去除熱軋鋼帶表面氧化皮的裝置的制作方法

專利名稱：去除熱軋鋼帶表面氧化皮的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械去除熱軋鋼帶表面氧化皮的裝置。
背景技術：
熱軋鋼帶通常表面上都覆蓋著軋制的氧化皮，該氧化皮主要由氧化物組成。假如熱軋鋼帶還要經受各種處理工序(例如冷軋)，則會導致出現缺陷，例如由軋制氧化皮引起的表面傷痕和裂紋。由于這樣，在熱軋鋼帶經受進一步的處理工序之前，一般要用酸洗去除熱軋鋼帶表面上的氧化皮。在這個過程中，酸洗部分，廢酸的回收利用過程和去除氧化皮的能力的調整等都有問題。酸洗過程中產生的氫的滲入，也會使鋼材性質惡化。
為了解決這些問題，已經研究了許多在熱軋鋼帶進行酸洗之前，清除熱軋鋼帶表面氧化皮的方法。例如，在第133460/1979號日本專利刊物，第41821/1982號日本專利申請公開公報和第10917/1982號日本專利申請公開公報中公布了在大的軋制壓下量(以后稱為″軋制氧化皮滾軋″)下冷軋熱軋鋼帶的步驟。軋制氧化皮滾軋可在氧化皮中形成裂紋，并且使氧化皮對鋼帶的粘附力削弱，因此，使得用噴丸清處理、高壓水噴射、刷子刷、磨粒磨削等方法清除冷軋鋼帶表面氧化皮的工作容易進行。結果，粘附在要送去酸洗槽的熱軋鋼帶上的氧化皮量減小，因而酸洗工序的負荷減小。
雖然當熱鋼帶經受軋制氧化皮滾軋時，酸洗工序的負荷肯定減小，但是，從鋼帶表面分離出來的氧化皮碎片，在以后的工序中，有粘附在滾子(例如拉緊滾子)表面，和接著重新粘附在鋼帶表面上的趨勢。在這種情況下的氧化皮與通過拉伸矯直機的鋼帶表面上的氧化皮不同，在后一種情況下，氧化皮對鋼帶表面的粘附力較強。結果，帶入酸洗槽的氧化皮量較大，因此，不能使酸洗工序的負荷減小得如預期的那么多。
另外，由軋制氧化皮滾軋從該熱軋鋼帶表面分離下來，但以后又牢固地重新粘附或壓回該鋼帶表面上的氧化皮碎片，在酸洗工序中很難清除，并且經常在以后的冷軋工序中造成一些缺陷(例如表面傷痕)。雖然可用磨粒進行磨削，去清除氧化皮碎片，但總是有一些氧化皮碎片保留在鋼帶表面上。

發明內容
發明者進行了各種研究，企圖找出清除這些會造成產品表面傷痕的殘余的氧化皮的對策，目的是要揭示在減小酸洗工序負荷方面有效的軋制氧化皮滾軋的優點。結果，發明者發明，當在特定的條件下，以大的軋制壓下量冷軋熱軋鋼帶時，可以有效地清除鋼帶表面上的軋制氧化皮，使下一步酸洗工序的負荷明顯減小。
本發明是在有關重載冷軋對軋制氧化皮剝離能力的影響的研究結果基礎上完成的。本發明的目的是要減小送往酸洗槽的軋制氧化皮的量，并從而將酸洗工序的負荷減小了的鋼帶輸送至以后的工序。
為了達到上述目的，本發明提供一種去除熱軋鋼帶表面氧化皮的裝置，它包括在軋制壓下量為30％或更大下，冷軋其表面上粘附有軋制氧化皮的熱軋鋼帶的冷軋機；設置在所述冷軋機下游的刷擦滾子，其用于清除受冷軋作用而剝離和粘附力削弱的氧化皮碎片；設置在所述刷擦滾子下游的噴嘴；設置在所述噴嘴下游的拉緊滾子，其用于對所述鋼帶施加拉力；設置在所述拉緊滾子下滾的酸洗槽。
在刷擦滾子和拉緊滾子之間，至少設置一個噴嘴，該噴嘴用于向鋼帶表面噴射高壓水。
至少在冷軋機和拉緊滾子之間的鋼帶通道的預先決定的點上，設置一個刷擦滾子，并且該刷擦滾子用于從鋼帶表面上清除那些已剝離的，或者其對基本鋼材的粘附力已經削弱的氧化皮碎片，已經從熱軋鋼帶轉移至軋輥上的氧化皮碎片由拋光器，噴射噴嘴或刮片從軋輥表面上清除掉，然后排放至處理線以外去。
當在大的軋制壓下量下冷軋熱軋鋼帶時，最好將水和具有大摩擦系數的水溶性軋制油加到冷軋機工作輥的輥縫和鋼帶上。
