1、 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I 页 摘 要 本设计说明书是参照鞍钢及宝钢冷轧薄板厂工艺流程，结合现代化生产实际要求设计了年产 150 万吨冷轧薄板钢厂的生产车间。典型产品为 Q235B， 20 钢 ,08Al 冷轧薄板带钢。该车间的主体设备包括：酸洗机组、五机架冷连轧机组、连续退火机组、单机架四辊式平整机组、横切、纵切及卷曲机组等。产品具有使用规格范围宽、厚度精确、尺寸偏差小、表面光洁、板形好、性能稳定等特点。设计时以年产量为基础，结合各产品的市场前景合理地分配了各产品产量，制定了典型产品金属平衡表和轧制规程，并且优化了冷轧薄板的生产工艺，综合了各项 技术经济 指标，并绘制车间平面图。此
2、外，本说明书还包括专题研究论文： Mg-4Zn-1.5RE 合金轧制板材的再结晶组织观察与分析。 关键词： 冷轧薄板；热处理工艺；再结晶退火；车间设计 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II 页 ABSTRACT This design manual is a steel work that produces and manufactures 1,500,000 tons cold roll lamella in one year combining modern capacity and physical requirements to design, according to the col
3、d-rolled sheet of Anshan Iron and Steel and Baosteel. The typical products are Q235B, 20 steel and 08Al specifications cold-rolled sheet steel. This workshop equipment includes: pickling line, the five stand cold rolling mill, continuous annealing units, single frame four roller leveling unit, cross
4、cut, longitudinal cutting and rewinding machine, etc. The product can be used in the characteristics of the wide specification range, precise thickness and small size deviation, smooth surface, good board shape, the stable performance and so on. People have assigned each product output reasonably an
5、d drew up the metal balanced of the typical model product and stranding system regulations combining each products market prospect, based on annual output when designing. Not only those, but also people have optimized production process of the cold-rolled sheet, synthesized various technical and eco
6、nomic indicators, and drew the workshop plan. In addition, the manual also included a special subject search thesis: observation and analysis of the recrystallization of the Mg-4Zn-1.5RE alloy stranding system board material organizes. Key word： Cold rolled sheet; Heat treatment process; Recrystalli
7、zation annealing; Workshop design 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 III 页 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 1 综 述 .1 1.1 冷轧薄板简介 . 1 1.2 冷轧薄钢板生产工艺特点 . 2 1.3 冷轧钢板的分类 . 3 1.4 冷轧薄板的质量控制 . 3 1.4.1 钢的化学成分对成品性能的影响 . 3 1.4.2 热轧带钢对冷轧钢板性能和 组织的影响 . 5 1.4.3 原料的几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响 . 6 1.4.4 坯料常见缺陷以及对冷轧生产的影响 . 7 1.4.5 退火工序中存在的 缺陷 . 8
8、 1.4.6 冷轧工艺的表面缺陷 . 9 1.5 冷轧薄板钢生产的发展 .11 1.6 当今现代轧制工艺技术的特点 . 13 1.6.1 大力开发高精度轧制技术 . 13 1.6.2 轧制过程的自动控制和智能控制技术 . 13 2 产品方案确定 . 14 2.1 产品方案 . 14 2.2 生产方案 . 14 2.3 产品性质 . 15 3 冷轧薄板轧制工艺过程 . 16 3.1 轧制工艺过程 . 16 3.2 各工艺流程环节简介 . 17 3.2.1 酸洗 . 17 3.2.2 冷轧 . 20 3.2.3 热处理 . 24 3.2.4 精整 . 35 3.3 金属平衡表的制定 . 37 3.
