淺析軋鋼技術(shù)傳統(tǒng)工藝

胡屈

【摘要】鋼鐵工業(yè)，在伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展中，漸漸成為我國發(fā)展的中流砥柱。在冶金工業(yè)中，軋制工藝技術(shù)主要涉及冷軋工藝和熱軋工藝，鋼材生產(chǎn)與加工工藝中最重要的工序，就是對鑄造成型的材料進(jìn)行軋鋼工藝處理，其工藝直接影響鋼材的質(zhì)量。于是接下來本文將對我國冶金行業(yè)的冷軋工藝和熱軋工藝技術(shù)進(jìn)行梳理和分析。

【關(guān)鍵詞】軋鋼工藝；鋼鐵；分析

伴隨現(xiàn)代化逐步加快的步伐，中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，社會(huì)主義建設(shè)水平也隨之不斷提高，中國對鋼鐵產(chǎn)品的需求也隨之不斷增加。在冶金工業(yè)中，鋼鐵生產(chǎn)和加工過程中最關(guān)鍵的工藝是對鑄造材料進(jìn)行軋鋼工藝處理。軋鋼工藝廣泛應(yīng)用于重工業(yè)，在冶金工業(yè)中發(fā)揮著不可或缺的作用，該工藝涉及在生產(chǎn)所有機(jī)械部件的生產(chǎn)制造中。軋鋼技術(shù)可以根據(jù)公司的實(shí)際需求處理和整合原材料，從而完成從原材料到成品的過渡。在實(shí)際操作中，經(jīng)常使用的是冷軋工藝和熱軋工藝。軋鋼工藝是指使用機(jī)器來改善鋼的內(nèi)部品質(zhì)和增強(qiáng)其他性能；而且也可以通過高壓將鋼鐵改變成工程上所需要的形狀。通常，在軋鋼過程中消耗能量的因素是用于塑形加工原材料，或是用于高溫加熱和低溫冷藏鋼材。

1軋鋼工藝的主要概述

為使鋼錠或鋼坯軋制成特定的形狀、尺寸和特性，就需要一系列加工工序來完成。鋼鐵制造需要很多步驟去完成生產(chǎn)鋼鐵，包括煉鐵、煉鋼到模鑄的幾個(gè)階段，使鋼鐵初具規(guī)模。主要過程是，鋼鐵原材料經(jīng)過冶煉鋼鐵、模型鑄造、鑄造成型等，再通過軋鋼工藝，最終形成所需要的鋼材。從以上可知，鋼材成型的最后一步就是軋鋼，軋鋼的基本過程即為：給鋼坯適當(dāng)恒定的壓力，使鋼錠形狀迫于壓力而發(fā)生變化，而后經(jīng)過進(jìn)行熱軋工藝和冷軋工藝之后，在提高鋼的內(nèi)部質(zhì)量的同時(shí)，也能變成我們生產(chǎn)中所預(yù)期的形狀。我們平常所見到的汽車、鍋爐、鋼筋等都是由此制造出來的。不同的產(chǎn)品所需要的軋制工藝不同，其生產(chǎn)工藝流程也千差萬別。軋鋼的生產(chǎn)流程的制定是在工廠設(shè)計(jì)領(lǐng)域最重要的項(xiàng)目之一。軋鋼工藝根據(jù)溫度進(jìn)行分類則分為熱軋工藝和冷軋工藝，二者在工藝上既相互聯(lián)系又相互區(qū)別。

