CN110773566B - 一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,属于冷连轧生产技术领域;具体操作步骤:1)原料准备;2)制定轧制模式;3)制定各机架的异速比;4)按照步骤2、步骤3的轧制模式和异速比,原料经过五机架冷连轧机组进行连续轧制,最终得到厚度为0.09~0.3mm,宽度为800~2030mm的冷轧极薄钢带;本制备方法降低机架轧制力,提升机组压下能力,达到生产极薄规格冷轧钢带的目的。
Description
技术领域
本发明属于冷连轧生产技术领域,具体涉及一种制备厚度0.09~0.3mm冷轧钢带的异步冷连轧方法。
背景技术
在冷轧钢带广泛应用于汽车、建材、化工、食品包装以及医疗等各个领域,为了降低成本,对冷轧薄钢带的需求日益增加。
冷轧薄钢带的生产过程中,产品总压下率大,存在严重的加工硬化现象。为了顺利减薄钢带,往往需要两个甚至多个轧程(冷轧+退火为一个轧程)。多轧程轧制不仅生产周期长、生产效率低,而且冷轧后的钢带需要进行一次甚至多次中间退火,大大增加了能耗与生产成本。应用异步轧制技术可以降低轧制力,进而增加冷轧机的压下能力。异步轧制技术使轧件在变形区内形成搓轧区,改变了应力状态,增大了剪切应力,减小了轧件变形区内的压应力。
申请号为85109257(专利1)的中国发明专利公开了一种“大延伸接续式异步冷连轧机及工艺”。该专利将多个异步式四辊冷轧机接续式布置,通过将工作辊设计成削肩式并与支撑辊中心联线有一定的交错偏置,达到消除异步轧制过程中轧机颤震的目的。用于生产冷轧极薄带钢。
申请号为201710006846.X(专利2)的中国发明专利公开了“一种传动方式可选的金属极薄带轧机及其轧制方法”。该专利设计了四辊单机架异步冷轧机,通过上下辊单独传动实现异步轧制,进行极薄带钢的生产。
申请号为201410335625.3(专利3)的中国发明专利公开了“一种极薄冷轧镀锡原板轧制方法”。通过优化轧制过程,使用六辊五机架冷连轧机组成功生产出宽度为800~850mm的MRT-3,MRT-4镀锡原板,成品最小厚度为0.17mm。
专利号为9689052(专利4)的美国发明专利公开了“Very thin steel sheet andproduction method thereof”,该专利采用单机架可逆轧机,通过二次冷轧和中间连续退火,得到最小厚度为0.1mm的钢带。
专利号为5614034(专利5)的美国发明专利公开了“Process for producingultrahigh silicon electrical thin steel sheet by cold rolling”,该专利对轧件加热到120~350℃,采用单机架可逆轧机,经过3~4个轧程的轧制,得到最小厚度为0.08mm的电工钢钢带。
专利号为6042952(专利6)的美国发明专利公开了“Extremely-thin steelsheets and method of producing the same”,采用单机架可逆轧机,经过一次中间连续退火,生产出最小厚度为0.2mm,最大宽度为950mm的钢带。
专利号为8012276(专利7)的美国发明专利公开了“Method for manufacturing asteel sheet for tin plated steel sheet and tin-free steel sheet each havingexcellent formability”,采用单机架可逆轧机,经过两个轧程,制备出最小厚度为0.15mm的冷轧镀锡原板,并通过调整二次冷轧的压下率来调控成品硬度等级。
申请号为201310283763.7(专利8)的中国发明专利公开了“一种大辊径大压下率冷轧极薄钢带的生产工艺”,通过调整轧制表、工艺润滑等参数,利用单机架六辊可逆轧机轧制得到0.15~0.25mm的冷轧钢带。
申请号为88100607.6(专利9)的中国发明专利公开了“一种冷轧薄板带异步轧制新工艺”,通过选择合理的异速比(1.01~1.3),辊凸度(-0.04~0.1mm)以及各道次压下率(1%~35%),在四辊单机架可逆轧机上生产得到厚度为0.4~0.6mm的特殊钢板。
专利号为6517646(专利10)的美国发明专利公开了“Method for manufacturingvery thin aluminum-iron alloy strips”,首先通过连铸得到厚度为2~10mm的铝铁合金连铸坯,然后经过一次冷轧-中间退火-二次冷轧-最终退火工艺得到厚度为0.012mm的带材,其中一次冷轧和二次冷轧是在单机架可逆轧机上进行的。
申请号为201810998030.4(专利11)的中国发明专利公开了“一种超薄铜箔连续异速、异步轧制装置与方法”,将0.01~0.02mm的铜箔原料经支撑辊与工作辊间穿过,通过辊径不同实现异速轧制;再由上、下工作辊间穿过,通过上、下工作辊转速不同实现异速轧制,制备出厚度为0.004~0.006mm的铜箔。
