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1、冷軋鋼材之製造、特性及選用,中鋼公司賴成隆TEL：#2980,內容大綱,前言冷軋製程與演進冷軋鋼材之品質特性與選用冷軋鋼材之訂貨資訊與標示結語,前言,熱軋粗鋼捲（HOT ROLLED BAND）經過酸洗、冷軋、清洗，再經退火與調質等製程後便可得到冷軋鋼材。一般而言，冷軋鋼材具有較佳的外觀，細緻的表面及良好的平坦度。不僅如此，冷軋鋼材的厚度較薄，尺寸精度較高且成形加工性較佳，因此適用於汽車、電器、電腦外殼、家具、事物用品、建材裝飾品等用途。,經由特殊的成分設計及製程，冷軋可產製適用於特殊用途的鋼板，如低降伏點軟鋼板、超深衝用鋼板、琺瑯用鋼板、電磁鋼片、表面塗鍍鋼板、高強度結構用鋼板、藍化鋼片等等
2、。冷軋鋼材因為所經產線較長，製程繁複，成品表面容易產生各項缺陷，在光潔的表面下更容易顯現，因此瞭解缺陷的成因及對策，對冷軋從業人員而言，更是一大考驗。,冷軋製程與演進,冷軋鋼料製程冷軋鋼料之生產流程為，熱軋鋼捲連續酸洗冷軋電解清洗退火調質軋延精整(剪切線、重捲線),連續酸洗 將熱軋鋼捲連續通過鹽酸槽或硫酸槽，把表面的銹皮溶解去除，一般將熱軋鋼捲連續銲接，以提高產出率。連續酸洗兼具整平、切邊及除銹的功能，對冷軋而言是重要的前處理製程，切邊不良會造成邊裂，除銹不良更會造成殘留銹皮，影響表面品質。,冷軋,冷軋主要功能係在常溫下將酸洗後之熱軋鋼料裁減成規定厚度。軋輥粗糙度視最終成品的表面粗度而定。軋輥
3、與鋼板之間的潤滑劑及軋輥冷卻劑，均使用軋延油。通常為四重或六重式輥軋機，有多軋座串列連續式(Tandem Mill)及單軋座可逆式(reverse mill)兩種，前者效率高，對大量生產的品級非常有利，後者生產效率雖較低，但卻非常適合於少量多樣的特殊鋼。,電解清洗,電解清洗是要去除殘留於鋼板表面的軋延油，將鋼帶連續的通過電解槽，利用電解洗滌作用進行脫脂。如殘留油未去除乾淨，則經退火後鋼片表面易有碳粉，影響表面清潔度。,退火,經過冷軋後，鋼鐵的結晶組織已經破壞，其硬度甚高加工性不良，因此利用高溫退火作業的再結晶現象改善這一缺點。退火是影響冷軋鋼板材質的重要製程之一，按照所欲製造鋼板的規格與用途來
4、決定退火方式，退火週期(退火溫度，退火時間，昇溫速度等)。,調質軋延,經退火後的鋼板加以輕度的冷軋延，可除去降伏延伸，同時也可修正成品的平坦度，並賦予表面粗度等，這便是調質軋延的目的。調質軋機一般為12座軋機，通常的調質率為1-3%左右。,精整,在冷軋最終過程的剪切線或是重捲線，實施捲形修整、切邊、切板等以得到所需之尺寸及單重，同時實施尺寸、表面、形狀等的檢查，檢查完畢之後塗上防銹油再包裝後就是最後成品。精整線若加裝張力整平機，便可以矯正板形，以獲致良好的平坦度。,冷軋製程管理重點,冷軋製程管理重點,冷軋製程管理重點,冷軋製程管理重點,冷軋製程管理重點,冷軋製程管理重點,冷軋製程的演進,全氫退
5、火爐連續退火線酸洗與冷軋連線,退火設備的演進,批式鍾罩退火爐(HN),批式鍾罩退火爐(H2),連續退火線（CAL）,70小時,20小時,10分鐘,退火設備的比較,批式退火較適合少量多樣及碳含量較高之鋼種。全氫爐相對於氮氫爐具有高產量，高清潔度的優勢，且由於高熱傳導性，其材質均勻性亦較佳。連續退火線產品可得較佳的平坦度，且材質較均勻；但因其退火時間較短，其晶粒也較細，因此在相同成份下，其強度會較高。,退火設備的比較,連續退火鋼料為了要得到較佳的成形性，因而發展極低碳鋼（IF鋼）。連續退火線對設備可靠度要求較高。,顯微組織,冷軋後之軋延組織 連續退火線產品典型金相 封盒退火產品典型金相,中鋼CA與
