作者：何经南、王普 编著
出版社：化学工业出版社
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冷轧带钢生产工艺及设备试读：
前言
对于冷轧带钢产品来说，无论是产量提升，质量稳定，还是高端品种的研发，其中最重要的是对冷轧设备的深入研究。显而易见，冷轧设备最突出的重要性表现在，其装备档次和品位直接决定了能否实现产品的工艺先进及相应的高端产品。
轧钢设备的设计研发能力，也代表一个国家的工业现代化水平。其难度在于，要求设备的设计研究不单要充分考虑产品的尺寸精度，还需保证产品优质的表面质量。这就要求设备设计人员面对工艺需求全面地考虑问题，而且只有具备创新的、精心的设计才能设计出符合产品需要的新型轧机。例如市场长期以来对厚度小于0.15mm的带钢有所需求，但由于设备设计能力有限，在过去相当长的时间内难以实现。
笔者从事轧钢设备设计将近50年，回顾以往的工作，体会最深的是以往设计队伍里的设备设计人员与生产工艺设计人员之间，技术上缺乏互通，设备设计者对生产工艺知识知之甚少，而工艺人员不善于查看机械图纸，这种状况对冷轧工业的发展无疑是有害的。
这次在众多同志的推动下，结合我多年的工作实践经验，在耄耋之年尽些微薄之力，经过几年的努力，终于完成了这份心愿。作品内容分两部分，第一部分是写冷轧带钢工艺。这部分内容主要是针对设备设计人员来写的，站在设备设计的角度谈工艺，所以称不上真正冷轧工艺，仅供设备设计人员参考；第二部分是写冷轧带钢设备。由于冷轧设备内容实在太多，所以重点针对酸洗机组、冷轧可逆机组和镀锌机组。冷轧带钢生产机组种类很多，但每个机组中都有结构相近的设备，特别是机组头尾设备，几乎相差无几，比如卸卷小车、切头切尾剪、开卷机、直头机、卷取机、张力辊等，所以将这部分设备称作通用设备，将它们集中在一起写。剩余部分可以称作专业设备，比如去除带钢表面的氧化层用的破鳞拉弯矫直机，酸洗机组中不可缺的快速换剪刃的圆盘切边机，专门用于矫正薄带钢的平整-拉矫联合装置，多机架连轧机组中的高速滚动式分切飞剪，机剪切定尺的定尺飞剪，以及现代轧机“六辊高效冷轧机”，对这些设备都作了较为详细的介绍。
在拉弯矫设备中，有一款相当有名的传动系统——雷德克斯传动系统，当时被称作最佳设计，优点很多，传动性能优秀，但结构也十分复杂。我们在很长一段时间内，难以解开其中的奥秘，这次通过共同研究，积极攻关，终于揭开了这一谜团，值得大家参考和借鉴。
由于水平所限，书中不足之处难免，望读者不吝指正。编著者第一篇冷轧带钢工艺第1章 概述1.1 冷轧带钢产品分类
冷轧带钢的种类在某种意义上说“应有尽有”，因为只要是钢，都可以用冷轧的办法使其成为带钢，另一方面来说，只要有需求就可以轧出所需带钢，国内目前冷轧带钢产品分类方面，还未建立完整的国家标准，但各大钢铁公司，大都自行建立了一套行之有效销售标准，如：宝山钢铁公司；武汉钢铁公司；鞍山钢铁公司，太原钢铁公司等，根据我国现有状况，冷轧带钢按两种不同分类法作介绍。1.1.1 国际低碳软钢的分类
表1-1所列各项是国际常用钢种和代号。表1-1 国际常用钢种和代号1.1.2 国内钢铁公司的产品分类
从各大钢铁公司提供产品样本，国内目前的冷轧带钢可以大致划分成三大类。
①冷轧带钢原板。
②原板表面加镀保护层后的冷轧带钢如：热镀锌带钢；电镀锌带钢；彩涂带钢等。
③特殊用钢如：电工钢；不锈钢，电镀锡钢板，汽车专用钢等。
1.1.2.1 按冷轧带钢原板分类
所谓冷轧带钢原板，就是指热轧带钢经过酸洗，冷轧仅二道工序后的规格带钢，由于钢种特别多，不能一一列出，表1-2仅为目前各大钢厂在冷轧带钢常采用的比较有代表性的原板种类。表1-2 带钢原板分类表
1.1.2.2 原板表面加镀保护层后的冷轧带钢分类（1）热镀锌带钢 对于一般用钢、冲压钢、深冲压钢、超冲压钢、特冲压钢以及结构用钢都可以用来作镀锌基板。热镀锌带钢的厚度一般为0.2～3mm，镀层的种类有纯锌镀层及合金化镀层两种，带钢两面的镀层厚度可以相同，也可以不同（差厚镀）。镀层的表面结构有：光整锌花、小锌花、零锌花、锌铁合金。镀层表面处理方式有：涂油、铬酸钝化、环保钝化、环保耐指纹钝化等。将这些特征相互组合就能产生许多个品种。
镀锌带钢广泛用于汽车、家电、钢制家具、办公机器、建筑、机械制造等行业。（2）电镀锌带钢 电镀锌带钢的基板根据用途主要以冲压用钢和冷轧低碳钢为主。电镀层的厚度同样可以有“等厚与差厚”两种，为提高带钢的防腐能力，镀锌层表面将按不同用途进行相应的处理。