上述专利中:
专利1中的四辊冷轧机与目前主流的六辊冷轧机结构、工艺过程、数学模型、板形控制手段不同。专利1中的异步冷连轧机机架配置与产品厚度缺乏合理性,异步轧制条件存在诸多限制,不适合薄钢带生产。
专利2中的轧机为四辊不可逆式单机架轧机,其轧制工艺简单,生产效率低,产品成材率低。轧机辊径小,所轧带材的宽度小,只适用于小批量生产或实验用,并不适合工业生产。
专利3采用五机架冷连轧方法,得到镀锡原板的最小厚度为0.17mm,宽度为800~850mm。该专利限定了钢带宽度,且未涉及其他钢种钢带的生产。
专利4采用单机架可逆轧制方法,通过二次冷轧和中间连续退火,得到最小厚度为0.1mm的钢带。
专利5采用单机架可逆温轧方法,经过3~4次冷轧得到最小厚度为0.08mm的电工钢钢带。
专利6采用单机架可逆轧制方法,经过2次冷轧得到最小厚度为0.2mm,最大宽度950mm的钢带。
专利7采用单机架可逆轧制方法,经过二次冷轧得到最小厚度为0.15mm的冷轧镀锡钢带。
其中,专利3~7得到钢带厚度较薄,为0.08~0.2mm,但生产过程需要进行中间退火,增加了生产周期与成本。
专利8采用六辊单机架可逆轧制方法,得到最小厚度为0.15mm的钢带。该专利无需中间退火,成功的生产出了0.15mm的薄规格冷轧钢带,但其采用单机架轧制,生产效率较低。
专利9采用四辊单机架异步轧制方法,得到最小厚度为0.4mm的特殊钢板,但其成品规格较厚,且此方法仅限于单机架轧机。
专利10采用单机架可逆轧制方法,通过二次冷轧得到最小厚度为0.012mm铝铁合金带。
专利11采用单机架异速和异步轧制方法,得到最小厚度为0.004mm的铜箔。
其中,专利10与专利11法仅适用于铝铁合金和铜箔材料,并不适用于钢带。
综上所述,制备厚度0.09~0.3mm冷轧钢带的异步冷连轧方法目前尚无报道。
发明内容
本发明提出了一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,应用于六辊五机架全连续冷连轧机组,该方法降低机架轧制力,提升机组压下能力,达到生产薄规格冷轧钢带的目的。异步轧制过程中,钢带变形区内除了受到垂直方向的压应力,还受到由于变形区上下摩擦力方向相反而产生的剪切力。剪切力促进了钢带延纵向流动。该方法考虑了异步轧制过程中钢带变形区的受力状态、金属流动状态以及钢带上下表面的外摩擦状态,通过建立的轧制力、负荷分配、板形控制等数学模型,为异步冷连轧关键工艺参数的设定计算提供了理论依据。所述一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法中,冷轧极薄钢带的厚度为0.09~0.3mm。
本发明涉及的六辊五机架全连续冷连轧机组生产工艺过程如图1所示。厚度为H0热轧钢带通过除鳞和酸洗机组后进入冷连轧机组,依次通过第一机架(S1),第二机架(S2),第三机架(S3),第四机架(S4),第五机架(S5),钢带经过各机架轧制后厚度逐渐减薄,分别为H1,H2,H3,H4,H5。本发明是一种制备厚度为0.09~0.3mm冷轧钢带的异步冷连轧方法,定义异速比为上下工作辊的线速度的比值,写成,式中为机架号, =1~5,为第机架上工作辊线速度,为第机架下工作辊线速度,当r i ≠1.0时为异步轧制,r i =1.0时为常规轧制;其特征在于,采用两种方式实现异步轧制:一种是通过上、下工作辊的角速度相同,直径不同来实现,另一种是通过上、下工作辊的直径相同,角速度不同来实现,本发明具体操作步骤:
步骤1、原料准备;
步骤2、制定轧制模式;
步骤3、制定各机架的异速比;
步骤4、按照步骤2、步骤3的轧制模式和异速比,原料经过六辊五机架全连续冷连轧机组进行连续轧制,得到最终的冷轧钢带。
上述的制备厚度0.09~0.3mm冷轧钢带的异步冷连轧方法,其中:
所述步骤1中,原料为厚度为1.5~3.5mm,宽度为800~2030mm的热轧钢带。
所述步骤2中,四种轧制模式记为M1、M2、M3和M4,其中:
M1:S1,S2机架采用异步轧制,S3,S4,S5机架采用常规轧制;
M2:S2,S3机架采用异步轧制,S1,S4,S5机架采用常规轧制;
M3:S3,S4机架采用异步轧制,S1,S2,S5机架采用常规轧制;
M4:S1,S2,S3,S4机架采用异步轧制,S5机架采用常规轧制。
所述步骤3中,六辊五机架全连续冷连轧机组的轧制模式和异速比如表1所示。
表1 六辊五机架全连续冷连轧机组的轧制模式和异速比
