冷轧带钢生产及其工艺

摘 要：本文阐述了冷轧板带钢生产应用及新技术、新工艺，还有冷轧板带钢的生产工艺特点。简要介绍了冷轧薄板带钢的生产工艺流程，根据市场需求和当今板带钢轧制最新设备。

关键词：冷轧带钢；轧制工艺；发展

在相关学科和技术发展的基础上，冷轧技术发展迅速，面貌日新月异，逐渐形成了现代冷轧工艺。经过几十年的发展，我国的冷轧事业不断地成长壮大，从只能生产建筑用材的产品发展成为能够生产高级汽车外板、高级家电板、高级包装材料和电工钢产品，无论产量，还是产品的规格品种多样化和质量，都有大幅提高。

一、冷轧带钢技术的特点

当今现代冷轧工艺技术的特点和发展趋势基本可以归纳为如下几个方面：

1.大力开发高精度轧制技术。

提高冷轧产品的精度，是用户的需要，也是冷轧技术发展的永恒目标。产品的精度主要指产品的外形尺寸精度，它是社会主义市场经济发展的需要，也是作为产品的最基本条件。

2.以过程冶金理论为基础，以低合金钢为重点，提高产品的冶金质量，扩大品种。

轧制过程是赋予金属一定的尺寸和形状的过程，同时也是赋予金属材料一定组织和性能的过程。轧材的最终组织性能取决于钢的化学成分、洁净度和均匀度，以及加工过程的热履历。以物理冶金理论为基础，通过材料化学成分的优化和工艺制度的改进，已经大幅度提高了现有钢种的质量，并通过Nb、V、Ti微合金化开发出大批优良的新钢种。

3.提高连铸比，大力推广连铸连轧工艺及短流程技术。

采用连铸技术可以大幅度降低能耗，提高成材率，提高轧制产品的质量。近年我国的连铸比大幅度提高，促进了相关轧制技术的发展，特别是连铸和轧制衔接技术的发展。短流程是钢铁工业的发展方向，是目前国外竞相开发的热点。尽管目前还存在各种各样的问题，短流程这个大趋势是绝对不会逆转的。此外，半凝固态压力加工和薄带连续铸轧在将来一定会获得大的发展。

4.轧制过程连续化的新进展——无头轧制技术。

轧制过程的连续化是轧制技术发展的重要方向。无头轧制是连续轧制的新发展。冷轧机组通过轧前焊接、轧后切断以及轧制中的动态改变规格，最早实现了无头轧制技术。20世纪80年代又将冷连轧与酸洗机组连接起来，20世纪90年代，又开发成功常规板坯连续化的热轧无头轧制技术和与薄板坯连铸连轧相对应的无头轧制技术。

二、 冷轧的主要产品种类

1、汽车板

国内冷轧汽车钢板研发迅速。宝钢、鞍钢等单位对4个关键工艺技术，即超低碳、氮、氧的冶炼控制、钢板的性能稳定化控制、板形控制和表面无缺陷控制进行长期研究，开发出IF钢、高强IF钢（HSSIF）、烘烤硬化钢（BH）、各向同性钢（IS）、高强度低合金钢（HSLA）、双相钢（DP）和相变诱发塑性钢（TRIP）等7大类钢种，并率先以成形技术、焊接技术和涂装技术作为重点开展了汽车板使用技术研究。在全工序上形成了钢板高表面质量的控制技术。特别是2009年宝钢投产的高强钢生产线，为中国高强钢的生产闯出了一条新路。目前宝钢汽车板的国内市场占有率已经达到70 % ，有力地推动了汽车工业的发展。

2、 电工硅钢板

冷轧电工钢的开发进展迅速。一方面是由过去只有武钢一家企业能生产冷轧硅钢到2002年以后又有太钢、宝钢、鞍钢能够批量生产冷轧无取向硅钢。

硅钢后工序的武钢二硅钢工程，立足于自主开发的低温取向硅钢品种，技术集成了包括高温环形退火炉和双层连续退火炉在内的23条作业线，实现了取向硅钢生产与技术装备的整体跨越。