①无铬钝化处理，目的是为了提高耐腐蚀性。
②磷化处理或无铬封闭处理是为了提高镀漆层性能。
③对于电器的外壳，为防止在钢板表面留下指纹汗迹，就必须对钢板表面进行耐指纹涂膜处理。
④对于微电机，电机外壳，在加工过程中为保护钢板表面减少受损，在钢板表面进行自润滑涂膜处理。
用途：从表1-3可以清楚看到，电镀锌带钢的用途很广。表1-3 电镀锌带钢主要用途（3）彩涂板 将热镀锌板，电镀锌板，冷轧板经表面化学处理及化学转化处理后，在其表面涂覆一层或几层有机涂料，并经烘烤固化即成彩涂板。
表面涂层材料的种类中也有很多是聚酯、高耐久性聚酯（HDP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、硅改性聚酯以及抗静电和自洁性涂料。涂层表面状态还可分为纯涂层板、压花板、印花板三种。由于每个方面的多样性，所以彩涂板的种类也很多。它们广泛用于建筑内外用板及门窗。家电、家具、办公机器等各个方面。表1-4充分反映出彩涂板后的重要性。表1-4 镀锌彩涂板的主要用途
1.1.2.3 专用特殊钢（1）电工钢 为获得优良的电工钢应该从炼铁开始一直到炼钢，连铸，热轧，冷轧每道工序都保持它的独立性。电工钢是一种特殊钢种，它分两大类。
①取向电工钢：取向电工钢易磁化晶粒方向沿轧制方向分布，轧制方向具有高磁感，低铁损，低磁致收缩优良特性。同时还可通过磁畴细化技术处理，获得更低铁损的性能，广泛用于变压器制造。取向电工钢还分：普通取向电工钢G系列；高磁感向电工钢P系列；磁畴细化高磁感取向电工钢R系列，这三个系列。
②晶粒无取向电工钢晶粒方向随机分布，电磁性能各方向均匀，广泛用于电机制造。无取向电工钢有：普通无取向电工钢A系列；高效无取向电工钢AH系列；消除应力退火高效无取向电工钢AR系列；高频低铁损无取向电工钢AT系列，共四个系列。
目前我国生产的无取向电工钢质量与国外水平基本齐平，并在焊接性能，冲片性能，耐蚀性能，耐氟里昂性能以及效率方面都有很高的造诣，在使用中显示铁损低，感应高，性能稳定。而且钢板的几何形状精确，厚度均匀，同板差小。
为使电工钢板在工业制造时获得良好组件特性，电工钢板的表面需要涂上特殊涂层。
①无机涂层特性，为电工钢表面提供良好的耐热性和增加表面电阻率，但这种涂料附着性稍差，冲片性也差。
②半有机薄涂层及半有机厚涂层，方法是将有机物质加入到无机涂料中改变电工板的冲片性以及附着性；通过有机物质含量的调节从而得到好的耐热性和焊接性，涂层特点表现为：涂膜硬度高，热收缩率小，尺寸稳定性和耐热性好，并且无环境污染。
③无铬环保图层，它是不含有毒性“铬”一种涂料，所以更环保。
电工钢表面涂层是根据层间电阻，冲片性，耐腐蚀性，耐热性的要求进行选择，这可以从表1-5中得到充分反映。表1-5 根据层间电阻冲片性耐腐蚀性耐热性及其他特性选择表面绝缘涂层（2）不锈钢系列 不锈钢系列俗称镍铬钢系列通常按晶体构造不同分为奥氏体系列；铁素体系列；马氏体系列；双相钢（铁素体+马氏体）。不锈钢系列有国家标准（GB3280，GB4238等）但市场大多采用企业标准，如BZJ380，BZJ301等。
高质量的不锈钢，它的工艺流程最好是从炼铁开始直到冷轧成品，应该是一个独立系统，这样保证全部工艺设备是专一性。
不同的工艺过程将产生不同的带材表面，从而有不同的用途，表1-6中清楚地表明了这一点。表1-6 常用不锈钢的特征
不锈钢的种类很多，也有许多专门的书籍和杂志介绍，表1-7推荐了常用的不锈钢的特征。表1-7 常见钢种与特性（3）电镀锡（铬）板 电镀锡（铬）板之所以归属专用钢，是因为它的确在多个方面具有特殊的地方，这款材料主要用于食品，饮料，药品；化妆品等物品的包装。电镀锡（铬）板有它特有的原板，而且不同的原板有不同的用途，表1-8中分列了三种不同性质的原板特性。表1-8 三种不同性质的镀锡原板
镀锡板与镀铬板在特性方面是有差别的，表1-9是两者之间性能对照。表1-9 镀锡板与镀铬板性能对照表注：◎表示优 ○表示良 △表示好 ×表示差。
通常一次轧制获得的带钢厚度最薄仅为0.2mm，而如啤酒罐碳酸饮料罐需要用0.18mm以下的原板，且要求硬度高使罐体获得较大的刚性，因此必须对带钢进行二次冷轧（双机架平整）来满足这个要求。
镀锡层的厚度亦分等厚和差厚两种，镀锡板的表面状态可分类如下。
