冷轧工艺技术基础知识简介.doc

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冷轧工艺技术基础知识简介

第一节钢铁行业知识简介

钢铁行业的定义：

钢铁行业是以从事黑色金属矿物采选和黑色金属冶炼加工等工业生产活动为主的工业行业，包括金属铁、铬、锰等的矿物采选业、炼铁业、炼钢业、钢加工业、铁合金冶炼业、钢丝及其制品业等细分行业，是国家重要的原材料工业之一。

此外，由于钢铁生产还涉及非金属矿物采选和制品等其他一些工业门类，如焦化、耐火材料、炭素制品等，因此通常将这些工业门类也纳入钢铁工业范围中。

原材料及主要产品分类：

钢铁生产的主要原材料包括铁矿石、锰矿石、铬矿石、石灰石、耐火黏土、白云石、菱铁矿等矿物的原矿及其成品矿，人造块矿，铁合金，洗煤、焦炭、煤气及煤化工产品，耐火材料制品，炭素制品等。

钢铁产品是以铁元素（Fe）为基础组成成分的金属产品的统称，日常形态包括铁、粗钢、钢材、铁合金等。

由于铁合金在钢铁工业生产过程中主要用做炼钢时的脱氧剂和合金添加剂，在管理和统计上通常将铁合金归入钢铁生产主要原材料而非钢铁产品。

此外，钢丝、钢丝绳、钢绞线、铁丝、铁钉等钢丝及其制品属于钢铁产品的再加工产品，不属于金属基础产品。

所以在统计上，钢铁产品仅包括生铁、粗钢、钢材三大类产品。

铁是钢铁产品的“初级产品”，经过进一步冶炼就可得到钢，二者主要根据铁基产品中含碳量多少来区别。

铁经冶炼直接得到的产品为粗钢（固体状态称钢坯或钢锭），粗钢通过铸、轧、锻、挤等方法处理加工后成为钢材。

钢材是钢铁工业为社会生产和生活提供的最终产品的主要形式。

由于钢材产品品种、规格复杂多样，为了适应统计、生产、营销、库存等多方面管理的需要，国际上通常将钢材分为型材、线材、板材、管材等几大类。

具体分类如下：

一、型材

（1）铁道用钢材

是指主要供铁道部门生产和建设用的钢材，主要包括轻轨、重轨、工业升降机用导轨、起重机用轨、导电轨、道岔轨等钢轨、钢轨配件；每米重量大于30公斤的钢轨为重轨，30公斤及以下的为轻轨。

（2）大型型钢

是指高度不小于80毫米的I型钢（工字钢）、H型钢、U型钢（槽钢）、角钢、Z字钢、丁字钢、T型钢等。

（3）中小型型钢

是指高度小于80毫米的I型钢（工字钢）、H型钢、U型钢（槽钢）、角钢、T型钢以及球扁钢、窗框钢等。

（4）冷弯型钢

是指用钢板或带钢在冷状态下弯曲成的各种断面形状的成品钢材，主要用于金属结构、金属家具、运输机械、农业机械以及管道等。

二、线材

也叫盘条，是指热轧后成盘状交货的产品，其横截面通常为圆形、椭圆形、方形、矩形、六角形、八角形、半圆形等。

三、板材

（1）厚钢板

是指厚度大于3毫米的钢板，其中厚度50毫米及以上的为特厚钢板，主要用于造船、锅炉、桥梁和高压容器壳体等；厚度3～5O毫米的为中厚钢板，主要用于造船、锅炉、桥梁、装甲和供冷轧生产薄带钢等。

