學習情境3

冷軋硅鋼板帶任務說明書學習領域板帶鋼軋制工作任務電工鋼的板帶軋制課時22學時學習目標1．掌握電工鋼的用途、牌號、鋼種2．掌握電工鋼技術條件中對性能要求3．掌握電工鋼生產的工藝流程4．掌握電工鋼冷軋生產的工藝特點5．掌握電工鋼軋制規程的制定6．掌握電工鋼的生產工藝制度7．掌握電工鋼生產中，酸洗、冷軋、退火和精整操作工序要點8．掌握電工鋼的尺寸精度和板型控制工作任務內容1．電工鋼的資訊2．學習電工鋼的產品技術條件，包括電工鋼的牌號和性能等3．學習冷軋板帶鋼生產工藝的三個基本特點4．學習電工鋼酸洗、退火工藝的制定5．電工鋼的軋制規程制定6．電工鋼酸洗、軋制、退火等工序的操作要點7．電工鋼的金相顯微組織8．冷軋鋼板厚度、寬度測量9.電工鋼產品質量證明書的填寫教學方法

講述法

任務教學法

小組討論法

課堂輔導、答疑教學工具

技術條件

工藝流程卡

質保書

卷尺、千分尺、鋼板尺任務說明

本任務是基于電工鋼生產的工作過程，引導學生掌握電工鋼生產的全部工作過程

在任務完成過程中，培養學生分析問題、解決問題的能力，培養學生系統的工作方法

采用課堂單獨輔導、答疑和小組討論等方式，指導學生完成資訊、計劃、方案制定、實施的全部工作過程

3.1.電工鋼資訊3.1.1.電工鋼的用途和分類電工鋼主要用于各種電動機、發電機和變壓器的鐵芯，它是一種磁性材料，是電力、電子和軍事工業中重要的軟磁合金。電工鋼分為四類：熱軋低硅鋼、熱軋高硅鋼、冷軋無取向硅鋼、冷軋取向硅鋼。3.1.2.冷軋電工鋼的標準（GB2521-88）牌號厚度mm最大鐵損W/kg最小磁感T最小疊片g/cm3抗拉強度MPa伸長率%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冷軋板生產必備知識3.2.1冷軋板的規格和用途冷軋帶鋼和薄板一般厚度為0.1～0.3mm，寬度為100～2000mm；均以熱軋帶鋼或鋼板為原料，在常溫下經冷軋機軋制成材。由于冷軋板帶鋼的產品規格繁多、尺寸精度高、表面質量好、機械性能及工藝性能均優于熱軋板帶鋼，因而被廣泛應用于機械制造、汽車制造、機車車輛、建筑結構、航空火箭、輕工食品、電子儀表及家用電器等工業部門。

現代工業對冷軋板帶鋼的質量要求愈來愈高，對牖種規格要求愈來愈廣泛，對產量要求也愈來愈大，因而冷軋板帶鋼的生產增長很快。冷軋板帶鋼的產量在工業發達的國家已占鋼材總產量的30％左右。

冷軋板帶鋼生產綜合應用了現代冶金、機械、電氣、自動控制等學科的最新成果。因而就生產能力、效率、機械化與自動化程度而言，冷軋板帶鋼生產在全部軋制生產中居最前列。3.2.2冷軋板帶鋼生產的發展

最早的冷軋機是二輥式，以后采用工作輥輥徑較小而剛性較大的四輥軋機與多輥軋機。軋制方式由單片無張力軋制發展到成卷帶張力可逆軋制，進而發展到輥系全連續軋制。四輥冷軋機結構簡單，有較高的剛性，且易調整，因而應用極為普遍。四輥可逆式軋機主要用來生產碳結鋼或合金鋼板帶，適于小批量多品種生產的要求，產量不大，投資較少。為了使冷軋帶鋼軋機能靈活調控板形而出現很多可調控板形的新軋機，如HC軋機、MKW軋機、泰勒軋機等。HC軋機是于70年代初日本日立公司發明的，其特點是在支撐輥與工作輥之間有一中間輥，可軸向移動，這對改善板型和邊部厚差有利。此外，由于壓下量可以不受板形的限制，可以增大壓下量減少道次。使用這種軋機可以提高成材率1％～2％，產量可提高20％．節能約10％。MKW軋機主要特點:在采用支持輥傳動的四輥冷軋機的工作輥一側增設了側向支持輥，并將工作輥軸線偏移于支持輥軸線的一側．以防止工作輥的旁彎，從而可使工作輥的直徑大大減小，并利用側彎輥來調控板形。

