冷轧硅钢分析

学习情境3

冷轧硅钢板带任务说明书学习领域板带钢轧制工作任务电工钢的板带轧制课时22学时学习目标1．掌握电工钢的用途、牌号、钢种2．掌握电工钢技术条件中对性能要求3．掌握电工钢生产的工艺流程4．掌握电工钢冷轧生产的工艺特点5．掌握电工钢轧制规程的制定6．掌握电工钢的生产工艺制度7．掌握电工钢生产中，酸洗、冷轧、退火和精整操作工序要点8．掌握电工钢的尺寸精度和板型控制工作任务内容1．电工钢的资讯2．学习电工钢的产品技术条件，包括电工钢的牌号和性能等3．学习冷轧板带钢生产工艺的三个基本特点4．学习电工钢酸洗、退火工艺的制定5．电工钢的轧制规程制定6．电工钢酸洗、轧制、退火等工序的操作要点7．电工钢的金相显微组织8．冷轧钢板厚度、宽度测量9.电工钢产品质量证明书的填写教学方法

讲述法

任务教学法

小组讨论法

课堂辅导、答疑教学工具

技术条件

工艺流程卡

质保书

卷尺、千分尺、钢板尺任务说明

本任务是基于电工钢生产的工作过程，引导学生掌握电工钢生产的全部工作过程

在任务完成过程中，培养学生分析问题、解决问题的能力，培养学生系统的工作方法

采用课堂单独辅导、答疑和小组讨论等方式，指导学生完成资讯、计划、方案制定、实施的全部工作过程

3.1.电工钢资讯3.1.1.电工钢的用途和分类电工钢主要用于各种电动机、发电机和变压器的铁芯，它是一种磁性材料，是电力、电子和军事工业中重要的软磁合金。电工钢分为四类：热轧低硅钢、热轧高硅钢、冷轧无取向硅钢、冷轧取向硅钢。3.1.2.冷轧电工钢的标准（GB2521-88）牌号厚度mm最大铁损W/kg最小磁感T最小叠片g/cm3抗拉强度MPa伸长率%DW240-350.352.401.5894

DW265-350.352.651.5994

DW270-500.502.701.5895≥380≥20DW400-500.504.001.6195≥380≥20DQ120-270.271.201.7994

DQ133-300.301.331.7994

DQ166-350.351.661.7495

DQ183-300.351.831.7195

3.2冷轧板生产必备知识3.2.1冷轧板的规格和用途冷轧带钢和薄板一般厚度为0.1～0.3mm，宽度为100～2000mm；均以热轧带钢或钢板为原料，在常温下经冷轧机轧制成材。由于冷轧板带钢的产品规格繁多、尺寸精度高、表面质量好、机械性能及工艺性能均优于热轧板带钢，因而被广泛应用于机械制造、汽车制造、机车车辆、建筑结构、航空火箭、轻工食品、电子仪表及家用电器等工业部门。

现代工业对冷轧板带钢的质量要求愈来愈高，对牖种规格要求愈来愈广泛，对产量要求也愈来愈大，因而冷轧板带钢的生产增长很快。冷轧板带钢的产量在工业发达的国家已占钢材总产量的30％左右。

冷轧板带钢生产综合应用了现代冶金、机械、电气、自动控制等学科的最新成果。因而就生产能力、效率、机械化与自动化程度而言，冷轧板带钢生产在全部轧制生产中居最前列。3.2.2冷轧板带钢生产的发展

最早的冷轧机是二辊式，以后采用工作辊辊径较小而刚性较大的四辊轧机与多辊轧机。轧制方式由单片无张力轧制发展到成卷带张力可逆轧制，进而发展到辊系全连续轧制。四辊冷轧机结构简单，有较高的刚性，且易调整，因而应用极为普遍。四辊可逆式轧机主要用来生产碳结钢或合金钢板带，适于小批量多品种生产的要求，产量不大，投资较少。为了使冷轧带钢轧机能灵活调控板形而出现很多可调控板形的新轧机，如HC轧机、MKW轧机、泰勒轧机等。HC轧机是于70年代初日本日立公司发明的，其特点是在支撑辊与工作辊之间有一中间辊，可轴向移动，这对改善板型和边部厚差有利。此外，由于压下量可以不受板形的限制，可以增大压下量减少道次。使用这种轧机可以提高成材率1％～2％，产量可提高20％．节能约10％。MKW轧机主要特点:在采用支持辊传动的四辊冷轧机的工作辊一侧增设了侧向支持辊，并将工作辊轴线偏移于支持辊轴线的一侧．以防止工作辊的旁弯，从而可使工作辊的直径大大减小，并利用侧弯辊来调控板形。

