基本介紹
- 中文名：冷連軋
- 外文名：Cold rolling
- 原料：熱軋鋼卷
- 類型：零件
- 特點：衝壓性能將惡化
- 學科：冶金工程
冷連軋生產工藝,酸洗生產工藝,酸洗類型,無酸酸洗新工藝,冷連軋生產,連軋機組的構成,帶鋼的全連續生產,雙機架可逆冷軋工藝,退火,罩式爐退火,連續退火,感應加熱連續退火,平整,總結,
冷連軋生產工藝
冷連軋是用熱軋鋼卷為原料，經酸洗去除氧化皮。其成品為軋硬卷，由於連續冷變形的冷作硬化使軋硬卷的強度、硬度上升、韌塑指標下降，因此衝壓性能將惡化，只能用於簡單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因為熱鍍鋅機組均設定有退火線。
一般冷連軋板、卷均應經過連續退火（CAPL機組）或罩式爐退火消除冷軋硬化及軋年應力，達到相應標準規定的力學性能指標。冷軋鋼板的表面質量、外觀、尺寸精度均優於熱軋板，且其產品厚度可薄至0.18MM左右。
冷連軋帶鋼生產包括:酸洗、冷軋、脫脂、退火、平整、精整、鍍塗層等工序, 是軋鋼領域生產效率最高、自動化控制最完善的生產部門,代表了軋鋼技術的最高水平。
我國冷軋帶鋼生產線的改造與新建已陸續展開。因此,有必要對當前國內外冷連軋先進生產技術進行了解,希望能夠對我國冷連軋技術發展起到推進作用。
酸洗生產工藝
酸洗類型
酸洗的目的是去除熱軋原料卷表面氧化鐵皮, 通常採用鹽酸對帶鋼進行酸洗。早期酸洗生產線多採用深槽酸洗, 70年代中期發展了淺槽酸洗, 1983年德國MDS公司開發了紊流酸洗。採用紊流酸洗時, 帶鋼在酸槽中處於張力狀態, 酸液在帶鋼表面上形成紊流, 酸液的運動方向與帶鋼運動方向相反。紊流酸洗在酸洗時間、能耗及酸洗質量等方面比其他酸洗方法具有優勢。
無酸酸洗新工藝
隨著環境保護意識的增強, 出現了無酸酸洗新技術。無酸酸洗工藝不使用酸液, 不需酸再生處理。它採用配有燒嘴的直接火焰爐, 在非氧化環境中以天燃氣為燃料, 避免帶鋼進一步產生氧化鐵皮。只需經過幾米, 帶鋼就可以被加熱到反應器內最佳化化學反應所要求的溫度, 通過控制加熱溫度保證帶鋼的冶金和力學性能。反應器內充有氫氣, 氧化鐵皮與氫氣發生化學反應。反應後帶鋼在氫氣和氮氣構成的非氧化環境的冷卻段內被冷卻。在酸洗段出口, 帶鋼在洗滌器內由噴射水流除掉鱗皮和還原氧化物的表皮。
無酸酸洗工藝的優點包括:無腐蝕性介質;無危險廢物;不需要廢物處理;無因腐蝕產生的金屬損失;帶鋼表面光亮;設備和維護成本低;適於低生產能力的生產線。
冷連軋生產
連軋機組的構成
世界第1 套冷連軋機組於1924年在美國建成, 形式為四輥3機架。以後為軋制更薄的帶鋼, 出現了4機架、5機架冷連軋機組。20世紀60年代, 美國楊斯頓板管公司為了生產0.1mm以下的鍍錫板, 建成了世界第1套6機架冷連軋機組。之後, 日本和德國也裝備了6機架冷連軋機組。實際生產表明, 6機架冷連軋機組所生產的薄板, 退火後其力學性能不如二次冷軋的效果好。故目前新建或改造的冷連軋生產線基本上以4機架和5 機架為主。現代化冷連軋機組以四輥或六輥軋機構成, 生產速度超過1000m/min 。日本川崎制鐵千葉2 號冷連軋生產線生產速度超過2800m/min , 是世界上軋制速度最快的機組之一。