（2）薄钢板

是指厚度不大于3毫米的钢板，按轧制工艺分为热轧薄钢板和冷轧薄钢板，主要用于汽车、电器设备、车辆、农机具、容器、钢制家具等。

（本钢浦项产品的规格0.2～2.5毫米，属薄钢板）

（3）镀锌板

是指表面镀有一层锌的钢板，钢板镀锌是一种普遍采用的经济而有效的防腐方法。

按生产工艺可分为热镀锌板和电镀锌板，前者锌层厚度较厚，用于抗蚀性强的部件；后者锌层厚度较薄且均匀，多用于涂漆或室内用品。

（本钢浦项采用的是两条热镀锌机组，可生产不同规格的镀锌板。

）

（4）镀锡板

俗称“马口铁”，是指表面镀有一薄层金属锡的钢板，具有良好的抗腐蚀性能，有一定的强度和硬度，成型性好，易焊接；锡层无毒无味，表面光亮，可以印制图画。

主要用作食品罐头工业、化工油漆、油类、医药等的包装材料，能防止铁溶进被包装物。

（5）电工钢板

又称“硅钢片”、“矽钢片”，是指一种含碳量极低的硅铁软磁合金，一般硅含量为0.5%～4.5%；主要用来制造各种变压器、电动机和发电机的铁芯。

按晶粒有无取向，电工钢板分为取向电工钢板和无取向电工钢板两大类，前者轧向磁性能明显优于横向，主要用于变压器；后者轧向和横向磁性大致相同，主要用于电机。

四、管材

（1）无缝钢管

是指由整块金属制成的表面上没有接缝的钢管，按生产方法可分为热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管，按断面形状可分为圆形和异形两种，按壁厚不同可分为厚壁管和薄壁管。

无缝管的最大直径达650毫米（扩径管），最小直径为0.3毫米（毛细管），主要用作石油地质勘探管、石油化工用裂化管、锅炉管、轴承管以及汽车、航空用高精度结构钢管等。

（2）焊接钢管

是指用钢带或钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后焊接形成的、表面有接缝的钢管。

按焊接方法不同可分为电弧焊管、高频或低频电阻焊管、气焊管、炉焊管、邦迪管等，按焊缝形状可分为直缝焊管和螺旋焊管。

电焊钢管用于石油钻采和机械制造业等，炉焊管可用作水、煤气管等，大口径直缝焊管用于高压油气输送等；螺旋焊管用于油气输送、管桩、桥墩等。

焊接钢管比无缝钢管成本低、生产效率高。

第二节冷轧工艺技术知识概况

冷轧带钢和薄板一般厚度为0.1～3mm,宽度为100～2000mm；均以热轧带钢或钢板为原料，在常温下经冷轧机轧制成材。

冷轧带钢和薄板具有表面光洁、平整、尺寸精度高和机械性能好等优点，产品大多成卷，并且有很大一部分经加工成涂层钢板出厂。

成卷冷轧薄板生产效率高，使用方便,有利于后续加工。

因此应用广泛。

冷轧带钢和薄板的产量在工业发达国家已占钢材总产量的30％左右。

一、轧钢历史

1553年法国人布律列尔（Brulier）制成一台轧机,轧制造币用的金板和银板。

板带钢的冷轧早在19世纪中叶始于德国，当时能生产出厚度规格为20～25mm的冷轧带钢。

1859年，美国建立了25mm的冷轧机，1887年生产出宽度为150mm的低碳钢带。

在随后的时间内，冷轧带钢产品宽度不断扩大，并逐步建立了配套设备，例如剪切机、平整机、矫直机以及热处理设备，产品质量得到很大提高。

进入20世纪后，冷轧板带钢产品向着宽和薄的方向发展。

1920年，美国第一次成功地轧制出宽带钢，并将传统的单机不可逆轧制转变成单机可逆式轧制。

1926年，阿姆柯公司巴特勒工厂建成四机架冷连轧机。

前苏联也在此期间开始冷轧带钢生产，伊里奇冶金厂在30年代中期建立了四辊式，以单张热轧板为原料的冷轧车间，查波罗工厂在1930年从国外引进的三机架1680mm冷轧机组及1680mm可逆式冷轧机，并成功生产出厚度为0.5～2.5mm，宽度为1500mm的钢板。

另外一个钢铁强国--日本于1938年在东洋钢板松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始了冷轧薄板的生产，1940年，新日铁广畑厂建立了四机架1420mm冷连轧机。

我国冷轧宽带钢的生产始于1960年，首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机，以后投产了1200mm单机架可逆式冷轧机、MKW1400mm偏八辊轧机、1150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机可逆式冷轧机，70年代投产我国第一套1700mm连续5机架冷轧机。