①光亮表面：其特征是在具有磨石花纹的光滑表面上镀锡，然后进行锡层软熔处理得到有光的表面。
②石纹表面：其特征是在具有一定方向的磨石花纹的原板上镀锡，然后进行锡层软熔处理得到有光表面。
③银色表面：在粗糙无光表面的原板上镀锡，然后进行锡层软熔处理得到有光表面。
④无光表面：在无光表面的原板上镀锡，但不进行锡层软熔处理得到无光表面。
镀层的表面处理方式分为：化学钝化，电化学钝化，低铬钝化。
镀锡板带的边部可以是直边也可以是花边，而且不同用途原板的调质度（硬度）也不相同。
对冷轧带钢的质量要求可以从两方面来分析。
①带材的力学性能和化学性能包括强度、硬度、伸长率、化学成分含量等，这些项目主要由冶炼及热处理工艺完成。
②外形棱廓精度，包括厚度、宽度、长度、板型、表面状态等，这些项目主要与轧钢设备的优劣有很大关系，也是本书后面要重点讨论的问题。（4）汽车专用冷轧带钢 汽车上的零件绝大部分是由冷轧带钢制成，而且大多都有一系列特殊要求，在表二中所列的钢种，除少数外大都是汽车用钢。下面分别介绍几种汽车专用钢。
①低碳和超低碳冷轧钢板 这组钢就是通常所说的CQ、DQ、DDQ、EDDQ、SEDDQ钢、超低碳钢即是IF钢（无间隙原子钢），IF钢的延展性和深冲性及伸长率特别高，可以制造汽车零件中最复杂的零件。
②碳素结构冷轧钢板 由st37-2G、st44-3G、st52-3G焊接性能较好，用作汽车的一些结构件。
③加磷高强度冷轧钢板 在低碳钢或超低碳钢加一定量的磷，并利用磷的固溶强化作用提高钢的强度，可减轻汽车的自重，也用作制造车的横梁和纵梁。
④烘烤硬化高强度冷轧钢板 烘烤硬化高强度钢（BH钢），采用了特定的化学成分和生产工艺使钢中固溶一定的碳原子，钢板具有较低的屈服强度，而在冲压成型后进行涂漆烘干时屈服强度有一定程度的提高，这是一种新型汽车钢板，在汽车工业中得到广泛应用。
⑤双相高强度冷轧钢板 双相高强度钢是一种相变强化钢，采用了特定的化学成分和生产工艺使钢的铁素体上涂敷一定量的马氏体为主的组织，这种结构在提高强度的同时还能提高钢的成型性，具有屈服强度低有无屈服延伸，应变强化指数高和良好的抗碰撞性，这在用到汽车外板上极具重要性。
⑥低合金高强度冷轧钢板 在低碳钢中添加少量的铌和钛等合金元素，铌或钛与碳、氮形成碳化物、氮化物并在铁素体上析出从而提高钢的强度。1.2 冷轧带钢厂的基本组成
冷轧带钢厂的组成是由生产的产品确定的，产品特性就确定了生产工艺过程，例如生产镀锌定尺钢板，其工艺过程则是酸洗，冷轧，退火，镀锌，平整，横剪，产品包装。在冷轧领域内，有如下诸多工序。
①热带卷的转运，热带卷从热轧带钢车间要运送到冷轧车间，有数百米的路程，也是一个很大的工艺过程，运输的方式有多种，汽车，火车，辊道，步进梁，链式运输机等如果采用非标准设备作运输工具，则在多数情况下，这份工作属于冷轧范围。
②酸洗，目的是清除热轧带钢表面的氧化铁皮和油污等。
③轧制，这是冷轧工艺中的一道关键工序，主要功能是，将带钢通过轧制使其减薄，达到设定厚度，并改善带钢的机械性能，同时改善带钢的表面质量及外形质量。
④退火处理，带钢在轧制过程中，由于受到强烈的冷变形，所以材料的冷作硬化现象严重，不适合继续进一步的加工，必须用热处理消除内应力。
⑤平整，平整工作分单机架平整和双机架平整，单机架平整的功能只是改善带钢表面质量和部分机械性能，而双机架平整则是，其中一台轧机完成单机架平整的功能，另一台轧机要完成轧制功能，即要少量的减薄带钢厚度（如镀锡带钢）。
⑥带钢表面镀层，按不同用途分带钢表面可以有各种保护层，用途最多的有镀锌、镀锡、镀铬、镀漆，镀锌镀锡镀铬可以是热度，即采用被熔化的锡、锌、铬的液体，均匀的镀到带钢表面，但也可以用电镀的方式，将薄薄的一层金属附着在带钢表面，而镀漆大都使用辊式，把辊面蘸有油漆的辊子镀于带钢表面。
⑦检查重卷，这是一种将一个大的成品卷分成多个商业用卷，并同时进行产品质量检查。
⑧定尺剪切，带卷按要求的长度剪切成块状板。
⑨带钢纵切，带卷按要求的宽度，将带钢切成多条窄带卷。
⑩成品包装，无论是切成板块的板垛，还是切成窄的窄带卷，都要通过包装后方能投放市场。
以上这些生产工序，基本包涵了普通冷轧厂中的生产过程，但不是说所有的工厂都必须具备这内容，而是根据产品要求设定工序的内容，下面的例子都说明了这问题。
冷轧带钢对热轧卷的要求：
