高精度及极薄钢带的生产.doc

2 高精度及极薄钢带的生产二十辊冷轧机由于轧机的刚性大、 轧辊的弹性挠曲变形非常小， 以及它所具有的多种方 便灵活的调节手段， 因此能产生出尺寸精度极高、 平直度非常好的钢带 二十辊冷轧机由于 工作辊径可以非常小， 因此能够轧出厚度极薄的冷轧钢带 二十辊轧机多以单机架的形式使 用，因此很适合进行小批量、多品种的生产2.1 高精度及极薄钢带的用途和要求 随着我国国民经济从粗放型增长方式向集约型增长方式的转变，高精度及极薄钢带的 需求量急剧上升，用途不断扩大，广泛用于电子工业、家用电器、汽车工业、机械工业、轻 工机械等各行各业， 不仅是尖端科学、 新技术开发的重要基础， 也是各传统工业部门高技术、 高水平、高要求产品的关键原材料由于生产和技术的发展， 用户对冷轧钢带产品的尺寸精度要求越来越高， 厚度允许偏差 不断减小， 平直度要求更加严格，对表面状态及光泽度提出了新的要求因此，冷轧钢带的 产品标准也在逐步提高 但是， 我们现行的国家标准中冷轧钢带的质量标准很低， 远远不能 满足许多行业对冷轧钢带的精度要求 目前， 具有生产高精度冷轧钢带产品能力的厂家， 只能根据自己的装备水平和技术实力来建立自己的工厂标准，并按用户的技术要求来组织生 产。

国家标准 GB 708—88规定了冷轧钢带的精度标准标准分为两个等级；即 A 级精度和 B 级精度厚度允许偏差见表 1.1 不平度规定见表 1.2；镰刀弯在每 2m 内不大于 6mm ， 即1. 5mm/m,纵剪带为4mm/ 2m从标准中可以看出其精度等级是非常低的 A级精度的厚度允许偏差也在其公称厚度的土 6. 4%〜± 20%之间，B级精度的厚度允许偏差就更大了，为其公称厚度的土 7. 5%〜土 25% （钢带厚度范围为 0. 2〜2. 0mm）随着科学技术的不断发展, 各行各业对冷轧钢带的精度不断提高, 远远超过了国标所要 求的范围,因此我们必须采用新工艺、新设备生产高质量的产品来满足用户的要求例如： 生产双层卷焊钢管（即邦迪管）用的冷轧钢带，公称厚度一般为 0. 35mm，厚度允许偏差为± 0.004mm，为公称厚度的土 1. 14% ;镰刀弯不大于 6. 25mm/3000mm，即为 0.694mm / m；切口毛刺不大 0.04mm又如：电子工业用高精度钢带，厚度允许偏差在钢带厚度不 大于0, 5mm时为土 0, 003m m,为厚度的土 0. 6%;大于 0. 5mm时为土 0. 005mm，为 厚度的土 1%;镰刀弯为小于 0. 23mm/400mm，即1. 438mm/m；切口毛刺为小于 0. 01 mm。

可见其要求精度远高于我国现行标准生产高质量的产品必须要有高精度的生产设备二十辊冷轧机就是生产高精度冷轧钢 带的最理想的设备 图 1.1 给出了国标中冷轧钢带厚度允许偏差及二十辊冷轧机所能达到的 钢带厚度精度从图 1.1 不难看出,二十辊轧机具有极高的精度：当产品厚度大于 0．1mm时，产品的厚度偏差在其厚度的土 1 %以内；厚度大于0. 5m时，产品的厚度偏差在土 0. 5% 以内；在产品厚度小于 0．1mm 的条件下,产品的厚度偏差可以达到± 0．001mm2.2 生产工艺高精度冷轧钢带、 极薄钢带、 热镀锌钢带以及彩色涂层钢带的生产工艺流程如图 1.2所 示产品供应状态有钢板、钢带或者纵剪钢带等形式图1.3是高精度冷轧钢带及极薄钢带车间平面布置一例,图 1.4是该车间的工艺流 程图该车间使用一台二十辊森吉米尔冷轧机，生产厚度为 0. 05— 1. 0mm、宽度为250〜450mm 的高精度冷轧钢带及极薄钢带,最高轧制速度为 400m/min图 1.5是一个典型小型冷轧钢带车间的平面布置图,图 1.6是该车间的工艺流程图该小型冷轧车间的年生产能力在 20万t至35万t的范围；小型涂层线的年生产能力为5万t至10万t车间采用一台二十辊森吉米尔冷轧机 （如ZR22 — 52”型），用宽度为650 —1250mm、厚度为2〜6mm的热轧钢带卷， 生产厚度为0. 3 — 1. 6mm的冷带，最大卷重20t 最大轧制速度为 600m/min ;配套设备有一条推拉式酸洗线、一条小型连续热镀锌线、一 条小型带卷彩色涂层线及一条横切线。

