首钢京唐冷轧设备技术综述

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1、一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 1 首钢京唐首钢京唐冷轧冷轧设备设备技术技术 在钢铁产品的一般生产流程中，热轧钢材是基础，冷轧钢材为高端。当我们看 完京唐公司的 2250 宽带钢热连轧机之后，很自然地就是要接着去看京唐公司的 宽带钢冷连轧机。 不过在参观之前，咱得先多少对冷轧钢板的知识有一点了解，否则啥也看不懂就 没有意思了。 现代化的薄板、带钢生产技术是一个国家钢铁工业发展水平的一项重要标志。 薄钢板除了供汽车、农机、化工、食品罐头、建筑、电器等工业使用外，还与日 常生活有直接关系，如家用电冰箱、洗衣机、电视机等都需要薄钢板。因而在工 业生产比较发达的几个产钢大国中，薄板、带钢

2、在钢材中所占的比例很大，一般 达到或超过 50，特别是冷轧板占据很大部分，而热轧板的应用领域相对减少 很多。 钢板（带）如果按照生产方法来分类，第一类就是热轧钢板和钢带，第二类是冷 轧钢板和钢带，而且热在先，冷在后，没有热轧钢板做为基板，就不能继续生产 出冷轧钢板。按过去的习惯，钢铁业内通常把宽的钢板才称作“板”，窄的钢板要 称为“带”，这与热轧钢材分宽窄本来是一样的。高端钢材价格也高，尤其是冷轧 钢材价格远高于热轧钢材。只是近十几年来，由于高效率连轧机的出现，都把生 产宽带钢与生产钢板卷等同起来看待， 而且窄带钢也可以不再一根一根慢慢轧制， 可以用宽带钢（钢板卷）快速纵剪一下子得到十几根，所

3、以产品分宽窄的界限就 被打破了。所以你要是跟业内人士谈业务，一下子说钢卷，一下子说宽带，其实 是指同一种东西。不分热轧和冷轧产品，意思都一样。 如果按照钢板的表面特征分类，在冷轧钢板及衍生品范围内，最主要的可分为 几大类：一是冷轧光面板（包括硅钢板），二是镀层板（包括热镀板、电镀板）， 三是复合钢板，四是彩色涂层钢板。其中仅就镀层板来说，还要细分出镀锌板、 镀锡板、镀铝板、镀铝锌硅板等若干个品种。 按照卷板交货的应用品种上，冷轧钢板比较常见的主要有结构钢板（多用于制 作其它镀层板和涂层板的基材，或制作大口径焊管），高端产品有汽车钢板、电 工钢板（硅钢板）等。 前面我们看到的“热连轧”过程， 都

4、是把钢坯加热到 1200以上进行热态轧制的。 然而， 当轧制的钢材越薄， 在热轧过程中的“温降”也就越大， 即冷却速度会更快， 所以温度分布也不均匀，往往薄的钢板（带）首尾温差较大。这就给轧制厚度小 而长度大的薄钢板（钢带）出了一个难题。尽管轧件全部都通过了同一架轧机碾 压，但是往往成品钢材前后端因为温度不同，造成压下变形量实际有差异，使钢 材前后端的性能出现显著差异， 或尺寸超出公差范围。 当厚度小于一定限度时 （很 薄时），轧制过程中的温降很剧烈，以致根本不可能在轧制周期之内保持热轧所 需的温度。这时要获得热轧薄卷板就十分困难。因此，事实上存在着一个热轧厚 度的下限值，当钢板厚度薄于这个值

5、，热连轧机就没办法轧制了。 上个世纪 70 年代初期，日本、法国、意大利、原西德等国曾经致力于在热连轧 机的精轧机组后面，再增加第八、第九机架，用来生产更薄的 1mm 或 0.8mm 薄 钢带， 也就是企图使热轧钢带的加工“一步到位”。 但是实践证明， 从产品质量 （工 艺达不到）和设备（投资巨大）两方面来说这都是不可行的。 一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 2 现代化的热连轧机目前设计可能轧出的最小厚度，也就是 1.2mm，尽管国内外 皆如此，但是在实际生产中仍然很少生产 1.8mm 或 1.5mm 以下的热轧板卷。即 使是在今天，首钢迁钢 2160 轧机和京唐 2250 轧机这