連軋生產較之單饑架生產，其產量大、板帶精度高，收得率高、自動化水平高、消耗低、發展快且應用廣泛。冷連軋機發展至今已擁有快速換輥、液壓壓下、彎輥裝置和自動控制等新技術。軋制速度高達35～41m／s，卷重最大達60t。3.2.3冷軋板帶鋼生產工藝3.2.3.1冷軋板帶鋼生產的工藝特點（1）金屬的加工硬化

冷軋是在金屬再結晶溫度以下進行的軋制。在冷軋中，金屬的晶粒被破碎且不能產生再結晶回復，導致金屬產生加工硬化。由于加工硬化。使金屬變形抗力增大、軋制壓力升高，金屬的塑性降低，容易產生脆斷。當鋼種一定時，加工硬化的程度與冷軋的變形程度有關，變形程度愈大，加工硬化愈嚴重。加工硬化超過一定程度后，因金屬過于硬脆而不能繼續軋制。因此板帶鋼經一定的冷軋總變形量之后，須經熱處理(再結晶退火或固溶處理)，恢復其塑性，降低變形抗力，以利于繼續軋制。生產過程中每次軟化熱處理之前完成的冷軋工作，稱之為一個軋程。由此可見，在一定的軋制條件下，鋼的變形抗力愈高，成品的尺寸愈寬愈薄，所須的軋程就愈多。（2）冷軋中采用工藝潤滑與冷卻

冷軋采用工藝潤滑的主要作用是減小金屬的變形抗力、降低能耗、提高軋輥的壽命、改善帶鋼及鋼板厚度的均勻性和表面狀態，可使軋機生產厚度更小的產品。

以牛脂為基的動物油工藝潤滑的效果最佳，其次是植物油，如棕櫚油、蓖麻油、菜籽油等，礦物油最差。近年來研究用礦物油中添加極壓添加劑、油性添加劑等以提高潤滑效果，降低成本，并取得顯著的成效。

冷軋過程中由于軋件變形產生的變形熱和由于軋件和軋輥摩擦產生的摩擦熱，使軋件和軋輥溫度升高。故需采用工藝冷卻。現代冷軋機的軋制速度愈來愈高，軋制速度愈高，軋件和軋輥的溫升亦愈高，工藝冷卻就愈顯得重要。否則，因輥面溫度過高會引起淬火層硬度下降，并有可能促使淬火層內發生殘余奧氏體的分解，使輥面出現附加的組織應力。同時輥溫過高也會使工藝潤滑劑失效，使潤滑油膜破裂，使軋制不能正常進行。水是比較理想的冷卻液，因其比熱大、吸熱率高且成本低。油的潤滑性能雖比水好，但其冷卻能力則比水差得多。水的比熱比油大一倍，熱傳導率為油的3.75倍，揮發潛熱大10倍以上。由于水有如此優越的吸熱性能，故它是冷軋生產的最佳冷卻劑。

在冷軋過程中軋件表面只須有一層很薄的潤滑油膜，該油膜的厚度因軋件的型式、軋制條件與所軋品種的不同而異。實測表明冷軋薄帶鋼的耗油量約為0.5～1kg／t。因而在冷軋生產中，廣泛采用了兼顧潤滑和冷卻作用的油和水的混合劑——乳化液。對這種乳化液的要求是：當以一定流量噴到軋件和輥面上時，既能有效地吸收熱量，又能保證油劑以較快的速度均勻地而且確有一定數量地從乳化液中析離粘附在軋件和輥面上，以及時均勻地形成厚度適中的油膜。這是一種經濟而實用的潤滑冷卻液，在冷軋生產中得到廣泛應用。（3）冷軋中采用張力軋制

所謂“張力軋制”，就是軋件在軋輥中的變形是在一定值的前張力和后張力的作用下實現的。作用方向與軋制方向相同的張力叫做前張力；作用方向與軋制方向相反的張力叫做后張力。單位張力是作用在帶材斷面上的平均張應力。

張力在冷軋生產過程中起著非常重要的作用。其一是張力在軋制中自動地調節帶鋼的橫向延伸，使之均勻化，在張力的作用下，若軋件出現不均勻延伸，則沿軋件寬度方向上的張力分布將會發生相應的變化。在延伸大的一側，張力自動減小；在延伸小的一側，張力自動增大。張力沿軋件寬度方向得到自動調節，調節的結果使軋件沿寬度方向縱向延伸均勻化。在整個軋制過程，張力的自動調節在不斷進行，以確保軋件沿寬度方向的延伸分布均勻，以消除軋制過程中出現帶材跑偏、撕裂、斷帶等現象。其二是張力軋制能降低軋制壓力，軋制出更薄的產品。在軋制過程中，軋制壓力愈大，軋輥輥面的彈性壓扁愈大。當軋輥輥徑較大、軋制壓力增大到一定值時，軋輥對軋件就如同兩個平板對工件的壓縮。因然，在一定的軋制條件下，減小工作輥徑，能降低軋制壓力，但增大前后張力亦能降低軋制壓力，實驗表明，增大后張力較之增大前張力(指平均張應力)降低軋制壓力的效果更為顯著。

