CN110773566B

CN110773566B - 一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法

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Publication number: CN110773566B
Application number: CN201911123929.2A
Authority: CN
Inventors: 李长生; 金鑫; 王煜
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN110773566A

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

一种制备冷轧极薄钢带的异步冷连轧方法

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变硬化指数较低的钢种，提高了S1、S2机架的压下能力；M2应用于初始强度较低但应变硬化指数较高的钢种，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

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，v_iu为第i机架上工作辊线速度，v_id为第i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，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％。