雖然冷軋工藝和熱軋工藝的是都是鋼鐵的生產(chǎn)工藝，但是確有著千差萬別。第一，熱軋過程在高溫加熱條件下完成加工，進(jìn)行高溫軟化以及薄化鋼材，但它不會(huì)改變鋼材料自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而冷軋鋼板進(jìn)行處理卻是在拔管機(jī)上進(jìn)行加工，其改變了鋼體的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)，這樣的冷加工包括冷拉、冷拔、去銹等工藝。第二，冷軋工藝形成的產(chǎn)品，截面可能會(huì)出現(xiàn)一些的屈曲的情況，但它在生產(chǎn)過程中是被允許的，因?yàn)檫@類屈曲可以使產(chǎn)品充分利用桿件的屈曲承載力，反而會(huì)使桿件承受力只增不減；但熱軋型的鋼制品在生產(chǎn)過程中卻是不被允許產(chǎn)生部分屈曲的。第三，冷軋鋼板和熱軋鋼板在截面上的應(yīng)力分布也有很大不同，其原因是二者殘余應(yīng)力產(chǎn)生的緣由并不相同。冷軋鋼型的殘余應(yīng)力分布是彎曲型的，而熱軋鋼型的殘余應(yīng)力的分布是薄模型的。

2熱軋軋鋼工藝

2.1熱軋工藝技術(shù)流程

熱軋工藝是將煉制成型的鋼坯轉(zhuǎn)化為成品的第一個(gè)環(huán)節(jié)。第一，把連鑄坯投入到加熱的爐中，經(jīng)過初軋機(jī)軋制后進(jìn)入到精軋環(huán)節(jié)。第二，要將鋼坯不斷的推進(jìn)與擠壓，使得鋼坯越來越薄，把完成了初步軋制的軋坯加熱，從而使其軟化，并被輥道送入軋機(jī)，進(jìn)行尺寸上的軋型。最后，熱軋的成品就是錠式板和鋼卷。通過熱工藝的鋼坯厚度基本上是保持在幾毫米之內(nèi)的。因鋼材本身具有力學(xué)特性，經(jīng)過熱軋軋鋼工藝得到的鋼材產(chǎn)品，其可塑性與材料韌性相比較冷軋軋鋼工藝得到的鋼材都要更好。因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，熱軋軋鋼工藝鋼材成品比冷軋軋鋼工藝鋼材成品應(yīng)用范圍更廣。但是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，熱軋軋鋼工藝取得的鋼材如果有特殊用途，還需要再次進(jìn)行冷軋軋鋼工藝才能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

2.2熱軋工藝技術(shù)要點(diǎn)

由于熱軋軋鋼過程自身的工藝難度比冷軋軋鋼過程簡單得多，因此注意以下幾點(diǎn)就足以獲得優(yōu)質(zhì)的熱軋鋼。第一，保持軋機(jī)本身的實(shí)際壓力的均勻分布；第二，使軋機(jī)本身保持在合理適當(dāng)?shù)膲毫ο?；第三，隨時(shí)觀察軋輥磨損狀況，如若磨損嚴(yán)重及時(shí)更換軋輥；第四，經(jīng)常移動(dòng)軋件以防止在一個(gè)位置長時(shí)間過長，而導(dǎo)致的局部溫度過高；第五，為避免軋制線太低，在更換軋輥期間也要適當(dāng)調(diào)整支撐軋輥的墊料；第六，使用蒸汽清潔軋件的表面，以避免鋼表面上過多的氧化鐵殘留物。在熱軋過程中，只要保證上述六點(diǎn)，就可以獲得優(yōu)質(zhì)的熱軋鋼。

3冷軋軋鋼技術(shù)

冷軋鋼與熱軋鋼相比是有一定區(qū)別存在，熱軋鋼的有序性、連貫性都比較強(qiáng)，而冷軋鋼則較為分散。冷軋鋼的原材料是在經(jīng)過熱扎、粗軋、精軋等工藝后的鋼卷，這種鋼卷厚度往往在2到4毫米之間，而后使用鹽酸進(jìn)行酸洗和退火處理，將鋼卷轉(zhuǎn)化成坯料，然后進(jìn)行多輥軋機(jī)對鋼卷進(jìn)行進(jìn)一步的薄化處理，將鋼卷軋成厚度在0.8毫米以內(nèi)的薄板。在消除殘余應(yīng)力方面，熱處理比冷處理要強(qiáng)大的多，因?yàn)槔滠堜摵苋菀自诩庸み^程中出現(xiàn)受力不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品變形。因此，當(dāng)前除了生產(chǎn)限定的薄板或者小號(hào)型鋼運(yùn)用冷軋工藝，大多產(chǎn)品都是以熱軋工藝為主要煉制手段。