连轧生产较之单饥架生产，其产量大、板带精度高，收得率高、自动化水平高、消耗低、发展快且应用广泛。冷连轧机发展至今已拥有快速换辊、液压压下、弯辊装置和自动控制等新技术。轧制速度高达35～41m／s，卷重最大达60t。3.2.3冷轧板带钢生产工艺3.2.3.1冷轧板带钢生产的工艺特点（1）金属的加工硬化

冷轧是在金属再结晶温度以下进行的轧制。在冷轧中，金属的晶粒被破碎且不能产生再结晶回复，导致金属产生加工硬化。由于加工硬化。使金属变形抗力增大、轧制压力升高，金属的塑性降低，容易产生脆断。当钢种一定时，加工硬化的程度与冷轧的变形程度有关，变形程度愈大，加工硬化愈严重。加工硬化超过一定程度后，因金属过于硬脆而不能继续轧制。因此板带钢经一定的冷轧总变形量之后，须经热处理(再结晶退火或固溶处理)，恢复其塑性，降低变形抗力，以利于继续轧制。生产过程中每次软化热处理之前完成的冷轧工作，称之为一个轧程。由此可见，在一定的轧制条件下，钢的变形抗力愈高，成品的尺寸愈宽愈薄，所须的轧程就愈多。（2）冷轧中采用工艺润滑与冷却

冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小金属的变形抗力、降低能耗、提高轧辊的寿命、改善带钢及钢板厚度的均匀性和表面状态，可使轧机生产厚度更小的产品。

以牛脂为基的动物油工艺润滑的效果最佳，其次是植物油，如棕榈油、蓖麻油、菜籽油等，矿物油最差。近年来研究用矿物油中添加极压添加剂、油性添加剂等以提高润滑效果，降低成本，并取得显著的成效。

冷轧过程中由于轧件变形产生的变形热和由于轧件和轧辊摩擦产生的摩擦热，使轧件和轧辊温度升高。故需采用工艺冷却。现代冷轧机的轧制速度愈来愈高，轧制速度愈高，轧件和轧辊的温升亦愈高，工艺冷却就愈显得重要。否则，因辊面温度过高会引起淬火层硬度下降，并有可能促使淬火层内发生残余奥氏体的分解，使辊面出现附加的组织应力。同时辊温过高也会使工艺润滑剂失效，使润滑油膜破裂，使轧制不能正常进行。水是比较理想的冷却液，因其比热大、吸热率高且成本低。油的润滑性能虽比水好，但其冷却能力则比水差得多。水的比热比油大一倍，热传导率为油的3.75倍，挥发潜热大10倍以上。由于水有如此优越的吸热性能，故它是冷轧生产的最佳冷却剂。

在冷轧过程中轧件表面只须有一层很薄的润滑油膜，该油膜的厚度因轧件的型式、轧制条件与所轧品种的不同而异。实测表明冷轧薄带钢的耗油量约为0.5～1kg／t。因而在冷轧生产中，广泛采用了兼顾润滑和冷却作用的油和水的混合剂——乳化液。对这种乳化液的要求是：当以一定流量喷到轧件和辊面上时，既能有效地吸收热量，又能保证油剂以较快的速度均匀地而且确有一定数量地从乳化液中析离粘附在轧件和辊面上，以及时均匀地形成厚度适中的油膜。这是一种经济而实用的润滑冷却液，在冷轧生产中得到广泛应用。（3）冷轧中采用张力轧制

所谓“张力轧制”，就是轧件在轧辊中的变形是在一定值的前张力和后张力的作用下实现的。作用方向与轧制方向相同的张力叫做前张力；作用方向与轧制方向相反的张力叫做后张力。单位张力是作用在带材断面上的平均张应力。