在現代冷軋機上都采用張力軋制，它不僅保證板帶材的平直度和更小的軋制厚度，而且可以減小軋制壓力，降低能耗。可以說，沒有張力，冷軋生產就不可能順利進行。3.2.3.2冷軋板帶鋼生產的工藝流程

冷軋板帶生產的工序和工藝流程與產品緊密相關．隨產品的要求不同。工藝流程也有所不同。

冷軋板帶鋼產品以熱軋帶鋼作為原料，因其表面有氧化鐵皮，所以在冷軋前要把氧化鐵皮清除掉．故酸洗是冷軋生產的第一工序。酸洗后即可軋制，軋制到一定厚度，由于帶鋼的加工硬化，必須進行中間退火，使帶鋼軟化。退火之前由于帶鋼表面有潤滑油，必須把油脂清洗干凈，否則在退火中帶鋼表面形成油斑，造成表面缺陷。經過脫脂的帶鋼，在帶有保護性氣體的爐中進行退火。退火之后的帶鋼表面是光亮的，所以在進一步的軋制或平整時，就不須酸洗。帶鋼軋至所需尺寸及精度后，通常進行最終退火，為獲得平整光潔的表面及均勻的厚度尺寸和調節機械性能要經過平整。帶鋼在平整之后，根據定貨要求進行剪切。成張交貨要橫切，戍卷交貨必要時則縱切。

綜上所述，一般用途冷軋板帶鋼的生產工序是：酸洗、冷軋、退火、平整、剪切、檢查缺陷、分類分級以及成品包裝。冷軋板帶鋼產品極為廣泛，其具有代表性的產品有金屬鍍層板(鍍錫板、鍍鋅板等)、深沖鋼板(汽車板等)、電工用硅鋼板與不銹鋼板等。3.2.3.3冷軋(1)冷軋機的生產形式

現代冷軋機按軋輥配置方式可分四輥式與多輥式兩大類，按機架排列方式又可分單機架可逆式與多機架連續式兩種。

單機架可逆式適于產品的品種規格變動頻繁而每批產品的生產數量又不大，或者合金鋼產品比例較大的生產情況。這種軋機生產能力較低，投資小、建廠快、靈活性大，適宜于中小型企業。

連續式冷軋機生產效率高，當產品品種較為單一或變動不多時，連軋機最能發揮其優越性。冷連軋機目前生產的規格范圍：板帶寬度450～2450mm。厚度0.076～4mm。根據所生產產品規格，確定機架的數目。三機架冷連軋機主要用于生產厚度0.6～2.0mm的汽車鋼板，總壓下率達60％。四機架冷連軋機，可生產厚度0.35～2.7mm的產品．總壓下率達70～80％。五機架冷連軋機可生產厚度0.25～3.5mm的產品，六機架冷連軋機專用于生產厚度可薄至0.09mm的鍍錫板。(2)可逆式冷軋機組的組成及工藝操作

可逆式冷軋機組由四部分組成：板卷運輸及開卷設備、軋機、前后卷取機、卸卷裝置及鋼卷收集設備。3.2.3.4冷軋板帶鋼軋制工藝制度的制定由于冷軋板帶鋼的工藝特點所決定，例如：對一定的鋼種、規格的產品．必需有一定的冷軋總變形程度，才能通過熱處理獲得所需要的組織和性能。因而冷軋帶鋼原料厚度的選擇主要依據冷軋總變形程度。此外還應考慮板帶的表面質量和提高冷軋生產能力。冷軋變形程度的確定主要取決于所軋鋼種的特性、原料及成品的厚度、所采用的冷軋工藝以及軋機能力等。如：同樣的原料和成品，隨著工藝潤滑的改善，采用高硬度的小工作輥或采用不對稱軋制等均能增大道次壓下量，減少軋程。因此，在確定冷軋軋程方案時，應充分考慮到各種提高冷軋效率的手段與可能性。冷軋各道次(機架)壓下量的分配原則：前幾道有時受咬入條件限制，為了使來料得以均整并使軋制過程穩定，第一道壓下率應適當小些。中間各道次的壓下率應充分利用軋機的能力。成品及成品前道次，為保證厚度精度及板型，采用較小的壓下量。