6、样高水平的热连轧机组，也 很少能直接生产这么薄的钢板。 在热轧难关出现之后，人类的创造性思维又开始了：能不能在原有的热轧工艺 之后， 采用全新的方法来加工更薄的钢板或钢带呢？在需求指导下（现在时髦的 说法是“在市场指引下”），终于研究发展出了低于“再结晶温度”的轧制方法 冷轧工艺。在热轧钢材基础上进行新一轮的冷轧，可以获得硬度更高、性能更为 优异的冷轧钢材产品。 采用冷轧工艺，就不存在热轧温降与温度不均匀的弊病，可以得到厚度更薄、 精度更高的冷轧带钢和冷轧薄板。 用现代冷连轧宽带轧机加双机架的二次冷轧方 式， 已经可以生产厚度为 0.10.17mm 的冷轧薄板作为镀锡原板， 即使不经过二 次冷

7、轧也能生产 0.23.5mm 厚的冷轧薄板。用现代化的可逆式轧机可以生产出 0.153.5mm 厚的冷轧板，0.150.38mm 厚的板带为一般薄板，0.070.25mm 厚的为较薄薄板，0.0250.05mm 厚的板带为极薄薄板。用多辊冷轧机或窄带钢 冷轧机可生产最薄达 0.001mm 的产品，也称为“极薄钢带”。 我们常见同样规格（厚度）的钢板或钢带，冷轧产品的各项性能都全面超越了 热轧产品。人们日常生活中接触的钢材制品（汽车、家用电器等），主要结构部 件和外壳无一不用冷轧钢材。 还有象硅钢片（silicon steel sheets，在冶金行业通称为“电工钢”，我们搞电力和 电气行业的习

8、惯称为“矽钢片”） ， 属于精密合金产品， 占世界钢材产量 1上下， 硅钢片是上世纪初（1906 年）才代替低碳钢用来制造电机和变压器铁芯的，但 是热轧产品性能不行，磁导率低、铁损高，到 60 年代后逐渐改为冷轧产品，目 前国际市场上热轧硅钢片几乎已经消失，国内 30 多年来建设的所有冷连轧机生 产的也全部都是高性能冷轧硅钢片。 那么什么叫作“冷轧”呢？在金属学教科书上的说法是： 加工温度低于该钢种在特 定变形条件下的“再结晶温度”的压力加工，称为“冷加工”。物理名词“再结晶温 度”与金属在退火时内在晶体的生长形态有关系，此处不具体解释了。铜和铝的 再结晶温度大约是 200上下，纯铁的再结晶温

9、度高到 450，而一般的“钢”因 为含有碳或其他合金元素，或者含有其它杂质，再结晶温度还要比 450更高。 所以，冷轧工艺的“再结晶温度”界限一定是略高于 450的。2009 年武汉科技大 学发表过一篇通过退火工序试验来研究冷轧薄板再结晶温度的文章， 验证了这个 温度界限，通过实验数字得出的结论是：再结晶开始温度大约为 450，随着温 度升高，钢板的硬度急剧下降；再结晶结束温度为 650时，硬度达到最低值； 超过 650以后钢板硬度变化不大；根据“50平台差法”确定实验钢种的再结晶 温度约为 550。 而在实际工业上的习惯，称冷轧为“坯料事先不经过再加热的常温轧制过程”。然 而尽管从 1.5m

10、m 厚的热轧钢卷， 要经过冷轧变为 0.25mm 至 1mm 的冷轧钢卷 （厚 度减少到原来的 16 到 11.5），看似变形量远不如热轧时大（从 230mm 厚的 钢坯压制到 1.5mm 厚的钢板，厚度减少到原来的 1154），但是这种“冷”状态 下的轧制变形是非常困难的。 一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 3 冷轧工艺流程自身有许多困难，不仅需要后续建造具有巨大轧制功率的冷轧机， 而且在前期热轧工序里还要采取很多特殊的辅助工艺技术。例如，冷轧的每个道 次变形量不大， 它与前面热轧工序所形成的钢的“合金化组成和晶粒度大小”两方 面因素有密切关系，如果热轧时的终轧温度越高（例如到

11、840以上），变形强 化系数就越低，晶粒就越均匀，在后面冷轧时每道次的变形量就能大一些，俗称 “好轧”一些。我不是轧钢工艺专家，在此就不多解释了。 冷轧薄板生产线作为钢铁生产最后一道工序，因其先进的工艺和技术、最高的产 品定位及广阔的市场前景，成为衡量钢铁企业实力的重要依据。所以在 80 年代 以后，国内各家国有或民营的钢铁企业都在具有热连轧钢板（带）之后，不遗余 力地发展冷轧钢板（带）。冷轧板带钢产品极为广泛，具有代表性的产品有金属 镀层板（镀锡板、镀锌板等）、深冲钢板（汽车板)、电工钢板与不锈钢板等， 其全套工艺流程如下面这张图。 冷轧板带全套产品的工艺流程， 包含各主要产品类别， 但是京