所述步骤4中,所获得冷轧极薄钢带成品厚度为0.09~0.3mm,宽度为800~2030mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:钢带经过异步轧制后,慢速辊侧中性面向入口侧移动,快速辊侧中性面向出口测移动,使变形区上下摩擦力方向相反形成剪切力,有利于细化钢带的晶粒尺寸和织构组织控制,同时促进了钢带纵向流动,降低了轧制压力。四种异步轧制模式M1、M2、M3和M4下提高了机组的压下能力。其中,M1、M2能部分提升机组压下能力,M1应用于初始强度较高但应***化指数较低的钢种,提高了S1、S2机架的压下能力;M2应用于初始强度较低但应***化指数较高的钢种,提高了S2、S3机架的压下能力;M3应用于成品板形控制困难的钢带,显著降低S4机架的轧制力,提高了S4机架的板形控制能力;M4应用于薄规格钢带(≤0.1mm)的生产中,最大程度提升机组整体压下能力。S5机架均采用常规轧制是为了保证成品钢带的板形质量。
本发明提供的一种制备厚度0.09~0.3mm冷轧钢带的异步冷连轧方法,提升了冷连轧机组的压下能力。
本发明的优点是:
1. 六辊五机架全连续异步冷连轧机组的生产效率高,钢带减薄能力强,板形与板厚控制精度高。
2. 提出的四种轧制模式中,避免了钢带在机架间的不稳定流动,有力保证了钢带的厚度与板形质量。
3. 通过六辊五机架全连续异步冷连轧工艺技术,机架轧制力降低6~12.8%,冷轧钢带总变形量最高达到94%。
附图说明
图1为六辊五机架全连续冷连轧机组生产工艺过程示意图。
图2为本发明操作工艺流程图。
具体实施方式
本发明实施例1~8分别以2150mm六辊五机架全连续冷连轧机组及1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组为例。2150mm六辊五机架全连续冷连轧机组的设备参数如表2所示,1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组的设备参数如表3所示。采用的轧制模式和异速比如表1所示。具体操作工艺流程如图2所示。
表2 2150mm六辊五机架全连续冷连轧机组设备参数
表3 1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组设备参数
实施例1
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为2.0mm,宽度为1200mm的热轧钢带,采用M1的轧制模式,经1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成品厚度为0.15mm的一般用冷轧碳素钢带。实施例1中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.117%、Mn:0.487%、P:0.033%、S:0.004%、Al:0.022%,余量为Fe。S1,S2机架异速比分别为1.01和0.99,实施例1的各机架出口厚度、M1模式轧制力和常规轧制轧制力如表4所示。
表4 实施例1的各机架出口厚度、M1模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:和常规轧制相比,采用M1轧制模式,S1机架轧制力降低了12.4%,S2机架轧制力降低7.8%;冷轧钢带总变形量达到92.5%,生产过程稳定。
实施例2
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为3.0mm,宽度为1450mm的热轧钢带,采用M1的轧制模式,经2150mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成品厚度为0.25mm的冷轧电工钢钢带。实施例2中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.002%、Si:1.35%、Mn:0.285%、P:0.017%、S:0.004%、Al:0.29%、N:0.002%,余量为Fe。S1,S2机架异速比分别为1.1和0.91,实施例2的各机架出口厚度、M1模式轧制力和常规轧制轧制力如表5所示。
表5 实施例2的各机架出口厚度、M1模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:和常规轧制相比,采用M1轧制模式,S1机架轧制力由29.3MN下降至27.5MN,降低了6.1%,S2机架轧制力由31MN降低至28.2MN,降低了9.0%;冷轧钢带总变形量达到91.7%,生产过程稳定。
实施例3