9、3.1 金属平衡 . 37 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV 页 3.3.2 金属平衡表的制定 . 37 4 机组与参数选择 . 38 4.1 机组参数 . 38 4.2 酸洗 冷轧机组 . 38 4.3 连续退火机组 . 42 4.4 单机架平整机 . 44 4.5 重卷机组 . 46 5 轧制制度的制定 . 47 5.1 下压规程的制定 . 47 5.2 轧制力的计算 . 47 6 生产组织和经济技术指标 . 54 6.1 车间劳动组织和人员配备 . 54 6.1.1 生产人员 . 54 6.1.2 技术人员 . 54 6.1.3 行政管理人员 . 54 6.1.4 其他人员 . 54
10、 6.2 车间年产量计算 . 55 6.2.1 轧制工作图表 . 55 6.2.2 轧机轧制结构的确定 . 55 6.2.3 轧机的小时产量 . 56 6.2.4 轧机的平均小时产量 . 57 6.2.5 影响轧机小时产量的因素 . 58 6.2.6 车间年产量计算 . 58 6.3 轧钢厂的环保 . 59 6.3.1 绿化 . 59 6.3.2 各类有害物质的控制及防治 . 59 6.3.3 节能 . 61 6.4 车间平面布置 . 61 6.4.1 仓库面积计算 . 61 6.4.2 设备间距确定 . 62 6.4.3 车间跨距组成 . 62 专题部分： . 63 致 谢 . 72 参考文
11、献 . 73 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 1 页 1 综 述 1.1 冷轧薄板 简介 金属在再结晶温度以下进行轧制变形叫做冷轧，一般指 薄板 不经加热而在室温直接进行轧制加工。冷轧后的带钢可能烫手，但还是叫冷轧 1。 钢的冷轧是在 19 世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度 2025mm的冷轧 薄板 。美国 1859 年建立了 25mm 冷轧机， 1887 年生产出宽度为 l50mm 的低碳钢 板 。 1880 年以后冷轧钢 板 生产在美国、德国发展很快，产品宽度不断扩大，并逐步建立了附属设备，如剪切、矫直，平整和热处理设备等，产品质量也有了提高。 宽的冷轧薄板 (韧带 )是在热轧成卷带钢的
12、基础上发展起来的。首先是美国早在 1920年第一次成功地轧制出宽带钢，并很快由单机不可逆轧制而跨入单机可逆式轧制。 1926年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机。 我国冷轧宽 带钢的生产开始于 1960 年，首先建立了 1700mm 单机可逆式冷轧机，以后陆续投产了 1200mm 单机可道式冷轧机， Mxw1400mm 偏八辊轧机、 1150mm 二十辊冷轧机和 1250mmHC 单机可逆式冷轧机等， 70 年代投产了我国第一套 1700mm 连续式五机架冷轧机， 1988 年建成了 2030mm 五机架全连续冷轧机。 近年来 我国冷轧薄板生产能力增加了 20 多倍，生产装备技术水平已由只
13、能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢、 合 金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、 涂 层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但随着四化建设的发展，无论 在数量和品种质量上都远远满足不了四化建设发展的需要，为此我们必须增建新轮机，改造现有冷轧机，大力发展冷轧生产。 冷轧生产可提供大量高精确度和性能优良的钢板和带材，其最主要的特点是加工温度低，同热轧生产相比，它有以下优点： 1.冷轧带钢产品尺寸精确，厚度均匀，带钢厚度差一般不超过 0.010.03mm 或更小，完全可以符合高精度公差的要求。 2.可获得热轧无法生产的极薄带材 (最薄可达 0.001mm 以下 )。 3.冷轧产品表面质量优越，不存在热
14、轧带钢常常出现的麻点、压入氧化铁皮等缺陷，并且可根据用户的要求，生产出不 同表面粗糙度的带钢 (光泽面或麻糙面等 )，以利于下辽宁科技大学本科生毕业设计 第 2 页 道工序的加工。 4.冷轧带钢具有很好的力学性能和工艺性能 (如较高的强度、较低的屈服极限、良好的深冲性能等 )。 5.可实现高速轧制和全连续轧制，具有很高的生产率。 1.2 冷轧薄钢板生产工艺 特点 冷轧的生产方法较好的解决了钢板在热轧过程中温度和温度降不均匀，性能不一致的问题 ，保证良好的板型 及 表面光洁度。 冷轧带钢的轧制工艺特点有以下 3 点 2： 1.在轧制过程中产生不同程度的加工硬化。加工硬化超过一定程度后，带钢因过分