在制定壓下規程時．還必須確定與之相應的張力制度。這也是冷軋帶鋼軋制規程的另一特點。

常用的壓下規程設計的方法是：先按經驗并按規程設計的一般原則和要求，對各道次(機架)壓下進行分配；進而按工藝要求并參考經驗資料，選定各道次(機架)間的單位張力；最后校核設備的負荷及各限制條件，并作適當修正。配各機架的負荷，對于單機座軋機按等壓力分配，以確保產品的厚度精度和板型要求。對冷連軋，通常采用能耗法。若有能耗曲線資料．則可直接按上述原則確定各架負荷分配比，算出壓下量，其方法與熱連軋帶鋼相類似。3.3.冷軋硅鋼生產工作任務冷軋取向硅鋼片的生產工藝流程如下：熱軋硅鋼卷→常化→冷軋→中間退火→冷軋→脫碳退火→高溫→退火→熱平整→縱剪機組→消除應力退火生產中各主要工序均在專用機組中進行。3.3.1.冷軋硅鋼片的原料準備3.3.1.1.原料

冷軋硅鋼的原料為硅鋼熱連軋鋼卷，熱軋硅鋼帶坯時，提高加熱溫度，能促使鋼中夾雜溶解；軋后進行噴水急冷，使某些夾雜來不及聚集成長，而使之形成彌散分布的極細質點以有利于取向的生成。通常，MnS完全固溶的溫度1350℃左右，最大析出溫度1000～1160℃，因而板坯加熱溫度必須高于1350℃。連軋開軋溫度1160℃以后在MnS最大析出溫度范圍內進行精軋，終軋溫度940℃，卷取溫度550℃的條件下，才能保證MnS的充分固溶并在隨后的冷軋和熱處理過程中以最佳尺寸最好分布狀態析出，這樣才能充分發揮MnS對初次晶粒長大的抑制作用。3.3.1.2.常化-酸洗由于鋼種的不同對工藝要求也不同，對冷軋前熱軋帶卷經過這機組的處理工序也不盡相同。

開卷一剪切：由于熱軋帶卷重量較小，冷軋前將幾個板卷拼焊起來。目前，冷軋的帶鋼卷已從6～7噸，增加到15～21噸，或更大些，焊接前剪去卷帶的頭、壓端，并采用氬弧焊(或用其它保護氣體)，較厚的坯料可用電阻對焊，焊后對焊縫清理。為保證側邊質量，還需用圓盤剪剪縱邊。這些工序可在機組前半部完成，或在單獨的準備機組上進行。退火一酸洗：經拼卷，剪切后的帶卷。繼續在機組后半部進行退火，拋丸處理、酸洗等工作。預退火目的，主要是使帶鋼軟化，利于冷軋，另外，有以下作用：消除剪邊后的殘余應力，使帶鋼生成一層均勻的，最容易洗去的氧化鐵皮，帶鋼的余熱可加熱酸液。對某些軟的鋼種可不經退火。預退火溫度不能過高，以免晶粒長大，質變脆。經拋丸處理的帶坯可去鱗78％左右，并能使殘余的氧化膜形成龜裂，利于酸洗，拋丸溫度約80℃左右。酸洗系用10～18％，的鹽酸，酸槽要加熱，以控制出口端有較高的溫度，酸洗后的帶鋼，進行清洗、刷洗、再經干燥器烘干、涂油進入軋機。3.3.2.冷軋硅鋼軋制3.3.2.1冷軋的任務主要決定成品帶鋼的尺寸和形狀，確保其表面光滑、厚度均勻、板型平直。對電工鋼還決定磁性，中間退火前后的冷軋壓下率(特別是二次冷軋壓下率)，最適宜的壓下率分配顯著地改善冷軋取向硅鋼的電磁性能。3.3.2.2軋機選擇

由于硅鋼硬度高、強度高、延伸擊韌性低，冷軋時變形抗力高和冷脆性使軋制過程困難。因此需要剛性好的軋機，具有與成品厚度相適應的工作輥直徑，一般根據產品的最終厚度、產量和織構類別選擇適合的軋機。目前大部分用四輥可逆軋機，MKW型八輥軋機以及ZR22BS型二十輥森吉米爾軋機等。

