冷加工专题报告完成版汇总.docx

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冷加工专题报告完成版汇总

北京科技大学

生产实习冷加工专题报告

学院：

材料科学与工程学院

班级：

材科1201

组员：

章雨峰、张凯

陈之行、罗霄

晏文斌、孙燕妮

李春昕、聂东旭

2015年7月21日

摘要

冷加工是材料生产流程的重要组成部分，是能够影响材料内部组织的加工工艺，对材料的性能有强的操控性。

冷加工是在再结晶温度以下的加工工艺，常见的冷加工工艺包括：

冷锻、冷轧、冷挤压、冷拔、冷冲压等。

北冶公司冷加工车间主要是冷轧，主要工艺流程是：

预处理→黑化→酸洗及碱浸→修磨及探伤→切头焊接及打卷→开坯轧制→热处理→轧制→拉矫→剪切→检验→包装、入库。

通过检测分析，钢中化学成分含量的多少、热轧钢带的质量、原料的几何尺寸都会对冷加工产品的质量造成一定的影响。

关键字：

冷轧、冷加工工艺、热处理、冷加工产品质量

目录

摘要1

引言3

1北京北冶功能材料有限公司简介4

1.1企业概况4

1.2.1冷轧原料的准备4

1.2.2设备4

2冷加工6

2.1常见的冷加工工艺6

2.1.1冷锻6

2.1.2冷拔7

2.1.3冷挤压7

2.1.4冷冲压8

2.1.5冷轧8

3冷轧工序8

3.1生产工艺9

3.1.1准备工序9

3.1.1.1预处理9

3.1.1.2黑退9

3.1.1.3酸洗及碱浸9

3.1.1.4修磨10

3.1.1.5探伤10

3.1.1.6切头焊接与打卷10

3.1.2轧制工序（含轧制工序和精整工序）10

3.1.2.1开坯轧制11

3.1.2.2热处理11

3.1.2.3轧制11

3.1.2.4拉矫11

3.1.2.5剪切11

3.1.2.6检验，包装入库11

3.2冷加工工艺特点与优点12

3.3影响冷轧产品质量的因素12

3.3.1钢的化学成分对成品性能的影响12

3.3.1.1碳的影响12

3.3.1.2硫的影响13

3.3.1.3锰的影响14

3.3.2热轧带钢对冷轧质量的影响14

3.3.3原料几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响14

4总结15

参考文献：

16

致谢17

引言

对于一个工件产品，我们关心的是工件的成分与性能，然而对于材料给定的工件来说其成分是确定的，则影响工件质量的主要是工件的性能，而性能是由其内部组织结构决定的。

材料主要生产流程：

冶炼→锻造→热加工→冷加工→热处理。

在其生产流程中，能够影响内部结构的主要生产工艺，包括冶炼，材料加工，热处理等。

冶炼的目的是获取一定尺寸的钢锭；材料加工是为了获取一定尺寸形状及性能的坏料或产品；热处理是为了使材料具有最佳的加工及使用性能。

由此可见材料加工对材料工程的重要性。

材料加工主要分为冷加工和热加工，两者以再结晶温度界定，高于再结晶温度的加工称热加工，比如铸造、锻造、热轧、挤压。

低于再结晶温度的加工称冷加工，冷加工通常指金属的切削加工，如车削、鉆削、铣削、刨削…而在金属工艺学中，冷加工则是指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等。

冷加工变形抗力大，在使金属成形的同时，可以利用加工硬化提高工件的硬度和强度。

我们的报告主要针对冷加工，介绍了冷加工的常见加工工艺、北冶公司冷加工车间的主要工艺流程以及分析影响冷加工产品质量的主要影响因素。

1北京北冶功能材料有限公司简介 

1.1企业概况     

北京北冶功能材料有限公司创立于 1960 年，于 2005 年 7 月由北京首钢冶金研究院改制而成，位于北京市德胜门外清河小营，是中关村科技园区内国家高新技术企业。

占地面积 20.8 万平方米，“十一五”末期拥有资产总值 3.5 亿元，是一个自主经营 , 独立核算的科研、试制和生产的联合体，是我国最大的特种金属功能材料的研发生产基地，国家重点军工配套生产定点基地。

     公司在精密合金（软磁、包括钕铁硼及稀土材料在内的永磁、膨胀、弹性、热双金属、电阻电热）、高温合金和不锈钢（镍铬系、沉淀硬化系、马氏体时效系）材料及制品的研究、开发、试制和生产等方面居国内先进水平，部分产品达到国际水平。