15、硬脆而不适于继续轧制。因此带钢经冷轧一定的道次 (即完成一定的冷轧总压下量 )之后，往往要经软化热处理 (再结晶退火等 )，使轧件恢复塑性，降低变形抗力，以便继续轧薄。 在冷轧生产过程中，每次软化退火之前完成的冷轧工作称为一个 “ 轧程 ” 。在一定轧制条件下，钢质愈硬、成品愈薄，所需的轧程愈多。 2.过程必须采用工艺冷却和润滑。冷轧带钢的变形功约有 84 88转变为热能，使带钢与轧辊的温度升高，故须采用冷却措施。辊面温度过高会引起工作辊淬火层硬度下降，影响带钢的表面质量和轧辊寿命。辊温的升高和辊温分布不均匀会破坏正常的辊形，直接影响带钢的板形和尺寸精度。同时，辊温 过高也会使冷轧工艺润滑剂失
16、效 (油膜破裂 )，使冷轧不能顺利进行。 为了保证冷轧的正常生产，对轧辊和带钢应采取有效的冷却与调节辊温的措施。 水是比较理想的冷却剂，油的冷却能力则比水差得多。因此大多数生产轧机都用以水为主要成分的冷却剂。 冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力，这样在已有的轧机能力条件下实现更大的压下，还可使轧机生产出更薄的产品。工艺润滑对降低轧辊的温升也起到良好的作用；采用工艺润滑还可起到防止金属粘辊的作用。常用的工艺润滑剂有乳化液、各种黏度的矿物油 (机油等 )和动、植物油 (牛油、菜油、棕 榈油等 )。 3.采用张力轧制。张力轧制就是带钢在轧辊中轧制变形是在一定前张力和后张力作用下进行的。
17、辽宁科技大学本科生毕业设计 第 3 页 1.3 冷轧钢板的分类 表 1-1 冷轧产品主要牌号、标准、规格及用途 品名 牌号 供货标准或 技术条件 规格 厚 宽（ mm） 主要用途 普碳钢 （ CQ） Q195-235A.B/F GB11253 0.33.58001550 一般成形加工用钢。如：自行车配件、水箱外壳、制桶等 St12 Q/ASB312 SPCC Q/ASB311 优结钢 （ DQ） A08 Q/ASB 80 0.33.58001550 冲压成形加工用钢。如：汽车门、窗、档泥板、农机配件等 08Al 10#-50# Q/ASB 80 GB13237 St13 Q/ASB312 SP
18、CD Q/ASB311 深冲钢 （ DDQ） SC1 GB5213 0.33.58001550 深冲压成形加工用钢。 如：汽车油箱、前车灯、门窗、顶盖等。 St14 Q/ASB312 SPCE Q/ASB311 含磷钢 06 08AlP Q/ASB89 0.63.08001300 高强度冲压成形加工用钢。如：汽车顶盖、挡泥板等 10AlP Q/ASB264 耐候钢 05CuPCrNi 鞍铁冷 2000 1 1.53.08001550 铁道车辆车箱板 09CuPCrNi 鞍铁冷 2000 1 10CrNiCu(A) 鞍电协 89 1 1.21.59501050 锅炉空气预热器 1.4 冷轧 薄板
19、 的质量控制 1.4.1 钢的化学成分对成品性能的影响 钢的化学成分对性能的影响，特别是碳、锰、硅对产品力学性能的影响存在下列关系： b 25 十 67C 十 14Mn 十 20Si。而抗拉强度、屈服强度、延伸 率 决定着冷轧产品的使用 性 能，特别是薄板的成形性能，所以炼钢控制好化学成分，是保证生产出优质冷轧汽车钢板的基础。钢中碳含量对成形性能的影响是通过影响屈服极限和塑性应变比 R 值来实现的。碳对薄板成形性能的影响可以见 图 1-1。标准规定 08F 钢碳含量为 0.050.11但常常保证不了成形性能，故控碳含量不大 于 0.07。 硫有提高屈服强度的趋势，硫化物夹杂促使钢中带状组织形成
20、，恶化深冲性能，其关系见图 1-2。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 1-3。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 4 页 图 1-1 塑性应变比 R 值与含碳量的关系图 1-2 硫对屈服极限的影响 图 1-3 铝含量与屈服权限的关系 1试样 1； 2试样 2 以同一钢种 08Al为例，标准规定 磷 含量不大于 0.035，硫含量不大于 0.040 ,而作为复杂冲制零件时必须把磷、硫含量分别控制在 0.020和 0.030以下，因为复杂冲件要求钢板具有很高的塑性。许多工厂的工作经验指出，为了保证必须的工艺性能和力辽宁科技大学本科生毕业设计 第 5 页 学性能，钢的正常夹杂物含