那些在重載軋制過程中不能跟上基本鋼材伸長的氧化皮會促進裂紋的生成和夾層剝離，并且削弱氧化皮對基本鋼材的粘附力。然后，當刷擦鋼帶時，刷子的細絲滲入在氧化皮層中形成的裂紋中，因此可以容易地清除鋼帶表面上的氧化皮。根據我們的研究發現，在這種情況下，軋制氧化皮的剝離能力，隨著軋制壓下量的不同，有很大的變化。通過將水或摩擦系數大的水溶性軋制油加到工作輥的輥縫和鋼帶上，可以產生大的塑性變形，這對剝離氧化皮是有效的。
在大的軋制壓下量下冷軋的鋼帶具有在酸洗工序前使用所需要的性質。因此，只要對鋼帶進行簡單的熱處理，或在酸洗后輕微地冷軋一下，即可將該鋼帶作為具有所需要性質的冷軋鋼帶使用。


圖1為一原理圖，它表示包括根據本發明的重載冷軋工序的去氧化皮生產線；圖2為一截面圖，它表示各個指向冷軋機的工作輥的拋光器；圖3為一截面圖，它表示各個朝著冷軋機工作輥的噴射噴嘴；圖4為一截面圖，它表示每一個朝著冷軋機工作輥的刮片；圖5為用于說明在重載冷軋過程中，熱軋鋼帶中金屬流動情況的示意圖；圖6為說明當在大的軋制壓下量下冷軋熱軋鋼帶時的變形區的示意圖；圖7為表示在熱軋鋼帶表面上形成的氧化皮層的化學結構的示意圖；圖8為表示設在刷擦輥下游的拉緊滾子的示意圖；圖9為表示設在噴射裝置下游的拉緊滾子的示意圖；圖10為表示當冷軋其表面上有15微米厚的氧化皮層的熱軋鋼帶時，軋制壓下量和酸洗時間之間的關系圖；圖11為表示當冷軋其表面上有7微米厚的氧化皮層的熱軋鋼帶時，軋制壓下量和酸洗時間之間的關系圖；圖12為表示當酸洗時間固定為5秒時，軋制壓下量和氧化皮厚度之間的關系圖；圖13為表示當在大的軋制壓下量下冷軋實施例5中的A-型鋼時，軋制壓下量和伸長之間的關系圖；圖14為表示當在大的軋制壓下量下冷軋實施例5中的B-型鋼時，軋制壓下量和伸長之間的關系圖。
具體實施例方式
根據本發明的處理線的布局如圖1所示。表面上粘附有軋制氧化皮的熱軋鋼帶1，從開卷機卷筒2上展開，通過拉緊滾子3，然后在冷軋機4中，在大的軋制壓下量下進行冷軋。由于重載軋制的作用，軋制氧化皮產生裂紋和被軋碎，并從鋼帶1上剝離。當殘留在鋼帶1表面上的軋碎的氧化皮被刷擦滾子5清除以后，鋼帶1送至噴射裝置6。在噴射裝置6中，從噴嘴7噴出的高壓水對鋼帶1的表面進行清洗。刷擦工序可分為二個工序第一工序是用磨粒清除粘著的氧化皮，第二工序是用清洗的方法去除粘著的氧化皮。可以使用含有研磨硅石或氧化鋁磨粒等的尼龍刷子或開口金屬絲刷子。然后，經過這樣處理的鋼帶1送至酸洗槽8，利用酸洗清除殘留在鋼帶1表面上的少量的氧化皮。然后，鋼帶1卷繞在拉緊卷筒9上。
最好，冷軋機具有拋光器、噴嘴或刮片的軋輥。例如，拋光器10(圖2)，噴嘴11(圖3)或刮片12(圖4)可以在沿著回轉方向，在輥縫13后面的位置處，與工作輥14的表面相對配置。當利用拋光器10或刮片12清除工作輥14表面上粘附的氧化皮時，還應另外設置一個抽吸機構15，將去除的氧化皮碎片排出系統之外，以防止該被去除的氧化皮重新粘附在軋輥的表面上。
另外，還擔心已經轉移至工作輥14表面上的氧化皮碎片還會轉移至支撐軋輥16上，然后再通過工作輥14壓回至鋼帶17上。因此，在該支撐軋輥16的對面，也放置了同樣的拋光器10，噴嘴11或刮片12。
從熱軋鋼帶1轉移至工作輥14表面上的軋碎的氧化皮，由各個朝著工作輥14的拋光器10，噴嘴11或刮片12從工作輥14表面上清除掉，然后排到系統外面去。希望拋光器10，噴嘴11或刮片12在沿著回轉方向，位于輥縫13之后的位置上，面對著工作輥14的表面配置。
當利用沒有粘附著氧化皮的工作輥14軋制熱軋鋼帶1時，用這種方法可以清除從熱軋鋼帶1轉移至工作輥14上的氧化皮碎片，因此，氧化皮碎片不會重新粘附和壓在鋼帶1上，因而可得到殘留在其上的氧化皮量大大減小的鋼帶。
熱軋時，當在較高的溫度下卷繞鋼帶時，軋制氧化皮層會變得較厚。當表面上粘有氧化皮的這種熱軋鋼帶，在大的軋制壓下量下冷軋時，冷軋過程中的金屬流動可以劃分為不變形部分I和主要變形部分II。不變形部分I受摩擦的限制，而主要變形部分II在大的壓下量下進行軋制，如圖5和圖6所示。由于變形不均勻，產生內應力，從而使氧化皮層容易產生裂紋。這基本上與拉伸矯直機處理鋼帶時所產生的金屬流動是不同的，拉伸矯直機只在表面區域產生大的變形。
