供稿| 朱 英

冷軋帶鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡介

供稿| 朱 英

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文章簡要介紹了冷軋帶鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)工藝特點，以及冷軋帶鋼生產(chǎn)的一些新技術(shù)：無酸去除氧化鐵皮生產(chǎn)、雙機架可逆冷連軋工藝、感應(yīng)加熱連續(xù)退火、液氮冷卻劑用于冷軋帶鋼、邊部減薄控制技術(shù)、冷連軋生產(chǎn)再線跟蹤檢測和計算機控制系統(tǒng)等新技術(shù)。

冷軋帶鋼產(chǎn)品

鋼材的成型有多種方式，如軋制、擠壓、拉拔和鍛造等，用軋制方式生產(chǎn)的鋼材具有生產(chǎn)率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、品種規(guī)格多、生產(chǎn)連續(xù)性強，易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點。目前，90﹪以上的鋼材是用軋制方式生產(chǎn)的。冷軋是金屬在再結(jié)晶溫度以下進行的軋制，鋼的再結(jié)晶溫度大約在300℃左右，因此鋼材在室溫下進行的軋制即為冷軋。

用冷軋的方式生產(chǎn)的帶鋼與用熱軋方式生產(chǎn)的產(chǎn)品相比較有以下優(yōu)點：產(chǎn)品尺寸精確，厚度均勻，帶鋼厚度差可達0.01 mm以下；可生產(chǎn)用熱軋方式不能生產(chǎn)的極薄帶材；冷軋帶鋼表面質(zhì)量比熱軋帶鋼好，表面光潔度高；冷軋帶鋼具有良好的機械性能和工藝性能。

冷軋帶鋼產(chǎn)品的種類很多，按材料成分可分為普碳鋼、不銹鋼及各種合金鋼；按產(chǎn)品表面處理方式可分為非涂鍍、熱涂鍍、電鍍鋅、電鍍錫、電鍍鉻、電鍍鉛及彩色涂層等。

冷軋生產(chǎn)工藝特點

在室溫下軋制

冷軋帶鋼所用的原料主要是熱軋鋼卷，對原料不經(jīng)過加熱在室溫下進行壓力加工，使其發(fā)生塑性變形。因為不加熱，鋼的變形抗力很大，軋制時需較大軋制壓力。

產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象

鋼材在冷軋后，會產(chǎn)生強度和硬度增高、塑性降低的加工硬化現(xiàn)象，加工硬化現(xiàn)象提高了鋼的變形抗力，給帶鋼繼續(xù)軋制帶來了困難。帶鋼在冷軋過程中會產(chǎn)生不同程度的加工硬化。加工硬化超過一定程度之后，帶鋼因過分硬脆而不適于繼續(xù)軋制。因此帶鋼經(jīng)冷軋一定的道次之后，往往要經(jīng)軟化熱處理（再結(jié)晶退火等），使其恢復(fù)塑性，降低變形抗力，以便繼續(xù)軋薄。

采用張力軋制

在軋制過程中，施加張力，使鋼材的塑性變形在前、后張力的作用下進行。張力的存在可以防止帶鋼在軋制過程中跑偏，保證正確對中軋制；還可以調(diào)整板形，使所軋帶鋼保持平直；軋制中的前、后張力可降低金屬的變形抗力，有利于帶鋼變形，便于軋制更薄的產(chǎn)品，還能降低能耗。

產(chǎn)品寬厚比大

冷連軋帶鋼最薄規(guī)格可以達到0.1 mm，最寬規(guī)格可達2000 mm，帶鋼寬厚比大于10000。因此，保證鋼材在軋制過程中均勻變形、保證良好板形有很大難度，于是，對板形控制技術(shù)提出更高要求。

采用工藝?yán)鋮s和潤滑

實驗證明，帶鋼冷軋過程中，變形功約有84﹪～88﹪轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，?dǎo)致帶鋼與軋輥的溫度升高。軋輥表面溫度過高會引起淬火層硬度降低，從而影響帶鋼的表面質(zhì)量和軋輥壽命。另外，軋輥溫度升高和溫度的分布不均勻也會破壞正常的輥型，直接影響帶鋼的板形和尺寸精度。同時，輥溫過高還會使冷軋工藝潤滑劑失效，影響冷軋過程的正常進行。因此冷軋過程中必須對軋輥和帶鋼采取有效的冷卻與調(diào)節(jié)輥溫的措施。