帶鋼的全連續生產
1971 年日本鋼管福山廠首先進行鋼卷焊接後的連續軋制。連續軋制與單卷穿帶軋制相比, 加減速過渡階段減少, 穩態軋制過程增加。無論是否進行前後捲動態變規格, 軋制力等工藝參數的波動及帶鋼的厚度偏差都優於單卷軋制。目前, 冷連軋生產發展到將不同生產工序連線起來, 構成聯合生產線進行生產。包括:酸洗-冷連軋聯合生產;冷連軋-連續退火聯合生產;酸洗-冷連軋-連續退火聯合生產。在聯合生產線中, 冷連軋與連續退火聯合生產的難度較大, 除1982年日本新日鐵廣廠建成的聯合生產線外, 還未見其他報導。目前,新建和改造的冷連軋生產線大多採用酸洗-冷連軋聯合生產線。
雙機架可逆冷軋工藝
隨著薄板坯連鑄連軋技術的廣泛套用, 熱軋薄帶鋼的產品厚度達0.8mm。為了適應薄規格熱軋原料卷的特點, 一種雙機架可逆式冷軋機出現並得到套用。
冷軋帶鋼生產主要有2種形式:單機架可逆軋機及多機架連軋機組。單機架可逆軋機受到產量的限制, 通常在35萬t/a以下, 若生產0.3mm 以下鍍錫板, 產量一般在10萬t/a 左右。
連軋機組產量只有在100萬t/a 以上才有較高的生產效率(不包括以鍍錫板生產為主的冷軋機·組)。而雙機架可逆冷軋機可以填補兩者之間的空缺, 適於薄板坯連鑄連軋生產線產品的冷軋生產。雙機架可逆冷軋機用於生產薄規格冷軋板和鍍錫板, 最大產量可達100萬t/a , 最大生產速度可達1600m/min。雙機架可逆冷軋機生產靈活, 可以進行2、4、6道次軋制, 可以兼用冷軋機和平整機,既可保證產量, 又可實現多品種、多規格、小批量生產。與單機架可逆冷軋機和連軋機組相比, 雙機架冷軋從產量、設備投資、生產成本等綜合指標上均具有較強的市場競爭優勢。
退火
帶鋼冷軋過程中會發生加工硬化,為消除加工硬化需對冷軋後的帶鋼進行退火處理。退火有2種方式:罩式爐退火和連續退火。
罩式爐退火
罩式爐退火時, 以幾個鋼卷為一垛, 各板卷間用通氣墊板相隔, 退火時加熱內罩和外罩, 用煤氣或電加熱帶鋼。退火時, 通常採用純氫氣做保護氣體。利用罩式爐退火時, 帶鋼以成卷方式進行加熱, 帶鋼的加熱、冷卻及保溫時間很容易被控制。對於有特殊性能要求帶鋼的熱處理, 罩式爐具有優勢, 這尤其表現在深沖性能帶鋼的熱處理方面。為了提高帶鋼表面質量, 使用罩式爐退火前需對軋後帶鋼進行脫脂清洗處理, 去除冷軋帶鋼表面殘留的乳化液。
連續退火
採用連續退火時, 冷軋帶鋼經鹼洗、電解清洗、沖洗、烘乾後, 連續地通過退火爐, 在爐內保護氣氛下, 快速加熱到帶鋼再結晶溫度以上,完成金屬再結晶過程, 然後緩冷、急冷, 出爐後進行卷取。連續退火與罩式爐退火相比, 金屬再結晶過程快、晶粒細化, 帶鋼強度、硬度高, 具有生產能力高、能耗少、生產成本低等優點。另外, 連續退火時帶鋼是在張力條件下進行, 帶鋼的板形質量較罩式退火爐好。因此連續退火是退火發展的方向。但是, 連續退火設備多、技術複雜、投資巨大, 幾百米長帶鋼在連續退火時發生問題很難處理, 不適於小批量、多品種帶鋼的生產。因此, 面對市場對冷軋帶鋼多樣化的需求,綜合考慮帶鋼品種、性能、生產能力、生產成本及生產靈活性等方面的特點, 在今後相當長時間內, 罩式爐退火和連續退火兩種方式將並存發展。