拉伸矯直只使表面區域受到大的變形，而在重載冷軋過程中，表面下面的內部區域也會產生大的變形。考慮到不論氧化皮層的厚度，在基本鋼材和氧化皮層之間的邊界附近變形較大，可以設想，這就是為什么在氧化皮較厚的情況下，氧化皮也容易剝離的原因。另外，假如氧化皮較厚，則與氧化皮薄的情況比較，所產生的裂紋較多，這也可促使氧化皮剝離。因此，對于厚的氧化皮，不需要增加那么大的軋制壓下量也可以達到足夠的氧化皮剝離效果。
在我們有關軋制壓下量對氧化皮層影響的研究過程中，從大量的實驗結果中發現，當以大的軋制壓下量冷軋熱軋鋼帶時，根據由軋制氧化皮厚度t(微米)和軋制壓下量R(％)之間的公式t×R≥150決定的關系來控制軋制壓下量，可以有效地去除任何厚度的氧化皮。公式t×R≥150是由各種不同的實驗數據決定的。假如該公式不滿足，則重載軋制的效果降低，下一步的酸洗工序的去氧化皮時間要延長。
在冷軋機4中，熱軋鋼帶1在大的軋制壓下量下進行冷軋。因此，在工作輥和熱軋鋼帶1之間提供一些注滑是必要的。然而，假如使用正常的油性潤滑劑，則冷軋后留在鋼帶1表面上的油會進入酸洗槽8中，并妨礙廢酸等的回收利用過程。在這個意義上說，最好使用水或水溶性的軋制油，這樣，利用通過噴射裝置6的噴嘴7噴出的變壓水可以容易地將這些潤滑劑清洗掉。
在軋制時，水或水溶性軋制油對剝離鋼帶表面的氧化皮也是有效的。在軋制過程中，金屬流動是不均勻的，如圖5所示。另外，在鋼帶的表面區域和核心區域之間，沿著與鋼帶表面垂直的方向的變形程度是不同的，如圖6所示。這個軋制狀態和氧化皮層與基本鋼材之間延展性的差別也可促使氧化皮層剝離。
變形程度受作用在輥縫13的摩擦系數μ的影響。假如摩擦系數μ大，則作用在表面上的剪切力τ(＝μP)也大。結果，作用在鋼帶表面上的約束力大，因此，沿著與鋼帶1表面垂直的方向的不均勻變形變大。結果，氧化皮被加速剝離。
在正常的冷軋條件下，使用潤滑性能相當好的軋制油，可使輥縫13處的摩擦系統μ在0.03數量級左右調節，因此可降低軋制力和達到大的軋制壓下量所需的軋機馬達功率。通常，使用1～5％的水溶性軋制油作為軋制油。水溶性軋制油還可以有效地冷卻工作輥和阻止輥縫處的粘滯作用。
相反，根據本發明，為了通過重載冷軋機械地去除熱軋鋼帶的氧化皮，使鋼帶內部區域如圖5和圖6所示那樣，產生大的變形是重要的。從這個觀點來看，最好使用摩擦系數大的軋制油，并且在軋制油的潤滑性稍微降低的條件下進行熱軋鋼帶1的冷軋。換言之，在輥縫13處的熱軋鋼帶的潤滑可用水或水溶性軋制油適當控制。
特別是，當使用摩擦系統μ在0.05至(0.15+α×D+β×R)(這里，α＝1/7500(常數)，β＝-1/2500(常數)，R為軋制壓下量(％)，D為工作輥直徑(mm))范圍內的水溶性軋制油時，可達到大的塑性變形，這可促使氧化皮剝離。為了有效地去除熱軋鋼帶的氧化皮，摩擦系數μ最好為0.05或更大。然而，假如摩擦系數μ太大，則軋制熱軋鋼帶所需的軋機馬達功率和軋制力會增大，這是不利的。考慮到功率消耗，軋制力和扭矩，當潤滑性能提高時，與軋機制造成本關系很大的軋制成本會降低，而與酸洗液的量和酸洗部分制造成本關系很大的酸洗成本會增加。
在本發明中，利用水或水溶性軋制油來達到軋制成本和酸洗成本的平衡。假如摩擦系數μ太大，則輥縫處的軋制力及接觸壓力增加。結果，氧化皮被壓在基本鋼材上。工作輥的直徑越小和軋制壓下量越大，則這種現象越顯著。在這個意義上說，必需固定摩擦系數μ相對于工作輥直徑D和軋制壓下量R的上限，如上述公式所定義的那樣。