无论哪个厂哪种材料，冷轧带钢的原料都是热轧卷，为获得高质量的冷轧带钢，要求热轧卷的带钢内部晶粒均匀整齐，大小适当，为达到这一目的对热精轧和卷取温度都要进行有效的控制，一般希望热精轧的终轧温度为800～900℃，卷取温度为500～700℃。图1-1表示温度与晶粒关系。图1-1 晶粒与温度关系图
冷轧厂的组成与产品品种密切相关，下面就几种典型产品进行说明。1.2.1 多功能冷轧带钢厂
其特点：生产品种比较多，年产量一般在100万吨以上，能生产冷轧卷、热镀锌卷、电镀锌卷、低档电工钢卷、彩涂卷、电镀锡板卷、冷轧板、电镀铬板、电镀铬卷。该工厂的生产流程较为复杂，如图1-2所示。图1-2 冷轧薄带钢生产厂
现在就多功能冷轧带钢厂的功能作如下说明。
整个工厂分三大系统。每个系统的成品规格（宽度、厚度和材质）各不相同，但它们的原料都来自于成品规格相对应的热轧卷，热轧卷进入冷轧厂的第一道工序必须是酸洗，彻底清除掉表面的氧化铁皮，酸洗后的带卷如果带面不进行保护（如涂油），带卷必须在3～5天内进入下一工序，否则带钢表面将重新生锈，生锈后的带钢就要重新酸洗。
酸洗和冷连轧可以由酸洗机组和冷连轧机组分别完成，也可以由一台酸洗-连轧机组独立完成，这和产量材质品种等因素相关。（1）第一系统 由7个机组组成，分别是酸洗-连轧机组，连续退火机组，电镀锌机组，热镀锌机组，电工钢连续退火机组，彩镀机组，精整机组。在这个系统中热轧卷径过酸洗连轧后，基本完成了成品规格，随后，统一规格的带钢卷，分四个路径进入普碳钢连续退火机组，电工钢连续退火机组，热镀锌机组，电镀锌机组，在经过热镀锌和电镀锌后的带卷，还有三个选择：一是进入彩涂机组。在带钢表面涂上一层有机带色涂料；二是带卷进入横切机组。将带卷剪切成一定长度的板块（定尺板块），在横切机组上由垛板机直接剁成整齐的板垛，然后送至成品包装；三是连续退火后的带卷直接进入成品包装。
低档电工钢流程与普碳钢基本相同。而彩涂后的带卷还有两种选择，可以是带卷或板块，进入横切机组就可完成定尺剪切，电工钢的退火工艺和普碳钢的退火工艺区别较大，因此由两条机组分别完成不同的退火任务。（2）第二系统 由4个机组组成，分别是酸洗连轧机组，连续退火机组，电镀锡机组，精整机组。该系统主要生产较厚带钢的镀，因为冷连轧机组轧不出特薄带钢。冷轧后的带钢被硬化程度很大，不能作深冲用钢，带钢经过再结晶退火后，晶粒细化材料硬度降低，带钢就具有较好的可塑性，随后带卷进入电镀锡机组。根据产品要求完成镀锡工作，镀锡卷可以直接送往成品包装进行包装，也可以进入横切机组进行定尺剪切。
如果连轧产量大于退火机组的产量，或者镀锡板销路不好，轧制后的带卷也可直接进入成品包装，作为原板进入市场。（3）第三系统 由10个机组组成，分别是酸洗机组，冷连轧机组，罩式退火炉，平整机组，二台精整机组，二次冷轧机组，电镀锡机组，连续光亮退火机组，电镀铬机组。在这系统中，主要生产特薄镀锡板和镀铬板，由于产量相对较小，故没有采用酸连轧，而用了一台酸洗机组和一台冷连轧机组来完成原板的轧制工作，经冷作硬化后的带卷，进入罩式退火炉退火，如果是镀铬板原板就进入连续光亮退火机组退火，经光亮退火处理后的镀铬原板，直接进入电镀铬机组进行镀铬，最后镀铬带卷可以进入成品包装，也可以横切机组进行定尺剪切，之后整齐板垛送至成品包装。
对于要求厚度小于0.2mm的特薄板原板卷，进入罩式炉进行24h退火，之后镀铬带卷进入平整机组进行压下量为1％～3％及大张力的平整，以完成减薄工作和改善带钢的机械特性，之后分两路输送，一部分带卷进入精整机组进行定尺剪切成板块，也可以将平整后的带卷直接送往包装部，少量经平整后的板卷直接进入电镀铬机组，电镀铬机组要完成从两个方面来的带卷（平整机组和光亮机组）。
从罩式退火炉出来的带卷，有一部分送往二次冷轧机组以获得比平整机组更薄的带钢，这部分带卷将完全进入电镀锡机组，因此镀铬卷和镀锡卷将进入同一精整机组，精整机组将以带卷或板块形式作为成品输出。
图1-2表达了这个多功能冷轧厂生产流程图，这类生产厂虽然品种齐全，但缺点是生产率不高，投资成本和产品成本相对较高，故不能成为大规模生产的最好选择。1.2.2 不锈钢冷轧带钢厂
这是一个专业工厂，其特点是只生产单一钢种-不锈钢板带，其生产流程如图1-3所示，工厂共有11台机组，分别是罩式退火炉，酸洗机组，退火-酸洗机组，20辊冷轧机组，最终退火机组，光亮退火机组，平整机组，研磨机组，横切机组，拉伸矫直机组，纵剪机组。图1-3 冷轧不锈带钢厂