冷軋鋼軋制工藝是坯料在初步熱軋和軋制工藝后的，其產(chǎn)品有特殊使用條件要求的工藝，需要進(jìn)一步加工鋼材。該過程主要包括以下工藝流程：首先，冷軋過程進(jìn)行潤滑加工。其次，進(jìn)行冷軋過程的退火過程，最后進(jìn)行冷軋工藝氧化膜處理。下面針對上述三個(gè)流程進(jìn)行分析。

3.1冷軋工藝的潤滑加工分析

當(dāng)多輥軋機(jī)用于加工時(shí)，由于并非進(jìn)行高溫加工，冷金屬的抗變形能力使冷軋機(jī)的軋制力非常高，軋制速度接近2500m/s，使金屬在高速和高壓下變形。在該過程中，金屬內(nèi)部的摩擦產(chǎn)生大量的熱能，并且軋制材料的變薄引起軋輥和軋制材料的相對運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過程中，為了減少軋制力和功率消耗，控制軋制過程中的溫度，進(jìn)一步提高軋制鋼產(chǎn)品的質(zhì)量，使其更容易延伸，則需要減少兩種材料的摩擦，解決方法是必須在接觸面上涂抹潤滑冷卻劑，這稱為冷軋鋼工藝潤滑，這是冷軋過程中鋼鐵工藝的一個(gè)重中之重的部分。添加潤滑劑的過程可稱為潤滑處理。這個(gè)過程在冷軋和軋制過程中非常重要。潤滑過程的成敗直接影響冷軋軋制過程中成品鋼材的質(zhì)量。首先，必須在潤滑過程中控制潤滑劑在鋼材上的油性，以確保軋機(jī)和鋼之間擁有的良好潤滑效果。第二是確保潤滑劑具有優(yōu)異的冷卻能力，冷卻能力越好表明散熱效果越好。由于軋機(jī)和鋼之間的多余熱量可以消散，因此鋼可以在理想的溫度環(huán)境下冷軋軋制。此外，冷軋鋼軋制過程中使用的潤滑劑除了需要具有一定的過濾性之外還需要一定的清潔性。而潤滑劑本身的過濾性能還可以去除潤滑劑中的其他雜質(zhì)，防止多余的雜質(zhì)吸附到鋼的表面，滿足清潔需要。該過程有利于鋼的進(jìn)一步退火。

3.2冷軋工藝的退火處理分析

退火處理冷軋過程中的一步，這是冷軋過程中的重要加工步驟之一。退火處理基本上是一種不對坯料進(jìn)行脫脂而直接退火的方法。在正常情況下，如果潤滑劑在退火過程之前的潤滑過程中使用不當(dāng)，則會(huì)在鋼的表面上產(chǎn)生大量的斑點(diǎn)。因此，有必要確保在退火之前使用的是高質(zhì)量的潤滑劑，從而可以優(yōu)化退火過程。使用高質(zhì)量的潤滑劑可以減少退火后在鋼表面上形成的斑點(diǎn)的數(shù)量。

3.3冷軋工藝氧化膜處理分析

氧化膜處理是冷軋鋼軋制過程中的最后一道加工步驟。該工藝的主要目的對經(jīng)過熱軋軋鋼工藝處理的坯材再次進(jìn)行不間斷進(jìn)行5次氧化膜處理，使坯料具有下一步驟冷軋鋼的加工條件。在氧化膜處理過程中，需要氧化劑，并且用氧化劑處理該材料以實(shí)現(xiàn)的氧化膜效果。

冷軋鋼軋制工藝對比熱軋鋼軋制工藝，工藝本身具有一定的局限性，因?yàn)楦鶕?jù)鋼材本身的力學(xué)性能，冷軋鋼軋制工藝會(huì)在鋼材表面留下一些應(yīng)力，從而導(dǎo)致冷軋鋼軋制過程的形成的產(chǎn)品的穩(wěn)定性和韌性略差于熱軋工藝。所以在冶金工業(yè)的生產(chǎn)中，冷軋工藝用于生產(chǎn)鋼材厚度相對較薄或體積較小的鋼材。