當在大的軋制壓下量下冷軋熱軋鋼帶時，在那些不能跟上基本鋼材伸長的氧化皮中會產生裂紋和夾層剝離，這就減小了這些氧化皮對基本鋼材的粘附力。在重載軋制過程中，裂紋和夾層剝離的產生是由下述現象造成的。
在熱軋鋼帶表面上形成的氧化皮主要由Fe3O4組成。從概念上講，可以認為氧化皮具有FeO，Fe3O4和Fe2O3的堆積結構，如圖7所示，而氧的濃度，由內部區域向著表面逐漸增加。事實上，當鋼帶以較高的速度冷卻時，FeO層有變得較厚的趨勢。為沸騰鋼的氧化皮層較薄，為6～7微米數量級，而熱軋時卷繞溫度高的Ti全脫氧鋼的氧化皮層較厚，為9～10微米數量級。
Fe3O4和Fe2O3層構成氧化皮層的主要部分，它們硬和脆，即使在小的軋制壓下量下，也容易產生裂紋。例如，在酸洗工序之前進行的通常的拉伸矯直工序中，在大約2％伸長的情況下，反復進行機械彎曲就可產生裂紋和氧化皮剝落。利用給鋼帶反復施加機械彎曲的裝置，如在通常的使用硫酸的酸洗槽中所知道的那樣，也可使用Fe3O4和Fe2O3層產生裂紋。相反，在氧化皮層和基本鋼材之間的邊界存在的FeO層，在小軋制壓下量下基本鋼材伸長的情況下韌性很好，在工序中可以變形。結果，FeO層不以在拉伸矯直機中使用的伸長比數量級從基本鋼材上剝離，并送入酸洗槽。然而，當軋制壓下量設定為大值時，基本鋼材和FeO層之間的變形程度變大，則在不能再跟上基本鋼材伸長的FeO層中出現裂紋。
事實上，當檢查在冷軋過程中，從熱軋鋼帶表面上剝離的軋碎的氧化皮時發現，在低的軋制壓下量下形成的氧化皮尺寸大，而且是片狀的，而隨著軋制壓下量增大，剝離的氧化皮變成粉末狀。隨著軋制壓下量的變化，剝離的氧化皮形狀的改變說明在較深的區域的氧化皮層，換言之，在FeO層中，當軋制壓下量較大時會產生裂紋，結果會促使氧化皮剝離。因此，在重載冷軋后，保留在鋼帶表面上的氧化皮量顯著減小。
然而，剝離的氧化皮碎片可以重新粘附在鋼帶表面上。甚至在氧化皮從鋼帶表面上剝離后，仍有剝離的氧化皮碎片轉移至工作輥表面，然后重新粘附或壓回在鋼帶上的情況。在這個意義上說，應在冷軋后，用刷子刷擦鋼帶表面，除去鋼帶表面的殘余氧化皮。去除剝離的氧化皮會出乎意外地改善重載冷軋的去氧化皮效果，這樣，酸洗槽中的酸洗條件可以明顯改善。
當以大的軋制壓下量冷軋熱軋鋼帶時，不能跟上基本鋼材伸長的那些氧化皮將產生裂紋和夾層剝離。由于產生裂紋和夾層剝離，氧化皮對基本鋼材的粘附力削弱。當刷擦這種鋼帶時，刷子的細絲滲入氧化皮層的裂紋中，以加速氧化皮從鋼帶表面分離。
可以使用含有硅石、氧化鋁等磨粒的尼龍刷子作為刷擦滾子5。使用含有磨粒的刷擦滾子可使清除氧化皮的工作更容易進行。刷擦對整個鋼帶表面都有大的去氧化皮作用。刷擦可以劃分為二個工序。在第一個工序中，氧化皮被從鋼帶表面上磨掉，而在第二個二步則清洗掉氧化皮。
刷擦后仍然保留的氧化皮被送入噴射裝置6中，在那里，從噴嘴7噴出的壓力為1～5MPa的高壓水沖洗該殘余的氧化皮。這樣，可以將殘余的氧化皮和軋制過程中潤滑用的水或水溶性軋制油洗掉，而不會損壞基本鋼材。即使有殘余的軋制油，這種油是水溶性的，因此不會對酸洗槽8中的酸液和廢酸的回收利用過程有任何有害的影響。
由于鋼帶表面上大部分氧化皮是利用刷擦和噴洗清除的，因此酸洗應清除的氧化皮量很小。結果，酸洗工序的負荷大大減小。另外，當使用溫度為80℃～90℃的熱水作為刷擦后噴射用的高壓水時，可將鋼帶送入酸洗槽8中，而不會使冷軋過程中，被工作熱量升高的鋼帶溫度降低。熱水也可以有效地清除在冷軋過程中，作潤滑用的水或水溶性軋制油。因此，可以避免酸洗槽溫度的降低和酸洗殘渣的滲入，使鋼帶酸洗能在穩定的條件下進行，并節省為保持酸洗用酸的溫度所需的能量。