不锈钢的种类很多，但从化学成分来分，主要分为两大类A.镍铬系，B.铬系。这两类虽都是不锈钢，但他们酸洗前的处理方式有很大区别，这是因为由于晶粒结构不同，镍铬系以奥氏体为主，而铬系以铁素体和马氏体为主，所以他们要求的退火制度不同，因此铬镍系列的热轧卷就直接进入退火-酸洗机组，铬系列就要先进行长时间的罩式退火，而后再进入连续酸洗机组实行酸洗，才能取得好的效果。
酸洗后的所有热轧卷全都进入20辊特薄带钢轧机，经过轧制后的原板根据带材表面要求不同分别进入最终退火酸洗机组和光亮退火机组，要求表面光泽好的如装饰板之类就进入光亮退火机组，实施光亮退火，对于那些表面要求呈灰暗带钢就直接进入最终退火酸洗机组，所有带钢经过二次退火后获得了良好的深冲性能，在这之后带钢将按照各种不同用途进入下道工序。
①对带材的冲压成型性有特别要求的好产品，则必须进入平整机组进行平整处理，以获得好的特性曲线。
②对于带钢表面要求特别高的有镜面效应的不锈带钢，则进入研磨机组用120～160号研磨剂研磨。这类产品主要用于装潢。
③对于表面要求不高，机械特性一般的产品就直接进入精整机组，可以根据要求对带材进行横切成板块或纵切成窄条卷。
从平整机组和研磨机组出来的带卷，可以在横切机组上剪切成定尺板块，或在纵剪机组上剪切成窄卷，对于要求带材板型和反射率特别高的产品，则必须进行拉伸矫直，这类产品能用于十分精密的装饰品。所有产品都可以按卷材供应。前面所提到的表1-6说明带钢表面加工与用途关系，对于了解生产流程十分重要。1.2.3 电工钢冷轧带钢厂
前面提过电工钢分两大类，取向电工钢与无取向电工钢。这两类产品生产工艺过程有较大差别，图1-4表示了不同类型的电工钢生产过程。图1-4 电工钢冷轧带钢生产厂
热轧带钢卷先在常化炉内进行850～1000℃常化处理，以得到易于变形的晶体组织，随后进入酸洗除磷机组，接着就到冷轧机组进行减薄加工，冷轧机的形式一般采用多辊轧机如：20辊（森吉米尔轧机）这种轧机有压下量大的特点，在获得需要厚度后，按不同产品进入各自的下道工序，无取向钢直接进入脱碳再结晶绝缘涂层机组，进行结晶优化和满足工业应用中需要的绝缘涂层，至此无取向钢的生产工艺基本完成，可以按卷材送到包装部，也可以进入精整机组进行剪切定尺板块或用纵剪切成窄卷。
对于取向钢由于材质较硬，一次冷轧难以完成全部轧制，必须再进行一中间退火，之后进行二次冷轧加工之所需厚度。合格的带钢下一步将进入有保护气体的炉中进行脱碳退火，并在同一机组中进行在带钢表面涂很薄的隔离层，防止在罩式退火炉中进行长时间的高温取向退火而造成层间粘结。带钢在高温下烘烤将产生严重变形，因此带钢必须进行一次矫直恢复带钢的平直度，得到矫平后的带钢，就可以送到涂层机组进行最终的绝缘层涂敷工作，至此取向电工钢就完成了全部工艺工作，带钢可以按卷材或进入精整机组执行定尺横切成板块，或纵剪成窄卷。1.2.4 电镀锡（铬）板生产厂
电镀锡板与电镀铬板从原板开始基本相同，这在产品分类中已经阐明，它们之间的主要区别是用途和带材厚度略有不同。电镀锡（铬）板的生产关键点是带材的厚度范围，用作食品、饮料等包装的原材料，他的厚度一般在0.12～0.5mm，这个厚度对于一般轧机再一次轧制中是无法完成的，对于厚度小于0.17的带材必须进行二次轧制，这样就形成了两种不同的工艺。
热轧带钢进入冷轧车间的第一道工序仍然是酸洗与轧制，经过轧制达到厚度要求的带钢，根据用途有两个去向，对于要求深冲压，变形性能和滑移线好的原板，就需要罩式退火炉内经过长时间的热处理，完成性能所需的再结晶过程。而一般带钢就可以在连续退火机组中快速完成退火工序，因此效率得到大大提高，在完成上述热处理后，如果厚度要求小于0.17mm，那么，带卷必须进入二次冷轧这条线，进行带钢厚度减薄轧制。
要求厚度大于0.17mm的带卷就直接进入平整机组，进行带钢表面质量的改善和滑移线的优化，在完成这道工序后，带材还有两种选择，如果用于液体包装和高档包装材料，就必须进入准备检查机组，检查带材表面缺陷，特别是表面针孔，并将存在缺陷的带段切去，随即再通过焊接的方法重新并接成卷，之后就可送到电镀锡或电镀铬机组进行表面镀锡或镀铬，完成镀层后，带材就可以按带卷送到包装部，或在精整机组上剪切成窄带卷，也可用横切机组切成板块送到包装部。图1-5表示了电镀锡（铬）生产厂的组成以及工艺流程。图1-5 电镀锡（铬）生产厂1.2.5 汽车专用冷轧带钢厂