水是一種比較理想的冷卻劑，它具有比熱容大、吸收率高、成本低等優(yōu)點。因此大多數(shù)冷連軋機組都采用水或以水為主要組分的乳化液作為冷卻劑。冷卻劑同時也是工藝潤滑劑，工藝潤滑的作用是：降低摩擦系數(shù)，使軋制負(fù)荷降低；防止金屬粘輥；保護軋輥表面、改善帶鋼的表面質(zhì)量。

冷連軋帶鋼生產(chǎn)流程

目前冷軋帶鋼總產(chǎn)量中有一半以上是用冷連軋方式生產(chǎn)的，冷連軋生產(chǎn)主要由酸洗、冷連軋、退火、平整、精整、涂鍍等工序組成。工藝流程如圖所示：

酸洗

熱軋原料在加熱、軋制及冷卻過程中與空氣接觸，因而在表面生成氧化鐵皮。在進行冷軋之前必須清除原料表面的氧化層，這個過程叫除鱗（或破鱗）。酸洗的目的就是清除原料表面上的氧化層，即化學(xué)除鱗。通常采用鹽酸對帶鋼進行酸洗。酸洗的機理是氧化鐵、金屬鐵和酸液之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而清除原料表面的氧化層。

冷連軋

冷連軋是將熱軋原料鋼卷通過幾個串列布置機架進行連續(xù)軋制，最終軋成符合尺寸和性能要求的冷軋鋼卷。這些用來連續(xù)軋制的設(shè)備（串列布置機架等）即為冷連軋機組。世界上第一套冷連軋機組于1924年在美國建成，形式為四輥三機架。以后為軋制更薄的帶鋼，先后出現(xiàn)了四機架、五機架冷連軋機組。目前冷連軋生產(chǎn)線基本上以四機架和五機架為主?，F(xiàn)代化冷連軋機組各機架通常為四輥或六輥軋機，生產(chǎn)速度超過1000 m/min。

退火

退火是將帶鋼加熱到一定溫度保溫后再緩慢冷卻的工藝操作。退火的主要作用有：消除冷加工硬化，降低鋼的硬度，提高鋼的塑性；消除鋼中殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，防止變形；消除鋼中如晶粒粗大、成分不均勻等組織缺陷。

平整

冷軋帶鋼退火后應(yīng)進行平整，平整實際上是小壓下率的二次冷軋，壓下率只有1﹪～5﹪。平整的作用有：使帶鋼具有良好的板形和較高的表面光潔度；調(diào)整平整壓下率，可以使帶鋼的機械性能在一定幅度內(nèi)變化，以適應(yīng)不同用途的要求；對于深沖用板帶鋼，經(jīng)小壓下率平整后還能消除或縮小屈服平臺，使鋼材具有良好的深沖性能。

冷軋后的平整，多在單機座四輥平整機上進行，平整時壓下量一般不大于2﹪；對于表面質(zhì)量和板形要求較高的薄帶鋼，在雙機座四輥平整機上進行，平整時壓下量為2﹪～5﹪。平整機組的設(shè)備與冷軋機組類似。

平整工序是最接近成品的一道工序，直接影響成品的力學(xué)性能、板形、表面質(zhì)量等技術(shù)指標(biāo)，因此尤為重要。

其它工序

為使冷軋生產(chǎn)順利進行，除以上主要工序之外，還有酸洗前的開卷、清理對焊，軋制后的剪切、修磨、拋光（不銹帶鋼）、卷取和打捆包裝等工序。根據(jù)產(chǎn)品的需要，也可能增加其它更多的工序。

冷軋帶鋼生產(chǎn)新技術(shù)

無酸去除氧化鐵皮工藝

冷軋帶鋼原料的酸洗除鱗，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量廢氣、廢水和廢酸，一直以來是冷軋生產(chǎn)流程中最大的污染源。為保護人類的生存資源和工廠的建筑設(shè)備，酸洗產(chǎn)生的廢酸、廢氣、廢水必須經(jīng)不同方法處理之后才能進行排放。隨著環(huán)境保護意識的增強，經(jīng)過多方研究探索，出現(xiàn)了無酸洗除鱗工藝。無酸洗除鱗工藝具有以下優(yōu)點：無腐蝕性介質(zhì)；無危險廢物；不需要廢物處理；無腐蝕產(chǎn)生的金屬損失；帶鋼表面光亮；設(shè)備和維護成本低；適于低生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線。