据有关部门报告，2003年我国钢产量为1.8亿吨，相当于美国和日本产量总和，但全年进口钢材达3000万吨。

我国冷轧薄板缺口仍然较大，国产冷轧板只占有47.2%市场（普通冷轧板占有率52.3%，镀锌板仅43%左右），每年仍需进口大量冷轧薄板来满足国内生产需求。

二、冷轧带钢主要产品

汽车用钢：

IF，BH，CQ，DQ…等深冲板

高强钢板：

DP（双相钢），CP（复相钢），TRIP钢

电工用钢：

取向、无取向，高牌号到中低牌号硅钢片

建筑用板：

热镀锌板，电镀锌板，彩涂板

包装用板：

镀锡板，有机涂层板

不锈钢板：

装饰板，厨房用钢，耐腐蚀钢板

家电用钢：

湿家电－洗衣机，洗碗机

冷家电－电冰箱，空调器，厨房用具

热家电－微波炉，电烤箱

附加值增加

冷轧板

热轧板

涂层板

普

通

板

金属覆层

有机覆层

合

金

板

专

用

板

镀

锌

板

镀

锡

板

镀

铝

板

建

筑

用

板

家

电

用

板

食

饮

用

板

硅

钢

板

不

锈

板

三、冷轧轧制过程特点

1、宽厚比大,板形控制难度大

•冷连轧最薄规格：

～0.15mm，最宽规格：

～2000mm

•宽厚比：

>10000

•保证板形良好的条件：

比例凸度相等，冷轧要求最严格

2、变形抗力大，厚度精度要求高、难度大

•轧制力大，轧机弹性变形大，要求机架刚度大

•轧辊弹性变形（压扁、弯曲）大，要求辊系刚度大

•轧辊热膨胀和磨损大

•采用润滑轧制减小摩擦

•对数学模型要求高

3、带张力轧制（张应力t：

～0.3σS）

张力作用：

•防止轧件跑偏

•改变轧件应力状态，降低轧制力

•控制板形

•作为AGC控制的一种手段

4、工序多，工艺复杂，综合性强

•主要工序：

焊接－酸洗－轧制－脱脂－退火－平整－剪切－矫直－镀层

•技术综合：

冶金、机械、控制、计算机

•学科综合：

力学（轧制力、张力、应力分析）、化学（酸洗、脱脂、涂层）、数学（模型、公式、算法）、金属学（退火、织构、组织性能）、物理学（摩擦、润滑、表面）、其它：

机械学、控制理论、人工智能…

5、产品要求高

•尺寸精度要求：

2～5μm

•板形精度要求：

<5I（1I＝10－5）

•表面精度要求：

不允许有任何瑕疵

－O5板：

要求最严格的汽车面板

－家具用板：

经得起挑剔目光的考验

6、轧机多辊化、轧辊小径化趋势

•2辊轧机：

冷轧很少采用

•4辊轧机：

大量采用

•6辊轧机：

近年来应用较多，有HC，UC，CVC多种类型

•6辊轧机基本特点：

中间辊横移（工作辊横移）（本钢浦项采用6辊UCM轧机）

•6辊轧机工作辊直径太小容易出现横向弯曲，需要侧向支撑偏8辊轧机，不适合可逆轧制

•Z－high轧机，双向侧支撑，可以可逆轧制

偏8辊轧机

Z-hig轧机

•12辊轧机和20辊轧机，辊径进一步减小

•20辊轧机广泛用于轧制难变型材

例：

多辊轧机（森吉米尔轧机）

常用于生产：

•不锈钢（占世界96%）

•硅钢,弹簧钢（游丝）

•全世界有500多套

主要参数：

•辊径：

1.5－90mm

•宽度：

20－2200mm

•厚度：

～0.001mm

•速度：

～15m/s（最大）

四、冷轧工艺及其新发展

1、冷轧发展的3个阶段：

•单机可逆轧制

•连续式轧制（通常3－6个机架）全连续无头轧制

•无头轧制CDCM（酸-轧联合机组）、FIPL（酸-轧-退连续生产线）

2、单机可逆轧制

特点：

•前后带卷筒，正反转轧制

•控制系统简单

•操作维护容易

缺点：

•料头损失大

•生产效率低

•产量低，成本高

3、单卷连续式冷连轧机组

特点：

成卷连续轧制，每架轧机只轧1道，生产效率较高

缺点：

每一卷要穿带，头尾出现尺寸偏差，影响生产

4、无头轧制的冷连轧机组示意图

实现方法：

前一卷的尾部与后一卷的头部焊接在一起

优点：

避免穿带、减少头尾偏差、生产高效率

1＃开卷机

焊接机

活套1

冷连轧机组

卷取机

2＃开卷机

飞剪

活套2

酸洗机组

CDCM-酸轧联合机组

1＃开

卷

机

焊接机

活套1

冷连轧机组

2＃开

卷

机

飞剪

活套2

酸洗机组

活套4

活套3

卷取机

退火机组

酸-轧-退联合机组（FIPL）示意图

第三节本钢工艺流程及本钢浦项各机组工艺技术简介

一、本钢整体工艺流程：

二、本钢浦项工艺流程图

三、本钢浦项各机组工艺

1、酸轧机组

工艺:

厚