从第1节冷轧带钢分类中知道，在汽车用冷轧板中，它有自己的一套钢板系统，这对汽车工业十分重要，在这领域内，会时常出现一些性能优良的钢种，所以竞争也很激烈，由汽车用钢板都有它的特别用途，因此都有各自的工艺，最好的汽车冷轧板的生产应该是，从炼铁开始直到冷轧带成品，整个系统完全是独立的，而在冷轧厂的生产中，最重要环节有以下几个方面。
①轧制：轧机必须具备有大压下量的能力，及强大的控制板型能力，这样才能轧出高质量的汽车原版。
②热处理能力：带钢成品的一些重要性能，很大一部分是通过热处理这道工序实现的，如带钢的力学特性，可塑性而且不同类别区别较大。这对于汽车零件的制造十分重要，所以退火炉要具备多种热处理制度。
③镀锌机组的功能：大家知道汽车是属于室外用品，也是一种重要的装饰品，所以他的外表是关键，因此对镀锌层的质量就有很严格的要求，首先镀层牢固，其次表面要非常美观，这些都要有镀锌机组来完成的。
图1-6表示了冷轧带钢的工艺流程，酸洗机组和连轧机组可以是分开的也可以是联合的，分开布置，在生产安排上可以更灵活些，而酸洗-连轧联合机组，在投资方面可以少一些而产量上可以大一些。图1-6 汽车专用冷轧带钢厂
经过酸洗和冷连轧，合格的带钢卷可进入三种不同类型的下道工序。
①按冷轧带钢原板带卷出售，带钢卷只要进行一次工艺退火，再进入重卷机组，进行表面和厚度检查，切去不合格的部分，并把带卷分切到规定尺寸的商业带卷，就可以将这个卷卷送到成品包装部。
②对于较厚一些带材大都是热镀锌板，就可直接进入热镀锌机组按需要进行各类镀层，完成热镀后，镀锌带材可以按卷作商业成品包装，也可以用横切机组将带材切成定尺板，按板垛进行包装。
③生产电镀锌板，而且性能要求较高，则带卷就要进入罩式退火炉进行较长时间的再结晶，之后带卷进入平整机组，对带材进行一定量的减薄以及改善表面质量和机械特性，平整过的带卷就可以进行电镀锌，经过电镀锌的带卷，可以按卷供货，也可以通过横切机组，见切成定尺板块供货。图1-6为汽车专用冷轧带钢生产厂的设备组成和工艺流程。
上面五个例子说明了各类不同板材，其生产过程有很大不同。1.2.6 冷轧带钢厂布置图
一个冷轧带钢厂要达到正常、合理的生产，其厂内布置是非常复杂的。除了生产机组外，还有许多辅助设施，图1-7是一个生产镀锡板和低档电工钢板的冷轧厂。生产规模大概在年产量100万吨，图中表明了厂内的基本设施，厂内共有18条生产机组，12条过跨运输机（用于卷材在机组间的转运工作），除了这些机械设备外，还有与机械密切相关辅佐设施，电气设备，液压，润滑设备（俗称机、电、液）。其次还有各种不同用途的水供给系统，作为动力的压缩空气的供给系统，还有各种类型的气体供给系统，酸液再生系统，废水处理系统，电力供给系统以及修磨轧辊专用设备，设备维修，厂内运输。除了工业设施外，生产办公和生活服务等，总之一个100万吨冷轧带钢的工厂是十分复杂的，但这不是本书研究的对象，因此就不再做更多的说明了。图1-7 冷轧厂平面布置图
为容易理解工厂的生产过程，特制图1-8表明了两种不同类型带钢的工艺路线。图1-8 冷轧厂的工艺流程第2章 冷轧带钢厂中的酸洗机组
这里说的机组是指：能够完成冷轧生产过程中“一个完整工序”的“一组机器”，如酸洗，轧制，退火，平整，精整，包装等。这些内容在第1章中已有一个基本描述。冷轧厂内的生产机组种类很多，多种不同功能机组组成一个冷轧带钢厂，机组的种类和功能是由所生产的产品决定的。
然而，对于冷轧厂来讲，无论生产什么样的产品，下面的这几个机组是冷轧厂中最基本的。也是轧钢设备设计者必须具备的基本知识。2.1 酸洗机组组成及工艺2.1.1 酸洗机组的功能
前面已经说过，冷轧原料都来自热轧带钢厂的热轧卷，因此在带钢表面都带有一层氧化铁皮，不言而喻在冷轧之前，必须彻底清除，这就是酸洗机组的主要功能，另外机组还必须具有高效率及低成本，并且不伤害带钢基体的功能，这些是酸洗机组设备设计的基本原则。在选择除磷的方法上，事实上采用机械和化学联合作用是最佳方法，用机械的办法打开化学除磷的通道，用化学的方法彻底清除氧化层。目前采用最有效的办法是，用拉弯机将热轧带材在弯辊中反复折弯并在大张力的作用下产生一定量的拉伸变形，由于氧化铁皮是很脆的物质，当带钢基体出现强力变形时，使附着在带钢表面的氧化层出现严重的裂纹，这些裂纹给酸液进入氧化层内部创造了条件，从而加快了氧化层被溶解的速度，达到彻底清除氧化皮的目的。2.1.2 氧化铁皮的组成