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为1.8mm,宽度为1050mm的热轧钢带,采用M2的轧制模式,经1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成厚度为0.13mm的冲压用冷轧碳素钢带。实施例3中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.092%、Mn:0.415%、P:0.026%、S:0.004%、Al:0.025%,余量为Fe。S2,S3机架异速比分别为1.14和0.88,实施例3的各机架出口厚度、M2模式轧制力和常规轧制轧制力如表6所示。
表6 实施例3的各机架出口厚度、M2模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:和常规轧制相比,采用M2轧制模式,S2机架轧制力由23.4MN下降至20.6MN,降低了11.9%,S3机架轧制力由23.8MN降低至20.8MN,降低了12.6%;冷轧钢带总变形量达到92.8%,生产过程稳定。
实施例4
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为3mm,宽度为1750mm的热轧钢带,采用M2的轧制模式,经2150mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成厚度为0.22mm的烘烤硬化钢带。实施例4中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.003%、Si:0.006%、Mn:0.385%、P:0.035%、S:0.009%、Nb:0.01%、Al:0.04%、N:0.002%,余量为Fe。S2,S3机架异速比分别为1.07和0.93,实施例4的各机架出口厚度、M2模式轧制力和常规轧制轧制力如表7所示。
表7 实施例4的各机架出口厚度、M2模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:和常规轧制相比,采用M2轧制模式,S2机架轧制力降低了9.3%,S3机架轧制力降低了10.4%;冷轧钢带总变形量达到92.7%,生产过程稳定。
实施例5
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为1.7mm,宽度为1000mm的热轧钢带,采用M3的轧制模式,经1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成厚度为0.11mm的碳素结构钢带。实施例5中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.16%、Si:0.25%、Mn:0.4%、P:0.025%、S:0.006%,余量为Fe。S3,S4机架异速比分别为1.3和0.77。实施例5的各机架出口厚度、M3模式轧制力和常规轧制轧制力如表8所示。
表8 实施例5的各机架出口厚度、M3模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:和常规轧制相比,采用M3轧制模式,S3机架轧制力降低了11.9%,S4机架轧制力降低了11.2%;由于S4机架轧制力的降低,提升了S4机架的板形控制能力;冷轧钢带总变形量达到93.5%,生产过程稳定。
实施例6
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为3.5mm,宽度为2030mm的热轧钢带,采用M3的轧制模式,经2150mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成厚度为0.3mm的冷轧双相钢带。实施例6中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.08%、Si:0.46%、Mn:1.83%、P:0.015%、S:0.004%、Al:0.06%,余量为Fe。S3,S4机架异速比分别为1.2和0.83,实施例6的各机架出口厚度、M3模式轧制力和常规轧制轧制力如表9所示。
表9 实施例6的各机架出口厚度、M3模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:和常规轧制相比,采用M3轧制模式,S3,S4机架轧制力分别降低了11%和12.8%;冷轧钢带总变形量达到91.4%;生产过程稳定并提升了S4机架的板形控制能力。
实施例7
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为1.5mm,宽度为900mm的热轧钢带,采用M4的轧制模式,经1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成厚度为0.1mm的深冲压用冷轧钢带。实施例7中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.04%、Si:0.06%、Mn:0.25%、P:0.008%、S:0.008%、Al:0.05%,余量为Fe。S1,S2,S3,S4机架异速比分别为1.06,0.94,1.06,0.94,实施例7的各机架出口厚度、M4模式轧制力和常规轧制轧制力如表10所示。