無酸洗除鱗工藝主要工序步驟是“加熱—反應(yīng)—冷卻”。首先是加熱工序，帶鋼在非氧化氣氛中由燃?xì)鉄靽姵龅幕鹧嬷苯涌焖俚乇患訜岬侥骋蛔罴鸦瘜W(xué)反應(yīng)溫度；然后是反應(yīng)工序，在富含氫氣的混合氣氛中，帶鋼表面的氧化鐵與氣氛中的氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，被還原成金屬鐵；最后是冷卻工序，在含氫氣和氮氣的氣氛中進行，以保證帶鋼冷卻到室溫前不被再次氧化。

實驗表明，帶鋼經(jīng)無酸洗除鱗后，表面質(zhì)量比經(jīng)傳統(tǒng)酸洗的帶鋼好，表面光潔無氧化物、具有金屬光澤。

雙機架可逆冷連軋工藝

冷軋帶鋼生產(chǎn)的主要形式有單機架可逆軋和上面介紹的冷連軋。單機架可逆軋機產(chǎn)量有限，生產(chǎn)規(guī)模受到限制，而冷連軋機組只有在高產(chǎn)量時才有較高的生產(chǎn)效率。當(dāng)生產(chǎn)需要多規(guī)格品種、小批量生產(chǎn)時，以上兩種生產(chǎn)方式都有所局限。雙機架可逆冷連軋是用兩機架連軋、且可換向逆軋，生產(chǎn)靈活。可以兼作冷軋機和平整機，即可保證產(chǎn)量，又可以適應(yīng)多規(guī)格、多品種、小批量生產(chǎn)的需要。

感應(yīng)加熱連續(xù)退火

冷軋帶鋼的退火方式主要有兩種：罩式爐退火和連續(xù)退火。罩式爐退火是間斷式（周期式）退火，退火周期長、質(zhì)量不均勻，不能滿足某些鋼種熱處理的要求，如不銹鋼帶、硅鋼帶的熱處理。連續(xù)退火全部作業(yè)是連續(xù)的，機組產(chǎn)量高，生產(chǎn)周期短；熱利用率高；產(chǎn)品質(zhì)量好，表面光亮，缺陷少；鋼帶容易平整。感應(yīng)加熱連續(xù)退火是通過感應(yīng)加熱方式使帶鋼由內(nèi)部開始迅速升溫，從而縮短了退火時間，同時使退火生產(chǎn)線更加緊湊。感應(yīng)加熱連續(xù)退火過程中帶鋼加熱被分成縱向感應(yīng)和橫向感應(yīng)兩部分，可以針對帶鋼的品種、規(guī)格靈活方便地優(yōu)化退火工藝。

液氮冷卻劑用于冷軋帶鋼

冷軋帶鋼生產(chǎn)中需采用工藝潤滑和冷卻，大多數(shù)冷連軋機組都采用水或以水為主要組分的乳化液作為冷卻劑。用后的乳化液廢水成為冷軋生產(chǎn)流程中的另一污染源。近年來德國開發(fā)出一種新型冷卻技術(shù)——采用液氮作為冷軋冷卻劑替代水-油乳化液。在軋制生產(chǎn)中，使用噴嘴將液氮噴灑于咬入軋輥前的帶鋼表面，液氮的快速散熱功能允許提高軋制速度，加大壓下量。傳統(tǒng)的潤滑劑是通過減小摩擦來減小摩擦所產(chǎn)生的摩擦熱，而液氮幾乎不具備潤滑效果，它只是快速將摩擦產(chǎn)生的熱量散去，自身也蒸發(fā)。

實際應(yīng)用表明，使用液氮避免了污染的問題，安全性好，對環(huán)境友好；產(chǎn)品質(zhì)量較好，表面質(zhì)量更加均勻，不會產(chǎn)生由于殘余乳液造成的表面銹蝕，在高速軋制條件下也可獲得鏡面加工表面。

