
的极限辊速比为:
n=1.42
异径轧制
概念:
两工作辊的线速度基本相同而直径与转
„
„
速相差很大的轧制状态.
工作原理:
利用一个靠摩擦传动直径很小的工
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;采用另一个很大的工作
辊来传递轧制力距和提高咬入能力;还可采用
侧弯辊以控制板型.
优点:
增大压下量、减少道次、提高轧制效率、
轧薄能力、厚度精度和板型质量.因异径消除工
作辊轴线的弯曲,简化轧机调整
„
„
异径多辊轧机(复合式多辊轧机)
异径轧制
„
早在五十年代初期,前苏联的机器
制造部中央设计局就设计制造了所谓复
合式多辊轧机。
„其辊系配置如图所示,辊系配置的上半
部分,由工作辊1及支持辊8所组成,和
通常的四辊冷轧机相同。
而下半部分却
如同十二辊冷轧机,二十辊轧机或特殊
形式的多辊轧机
异径多辊轧机
异径轧制
„
如图为1985年日本新日铁和三菱重工业公
司开发研制的一种异径多辊轧机,实质也是一
种四辊式与十二辊式复合的异径轧机(NMR轧
机)。
这类轧机由于采用异径,可使小工作辊
直径大幅度减小,不仅大幅度降低轧制压力、
提高轧制效率,而且减轻了一般多辊轧机两个
工作辊直径都很小时,工作辊轴线不平行所产
生