對生產較薄的硅鋼，或高硅的硅鋼片采用工作輥直徑較小的八輥、二十輥軋機較好。3.3.2.3軋制工藝軋制工藝主要包括軋輥輥型設計、潤滑和壓下規程的制訂。輥型設計的主要任務是保證帶鋼獲得要求的形狀和尺寸公差，軋制精度直接取決于軋機工作輥輥縫的大小和形狀。由于潤滑能降低軋件與輥面間的摩擦系數，降低變形抗力，減少軋制壓力，提高道次的壓下率，因而對冷軋較難變形的取向硅鋼片來說起著重大作用。潤滑劑可以冷卻和控制輥溫，所以是保持好輥型的有利措施。潤滑劑對軋制過程的作用，決定干其本身的性質、軋輥和金屬的表面狀態，金屬硬化程度以及軋件最初厚度等因素。潤滑劑含有游離脂肪酸越多，其表面張力越大，對金屬表面的附著力也越大。因此形成的油膜也越均勻，在大的軋制壓力下則不易破裂，能充分發揮潤滑延伸作用，金屬的硬度越大潤滑劑對提高延伸率的作用越大。壓下規程：由于冷軋的壓下率直接影響硅鋼的組織和磁性，所以壓下規程對于冷軋取向硅鋼尤為重要。選擇適宜的壓下量，是以軋輥的允許負荷、電機功率、所用的輥凸度、潤滑條件及帶鋼張力為依據。一般說來在第一道和第二道中采用最大的壓下率(一般30％，最大40％)，以后隨著加工硬化和硬度的提高，壓下率便逐漸下降。帶張力軋制取向硅鋼，壓力可減少25％，提高軋制速度會使軋輥彈性變形減少，降低摩擦系數，提高帶鋼塑性，減小變形抗力，因而促進帶鋼厚度的變薄。綜上所述，冷軋取向硅鋼采用大壓下，高速度和較大張力的操作是適宜的。3.3.2.4中間退火機組

對硅鋼片進行中間退火，其目的：

(1)消除冷軋過程的加工硬化，發生初次(即一次)再結晶使鋼極軟化，有利于二次冷軋和為最終成品退火獲得(110)[001]織構做好組織上的準備。(2)脫碳即帶鋼通過連續退火可使含碳量從冶煉0．05％降至0．008％以下，從而提高成品電磁性能。所謂脫碳，即帶鋼板表層溶干奧氏體或滲碳體的碳與氧化合，脫離鋼的表層，其形成過程一是帶鋼內部的碳原子擴散到鋼板表層，稱之擴散過程；，二是表面碳原子與爐氣介質進行化學反應，形成新的產物，被流動的氣體帶走的過程，即化學反應過程。為了有效地進行脫碳，應先除去帶鋼表而的油跡及其它臟物。因為部分油脂若不除去，在脫碳中產生滲碳現象而降低磁性，且使涂氧化鎂涂層造成困難。脫脂方法很多，目前國內外常用的有：化學脫脂、火燒脫脂、電解脫脂、超聲波脫脂等。中間退火在連續爐中進行，爐內通入保護性氣體，為避免帶鋼表面生成氧化膜影響脫碳，在加熱段和冷卻段用干氫，為強化脫碳，在均熱段使用濕的氫氮混合氣體或加濕的分解氨，經中間退火處理后的帶鋼，再繼續冷軋。3.3.2.5脫碳退火機組取向硅鋼用兩次冷軋法，即經第二次冷軋后的帶鋼還要脫碳退火(非取向鋼無中間退火)，故又稱二次脫碳。同時在脫碳退火后還要進行Mg0涂層，并經350~400℃烘干。MgO涂層的作用是：1)防止高溫退火時(成卷)帶鋼的粘結。2)MgO與鋼中Si形成MgSiO2玻璃質薄膜，是很好的絕緣層，其絕緣性能對小型變壓器已足夠了，對大型變壓器則為以后涂磷酸鹽絕緣層打下基礎。3)有脫硫作用，如在高溫退火前，把硫全部脫盡，則使二次再結晶難以進行，影響取向形成。因此，應在MgO溶液中加入一定量的硫，防止退火時硫被脫盡，而脫硫要控制在高溫退火時二次再結晶開始后再進行。3.3.2.6成品高溫退火取向織構是把先經過兩次冷軋的硅鋼帶進行高溫退火，在二次再結晶過程中使用有利取向晶粒擇優成長而獲得。高溫退火在干氫中進行，在不同溫度階段，有不同的作用。550℃時Mg(OH)，分解為MgO與H2O，此刻必須排除水氣，以免帶鋼氧化，并有利于底層的形成。800～1000℃時發生二