带钢表面的氧化铁皮通常都是由三种大不同性质的物质组成，位于最内层，紧贴着基体的氧化物为FeO（俗称氧化亚铁）也称作维氏体（Wustite）是一种多空的相对松散的组织，紧接着的为FeO也称34马格内体（Magnetite），它是一种相对较硬和致密的物体，最外层与大气相邻的FeO也称赫马体（Hematite），这是一种致密却难以溶23解的物质，图2-1表示带钢表面的氧化皮组成状态。图2-1 氧化皮组成图
这里需要说明以下几点。
①氧化皮的组成不是一成不变的，是随着条件变化而变化，图2-2表示在不同温度条件下生成的氧化皮的结构有很大不同，特别在570℃开始慢冷却后，几乎没有FeO层，这是由于FeO在这个条件下是不稳定的，被分解成FeO和铁，其反应式如下34图2-2 在不同温度条件下生成的氧化皮的结构
4FeO=FeO+Fe34
相反，当生成温度大于1100℃时，FeO几乎消失，其反应式如23下
6FeO→4FeO+O23342
②各氧化层之间没有明显的分界线，相互渗透是它们的重要特点。
③氧化皮的厚度受到轧制温度高低，轧制时间长短，冷却速度快慢以及带钢的化学成分等的影响。
④从氧化皮组成看出，最外层的FeO的含氧量最高，最难溶解，23而最里层的FeO含氧量最低，质地相对松软易于溶解。2.1.3 影响氧化铁皮形成的因素
氧化铁皮形成过程中，受环境条件影响很大的，它包括反应时间、温度、浓度及压力。
例如，在温度大约570℃时主要生成稳定的FeO和较薄的FeO，FeO层，而当温度低于570℃时，FeO将按下式分裂3423
4FeO→FeO+Fe34
最猛烈的反应是在480℃，而低于300℃转换基本不再发生，如果冷却到570℃后再进行慢慢缓冷，那么就没有FeO层或是仅仅薄薄一层FeO，这时主要生成的是FeO、FeO层，实验证明，如果从3423570℃开始进行急速冷却，这时出现一个惊奇现象，即出现一个完整的FeO层，既没有FeO也没有FeO。3423
图2-3曲线就描述了氧化铁皮中的氧化物的转换过程。图2-3 氧化铁在不同温度下的变化图
还有一个现象值得注意，如果形成氧化铁皮的温度在1100℃，就出现下式的化学反应
6FeO→4FeO+O23342
这使得氧化铁皮组成变成底部是FeO，上部是较厚的FeO层，34基本没有FeO。23
图2-4是一个铁-氧简单平衡图，是氧气和温度双重作用下，氧化铁皮中各种成分的变化。图2-4 铁-氧简图2.1.4 影响氧化铁皮厚度的主要因素
影响氧化铁皮的厚度及组成成分，主要有轧制温度、冷却速度、带材规格、卷取温度、轧制速度等，在对这些因素作了详细调查后，发现了很多有意义的资料。
图2-5表示了带钢表面温度与铁氧化激烈程度（也称铁氧化物常数K）的关系曲线。图2-5 铁氧化物常数K与温度关系
图2-6是热带轧机轧制出口速度与氧化铁皮厚度的关系曲线，其中一条是实际测量曲线，另一条是计算曲线，从图看出两者很接近。图2-6 热轧带材出口速度与氧化层厚度关系曲线
另一个重要影响因素是，热连轧最后一架轧机的出口温度对氧化铁皮厚度的影响曲线，见图2-7。图2-7 氧化层厚度与热轧出口温度关系曲线2.1.5 氧化铁皮厚度的估算法
如果满足下列条件轧制，氧化铁皮的厚度也可以用F.Lorang公式进行估算：
①热轧工作辊辊面光滑无损伤；
②较低温度下进行高速轧制；
③快速冷却到300℃；
④低温下进行卷取；
⑤低碳钢在6机架热连轧上轧制。
氧化铁皮厚度的F.Lorang公式如下1/2
S=Kt
式中 S——氧化铁皮厚度μm；
t——作用时间，s；1/2
K——氧化常数，［cm/s］。
例1：带钢温度860℃，作用时间（假设定为）t=8s，根据温度可以查得，-3.681/2
K=10=0.0002089cm/s1-5.051/2
K=10=0.000009cm/s2-5.851/2
K=10=0.0000014cm/s3-3.681/2
按计算式S=10×8=0.000591cm=5.91μm1-5.051/2
S=10×8=0.0000252cm=0.252μm2-5.8531/2
S=10×8=0.000004cm=0.04μm3
S+S+S=5.91+0.252+0.04=5.98μm123
例2：带钢温度930℃，作用时间（假设定为）t=9s，根据温度可以查得，-3.51/2
K=10=0.0002089cm/s1-4.731/2
K=10=0.0000186cm/s2-5.61/2
K=10=0.00000141cm/s3-3.51/2
按计算式 S=10×12=0.000894cm=8.94μm1-4.731/2