感應加熱連續退火
感應加熱連續退火不同於以燃氣加熱為特徵的連續退火, 它通過感應加熱方式使帶鋼由內部開始迅速升溫, 從而減少了退火時間, 同時使退火生產線更加緊湊。感應加熱連續退火過程中帶鋼加熱被分成縱向感應和橫向感應2部分, 可以針對帶鋼的品種、規格, 靈活方便地最佳化退火工藝。
帶鋼在最高溫度可達750℃的高溫對流爐中預加熱後, 經轉向輥通過充滿惰性保護氣體的密閉槽, 槽中有張力輥使帶鋼受到一定的張力作用, 同時對帶鋼進行對中控制。帶鋼由密閉槽出來後進入密閉的感應爐加熱, 完成快速再結晶過程, 然後通過垂直布置的冷卻區冷卻。
平整
退火後帶鋼以1%～5%小壓下率進行冷軋的過程稱為平整。近年來隨著超低碳汽車用深沖鋼板和鍍錫板等產品的增加及對帶鋼質量要求的提高, 對平整處理的要求也越來越高。平整作用包括:
(1) 使帶鋼具有良好的板形和較高的表面質量;
(2) 改變平整壓下率, 可以使帶鋼的力學性能在一定範圍內變化, 以適應不同用途的要求;
(3) 對於深沖用鋼板, 經小壓下率平整後能消除或減少屈服平台。
平整有乾平整和濕平整2種方式。乾平整可避免乳化液對帶鋼表面缺陷檢查的干擾, 提高帶鋼的表面質量。另外, 乾平整可用小延伸率獲得具有良好力學性能的產品。但乾平整軋制力大,軋輥磨損大。濕平整則具有高延伸率、軋輥磨損小、使用壽命長等優點。
平整軋機有單機架平整和雙機架平整。不同產品平整軋制的要求不同。以冷軋板、鍍錫板及不鏽鋼板退火後平整軋制為例。為達到平整的要求, 平整機應滿足下列要求:
(1) 為穩定控制鋼板的表面光潔度、板形和延伸率, 平整軋機的工作輥通常採用Υ300mm以上的大輥徑。
(2)當材質、板寬、壓下率等因素變化時,軋制力也會發生變化, 因此, 軋機要具有彎輥補償的控制能力。同時, 要結合軋輥的初始凸度,使換輥頻率最小化。
(3) 除了有防止中間浪、邊浪等單純延伸的控制能力外, 還要有由局部延伸造成的複合板形的控制手段, 以保證帶鋼的板形。
(4) 要有高速回響控制系統, 以適應焊接部位通過軋機時軋制條件的變化。
(5) 為了防止異物咬入和保證軋輥清潔, 必須在軋機上安裝清除裝置, 同時, 希望軋機的軋輥少、形式簡單。
對於鍍錫原板等產品而言, 由於其帶鋼變形抗力較大且成品帶鋼的厚度較小, 可以將冷連軋過程中一部分帶鋼的壓下率由退火後平整軋制來完成。此時, 帶鋼平整軋制的壓下率可達到20 %～ 50 %, 這種情況下的平整軋制稱為二次冷軋DR (Double Reducing)。
總結
冷連軋生產正朝著生產靈活化、產品專業化、工藝連續化、控制自動化的方向發展。提高產品質量, 減少能源消耗是其中最重要的內容。對於將要新建或改造的冷連軋生產線, 應根據生產定位選擇適合的生產方式, 以獲得最大的投入產出比。