6、BA產品之成分比較,中鋼CA與BA產品之機性比較,厚度0.8-1.0mm，粗糙度Code35，CA表連續退火，BA表示批式退火。,設備連續化,連續退火線結合清洗、退火、調質、精整四項功能。酸洗冷軋線結合酸洗及冷軋兩製程。設備連續化後，減少了解捲，重捲等時間及鋼料的損失，可提昇產能及產率，且頭尾段厚度均勻性也大幅提高；但是，由於鋼捲必須搭接，因此軋延的多樣性及彈性也受到限制。,連 續 退 火 線,酸洗冷軋連線,冷軋鋼料之品質特性與選用,清潔度,塗油,時效性,加工性,粗糙度,尺寸精度,材質(鋼種),平坦度,表面品質,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）
7、,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）,材質（鋼種）,表面品級,外露級(GE)表面品質要求嚴苛，不允許 輕微表面瑕疵，通常電鍍及表面外觀要求嚴苛之組件，宜選用此表面品質。一般級(GP)表面品級較GE略鬆，允許較輕微的表面瑕疵。,表面品級,非外露級(UE)對表面瑕疵較不敏感，一般不太嚴重的仍被允許，常用於表面品質要求不嚴的製管或上漆等用途。特殊品級 因應產線特性及特定用途，中鋼自訂之品級。,表面品級,目前中鋼之冷軋鋼料的表面品級水準，較上述標準約提昇一級。冷軋鋼片常見之缺陷依產生製程分類，包含煉鋼缺陷、熱軋缺陷、酸洗缺陷、冷軋形狀缺陷、冷軋表面缺陷、冷軋邊緣缺陷、
8、冷軋盤捲缺陷等，與產線無關的缺陷另有色澤變化缺陷類。,平坦度,視成品用途之需求，對平坦度的要求亦不同，如面板、冰箱外殼等對平坦度的要求較高；成形組件者，則對平坦度的要求較不嚴格。平坦度依JIS規格有A,B表管制，A表屬一般用途；需高平坦度要求者則需適用B表管制。B表管制之鋼板需再經過伸張整平機，以確保良好的平坦度。,JIS G3141平坦度許可差,清潔度,清潔度之量測 以3M膠帶貼於鋼片表面，撕起後再貼於白紙上，量測其反射率所得的數據，如鋼片表面愈髒則所得的清潔度也愈低。清潔度之管制 影響清潔度的原因主要為冷軋時表面殘留的鐵粉及退火後的碳粉，一般經電解清洗後的鋼捲均可得到良好的表面清潔度；而未
9、經電解清洗之鋼捲，如在退火的製程及爐氛做適當的控制，或以全氫退火爐退火，也可有效地改善清潔度。,清潔度,粗糙度,粗糙度的量測 Ra（平均粗糙度）：將表面糙度起伏的高度積分值除以單位長度所 得的平均高度 PPI:單位長度的尖峰數,粗糙度分類,尺寸精度,尺寸精度包括厚度、寬度，在JIS、ASTM及其他規格對其容許公差均有明確之規範，但隨著加工用途及設備自動化，對尺寸精度要求也愈來愈高。厚度測量之位置不可距邊15mm(含)以內。寬度許可差分A，B表管制，B表適用於精切處理者；除非客戶特別指定，否則以A表為檢驗標準。,尺寸精度,厚度公差為目前鋼廠一般供料水準，若要求1/4公差則要特別要求。頭尾端厚度變