3、镀锡、镀锌板

镀锡板是镀层钢板中厚度最小的品种。电镀锡板的锡层厚度较小而且外表美观。镀锌板厚度大于镀锡产品，其抗大气腐蚀性能相当好。连续镀锌工艺适于处理成卷带钢，表面美观，铁锌合金过渡层很薄，故加工性能很好。镀锌板经辊压成瓦垄形后作为屋面瓦使用；其它用途还有用来制造日用器皿，汽油桶，车辆用品以及农机具等。

三、冷轧带钢的轧制工艺特点

冷轧与热轧的区别在于变形前材料没有加热，因而，变形温度远低于再结晶温度。带钢轧制的主要特点是需要很大的机械能，主要用于变形和克服轧辊和带钢表面间的摩擦。对于成品的外观特性和性能来说，冷轧时表面的变化过程与内部的变化同样重要。较之热轧，冷轧带钢的轧制工艺特点主要有以下三个方面：

1.加工温度低，在轧制中将产生不同程度的加工硬化。

冷轧在金属的再结晶温度以下进行，晶粒被破碎，产生了很高的位错密度，且不能在加工过程中产生回复再结晶，故板带在冷轧过程中必然产生很大的加工硬化，并随着变形程度的增加而加剧，从而使变形抗力及轧制压力增大，降低塑性。当加工硬化超过一定程度后，板料将因过分硬脆而不适合于继续轧制，或者不能满足用户对性能的要求，因此钢材经一定的轧制道次以后，往往要经软化热处理（再结晶退火、固溶处理等） ，使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便继续轧薄。所以在冷轧时，要制定压下规程，决定轧制变形量，并了解金属的加工硬化程度。

2.冷轧中要采用工艺冷却和。

冷轧过程中产生的剧烈变形热和摩擦热使轧件和轧辊温度升高，故必须采用有效的人工冷却。轧制速度愈高，压下量愈大，冷却问题愈显得重要，所以必须加强冷轧过程中的冷却，才能保证过程的顺利进行。水是比较理想的冷却剂，因其比热大，吸热率高且成本低廉。油的冷却能力则比水差得多。

冷轧采用工艺的主要作用是减小金属的变形阻力，这不但有助于保证在已有的设备能力条件下实现更大的压下，而且还可使轧机能够经济可行地生产厚度更小的产品。此外，采用有效的工艺也直接对冷轧过程的发热率以及轧辊的温升起到良好影响。在轧制某些品种时，采用工艺还可以起到防止金属粘辊的作用。冷轧中采用工艺还可以明显延长轧辊使用寿命。就效果而言，天然油（植物油与动物油）最优，矿物油次之，水最差。在天然油中，棕榈油最好，其次为棉籽油、豆油、菜籽油、动物油等。

3.冷轧中的张力轧制。

“张力轧制”就是轧件的轧制变形是在一定的前张力和后张力作用下实现的。轧制时所需的张力由位于轧机前后的张力卷筒提供，连续式冷轧机各架之间的张力则依靠控制速度来产生。张力的作用主要有：防止带材在轧制过程中跑偏；使所轧带材保持平直和良好的板形；降低金属变形阻力，便于轧制更薄的产品；可以起适当调整冷轧机主电机负荷的作用[7]。

四、冷轧带钢的生产工艺

普通薄钢板一般采用厚度为1.5～6mm的热轧带钢作为冷轧坯料。主要工序有酸洗、冷轧、脱脂、退火、平整、剪切（横切、纵切） ，如果生产镀层板，还有电镀锡、热涂锡、热涂锌等镀层或涂层工序。冷轧的生产工艺流程是：热轧板卷（原料）酸洗冷轧脱脂退火平整剪切成品交货。

原料。要得到均匀的交货性能，必须要对原材料的化学成分进行全检，并根据碳含量进行选材。薄带钢连铸的产业化将会为冷轧原料提供新的来源。高品质的冷轧成品尤其要注重前工序的生产，要有纯净度高、品质优良、性能均匀的原板才能轧出优质的冷轧产品。