21、量要尽量低。 锰含量下限可以降低， 1949 年原苏联标准规定锰含量为 0.30 0.45， 1990 年原苏联标准改为 0.20 0.35。日本 JISG3141-69 规定锰含量没有下限 (不大于 0.40 )。实际生产中，原苏联札波罗什冶金工厂锰含量下限为 0.25，日本福山、君津厂锰含量下限一般限定为 0.23。我们的生产经验是当把 锰 含量下限限定在 0.20 0.23时，虽然钢的性能有些提高，但热轮时边上有拉裂，所以把锰含量下限控制在 0.26。 从冲压性能看，半镇静钢板比沸腾钢板冲废率低 3；沸腾钢板代表了第一代汽车用钢板，它固溶氮含量较高，具有明显的应变时效性，具有较弱的 11
22、1织构，冲压成形性 较差，不适用于深冲压制复杂零件。铝镇静钢板通过控制固溶和析出条件，可以得到强的 111织构，从而得到良好的冲压性能， R 为 1.41.8。迄今为止，大工业生产中使用的各类冲压用薄板都是以铝镇静钢为基的，称之为第二代冲压汽车用钢板。 对高强度薄板而言，力学性能波动保持较小具有重要的意义。除了总的加工性能的限制外，较薄的钢板必须考虑深冲部件的回弹、弯折等，屈服极限的离散度反映出成形性能的不同。因此连续退火的带钢要特别注意必须准确地保持化学成分、退火温度和冷却温度的一致。 添加微量合金元素可以有效地提高高强度形板 的强度。然而为了达到采用微量元素的目标值，需要综合化学元素的结合
23、机理。在实践中重要微合金化元素的作用见表 l-2。 表 1-2 冷轧薄板微合金化元素在钢中的作用 微合金化的作用 元素，化合物 晶粒细化 通过滞后再结晶的亚结构 强化析出强化 与碳、氮的完全结构 组织的影响 晶粒界面结合 Nb(C)、 Ti(C) Nb(C)、 Ti(C) Nb(C)、 Ti(C) Nb(C、 N)、 TiN、 TiC Nb(C)、 Ti(C) 、 (BN) B 偏析 1.4.2 热轧带钢对 冷 轧钢板性能和组织的影响 冷轧的原料是热轧带钢， 其 组织和 性能直接影响到冷轧钢板的组织和性能。影响热轧带钢组织和性能的因索除钢坯加热温度和保温时间之外，主要因索是终轧温度、卷取温度、
24、末道次压下率。以低碳钢为例，热轧、冷轧低碳钢的组织特征是铁素体晶粒组织和一定数量的渗碳体，所以决定其性能好坏的钢的组织就是铁素体晶粒的大小、形状及辽宁科技大学本科生毕业设计 第 6 页 均匀程度，其次就是渗碳体的尺寸大小及分布的弥散程度。假如冷轧带钢有很粗大的晶粒，在冲压加工后，加工零件表面将形成粗糙表面，甚至导致冲压时开裂造成废品。冷轧退火后钢板的铁素 体 晶粒大小，除与冷轧热处理条件有关外，也与热轧带钢的显微组织有关。热轧带 钢的显微组织特征保持在冷轧薄板上，冷轧不能消除热轧变形时得到的粗大晶粒、过细晶粒及晶粒不均，这些都将遗传在冷轧带钢上。我们除了注意冷轧热处理工艺条件之外，分析对比了冷
25、轧产品晶粒度与热轧带钢组织的关系，结果列于表 l-3。 表 1-3 热轧带钢晶粒组织与冷扎成品晶粒度的关系 分类 沸腾钢 镇静钢 热带钢量， t 热带钢精粒为 9-10 级者， % 成品晶粒为 9-10 级者占原料为 9-10 级晶粒的百分比， % 2326 30（ 699.7t） 20 1580 78（ 1235.9t） 40-50（最高 79） 1.4.3 原料的几何 尺寸对冷轧成品尺寸的影响 冷轧原料的几何尺寸对冷轧生产十分重要，因为热轧产品横断面和长度上的厚度不均，经冷轧后只能减轻，不能消除。冷轧原料头、尾尺寸差大，不仅使轧制困难，也使对焊 时焊接不牢而产生断片。热轧带钢浪 弧 形太大
26、和厚度不均也会严重影响冷轧的正常进行，所以作为冷轧原料的热轧带钢必须严格按标准交货。为了进一步证实热轧带钢横断面的变化对冷轧带 钢 横断面的影响，加拿大多法斯科工厂在五机架冷连轧机上将3.11000mm 热轧板卷轧成 0.931000mm 冷轧板，试验结果证明，热轧带钢经过冷轧之后，其断面并未发生显 著变化，矩形的断面仍是矩形的，凸形的断面仍是凸形的。显然冷连轧机的辊缝在冷轧过程中并不能保持规定的几何形状，辊缝完全适应热轧带钢横断面的变化，所以用户所要求的冷轧带钢横断面必须在热轧生产中形成。经过冷轧之后唯有距带钢边部 25mm范围内冷轧板边部成薄了约 1。在冷连轧 1 号和 2 号机架上锥形工作辊与工作辊轴向串移相结合是减少边部减薄的有效措施。上述试验及生产实际都证明，冷轧薄板的相对横断而和平直度在热带钢轧机的精轧机组上就已形成了，在冷轧机上只能改变绝对断面。如果试图改变相对断面，必然引起平直度的变