张力在冷轧生产过程中起着非常重要的作用。其一是张力在轧制中自动地调节带钢的横向延伸，使之均匀化，在张力的作用下，若轧件出现不均匀延伸，则沿轧件宽度方向上的张力分布将会发生相应的变化。在延伸大的一侧，张力自动减小；在延伸小的一侧，张力自动增大。张力沿轧件宽度方向得到自动调节，调节的结果使轧件沿宽度方向纵向延伸均匀化。在整个轧制过程，张力的自动调节在不断进行，以确保轧件沿宽度方向的延伸分布均匀，以消除轧制过程中出现带材跑偏、撕裂、断带等现象。其二是张力轧制能降低轧制压力，轧制出更薄的产品。在轧制过程中，轧制压力愈大，轧辊辊面的弹性压扁愈大。当轧辊辊径较大、轧制压力增大到一定值时，轧辊对轧件就如同两个平板对工件的压缩。因然，在一定的轧制条件下，减小工作辊径，能降低轧制压力，但增大前后张力亦能降低轧制压力，实验表明，增大后张力较之增大前张力(指平均张应力)降低轧制压力的效果更为显著。

在现代冷轧机上都采用张力轧制，它不仅保证板带材的平直度和更小的轧制厚度，而且可以减小轧制压力，降低能耗。可以说，没有张力，冷轧生产就不可能顺利进行。3.2.3.2冷轧板带钢生产的工艺流程

冷轧板带生产的工序和工艺流程与产品紧密相关．随产品的要求不同。工艺流程也有所不同。

冷轧板带钢产品以热轧带钢作为原料，因其表面有氧化铁皮，所以在冷轧前要把氧化铁皮清除掉．故酸洗是冷轧生产的第一工序。酸洗后即可轧制，轧制到一定厚度，由于带钢的加工硬化，必须进行中间退火，使带钢软化。退火之前由于带钢表面有润滑油，必须把油脂清洗干净，否则在退火中带钢表面形成油斑，造成表面缺陷。经过脱脂的带钢，在带有保护性气体的炉中进行退火。退火之后的带钢表面是光亮的，所以在进一步的轧制或平整时，就不须酸洗。带钢轧至所需尺寸及精度后，通常进行最终退火，为获得平整光洁的表面及均匀的厚度尺寸和调节机械性能要经过平整。带钢在平整之后，根据定货要求进行剪切。成张交货要横切，戍卷交货必要时则纵切。

综上所述，一般用途冷轧板带钢的生产工序是：酸洗、冷轧、退火、平整、剪切、检查缺陷、分类分级以及成品包装。冷轧板带钢产品极为广泛，其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(汽车板等)、电工用硅钢板与不锈钢板等。3.2.3.3冷轧(1)冷轧机的生产形式

现代冷轧机按轧辊配置方式可分四辊式与多辊式两大类，按机架排列方式又可分单机架可逆式与多机架连续式两种。

单机架可逆式适于产品的品种规格变动频繁而每批产品的生产数量又不大，或者合金钢产品比例较大的生产情况。这种轧机生产能力较低，投资小、建厂快、灵活性大，适宜于中小型企业。

连续式冷轧机生产效率高，当产品品种较为单一或变动不多时，连轧机最能发挥其优越性。冷连轧机目前生产的规格范围：板带宽度450～2450mm。厚度0.076～4mm。根据所生产产品规格，确定机架的数目。三机架冷连轧机主要用于生产厚度0.6～2.0mm的汽车钢板，总压下率达60％。四机架冷连轧机，可生产厚度0.35～2.7mm的产品．总压下率达70～80％。五机架冷连轧机可生产厚度0.25～3.5mm的产品，六机架冷连轧机专用于生产厚度可薄至0.09mm的镀锡板。(2)可逆式冷轧机组的组成及工艺操作

可逆式冷轧机组由四部分组成：板卷运输及开卷设备、轧机、前后卷取机、卸卷装置及钢卷收集设备。3.2.3.4冷轧板带钢轧制工艺制度的制定由于冷轧板带钢的工艺特点所决定，例如：对一定的钢种、规格的产品．必需有一定的冷轧总变形程度，才能通过热处理获得所需要的组织和性能。因而冷轧带钢原料厚度的选择主要依据冷轧总变形程度。此外还应考虑板带的表面质量和提高冷轧生产能力。冷轧变形程度的确定主要取决于所轧钢种的特性、原料及成品的厚度、所采用的冷轧工艺以及轧机能力等。如：同样的原料和成品，随着工艺润滑的改善，采用高硬度的小工作辊或采用不对称轧制等均能增大道次压下量，减少轧程。因此，在确定冷轧轧程方案时，应充分考虑到各种提高冷轧效率的手段与可能性。冷轧各道次(机架)压下量的分配原则：前几道有时受咬入条件限制，为了使来料得以均整并使轧制过程稳定，第一道压下率应适当小些。中间各道次的压下率应充分利用轧机的能力。成品及成品前道次，为保证厚度精度及板型，采用较小的压下量。