该车间的中间产品为热轧酸洗钢带及高硬度的冷轧钢带2.3原料准备2. 3. 1 冷轧钢带的原料冷轧钢带生产是钢带轧制的精加工过程 冷轧钢带的原料就是热轧钢带 要获得高质的冷轧钢带，必须要有良好的热轧钢带原料来保证钢的化学成分、纯净度及热轧工艺的控制， 对最终冷轧钢带产品的组织、 性能有极大的响；热轧钢带的外形尺寸、板形及表面状态， 将直接影响冷轧钢带的尺寸精度、板形和表面2. 3. 1 . 1钢质对冷轧钢带性能的影响炼钢时控制好钢的化学成分是保正生产出优质冷轧钢带的基础， 钢的化学成分与钢的成形性能有密切的关系钢的碳含量对钢带成形性能的影响是通过影响钢的屈服极限 c s和塑性应变比R来实现的碳是提高钢的强度最显著的元素之一，碳含量增加， R值减小、成形性能变坏碳对钢带成形性能的影响可以从图 1.7中看出塑性应变比只是拉伸试验中宽度应变与厚度应变的比值，可以用下式表示：式中 B、H――分别为试样的宽度、厚度；脚注0、1――分别代表试样变形前及变形后的数字通常钢板具有各向异性，故 R值应取与轧制方向成 90°、45°、00角的试样试验结果的平均值，即：当R<1时，说明材料厚度方向容易变形减薄、致裂，冲压性能不好。

当 R>1时，说明在冲压成形过程中， 长度和宽度方向的变形容易， 能抵抗厚度方向的变薄， 而厚度减薄是冲 压过程中发生断裂的原因，所以尺值大，成形性能好匚S也上升锰使钢加工硬（质量分数）一般不低于锰是提高屈服极限 6的一个因素，随着钢中锰含量的增加, 比但是，锰含量太低也将失去防止钢的热脆的能力因此，锰含量0.02%硫、磷一般在钢中以有害元素身份出现硫是钢发生热脆的根源； 硫化物夹杂促使钢中形成带状组织， 恶化深冲性能；硫有提高 屈服极限cs的趋势，不利于冲压成形，参见图 1.8为防止硫对冲压用钢的不良影响，冲压用钢的硫含量（质量分数）一般都限定在不大于 0. 025%，最好小于0. 02%磷能溶解于铁素体内，使铁索体在室温下硬度和强度增高、 塑性下降，即产生冷脆现象；同时磷能引起剧烈的加工硬化； 它又是偏析比较严重的一种元素， 并且很难经扩散退火完全消除，所以容易出现带状组织，给冲压带来不利影响钢中磷含量 （质量分数）越低越好，应不大于0. 02%硅是深冲用钢不希望含有的一种元素，因为它可提高钢的硬度和强度，一般硅含量 （质量分数）被限制在不大于0. 01 %的范围内铝加入钢中的目的是做脱氧剂，钢中适量的铝能消除钢的时效硬化性，提高冲压性能， 其关系见图1.9。

钢中的氧和氮都是产生时效硬化的元素，加入铝使氧和氮固定在 AL2O2和A1N中，能排除时效硬化的可能性； 同时，铝还可控制晶粒度和晶粒形状， 形成｛111｝织构，对提高冲压性能极为有利当钢中铝的质量分数 的游离氮，因此达不到对时效的控制；但当钢中W(AL)<0 . 02%时，则不能完全消除钢中W(A1)>0 . 065 %时，在铝与氮化合生成又出现了升高的AIN后，多余的金属铝在钢中则起到了合金化的作用，使钢的屈服极限趋势因此，钢中金属铝的理想含量 (质量分数)应是0. 04%〜0. 05%，但是实际生产中很难将铝含量控制在如此窄的范围内，一般标准将其控制在 0. 025 %〜0. 07%的范围内为提高钢带的冲压性能，应尽量降低钢中碳、锰含量，在较窄的范围内控制铝的含量， 严格控制有害元素硫、磷含量表 6-6列出了几家深冲用钢 08AI的化学成分标准及实际的出厂成分冲压钢板按发展历史和冲压性能水平，可分为三代产品冲压用钢的主要要求之一是 具有占优势的有利织构，即有利织构系数 111/[100]高低碳优质沸腾钢代表了第一代产品，它与各向同性的无取向正火钢相比是一个进步， 它有较弱的｛1111｝织构，塑性应变比R值为1. 0〜1. 2,冲压成形性较差，沸腾钢中的固溶氮含量较高，具有明显的应变时效性。