12、唐公司冷轧厂不能生产不锈钢 产品系列 上图当中的“酸洗热轧带”，也叫热轧酸洗板卷，是专门在冷轧厂酸洗线上生产 出来的一种经过特殊处理（酸洗）的热轧钢材。热轧酸洗板卷是国内市场的新兴 产品，其表面质量和使用要求介于热轧板和冷轧板之间，“性价比”较高。目前国 内具备专业生产酸洗板能力的企业还不多， 所以酸洗板市场有较大的容量和利润 空间。 在首钢旗下的迁钢公司冷轧作业部， 就有这样一条年产 70 万吨的生产线。 一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 4 深冲压冷轧薄钢板多半是采用铝脱氧的镇静钢，属于优质碳素结构钢，由于它 的塑性非常好，具有优良的深拉延特性，在冲压模具内可以连续进行复杂变形

13、、 充满型腔，却不会开裂，所以被广泛用于需要比较复杂结构的深拉延（深冲压） 的制品上。中国大规模发展汽车工业之后，自产深冲板远远不够用，所以很多钢 铁企业都在十几年期间拼命扩展冷轧深冲汽车板的产量， 对于国产品牌汽车的大 发展立下汗马功劳。 上图中有关电工硅钢和不锈钢的两部分，我就不介绍了，因为京唐公司到目前 为止还没有轧制电工硅钢板卷 （迁钢有此产品） ， 也没有生产不锈钢板卷的能力， 集中谈谈其它主要产品。 带钢的冷轧工艺诞生于 19 世纪中叶的德国，当时还只能生产宽度 2025mm 的 冷轧带钢。美国在 1887 年生产出宽度为 150mm 的低碳带钢，1880 年以后冷轧 带钢生产在德

14、国、美国发展很快，产品宽度不断扩大，产品质量也提高很多，冷 轧板光洁度比热轧板高很多，性能好、品种多，通过一定的冷轧变形程度与冷轧 后的热处理恰当配合，可以在比较宽的范围内满足用户的要求。 我们可以通过图片来简要回顾一下冷轧机的发展过程。 从单机架、 小批量生产， 如何发展到多机架连续作业的大工业生产方式。 上世纪 80 年代照片：用这种小型单机架冷轧机生产冷轧窄带钢，是我国当时小作坊式生产的代表 原首钢在 1983 年兼并的北京冶金研究所（位于清河，曾改名首钢冶金研究院， 后改制为“北京北冶功能材料有限公司”）里，有一套从德国进口的森德威 （SINDWIG）20 辊极薄带冷轧机，是与森吉米尔

15、（Sendzimir）轧机齐名的，在一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 5 国内也是最先进的。它生产的冷轧合金薄钢带属于国防应用的“高精尖”产品，其 中一部分极薄的精密钢带产品，专供潜射导弹及航天火箭，如果用热轧方法是不 可能生产出来的。但是国内外这类轧机的生产批量都不大，年产两三千吨都算多 的。 上世纪 80 年代照片：首钢冶金研究院 20 辊森德威薄带冷轧机正在生产极薄钢带 一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 6 中国进口的森吉米尔单机架 20 辊可逆式冷轧机，正在自动轧制 20 微米厚的超薄精密带钢 单机架、双机架乃至三机架的冷轧机，特别是轧制幅宽比较窄的带钢，生产效

16、 率都不高。 但是这种生产模式至今也没有完全被淘汰， 原因是它适合生产小规格、 小批量的冷轧带钢产品，自然有它存在的意义和市场。可是对于特大型钢铁联合 企业来说，这种小批量的生产模式就不适应了，大型企业考虑的是具有年产几百 万吨的设备能力，如何高速度、高质量地生产出冷轧钢卷的问题。 一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 7 三机架冷轧机组在生产冷带，这种轧制形式至今还存在于一些国内小钢厂 2003 年时我国某企业的冷轧带钢生产车间，还可以明显见到小批量、单卷的产品四处堆放 宽的冷轧薄板（钢带）是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。1920 年美国第 一次用单机架冷轧机轧制出宽带钢，并且很快由不可逆式轧制跨入可逆式轧制。 1926 年阿姆柯公司（ARMCO）巴特勒工厂建成世界上第一套三机架四辊串列式 冷连轧机。日本稍慢一步，1938 年才在东洋钢板公司所属松下工厂安装了第一 台可逆式冷轧机， 开始生产冷轧薄板， 1940 年在位于日本西部的广畑钢铁厂 （新一重一重冶金工程事业部冶金工程事业部-JCH 8 日铁前身之一， 现为新日铁