雙機架冷軋拼卷軋制

對于雙機架可逆式冷軋機，原料卷卷重偏小和軋制存在卷頭卷尾，是影響軋制成材率和軋制效率的主要因素，因此出現(xiàn)了“兩卷拼一卷”或“三卷拼兩卷”的拼卷軋制。拼卷軋制提高了原料卷卷重，從而提高雙機架冷軋機的產(chǎn)量和效率，最大限度地發(fā)揮冷軋產(chǎn)能，從而提高冷軋生產(chǎn)的成材率。

邊部減薄控制技術(shù)

在冷軋過程中，帶鋼兩邊邊部厚度會發(fā)生急劇減小的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量，將增加軋后帶鋼的切邊量，從而降低成材率。邊部減薄現(xiàn)象發(fā)生的主要原因有二方面。其一是軋制過程中工作輥發(fā)生彈性壓扁，軋輥在軋件邊部的壓扁量明顯小于中部的壓扁量；其二是帶鋼邊部金屬流動規(guī)律和內(nèi)部金屬不同，邊部金屬受到的側(cè)向阻力比內(nèi)部阻力小的多，所以金屬除縱向流動外，還發(fā)生明顯的橫向流動，這會進一步降低邊部區(qū)域的軋制壓力以及軋輥壓扁量，使帶鋼發(fā)生邊部減薄。

邊部減薄的控制方法，德國開發(fā)出邊部減薄控制系統(tǒng)，工作輥可軸向移動，一端帶錐形段，通過軸向移動，使錐形段處于邊部減薄的位置來補償邊部減薄，可有效控制邊部減薄現(xiàn)象，避免邊部減薄造成的損失。

冷連軋生產(chǎn)在線跟蹤檢測，計算機控制系統(tǒng)

冷連軋生產(chǎn)機組的檢測儀表包括測厚儀、測速儀、輥縫檢測儀、板形儀、張力儀、壓力儀、彎輥計等。

冷連軋三級計算機控制系統(tǒng)：一級：直接數(shù)字控制級（DDC）；二級：過程控制級（SCC）；三級：生產(chǎn)控制級（PCC）。二級計算機（過程控制級）主要功能包括：工藝參數(shù)設(shè)定計算、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、帶鋼跟蹤、數(shù)據(jù)采集與交換、OPS監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析。三級計算機由若干臺PC機組成，通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳送，完成生產(chǎn)計劃編制、合同安排、初始帶鋼數(shù)據(jù)處理，向二級計算機提供設(shè)定計算參數(shù)、軋輥數(shù)據(jù)處理以及產(chǎn)品質(zhì)量管理。一級計算機包括厚度自動控制（AGC）、寬度自動控制（AFC）、壓力自動控制（APC）等系統(tǒng)。

板形控制的措施——各種板形控制軋機

冷軋帶鋼的板形指的是帶鋼的平直度，隨著技術(shù)的進步和市場競爭的加劇，用戶對帶鋼板形的要求不斷提高。經(jīng)多方研究探索，出現(xiàn)了各種新型的板形控制軋機：

軋輥交叉軋機——PC軋機；

軋輥橫移軋機——CVC軋機；——HC軋機；——UC軋機；

錐形輥橫移軋機；

VC軋機等。

結(jié)束語

隨著冷軋帶鋼產(chǎn)品在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，隨著用戶對產(chǎn)品要求的不斷提高，冷軋帶鋼的生產(chǎn)將在生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品質(zhì)量等各方面都進一步提高和改進。冷軋帶鋼生產(chǎn)發(fā)展的方向是減少生產(chǎn)中造成的污染，節(jié)約能源；改進生產(chǎn)工藝，從而提高軋制精度，改善產(chǎn)品質(zhì)量；延伸鋼鐵服務(wù)于深加工產(chǎn)業(yè)鏈，從而使鋼材得到高效、節(jié)約的應(yīng)用，實現(xiàn)冷軋帶鋼生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。使有限的資源可以得到最大限度的利用。

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Introduction of Production Processes of Cold Rolled Strip

ZHU Ying

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朱英（1969—），女，漢族，四川邛崍人，講師，工程師。工作單位：昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。