产品品种有铸造母合金、锻材、热轧材、冷轧带材、冷拉棒材、冷拔丝材、精密铸件及晶态和非晶态铁芯、互感器、冲加工制品等。

1.2冷加工车间介绍 

1.2.1冷轧原料的准备 

主要有黑退，碱浸或酸洗，修磨，探伤，焊接，打卷等工序。

 1.2.2设备 

1）设备简介 

三车间为冷轧车间，在清河区拥有的设备有500轧机、450轧机、360纵剪、立式喷氢光亮退火炉、卧式连续光亮退火炉、森基米尔20辊轧机、500mm拉矫机、600mm拉矫机、圆盘式剪切机等。

2）500轧机、450轧机

500轧机、450轧机均为四辊轧机. 

表一  500轧机、450轧机参数对比

设备

500轧机

450轧机

工作辊直径

265mm

220mm

支撑辊直径

500mm

450mm

可提供最大轧制力

600t

500t

轧制卷重

<3t

1.2t

轧制特点

轧制精度较高

产品表面质量较好

3） 退火炉 

北冶的退火设备包括立式喷氢光亮退火炉及卧室连续光亮退火炉。

两台卧式连续光亮退火炉为70、80年代的设备，比较老旧了，相对来说，立式喷氢光亮退火炉较先进，冷却时炉内通氮气、氢气作为保护气，防止了坯料在退火过程中的氧化，对坯料清洗干净、熔炼时张力稳定、退火后板材表面质量好，且由于退火时坯料为竖直放置，故能够防止空气中下落的尘埃落在板表面，减少了板表面的杂质附着。

 4）森吉米尔20辊轧机 

森吉米尔二十辊轧机中两根辊为工作辊，其他18跟辊均为承重辊。

20根轧辊按4-3-2-1呈塔形布置，上下对称地设置在机架的8个梅花孔内。

上下两个工作辊分别靠在两个第一中间辊上，上下两对第一中间辊支撑在3个第二中间辊上，6个第二中间辊支撑在外层固定于梅花孔里的8个支撑辊组上。

  森吉米尔20辊轧机所能轧制的最大卷重为6t，轧制的最大张力为275t，终轧厚度为0.1~0.15mm，轧制速度可达1.7~1.8m/min。

采用油作坯料轧制时的冷却剂。

2冷加工

冷加工是指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺【1】，如冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等。

冷加工变形抗力大，在使金属成形的同时，可以利用加工硬化提高工件的硬度和强度。

冷加工在改善材料性能，提高产品质量方面具有举足轻重的地位。

2.1常见的冷加工工艺

冷加工是材料加工不可或缺的一部分，主要包括：

冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等加工工艺。

【2】

2.1.1冷锻

在室温进行的锻造称为冷锻。

冷锻是钢铁或有色金属在室温下进行的锻压加工，冷锻时锻件没有温度波动和氧化作用，可以得到精度高，表面光洁的锻件，容易达到无或者少切削的要求。

冷锻过程中还可利用加工硬化来提高锻件的强度和硬度，但冷锻时金属变形抗力大，只限于比较小的机器零件和低碳钢及有色金属材料。

2.1.2冷拔

在外加拉力的作用下，使金属通过模孔以获得所需形状和尺寸制品的塑性加工方法。

拉拔是管材、棒材、型材以及线材的主要生产方法之一。

按拉拔时金属的温度分，在再结晶温度以下的拉拔是冷拔，在再结晶温度以上的拉拔是热拔，拉拔一般在室温条件下进行（即一般都是冷拔），只有室温强度高、塑性差的合金如钨、锌等才需要加热。