酸洗。冷轧坯料在轧制前必须经过连续酸洗机组清除氧化铁皮，以保证带钢表面光洁，顺利地实现冷轧及其后的表面处理。为获得更佳的酸洗质量，需提高酸液温度并降低酸洗速度。在酸洗技术方面，采用浅槽紊流或喷流酸洗工艺。与旧的深槽式及单一浅槽式酸洗工艺相比，浅槽紊流及喷流酸洗工艺均大大降低了酸洗时间并提高了酸洗质量。新型高效的全自动焊机、大张力拉伸矫直机、故障率低的活套、带快速回转刀头的圆盘剪、先进的自动补酸系统，都是现代化大型酸洗机组的成熟实例。酸洗-轧机联合机组发展迅速，对于特殊钢、高强钢和极薄带钢，可逆轧机（尤其是双机架可逆轧机） 辅以现代化的控制手段仍不可替代。

轧制。酸洗之后即可轧制，为确保冷轧板形，需提供适当的辊型，配合弯辊、窜辊系统轧制。满足了用户对板形质量精度日趋严格的要求。全数字化的交流变频传动技术使得控制过程更快速、更准确。新型激光测速仪和各种厚度、板形及平整度测量仪的应用，可提高轧制成品的厚度精度和平整度。

清洗，退火。由于冷轧的工艺特点，轧到一定厚度必须进行退火使钢软化。但是轧制过程中，带钢表面有油，而油脂在退火炉中会挥发，挥发物残留在带钢表面上形成的黑斑又很难除去。因此，在退火之前，应洗刷干净带钢表面的油脂，即脱脂工序。脱脂之后的带钢，在保护气体中进行退火，为保证退火性能，应选择低温长时间退火的工艺制度。退火后的带钢表面光亮，进一步轧制或平整时，就不必酸洗。

平整。退火之后的带钢必须进行平整，以获得平整光洁的表面，均匀的厚度，并使性能得到调整。为减轻或消除边缘“凸条”，需采用凸度辊进行平整。平整之后，可根据定货要求对带钢进行剪切[8]。

五、冷轧带钢轧制规程优化

轧制规程是冷轧带钢生产工艺的主要内容之一， 由于冷轧带钢宽厚比（B/H）大，轧制压力大，要保证板形良好必须制定合理的轧制规程，所以，它对于产品的产量、质量、成本以及生产安全、工艺控制精度等均有着重大影响。合理（或优化） 的轧制规程既可提高冷轧带钢的生产率、降低能耗， 又能保证产品的质量， 提高工艺控制的精度和响应速度以及设备的利用效率， 从而带来极大的经济效益。冷轧轧制规程的制定， 就是根据来料条件（板坯的厚度、宽度以及钢种） 和设备条件（轧辊辊径、电机容量限制条件、轧制负荷限制条件） 来设定各道次轧机的出口厚度， 并由此计算出各道次轧机辊缝和轧辊速度， 并将此设定值传送给二级控制系统， 从而在轧制时对轧机进行预设定。

制定合理优化的轧制规程对于提高产品的产量、降低生产成本以及改善生产的安全和工艺控制的精度等均有着重大意义。目前为制定合理（或优化） 的轧制规程通常采取如下措施：

（1） 综合考虑影响轧制规程的各种因素来建立寻优目标， 从而在发挥现有设备的最大限度的同时，提高产品的质量。

（2） 利用更为有效的优化方法， 提高轧制规程制定过程寻优的速度和求解时的收敛速度， 从而使在线设定模型（无规程轧制） 成为可能。

（3） 充分利用计算机和现在的人工智能技术， 使整个轧制过程的控制更为合理[9]。

六、结束语

日益增大的市场需求给冷轧带钢生产能力的发展和新冷轧机的建设带来了良性刺激。冷轧机作为生产质量要求很高的最终成品设备，投资巨大，工艺技术复杂，控制精度高。对冷轧机组的选型、定位应遵循高起点、高质量、产品具有高竞争力的原则。应综合考虑市场容量、品种质量、投资规模等因素才能充分发挥低耗、高产、高质的优势，以最低的投入获得最好的效益。

参考文献

[1] 王国栋，吴迪，刘振宇.中国轧钢技术的发展现状和展望[J].中国冶金.2009

[2] 杨继宏.冷轧新技术浅谈.技术开发与技术改造[J].2005

[3] 齐克敏，丁桦.材料成形工艺学[M].北京：冶金工业出版社.2006，35～67.