在去除氧化皮生產線中，由于熱軋鋼帶1是以預先決定的軋制壓下量冷軋的，因此必需拉伸該熱軋鋼帶1。為了使軋機4工作穩定，負荷減小，形狀穩定等，最好從前端和后端施加大的拉力。為了施加這種拉力，通常可使用拉緊滾子，可以從軋機4的上游，利用拉緊滾子3對熱軋鋼帶1施加必要的拉力，而不會對去除氧化皮有任何壞的影響。另一方面，假如想利用放在軋機4下游的拉緊滾子施加拉力時，則鋼帶1將會在氧化皮部分地剝離和從鋼帶1表面隆起的條件下，通過該拉緊滾子。結果，氧化皮碎片會粘附在拉緊滾子上，并使后面的鋼帶受污染，或在拉緊滾子本身形成凹坑。
為了避免這些缺陷，刷擦滾子5安放在拉緊滾子17的前面，如圖8所示。當刷擦和噴洗綜合使用時，拉緊滾子17安放在噴射裝置6的下游，如圖9所示。在任何情況下，其氧化皮層已經受重載冷軋的作用而產生裂紋和剝離的鋼帶1要經受刷擦，然后隨意噴洗，以去除能夠很容易剝離的氧化皮，再送至拉緊滾子17。這樣，氧化皮碎片就不會轉移至拉緊滾子17上，可以阻止后面的鋼帶受污染和由于轉移的氧化皮碎片使拉緊滾子17損壞。結果，可將鋼帶1送入酸洗槽8中，而其優良的表面性質保持完好無損。
與在酸洗后進行普通的冷軋過程一樣，重載冷軋可使鋼帶表面變硬，從而在酸洗前賦予鋼帶所要求的性質。從這個意義上說，當用通常的酸洗工序后的冷軋代替重載冷軋時，可以簡化和縮短總的過程，并減小酸洗工序的負荷。這種替代是從解決酸洗工序前，機械除氧化皮時的殘留氧化皮問題而派生出來的。
在酸洗前，以10％或更大的軋制壓下量冷軋過的鋼帶在工作中被硬化。鋼帶的硬度增加，但其延展性降低。軋制壓下量越大，則退火過程中再結晶開始溫度越低，并且退火后的晶粒越均勻。假如晶粒變粗(所謂的晶粒生長)，則鋼帶表面變得粗糙，因此不可能得到優良的表面光潔度。在任何情況下，只要鋼帶在40％或更大的軋制壓下量下冷軋時，退火后鋼帶中就可形成均勻和穩定的金相結構。
由于在酸洗前的重載軋制過程中，采用了40％或更大的軋制壓下量，因此接下來的退火可以得到具有優良金相結構的鋼帶。結果，只要簡單地將鋼帶本身退火，或在小的壓下量下冷軋，然后再退火，可以將酸洗的鋼帶作為涂層，冷軋鋼帶等材料使用。為了改善鋼帶的金相結構，最好采用大的軋制壓下量。然而，假如軋制壓下量太大，則在輥縫處的接觸壓力和軋制力變大，因此，氧化皮碎片會重新粘附和壓回至基本鋼材上。在這些條件下，鋼帶表面的氧化皮不能充分地去除，因此，酸洗后的鋼帶表面由于重新粘附了氧化皮碎片而變得粗糙。
實施例1在圖1所示的去氧化皮生產線上，在酸洗前，用5～50％的軋制壓下量冷軋厚度為2.5mm的二種熱軋鋼帶。這個實施例中所用的熱軋鋼帶的成份和組成如表1所示，在其中的一種鋼帶上形成了平均厚度為15微米的軋制氧化皮層，而在另一種鋼帶上形成了平均厚度為7微米的軋制氧化皮層。
表1熱軋鋼帶的化學組成(重量％)

在鋼帶冷軋以后，利用含有硅石或氧化鋁磨粒的尼龍刷子(用三股直徑為1.6mm的細絲擰在一起做成，其外直徑為360mm)與鋼帶表面接觸，以1,200轉/分的轉速旋轉來研磨鋼帶。
將高壓熱水噴射在鋼帶表面上，把保留在鋼帶表面上的氧化皮碎片洗掉，然后將鋼帶送入裝滿90℃、濃度為10％的鹽酸溶液的酸洗槽中。酸洗一直繼續到在鋼帶表面上沒有發現殘余的氧化皮或酸洗殘渣為止。當研究在這種條件下，酸洗時間與軋制壓下量之間的關系時注意到，隨著氧化皮層厚度的變化，這個關系也在變化。在表面上形成較厚的氧化皮層(15微米數量級)的熱軋鋼帶情況下，在軋制壓下量為20％或更大時，酸洗時間明顯縮短，如圖10所示。另一方面，在表面上形成較薄的氧化皮層(7微米數量級)的熱軋鋼帶情況下，在軋制壓下量為30％或更大時，酸洗時間明顯縮短，如圖11所示。
在通常的酸洗生產線中，為了保證足夠的酸洗時間(大約16秒)，酸洗槽長度設計成80～90m。由于重載軋制的目的之一是減小酸洗槽的尺寸，因此，在將酸洗時間固定為5秒的條件下，研究了軋制壓下量和氧化皮層厚度之間的關系，以便保證酸洗時間與通常的酸洗槽長度的一半相適應。