2.1.3冷挤压

挤压是迫使金屑块料产生塑性流动，通过凸模与凹模间的间隙或凹模出口，制造空心或断面比毛坯断面要小的零件的一种工艺方法。

如果毛坯不经加热就进行挤压，便称为冷挤压。

特点：

1）具有比轧制等加工方法更为强烈的三向压应力状态，充分发挥金属的塑性

（2）可以在一台设备上生产形状简单的棒、管以及型材，而且可以生产断面及其复杂，以及变断面管材和型材。

3）制件表面质量好，尺寸精度高：

可生产壁厚：

0.3-0.5mm；尺寸精度：

±0.05-0.1mm的挤压件。

4）容易实现生产过程的机械化和自动化。

缺点：

◆成品率低：

压余和缩尾。

◆加工速度低，生产效率低，辅助工序时间长。

◆制品组织性能不均匀。

◆工具消耗大。

2.1.4冷冲压

冷冲压是在常温下，利用冲压模在压力机上对板料或热料施加压力，使其产生塑性变形或分离从而获得所需形状和尺寸的零件的一种压力加工方法。

冲压具有生产率高，成本低，材料利用率高，产品尺寸稳定，操作简单和容易实现机械化，自动化等一系列优点，适合大量生产。

2.1.5冷轧

轧制是靠两个旋转方向相反的轧辊与扎件之间的摩擦力将扎件拉入辊缝，使金属受到压缩，扎件的截面积减小而长度增加的工艺。

按轧制温度分为热轧，温扎和冷轧。

在材料再结晶以上进行的轧制称为热轧，室温下进行的为冷轧，介于两温度之间的为温扎。

轧制是塑性成形应用最广泛的工艺方法，由于实习主要是围绕冷轧展开的，故下面将详细介绍冷轧工艺。

3冷轧工序

北冶冷加工车间采用的主要生产工艺是冷轧，通过冷轧在再结晶温度以下生产带材，薄带材，极薄带材。

相比于热轧而言，厚度薄、尺寸公差小、具有更好的表面质量等优点。

3.1生产工艺

冷轧生产工序由坯料准备工序，轧制工序及精整工序组成。

3.1.1准备工序

3.1.1.1预处理

冶炼，锻造，热轧成带坯，疏松等工序并不是在冷加工车间完成不再叙述。

3.1.1.2黑退

首先要对原材料进行黑退处理，黑退为退火热处理。

将原材料轧制为6mm-2.5mm，此要求是因为热处理对材料尺寸有一定要求，如果没有达到此工艺要求的话，会使材料出现加工硬化。

无法继续生产。

北冶的退火设备包括立式喷氢光亮退火炉及卧室连续光亮退火炉。

3.1.1.3酸洗及碱浸

经过黑退处理后原料将被进行碱浸或者酸洗处理，其目的在于去除冷带上的氧化皮。

由于酸洗会产生致密氧化层，阻止进一步浸蚀，因此北冶公司多采用碱浸处理；采用NaOH和NaNO3溶液加热到500℃处理，至表面发白为止。

但部分金属在500℃时会发生脆性转变，此时不可采用碱浸的方法，可采用酸洗等方法。

3.1.1.4修磨

修磨工艺以氧化层厚度以及客户对产品的要求（如粗糙度）为基础进行合理选择。

主要设备为砂轮机。

3.1.1.5探伤

目的在于去除大的冶金缺陷，如气泡、夹杂、疏松，如果发现存在缺陷，可以将其磨去或者直接切去。

由于缺陷一般为肉眼不可见，所用仪器为超声波探伤仪，根据波形分辨是否有缺陷。

3.1.1.6切头焊接与打卷

下一步将对产品进行焊接打卷，焊接的目的在于使设备的使用效率达到最佳。

采用的焊接方式为等离子氩弧焊，可以保证本体之间焊接，不引入新杂质不会被氧化。

至此，准备工艺完成。

3.1.2轧制工序（含轧制工序和精整工序）

工艺流程为：

开坏轧制→热处理→轧制→拉矫→剪切→检验，包装入库

根据产品硬度要求的不同，对于软带材在轧制之后还可以进一步热处理，去除加工硬化，回复材料的塑性。

3.1.2.1开坯轧制

轧制最开始进行冷带开坯，从6mm轧制到2.5mm，北冶公司的设备有500轧机和450轧机

3.1.2.2热处理

此后会对钢材进行一次热处理，使材料软化以便下一步轧制。

采用的设备为立式喷氢光亮退火炉，以及卧式连续光亮退火炉

至于热处理后是否还需要轧制则取决于材料性能及客户的要求，若要求材料较软，则轧制后需进行热处理。

3.1.2.3轧制

采用的设备为四辊轧机和二十辊轧机，主要区别是二十辊轧机使轧制的带材更薄，且带材的平直度更好。