10、異在鋼廠已經先行切除，寬度方向的變異則受冷軋影響，必要時可藉由邊料的選除以得到均一厚度。,塗油,防銹 冷軋鋼片表面活性較強，曝露於大氣中極易氧化，因此鋼料出廠前必需塗上防銹油，加上適當之包裝，以防止客戶加工前鋼料發生銹蝕。後續加工需求 配合客戶潤滑、清洗、上漆等不同加工處理程序需求，可塗上不同之防銹油種及油量。,塗油,粗糙度的影響 粗糙度愈高表面能容許較高之塗油量工輥的影響 放電加工工輥(EDT)調質軋延之表面比噴砂工輥(SBT)軋延表面，容許較多之塗油量。,塗油,中鋼塗油量分級(CA製程),時效應變,一般低碳軟鋼在冷軋、退火後，若未經調質軋延(Temper Rolling)，則鋼片受力超過降
11、伏點(Y.P)時會產生降伏點延伸(Yield Point Elongation)鋼料發生降伏延伸現象後，於解捲時易發生鋼捲折紋，於成形加工時常造成伸張應變痕(Stretcher strain)稱為雞爪痕。鋼料經調質軋延後，可消除降伏點延伸，並防止產生鋼捲折紋或伸張應變痕，但鋼料若經過長時間儲存(如一年以上)，則降伏延伸常會再出現，鋼料在加工時，又會產生鋼捲折紋或伸張應變痕，此現象稱之為時效應變。,時效應變,加工性,加工的型態：彎曲加工、深衝成形、伸張 成形、拉伸擴張成形 成形性指標,降伏強度與伸長率,應變硬化指數,極限深衝比,塑性應變比,應力應變圖,拉伸試驗,拉伸試驗可求得材料的基本性質，如降
12、伏強度、抗拉強度及伸長率等，若加上其他量具，可求得應變硬化指數與異向性等。降伏強度低，表示材料較易變形，不易發生皺褶，且形狀固定性較佳。伸長率愈大，表示材料可承受的變形量愈大。,塑性應變比（r值）,評估鋼片之深衝性(Drawability)及耳伸性(Earing)的重要指標。由於冷軋鋼片各方向性質不同，r值代表鋼片受拉伸時，寬度方向與厚度方向應變之比值。垂直異向性r(Normal Anisotropy)：表示鋼片表面方向與厚度方向性質的差異。平面異向性r(Planar Anisotropy):表示鋼片表面各方向性質的差異。,應變硬化指數（N值）,鋼材受拉力時，應力一應變曲線上昇之斜率即為材料之
13、加工硬化速率。N值高，代表鋼材在成形加工過程中，高變形區材料因加工硬化強度提高，因此變形較易傳播至鄰近的低變形區中，而使應變分佈較為均勻，減少了應變過度集中的現象，因此N值是重要的張出成形指標。,極限深衝比LDR值,評估鋼片深衝成形性之基本試驗方式以不同直徑之圓形胚片深衝成平底圓筒，取能完成成形且不破裂之最大胚片直徑與衝頭直徑的比值，即為極限衝壓比(Limit Drawing Ratio)。LDR值愈高，表示深衝性愈佳。,訂貨資訊,鋼捲標示（正常品）,鋼捲標示（次雜級品）,品質證明書,品質證明書(MILL SHEET)中除記載鋼料的標籤號碼及訂單尺寸外，並標示規格、化學成分及物理性質等，其中物理性質內含機械特性試驗項目結果，如硬度、降伏強度、抗拉強度、伸長率等等，可供鋼料加工之選料參考。,品質證明書試驗數據應用,品質證明書試驗數據應用,品質證明書試驗數據應用,結語,冷軋鋼料因用途繁多，如何適材適用，務必要謹慎選料，才能節約成本並能滿足產品之品質需求，如以冰箱板為例，主要考量為平坦度佳，以及表面品質好，至於厚度公差及成形性則可較不重視；而成形組件，如燈罩，則可較不重視平坦度但較注重鋼料成形性。對鋼料之管制特性及成品的加工特性有清楚的了解，才能避免選料的困擾，這也是鋼鐵從業人員不能忽視的課題。,