S=10×12=0.0000526cm=0.527μm2-5.61/2
S=10×12=0.000007cm=0.07μm3
S+S+S=8.94+0.527+0.07=9.54μm1232.1.6 氧化铁皮的化学除鳞原理
在大工业生产中最常用的化学除鳞方法，分别是硫酸酸洗和盐酸酸洗，硫酸酸洗化学反应方程
Fe+HSO→-FeSO+H↑2442
FeO+HSO→FeSO+HO2442
FeO+4H→3Fe+4HO3422
FeO+3H→2Fe+3HO2322
盐酸酸洗时参与更多的化学反应方程
FeO+4HCl→2FeCl+2HO+1/2O23222
FeO+6HCl→3FeCl+3HO+1/2O34222
FeO+2HCl→FeCl+HO22
2Fe+6HCl→2FeCl+3H322.2 盐酸酸洗2.2.1 盐酸酸洗的工艺过程
通过上节分析知道氧化铁皮是由FeO，FeO，FeO三部分组3423成，而且在不同条件下是相互转换的，在这个转换过程中，其相邻的基体金属Fe和空气中O肯定参与的，所以应该说是五个物质参与化2学反应的变换，所以氧化铁皮化学反应的全方程如下：
FeO+2HCl→FeCl++HO22
FeO+8HCl→2FeCl+FeCl+4HO34322
FeO+6HCl→2FeCl+3HO2332
Fe（OH）+2HCl→FeCl+2HO222
Fe（OH）+3HCl→FeCl+3HO332
Fe+2HCl→FeCl+H↑22
2FeCl+2H→2FeCl+2HCl32
2FeCl+Fe→3FeCl32
这组方程阐明了五个元素相互作用可能产生的化学反应及新的物质，方程也说明了清除氧化铁皮实际是由化学与物理联合作用完成的，具体可以归纳为三种除磷方式。
①溶解作用：氧化铁与盐酸发生化学作用，氧化铁皮被溶解。
②机械剥离作用：基体金属与盐酸作用生成氢气，气体产生的压力，机械地剥离氧化铁皮。
③还原作用；3价FeCl与氢气或铁作用，使3价FeCl氧化物还原33成易溶解的2价FeCl。2
图2-8奥地利Ruthner公司给出的氧化铁皮厚度与酸洗时间的关系，但图只是给出一个概念性范围，要决定应用于实际生产的酸洗时间是复杂的，因素很多。图2-8 氧化铁皮与酸洗时间关系图2.2.2 影响盐酸酸洗时间的因素
有数据认为盐酸酸洗时间与氧化铁皮的厚度的平方成正比，以及与酸液特性，氧化铁结构和氧化铁皮表面与酸液相互作用的条件相关，从图2-18中可以看出，当FeO含量最多而FeO含量最少时酸洗23时间最短，相反，只要FeO增加一点达到5％，那么酸洗时间将是23最长的。
①终轧温度对酸洗时间的影响，见图2-9。图2-9 酸洗时间与热轧出口温度关系曲线
②热轧带材出口速度对酸洗时间的影响 轧制速度对轧制时间的影响基本类似，图2-10表示随着轧制速度的增加酸洗时间减少。图2-10 热轧带材出口速度与氧化层厚度关系曲线
③卷取温度对酸洗时间的影响 研究表明降低卷取温度，可以使带材边缘与尾部出现FeO的危险性减少，同时使FeO向FeO转化2334的程度减少，当卷取温度从700℃降低到600℃，酸洗时间缩短10％～15％，如果为了防止FeO的分解，卷取温度应控制在500～550℃，但将使卷取前冷却速度增加，这样会造成氧化铁皮的厚度不均匀，实验证明在550～590℃卷取，氧化铁皮厚度最薄，相对FeO层的厚度占的比例较大。热轧带材卷取温度对酸洗时间的影响见图2-11。图2-11 热轧带材卷取温度对酸洗时间的影响
④盐酸含量，FeCl含量对酸洗时间的影响见图2-12。2图2-12 酸洗时间与盐酸含量，FeCl含量，酸液温度关系曲线（A区—饱和2浓度）
从图中可以看出，随着盐酸含量的增加，酸洗时间急剧下降，此时FeCl的含量增加，则酸洗时间将更快减少，达到酸洗时间最小值2时，FeCl的浓度比饱和浓度低4％～8％，以后每当增加一点FeCl的22含量，酸洗时间就急剧上升，达到饱和区时酸洗时间最长，随着溶液温度的升高酸洗时间就急剧缩短，在相同的FeCl含量时，60℃的酸2洗时间为1单位，那么20℃的酸洗时间就等于12.5单位，差了12.5倍，据实验测量20℃，40℃，60℃相对的酸洗时间是12.5/3.0/1.0。
⑤酸液成分（HCl％，FeCl％）对酸洗时间的影响，见图2-13。2
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