3.1.2.4拉矫

成品薄带多有不平整，弯曲的地方，出场前还要进行拉伸矫直，使材料平直度相同。

主要仪器有500、600拉矫机两种。

3.1.2.5剪切

根据用户需求将带材进行分条，主要分为横剪和纵剪两种。

设备为圆盘剪切机。

3.1.2.6检验，包装入库

检验主要是检验产品的厚度和硬度以及其他的性能是否满足产品要求，对于合格产品则包装入库。

至此生产流程全部结束。

3.2冷加工工艺特点与优点

冷加工工艺的特点：

①加工是在再结晶温度以下，所以加工温度低，有时甚至不需加热，但产品同时有一定的加工硬化现象，内部变形抗力大，导致轧制时所需轧制力较大，且轧制后塑形降低，需经过热处理工艺以保证其性能；②冷轧变形，变形功转化为热能储存在工件中，需要工艺冷却与润滑。

③轧制时采用张力轧制方式，要求板料两端必须卷紧；④冷轧原坯料需事先经过固溶软化及热处理，以保证坯料在轧制时的变形需求。

冷加工工艺的优点：

①尺寸公差小②尺寸较薄③环境温度低④表面质量好⑤力学性能好，可加工性能好。

3.3影响冷轧产品质量的因素

3.3.1钢的化学成分对成品性能的影响

钢的化学成分对性能的影响，特别是碳，锰，硅对产品力学性能的影响存在下列关系：

σb=25+67ω（C）+14ω（Mn）+20ω（Si）.而抗拉强度，屈服强度，伸长率决定着冷轧产品的使用性能，所以炼钢控制好化学成分是保证生产出优质冷轧产品的基础。

3.3.1.1碳的影响

钢中碳含量对成形性能的影响是通过影响屈服强度和塑性应变比（是评价金属薄板深冲性能的最重要参数。

它反映金属薄板在某平面内承受拉力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。

）来实现的。

如下图

3.3.1.2硫的影响

硫有提高屈服强度的趋势，硫化物夹杂促使钢中带状组织形成，恶化深冲性能【3】其关系如下图：

3.3.1.3锰的影响

生产经验把锰含量下限限定在0.20%~0.23%，虽然钢的性能有些提高，但热轧时边上有拉裂，所以把锰含量下限控制在0.26%。

3.3.2热轧带钢对冷轧质量的影响

冷轧的原料是热轧带钢，因而冷轧产品的质量与热轧带钢的质量有很大关系。

热轧带钢的组织和性能直接影响到冷轧钢板的组织和性能。

影响热轧带钢组织和性能的因素主要有钢坯加热温度和保温时间，终轧温度等。

3.3.3原料几何尺寸对冷轧成品尺寸的影响

冷轧原料的几何尺寸对冷轧生产十分重要，因为热轧产品横截面和长度上的厚度不均，经冷轧后这些问题只能减轻，不能消除。

冷轧原料头尾尺寸差大，不仅使轧制困难，也使对焊时焊接不牢而产生断片。

综上所述，要生产出高优质的冷轧产品，炼钢的质量和热轧带钢的质量是两个重要的基础保证。

4总结

冷加工能够改变材料的内部结构是材料生产流程必不可少的一部分，也是改善材料性能，提高产品质量的主要手段和方式。

冷加工的主要工艺包括：

冷锻、冷轧、冷挤压、冷拔、冷冲压等。

北冶冷加工车间主要的工艺流程：

预处理→黑化→酸洗及碱浸→修磨及探伤→切头焊接及打卷→开坯轧制→热处理→轧制→拉矫→剪切→检验→包装、入库。

【4】主要设备包括：

四辊冷轧机、二十辊冷轧机、立式退火炉、卧式退火炉、纵剪机组、横剪定尺机、拉矫机、羽抛机、包装机等。

冷加工产品的质量与前序步骤产品的质量息息相关，炼钢的质量好、热轧钢带优质是保证冷加工产品质量的基础，产品中化学成分的影响也是不可忽视的一部分。

参考文献：

[1]吴成建著.金属材料学.北京：

冶金工业出版社，2009

[2]谭延昌著.金属材料物理性能测量及研究方法.北京：

冶金工业出版社，1989

[3]马晓艺.冷轧板带钢的性能及其控制机理研究.冶金信息导刊，2011

[4]www.BYGCG.

致谢

感谢学校为我们安排了这次实习，感谢北冶功能材料有限公司给与我们这次生产实习的机会，感谢此次实习的姚志浩、王浩、李长荣、陈颖芝四位带队老师对我们的关怀与照料，感谢实习过程各位同学给予我们的帮助。