從圖12所示的研究結果中可看出，氧化皮層越厚和軋制壓下量越大，則在上述條件下的殘余氧化皮量越小。區別氧化皮是保留或去除的臨界狀態用相應于氧化皮厚度t(微米)和軋制壓下量R(％)的乘積的曲線代表。從我們的研究中，可以確信，在滿足下列公式的條件下，可以有效地去除氧化皮氧化皮厚度t(微米)×軋制壓下量R(％)≥150當在根據這樣獲得的氧化皮厚度和軋制壓下量之間的關系適當調節的軋制壓下量下，冷軋熱軋鋼節時，可以有效地去除鋼帶表面上的氧化皮。在基本上改善的酸洗條件下處理后的該去氧化皮的鋼帶可以作為具有優良外觀的冷軋材料使用。
實施例2采用與實施例1同樣的去氧化皮生產線，酸洗前在軋制壓下量為50％下冷軋厚度為2.7mm的熱軋鋼帶。實施例2所使用的熱軋鋼帶的成份和組成表示在表2中。在鋼帶表面上粘附著平均厚度為7～15微米的軋制氧化皮。在重載軋制過程中，水或水溶性軋制油以4.5m3/min的流量送至熱軋鋼帶1和直徑為450mm的工作輥之間的輥縫處。水溶性軋制油的摩擦系數在0.05～0.19(＝0.015+450/7500-50/2500)范圍內調節。
表2實施例2中所用的熱軋鋼帶

在不使用任何潤滑劑或水的所謂″干軋制″的情況下，冷卻能力不足使輥縫處的濕度升高，并產生粘滯現象。當使用油性潤滑劑，而在酸洗槽前沒有充分洗掉潤滑劑時，則油成份會滲入酸洗槽中。油成份的滲入造成廢酸處理部分污染，結果使用于廢酸回收利用過程的噴霧焙燒爐的噴嘴過濾器的維修性能變壞。
另一方面，在使用重載軋制后，用刷擦或噴洗方法很容易的鋼帶表面清除的水或水溶性軋制油的情況下，不會出現冷卻不夠的問題，并且通過刷擦或噴洗，很容易使油性成份與鋼帶分離，油性成份不會滲入酸洗槽中。因此，可保證工作輥和鋼帶之間的摩擦系為適合于在重載軋制過程中有效去除氧化皮的值，并且通過，例如，控制軋制油的濃度可以很好地與軋機馬達功率，軋制力等保持平衡。
通過這樣使用水或水溶性軋制油完成重載軋制，可以避免冷卻不夠和油成份污染酸洗槽，同時在與減小軋機馬達功率，軋制力等很好平衡的條件下，有效地去除鋼帶表面的氧化皮。當根據在冷軋過程中普通用來計算軋制力的希爾(Hill)方程式的近似解來計算摩擦系數時，本實施例中的摩擦系數的值約為0.05～0.2，如表3所示。與在通常冷軋中的大約0.03的值比較，這些數值要大得多。然而，在所述范圍內的摩擦系數的值，對有效地去除鋼帶表面的氧化皮是適合的。在觀察通過噴射裝置6后的鋼帶表面后，沒有發現在鋼帶表面上殘留有酸洗的殘渣。
經過用水噴洗處理的鋼帶送入裝有90℃的鹽酸的酸洗槽8中，浸入6秒鐘進行酸洗。酸洗過的鋼帶在任何情況下都具有優良的外觀，沒有殘余的氧化皮。
然后研究了摩擦系數μ對氧化皮剝離狀態的影響。由表3所示結果發現，在小的摩擦系數范圍內，要促使氧化皮剝離，剪切力τ(＝μP)太小。然而，在摩擦系數太大的范圍內，氧化皮的剝離能力也變壞。這是由于隨著摩擦系數μ增加，軋制力增加和相應地輥縫處接觸壓力增加所造成的氧化皮壓回至基本鋼材上的結果。
表3摩擦系數對氧化皮剝離狀態的影響

實施例3厚度為2.7mm的熱軋鋼帶，酸洗前在軋制壓下量為50％下進行冷軋。本實施例中所用的鋼帶與實施例2中所用的鋼帶相同。
為了研究粘附在工作輥上的氧化皮碎片的影響，冷軋過程中，工作輥按下述方法進行處理。
情況1由含有硅石或氧化鋁磨粒，并且長度等于每一個工作輥的桶長的尼龍刷子制成的滾子形拋光器，以1～4MPa的壓力壓在工作輥表面上，并由驅動裝置帶動回轉。每一個拋光器，除了面對工作輥的部分以外，都放在吸氣機的外殼內。拋光器周圍的空氣，以1～20Nm3/min(毫微米3/分)的流量被吸入。
情況2隙縫長度等于每一個工作輥的桶長的噴嘴指向工作輥的表面，并且高壓水以1～50MPa的壓力，通過噴嘴噴射在工作輥的表面上。為了防止噴出的水從工作輥表面反彈回噴嘴中，本情況中的噴嘴以與工作輥表面成45°的角度按對角線設置。