铝 镇静钢是第二代产品，通过对 A1N的固溶和析出的控制，铝镇静钢具有强的 ｛111｝织构，从而获得了良好的深冲性能， R值为1. 4〜1. 8,铝镇静钢在罩式炉退火过程中绝大部分碳析出成Fe3C，经平整后其性能稳定；因此，自铝镇静钢问世之后，绝大多数钢铁生产厂家 的冲压用薄钢板都是以铝镇静钢为基础生产的 冲压用钢的第三代产品是 20世纪80年代中迅速发展起来的IF钢，IF钢具有超低碳、微合金化和钢质纯净的特点， IF钢具有极为强烈的｛111｝织构，R值可达1. 8— 2. 8,可用于大尺寸整体成形极其复杂的冲压件， IF钢无时效性IF钢又称无间隙原子钢碳含量低是 IF钢最显著的特征，一般 W(C) < 0. 005%IF钢中添加的微合金元素主要是强碳、氮化物形成元素钛或铌，一般按下式加入：从式中可以看出，钢水中的碳、氮含量必须设法减少，才能节约钛和铌降低成本在IF钢中杂质元素一般控制在很低的水平，钢质非常纯净，杂质含量为：为使IP钢成分合格，应采甩特殊冶炼和浇注工艺需选用杂质含量低、成分均匀的生 铁，铁水进行预处理，达到 W(S) < 0.01%的水平冶炼后进行真空脱气处理，使铁水脱碳。

连铸时，应采用氩气进行保护浇注，中间罐吹氩，应用无碳保护渣等措施三代冲压用钢性能比较见表 1.7表1.7中的n为加工硬化指数加工硬化指数可表示如下：式中 一一分别为拉伸15%和5%时的力；――分别为拉伸15%和5%时的长度；――分别为拉伸15%和5%时的长度与厚度之差n值大，拉伸能力强，冲压性能好；而 n值小时，冲压性能差加工硬化指数，2、塑性应变比R都是评价材料冲压或成形性能的重要参数，但是二者又有所侧重一般冲压变形是冲压和拉延复合变形的过程，可能以其中一种变形为主 当以冲压变形为主时，要求钢的塑性应变比 R值要高；当以拉延变形为主时，则要求钢具有较高的加工硬化能力，即n值要大在冲压变形和拉延变形都存在的复合变形情况下， 同时要求具有较大的 R值和n值即使在一种变形为主， 另一种变形为辅的情况下， 只值和n值都大，也有利于冲压成形，故一般常用这两个指数一块来评价2. 3. 1 . 2 热轧工艺对冷轧钢带性能和组织的影响热轧钢带的组织和性能直接影响到冷轧钢带的组织和性能 影响热轧钢带组织和性能的因素有：钢坯的加热温度和加热时间、轧制温度、终轧变形程度及卷取温度等对于低碳钢，热轧、冷轧的组织特征都是铁素体晶粒组织和一定数量的渗碳体， 所以决定其组织特征的铁素体晶粒大小， 形状及均匀程度，渗碳体的尺寸大小及分布的弥散程度决定了钢的性能的好坏。

冷轧退火后钢板的铁素体晶粒的大小，除与冷轧热处理条件有关外 也与热轧钢带的显微组织有关 热轧钢带的显微组织特征会保持在冷轧钢带上， 冷轧时消除不了热轧变形时得到的粗大晶粒、 过细晶粒及晶粒不均， 这些都将遗传到冷轧钢带上 这些现象已为生产实践所证明热轧时钢坯的加热温度和加热时间的控制实质上是对奥氏体晶粒度的控制加热温度 一般为1150~1250C，加热时必须防止产生过烧、过热及严重脱碳现象，保温时间不宜超过 均热要求的时间热轧过程中，调整控制终轧温度及终轧变形程度， 对控制奥氏体的再结晶而言无疑是非常重要的关于热轧终轧变形程度不应。