在制定压下规程时．还必须确定与之相应的张力制度。这也是冷轧带钢轧制规程的另一特点。

常用的压下规程设计的方法是：先按经验并按规程设计的一般原则和要求，对各道次(机架)压下进行分配；进而按工艺要求并参考经验资料，选定各道次(机架)间的单位张力；最后校核设备的负荷及各限制条件，并作适当修正。配各机架的负荷，对于单机座轧机按等压力分配，以确保产品的厚度精度和板型要求。对冷连轧，通常采用能耗法。若有能耗曲线资料．则可直接按上述原则确定各架负荷分配比，算出压下量，其方法与热连轧带钢相类似。3.3.冷轧硅钢生产工作任务冷轧取向硅钢片的生产工艺流程如下：热轧硅钢卷→常化→冷轧→中间退火→冷轧→脱碳退火→高温→退火→热平整→纵剪机组→消除应力退火生产中各主要工序均在专用机组中进行。3.3.1.冷轧硅钢片的原料准备3.3.1.1.原料

冷轧硅钢的原料为硅钢热连轧钢卷，热轧硅钢带坯时，提高加热温度，能促使钢中夹杂溶解；轧后进行喷水急冷，使某些夹杂来不及聚集成长，而使之形成弥散分布的极细质点以有利于取向的生成。通常，MnS完全固溶的温度1350℃左右，最大析出温度1000～1160℃，因而板坯加热温度必须高于1350℃。连轧开轧温度1160℃以后在MnS最大析出温度范围内进行精轧，终轧温度940℃，卷取温度550℃的条件下，才能保证MnS的充分固溶并在随后的冷轧和热处理过程中以最佳尺寸最好分布状态析出，这样才能充分发挥MnS对初次晶粒长大的抑制作用。3.3.1.2.常化-酸洗由于钢种的不同对工艺要求也不同，对冷轧前热轧带卷经过这机组的处理工序也不尽相同。

开卷一剪切：由于热轧带卷重量较小，冷轧前将几个板卷拼焊起来。目前，冷轧的带钢卷已从6～7吨，增加到15～21吨，或更大些，焊接前剪去卷带的头、压端，并采用氩弧焊(或用其它保护气体)，较厚的坯料可用电阻对焊，焊后对焊缝清理。为保证侧边质量，还需用圆盘剪剪纵边。这些工序可在机组前半部完成，或在单独的准备机组上进行。退火一酸洗：经拼卷，剪切后的带卷。继续在机组后半部进行退火，抛丸处理、酸洗等工作。预退火目的，主要是使带钢软化，利于冷轧，另外，有以下作用：消除剪边后的残余应力，使带钢生成一层均匀的，最容易洗去的氧化铁皮，带钢的余热可加热酸液。对某些软的钢种可不经退火。预退火温度不能过高，以免晶粒长大，质变脆。经抛丸处理的带坯可去鳞78％左右，并能使残余的氧化膜形成龟裂，利于酸洗，抛丸温度约80℃左右。酸洗系用10～18％，的盐酸，酸槽要加热，以控制出口端有较高的温度，酸洗后的带钢，进行清洗、刷洗、再经干燥器烘干、涂油进入轧机。3.3.2.冷轧硅钢轧制3.3.2.1冷轧的任务主要决定成品带钢的尺寸和形状，确保其表面光滑、厚度均匀、板型平直。对电工钢还决定磁性，中间退火前后的冷轧压下率(特别是二次冷轧压下率)，最适宜的压下率分配显著地改善冷轧取向硅钢的电磁性能。3.3.2.2轧机选择

由于硅钢硬度高、强度高、延伸击韧性低，冷轧时变形抗力高和冷脆性使轧制过程困难。因此需要刚性好的轧机，具有与成品厚度相适应的工作辊直径，一般根据产品的最终厚度、产量和织构类别选择适合的轧机。目前大部分用四辊可逆轧机，MKW型八辊轧机以及ZR22BS型二十辊森吉米尔轧机等。