情況3由硬毛粘制成，其長度等于每一個工作輥的桶長的刮片放在工作輥的表面上。工作輥轉動，而刮片則以1～4MPa的壓力壓在工作輥表面上。每一個刮片，除了面對工作輥的部分以外，安放在吸氣機的外殼內。刮片周圍的空氣，以1～20Nm3/min(毫微米3/分)的流量被吸入。
情況4連續使用工作輥作熱軋鋼帶的重載軋制，不使工作輥表面經受任何處理。
在每一種情況下，冷軋后都切下一塊試件，然后酸洗至通常冷軋材料所要求的程度。酸洗按下述方法進行酸液基本上是與實際生產線中使用的酸液相似來準備的，即為10％HCl+7％Fe2++10Fe3+，酸液保持在90℃，每一塊試件都浸入酸液中。酸洗性能由達到上述精加工質量所需的浸入時間來判斷。對于情況1至3所得出的試件，通過在非常短的時間(6秒)的酸洗處理就可觀察到冷軋材料所要求的優良的外觀。相反，在情況4所得到的鋼帶表面上，甚至經過連續酸洗6秒或更長時間后，發現有少量的殘余氧化皮，并且在鋼帶表面上發現有大量的氧化皮引起的凹坑。
研究了酸洗后，每一個試件表面上的殘余氧化皮和氧化皮引起的凹坑數目和尺寸大小。氧化皮和凹坑數目是用肉眼觀察計算的，并用每單位面積上的氧化使數目(數目/m2)來表示。氧化皮尺寸小用游標卡和光學顯微鏡測量。
從表4所示的結果中發現，在熱軋鋼帶以大的軋制壓下量進行冷軋的本發明的實施例中，可得到外觀優良，只有極少量殘余氫化皮的鋼帶，同時沒有發現除去的氧化皮碎片轉移至工作輥上，和氧化皮碎片重新粘附或壓回至鋼帶表面上。相反，在使用其上轉移有氧化皮碎片的工作輥的情況4中，在所得出的鋼帶表面上發現有氧化皮引起的凹坑和大量的重新粘附或壓回至鋼帶表面上的氧化皮碎片。另外，殘余氧化皮數目較多。
從這個比較中可以看出，在屬于本發明的情況1至3中，可以在短的酸洗時間內得到外觀優良的鋼帶。酸洗時間短可以允許建造小尺寸的酸洗部分，并使用濃度低的酸液，還可以消除鋼材吸收氫所造成的各種缺陷。
表4在酸性鋼帶表面發現的氧化皮引起的凹坑和殘余氧化皮的數量和尺寸

實施例4與實施例2中的鋼帶相同的厚度為2.7mm的熱軋鋼帶，酸洗前、在軋制壓下量為50％下進行冷軋。在重載軋制過程中，利用每一個指向工作輥表面的拋光器清除轉移至工作輥表面上的氧化皮碎片。
為了研究重載軋制后，處理條件的影響，每一塊鋼帶都用下述三種方式進入酸洗槽。
情況1(如圖8所示)鋼帶用與鋼帶表面接觸，以2,000轉/分的轉速回轉的尼龍刷子(外徑為360mm，用三股直徑為1.6mm的細絲擰在一起制成)刷擦，然后通過拉緊滾子進入酸洗槽。
情況2(如圖9所示)在用與情況1相同的方法刷擦后，80℃的高壓水噴射在鋼帶表面上，然后鋼帶通過拉緊滾子進入酸洗槽。
情況3(比較例)與情況1相反，鋼帶在同樣條件下，在離開拉緊滾子后刷擦，然后進入酸洗槽。
每一根鋼帶浸入裝有90℃的鹽酸液體的酸洗槽中2～20秒，進行酸洗。觀察每一根酸洗鋼帶的表面，并比較情況1至3的結果。在情況3中，由于鋼帶是沿著拉緊滾子彎曲的，所以氧化皮只是部分地與鋼帶分離。但是，由于拉緊滾子和鋼帶之間的壓力作用，分離的氧化皮碎片又被壓回鋼帶和拉緊滾子上。隨著拉緊滾子的轉動，該重新粘附的氧化皮碎片反復地被分離和重新粘附，因此，在鋼帶表面上留下氧化皮引起的凹坑。在鋼帶產品上留下的這些凹坑，作為一種缺陷，以質量觀點來看是不能接受的。相反，在情況1和2中，由于鋼帶在進入拉緊滾子以前，通過刷擦或噴洗，幾乎完全清除了鋼帶表面上氧化皮碎片，因此在鋼帶和拉緊滾子之間沒有出現氧化皮碎片進一步剝離或重新粘附的現象。
從這個比較中可以清楚地看出，通過將拉緊滾子17設置在刷擦滾子5和噴射裝置6的下游，可使進入酸洗槽8的鋼帶1保持在外觀優良的條件下，并且可阻止氧化皮碎片對拉緊滾子17的損壞。結果，可以顯示重載軋制的優點和減輕酸洗工序的負荷。