4軋鋼工藝的發(fā)展方向

雖然軋鋼工藝對中國鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，但其能耗卻過高卻不容忽視。有了成熟的技術(shù)之后，下一步是優(yōu)化技術(shù)并實(shí)現(xiàn)節(jié)能。節(jié)能是一項(xiàng)涉及范圍廣泛的綜合技術(shù)，節(jié)約能源是確定科研項(xiàng)目的基本條件之一，軋鋼的節(jié)能將對軋鋼過程產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。新型軋鋼技術(shù)、新技術(shù)和新設(shè)備的開發(fā)是基于節(jié)能。目前，煉鋼節(jié)能工作已經(jīng)轉(zhuǎn)移到軋制過程，從節(jié)能的角度改革現(xiàn)有的軋鋼工藝不僅可以獲得節(jié)能效果，而且可以促進(jìn)快速改善軋制過程的水平。從節(jié)能的角度來看，現(xiàn)在所大量使用的加熱爐的熱效率低于50%，即超過一半的燃料白白損失，沒有加以利用；從加熱的角度來看，連鑄坯可以直接送到軋機(jī)軋制成成品而無需再加熱，從而滿足軋溫度要求。但現(xiàn)在由于與連鑄配合不當(dāng)，大多數(shù)中國的軋機(jī)都無法實(shí)現(xiàn)直接軋制，甚至熱軋的熱裝工藝仍然很少，目前工廠都是將大部分連鑄坯都冷卻下來后，再到加熱爐內(nèi)加熱，這一過程浪費(fèi)了大量燃料。目前，還存在許多軋制工藝中的不足之處，例如工藝間斷開、加熱溫度不合理、軋制工藝和設(shè)備陳舊以及軋后熱處理等過剩等問題，因此鋼軋節(jié)能的潛力是很巨大的。節(jié)約軋鋼能量的主要方法是減少消耗，回收余熱廢熱。減少消耗從長遠(yuǎn)利益出發(fā)，只有從軋制技術(shù)出發(fā)，煉鋼節(jié)能工作才能取得明顯成效。日本的軋鋼工藝消耗的能源更少。除了先進(jìn)的設(shè)備，軋制過程中的大膽改革也是主要原因。而回收余熱廢熱則需要回收鋼錠、鋼坯、軋制產(chǎn)品、成品以及從爐膛排出的煙氣中來回收廢熱。

5結(jié)束語

鋼鐵工業(yè)作為我國不可或缺的一門行業(yè)，其加工過程更是值得我們關(guān)注和改進(jìn)的地方。軋鋼工藝的研究和發(fā)展，對我國未來發(fā)展有著深刻的意義以及深遠(yuǎn)的影響。但是我們也不得不面對研究中出現(xiàn)的很多問題，對于這些問題，相信相關(guān)領(lǐng)域的人才將在不遠(yuǎn)的將來改進(jìn)這方面的技術(shù)，從而使得這項(xiàng)技術(shù)可以自給自足，打破發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖，為建設(shè)現(xiàn)代化的強(qiáng)國獻(xiàn)出自己的一份貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐戰(zhàn)華，黃龍龍，劉世魁.新時(shí)期軋鋼生產(chǎn)工藝研究.城市建設(shè)理論研究（電子版），2018.

[2]楊帆，黃珍，劉志芳等.淺談冷軋軋鋼工藝的相關(guān)要點(diǎn).中國設(shè)備工程，2016.

[3]李海軍.型鋼軋鋼工藝的相關(guān)要點(diǎn)分析.中國機(jī)械，2015

[4]霍廣超.冶金工業(yè)時(shí)代的軋鋼工藝技術(shù)分析.中國金屬通報(bào)，2018

[5]王闊.淺談冷軋軋鋼工藝的相關(guān)要點(diǎn).科技風(fēng)，2014.