对生产较薄的硅钢，或高硅的硅钢片采用工作辊直径较小的八辊、二十辊轧机较好。3.3.2.3轧制工艺轧制工艺主要包括轧辊辊型设计、润滑和压下规程的制订。辊型设计的主要任务是保证带钢获得要求的形状和尺寸公差，轧制精度直接取决于轧机工作辊辊缝的大小和形状。由于润滑能降低轧件与辊面间的摩擦系数，降低变形抗力，减少轧制压力，提高道次的压下率，因而对冷轧较难变形的取向硅钢片来说起着重大作用。润滑剂可以冷却和控制辊温，所以是保持好辊型的有利措施。润滑剂对轧制过程的作用，决定干其本身的性质、轧辊和金属的表面状态，金属硬化程度以及轧件最初厚度等因素。润滑剂含有游离脂肪酸越多，其表面张力越大，对金属表面的附着力也越大。因此形成的油膜也越均匀，在大的轧制压力下则不易破裂，能充分发挥润滑延伸作用，金属的硬度越大润滑剂对提高延伸率的作用越大。压下规程：由于冷轧的压下率直接影响硅钢的组织和磁性，所以压下规程对于冷轧取向硅钢尤为重要。选择适宜的压下量，是以轧辊的允许负荷、电机功率、所用的辊凸度、润滑条件及带钢张力为依据。一般说来在第一道和第二道中采用最大的压下率(一般30％，最大40％)，以后随着加工硬化和硬度的提高，压下率便逐渐下降。带张力轧制取向硅钢，压力可减少25％，提高轧制速度会使轧辊弹性变形减少，降低摩擦系数，提高带钢塑性，减小变形抗力，因而促进带钢厚度的变薄。综上所述，冷轧取向硅钢采用大压下，高速度和较大张力的操作是适宜的。3.3.2.4中间退火机组

对硅钢片进行中间退火，其目的：

(1)消除冷轧过程的加工硬化，发生初次(即一次)再结晶使钢极软化，有利于二次冷轧和为最终成品退火获得(110)[001]织构做好组织上的准备。(2)脱碳即带钢通过连续退火可使含碳量从冶炼0．05％降至0．008％以下，从而提高成品电磁性能。所谓脱碳，即带钢板表层溶干奥氏体或渗碳体的碳与氧化合，脱离钢的表层，其形成过程一是带钢内部的碳原子扩散到钢板表层，称之扩散过程；，二是表面碳原子与炉气介质进行化学反应，形成新的产物，被流动的气体带走的过程，即化学反应过程。为了有效地进行脱碳，应先除去带钢表而的油迹及其它脏物。因为部分油脂若不除去，在脱碳中产生渗碳现象而降低磁性，且使涂氧化镁涂层造成困难。脱脂方法很多，目前国内外常用的有：化学脱脂、火烧脱脂、电解脱脂、超声波脱脂等。中间退火在连续炉中进行，炉内通入保护性气体，为避免带钢表面生成氧化膜影响脱碳，在加热段和冷却段用干氢，为强化脱碳，在均热段使用湿的氢氮混合气体或加湿的分解氨，经中间退火处理后的带钢，再继续冷轧。3.3.2.5脱碳退火机组取向硅钢用两次冷轧法，即经第二次冷轧后的带钢还要脱碳退火(非取向钢无中间退火)，故又称二次脱碳。同时在脱碳退火后还要进行Mg0涂层，并经350~400℃烘干。MgO涂层的作用是：1)防止高温退火时(成卷)带钢的粘结。2)MgO与钢中Si形成MgSiO2玻璃质薄膜，是很好的绝缘层，其绝缘性能对小型变压器已足够了，对大型变压器则为以后涂磷酸盐绝缘层打下基础。3)有脱硫作用，如在高温退火前，把硫全部脱尽，则使二次再结晶难以进行，影响取向形成。因此，应在MgO溶液中加入一定量的硫，防止退火时硫被脱尽，而脱硫要控制在高温退火时二次再结晶开始后再进行。3.3.2.6成品高温退火取向织构是把先经过两次冷轧的硅钢带进行高温退火，在二次再结晶过程中使用有利取向晶粒择优成长而获得。高温退火在干氢中进行，在不同温度阶段，有不同的作用。550℃时Mg(OH)，分解为MgO与H2O，此刻必须排除水气，以免带钢氧化，并有利于底层的形成。800～1000℃时发生二