實施例5本例中使用厚度為3.2mm的熱軋鋼帶。鋼帶的組成與實施例2的鋼帶一樣，氧化皮層的平均厚度為10微米。在酸洗前，鋼帶在軋制壓下量為5～50％下冷軋。在重載軋制過程中，轉移至工作輥表面上的氧化皮碎片用指向工作輥表面的各個拋光器清除。
經過重載軋制除去氧化皮的鋼帶進入充滿90℃的鹽酸液體的酸洗槽中，并浸入酸液中5秒鐘。酸洗條件與通常的條件基本相同。由于送入酸洗槽中的氧化皮量大大減少，因此，酸洗鋼帶表面性質比通常酸洗的結果優良。
在鋼帶經過冷軋，然后酸洗之后，再對鋼帶進行熱處理，熱處理是在這樣的條件下進行的將鋼帶加熱至750℃，然后保持在所述溫度下68秒。熱處理的鋼帶的金相結構不變粗，而是具有均勻的和適當的晶粒尺寸。鋼帶機械試驗的結果對冷軋鋼板也是足夠的。
例如，鋼帶的延展性與用通常方法產生的冷軋鋼板在同一水平上。實際上，A型和B型鋼的延展性隨著軋制壓下量變化而變化，如圖13和14分別所示那樣。在固定的退火溫度下，軋制壓下量對延展性的影響如下在A型鋼的情況下，軋制壓下量在10％以下增加，而在B型鋼的情況下，在20％以下增加，所得出的鋼帶的延展性降低。另一方面，隨著軋制壓下量在A型鋼情況下，在10％以上，而在B型鋼情況下，在20％以上增加時，鋼帶的延展性增加。然而，在軋制壓下量小于30％下，冷軋鋼帶的金相結構經常造成晶粒生長。因此，為了只通過重載冷軋生產具有所要求性質的冷軋鋼帶，最好在酸洗前，軋制壓下量為40％或更大的條件下冷軋該鋼帶。在軋制壓下量為40％或更大的范圍內，鋼帶的延展性隨著軋制壓下量的增加而增加，并且金相結構穩定，沒有晶粒生長。
根據上述的本發明，在熱軋鋼帶表面上形成的軋制氧化皮層的主要部分可通過酸洗前的重載冷軋初步去除。重載冷軋可以明顯地減小需要用酸洗清除的軋制氧化皮量，因此酸洗時間可以縮短。結果，酸洗工序的負荷和從酸洗槽排出的廢酸的回收利用過程也可以減小。
由于按照與軋制氧化皮的厚度的關系決定的軋制壓下量來冷軋鋼帶，可以促使產生裂紋和夾層剝離，因此軋制氧化此對熱軋鋼帶表面的粘附力被削弱。當后來刷擦這種狀態的鋼帶時，很容易清除熱軋鋼帶表面上的氧化皮。當使用水或水溶性軋制油進行重載冷軋時，由于冷軋過程中軋制力的作用，能有效地使氧化皮層產生裂紋和剝離，因而能促進去除氧化皮。
除了除去軋制氧化皮之外，酸洗前的重載冷軋對改善鋼帶性質也是有效的。因此，通過對酸洗的鋼帶退火，或輕微冷軋，然后再對酸洗的鋼帶退火，可將在大的軋制壓下量下冷軋的鋼帶作為任何種類的冷軋鋼帶使用。
權利要求
1.一種去除熱軋鋼帶表面氧化皮的裝置，它包括在軋制壓下量為30％或更大下，冷軋其表面上粘附有軋制氧化皮的熱軋鋼帶的冷軋機；設置在所述冷軋機下游的刷擦滾子，其用于清除受冷軋作用而剝離和粘附力削弱的氧化皮碎片；設置在所述刷擦滾子下游的噴嘴；設置在所述噴嘴下游的拉緊滾子，其用于對所述鋼帶施加拉力；設置在所述拉緊滾子下滾的酸洗槽。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，在刷擦滾子和拉緊滾子之間，至少設置一個噴嘴，該噴嘴用于向鋼帶表面噴射高壓水。
全文摘要
本發明涉及一種去除熱軋鋼帶表面氧化皮的裝置,它包括:在軋制壓下量為30%或更大下,冷軋其表面上粘附有軋制氧化皮的熱軋鋼帶的冷軋機;設置在所述冷軋機下游的刷擦滾子,其用于清除受冷軋作用而剝離和粘附力削弱的氧化皮碎片;設置在所述刷擦滾子下游的噴嘴;設置在所述噴嘴下游的拉緊滾子,其用于對所述鋼帶施加拉力;設置在所述拉緊滾子下游的酸洗槽。該裝置可有效地去除熱軋鋼帶表面氧化皮,并使下一步酸洗工序的負荷明顯減少。
文檔編號B21B1/30GK1354052SQ01124090
公開日2002年6月19日 申請日期1996年10月7日 優先權日1995年10月11日
發明者岡野哲彥, 三喜俊典, 大塚正樹, 早川淳也 申請人:日新制鋼株式會社