表10 实施例7的各机架出口厚度、M4模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:采用常规轧制模式生产时,由于成品规格薄,S2,S3,S4机架轧制力超限(24MN),其它机架负荷均较高,无法实现轧制。采用M4模式轧制,S1~S4机架轧制力显著下降,轧制过程稳定,板形质量良好。本实施例中冷轧钢带总变形量达到93.3%。
实施例8
一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,具体实施步骤为:准备厚度为1.5mm,宽度为800mm的热轧钢带,采用M4的轧制模式,经1450mm六辊五机架全连续冷连轧机组轧制成厚度为0.09mm的冷轧镀锡原板。实施例8中钢带的化学成分按重量百分比为:C:0.018%、Si:0.005%、Mn:0.14%、P:0.005%、S:0.004%、Al:0.08%、N:0.002%,余量为Fe。S1,S2,S3,S4机架异速比分别为1.12,0.89,1.12,0.89,实施例8的各机架出口厚度、M4模式轧制力和常规轧制轧制力如表11所示。
表11 实施例8的各机架出口厚度、M4模式轧制力和常规轧制轧制力
实施结果:采用常规轧制模式生产时,由于成品规格薄,S2,S3,S4机架轧制力超限(24MN),其它机架负荷均较高,无法实现轧制。采用M4模式轧制,S1~S4机架轧制力显著下降,顺利的生产出0.09mm冷轧钢带,轧制过程稳定,板形质量良好。本实施例中冷轧钢带总变形量达到94.0%。
Claims (4)
1.一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,其特征在于,该方法应用于六辊五机架全连续冷连轧机组,定义异速比为上下工作辊的线速度的比值,写成式中i为机架号,i=1~5,viu为第i机架上工作辊线速度,vid为第i机架下工作辊线速度,当ri≠1.0时为异步轧制,ri=1.0时为常规轧制;其特征在于,采用两种方式实现异步轧制:一种是通过上、下工作辊的角速度相同,直径不同来实现,另一种是通过上、下工作辊的直径相同,角速度不同来实现,具体包括以下步骤:
步骤1、原料准备:原料为厚度为1.5~3.5mm,宽度为800~2030mm的热轧钢带;
步骤2、制定轧制模式:四种轧制模式记为M1、M2、M3和M4,其中:
M1:第1,2机架采用异步轧制,第3,4,5机架采用常规轧制;
M2:第2,3机架采用异步轧制,第1,4,5机架采用常规轧制;
M3:第3,4机架采用异步轧制,第1,2,5机架采用常规轧制;
M4:第1,2,3,4机架采用异步轧制,第5机架采用常规轧制;
步骤3、制定各机架的异速比:六辊五机架全连续冷连轧机组的轧制模式和异速比为:
模式M1:第1机架r1=1.01~1.3,第2机架r2=0.77~0.99,第3机架r3=1.0,第4机架r4=1.0,第5机架r5=1.0;
模式M2:第1机架r1=1.0,第2机架r2=1.01~1.3,第3机架r3=0.77~0.99,第4机架r4=1.0,第5机架r5=1.0;
模式M3:第1机架r1=1.0,第2机架r2=1.0,第3机架r3=1.01~1.3,第4机架r4=0.77~0.99,第5机架r5=1.0;
模式M4:第1机架r1=1.01~1.3,第2机架r2=0.77~0.99,第3机架r3=1.01~1.3,第4机架r4=0.77~0.99,第5机架r5=1.0;
步骤4、按照步骤2、步骤3的轧制模式和异速比,原料经过六辊五机架全连续冷连轧机组进行连续轧制,得到最终的冷轧极薄钢带。
2.根据权利要求1所述的制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,其特征在于,该方法制备的冷轧极薄钢带成品厚度为0.09~0.3mm,宽度为800~2030mm。
3.根据权利要求1所述的制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,其特征在于,经过六辊五机架全连续冷连轧机组进行连续轧制后,机架轧制力降低6~12.8%。
4.根据权利要求1所述的制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法,其特征在于,经过六辊五机架全连续冷连轧机组进行连续轧制后,冷轧钢带总变形量为91~94%。
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