什么叫作“冷轧”呢？在金属学教科书上的说法是：加工温度低于该钢种在特定变形条件下的“再结晶温度”的压力加工，称为“冷加工”。物理名词“再结晶温度”与金属在退火时内在晶体的生长形态有关系，此处不具体解释了。铜和铝的再结晶温度大约是℃上下，纯铁的再结晶温度高到℃，而一般的“钢”因为含有碳或其他合金元素，或者含有其它杂质，再结晶温度还要比℃更高。所以，冷轧工艺的“再结晶温度”界限一定是略高于℃的。9年武汉科技大学发表过一篇通过退火工序试验来研究冷轧薄板再结晶温度的文章，验证了这个温度界限，通过实验数字得出的结论是：再结晶开始温度大约为℃，随着温度升高，钢板的硬度急剧下降；再结晶结束温度为℃时，硬度达到最低值；超过℃以后钢板硬度变化不大；根据“50％平台差法”确定实验钢种的再结晶温度约为℃。
而在实际工业上的习惯，称冷轧为“坯料事先不经过再加热的常温轧制过程”。然而尽管从1.5mm厚的热轧钢卷，要经过冷轧变为0.25mm至1mm的冷轧钢卷（厚度减少到原来的1／6到1／1.5），看似变形量远不如热轧时大（从mm厚的钢坯压制到1.5mm厚的钢板，厚度减少到原来的1／），但是这种“冷”状态下的轧制变形是非常困难的。
冷轧工艺流程自身有许多困难，不仅需要后续建造具有巨大轧制功率的冷轧机，而且在前期热轧工序里还要采取很多特殊的辅助工艺技术。例如，冷轧的每个道次变形量不大，它与前面热轧工序所形成的钢的“合金化组成和晶粒度大小”两方面因素有密切关系，如果热轧时的终轧温度越高（例如到℃以上），变形强化系数就越低，晶粒就越均匀，在后面冷轧时每道次的变形量就能大一些，俗称“好轧”一些。我不是轧钢工艺专家，在此就不多解释了。
冷轧薄板生产线作为钢铁生产最后一道工序，因其先进的工艺和技术、最高的产品定位及广阔的市场前景，成为衡量钢铁企业实力的重要依据。所以在80年代以后，国内各家国有或民营的钢铁企业都在具有热连轧钢板（带）之后，不遗余力地发展冷轧钢板（带）。冷轧板带钢产品极为广泛，具有代表性的产品有金属镀层板（镀锡板、镀锌板等）、深冲钢板（汽车板)、电工钢板与不锈钢板等，其全套工艺流程如下面这张图。
冷轧板带全套产品的工艺流程，包含各主要产品类别，但是京唐公司冷轧厂不能生产不锈钢产品系列
上图当中的“酸洗热轧带”，也叫热轧酸洗板卷，是专门在冷轧厂酸洗线上生产出来的一种经过特殊处理（酸洗）的热轧钢材。热轧酸洗板卷是国内市场的新兴产品，其表面质量和使用要求介于热轧板和冷轧板之间，“性价比”较高。目前国内具备专业生产酸洗板能力的企业还不多，所以酸洗板市场有较大的容量和利润空间。在首钢旗下的迁钢公司冷轧作业部，就有这样一条年产70万吨的生产线。
深冲压冷轧薄钢板多半是采用铝脱氧的镇静钢，属于优质碳素结构钢，由于它的塑性非常好，具有优良的深拉延特性，在冲压模具内可以连续进行复杂变形、充满型腔，却不会开裂，所以被广泛用于需要比较复杂结构的深拉延（深冲压）的制品上。中国大规模发展汽车工业之后，自产深冲板远远不够用，所以很多钢铁企业都在十几年期间拼命扩展冷轧深冲汽车板的产量，对于国产品牌汽车的大发展立下汗马功劳。
上图中有关电工硅钢和不锈钢的两部分，我就不介绍了，因为京唐公司到目前为止还没有轧制电工硅钢板卷（迁钢有此产品），也没有生产不锈钢板卷的能力，集中谈谈其它主要产品。
带钢的冷轧工艺诞生于19世纪中叶的德国，当时还只能生产宽度20－25mm的冷轧带钢。美国在年生产出宽度为mm的低碳带钢，年以后冷轧带钢生产在德国、美国发展很快，产品宽度不断扩大，产品质量也提高很多，冷轧板光洁度比热轧板高很多，性能好、品种多，通过一定的冷轧变形程度与冷轧后的热处理恰当配合，可以在比较宽的范围内满足用户的要求。
我们可以通过图片来简要回顾一下冷轧机的发展过程。从单机架、小批量生产，如何发展到多机架连续作业的大工业生产方式。
上世纪80年代照片：用这种小型单机架冷轧机生产冷轧窄带钢，是我国当时小作坊式生产的代表
原首钢在年兼并的北京冶金研究所（位于清河，曾改名首钢冶金研究院，后改制为“北京北冶功能材料有限公司”）里，有一套从德国进口的森德威（SINDWIG）20辊极薄带冷轧机，是与森吉米尔（Sendzimir）轧机齐名的，在国内也是最先进的。它生产的冷轧合金薄钢带属于国防应用的“高精尖”产品，其中一部分极薄的精密钢带产品，专供潜射导弹及航天火箭，如果用热轧方法是不可能生产出来的。但是国内外这类轧机的生产批量都不大，年产两三千吨都算多的。
上世纪80年代照片：首钢冶金研究院20辊森德威薄带冷轧机正在生产极薄钢带
中国进口的森吉米尔单机架20辊可逆式冷轧机，正在自动轧制20微米厚的超薄精密带钢
单机架、双机架乃至三机架的冷轧机，特别是轧制幅宽比较窄的带钢，生产效率都不高。但是这种生产模式至今也没有完全被淘汰，原因是它适合生产小规格、小批量的冷轧带钢产品，自然有它存在的意义和市场。可是对于特大型钢铁联合企业来说，这种小批量的生产模式就不适应了，大型企业考虑的是具有年产几百万吨的设备能力，如何高速度、高质量地生产出冷轧钢卷的问题。
三机架冷轧机组在生产冷带，这种轧制形式至今还存在于一些国内小钢厂
3年时我国某企业的冷轧带钢生产车间，还可以明显见到小批量、单卷的产品四处堆放
宽的冷轧薄板（钢带）是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。年美国第一次用单机架冷轧机轧制出宽带钢，并且很快由不可逆式轧制跨入可逆式轧制。年阿姆柯公司（ARMCO）巴特勒工厂建成世界上第一套三机架四辊串列式冷连轧机。日本稍慢一步，年才在东洋钢板公司所属松下工厂安装了第一台可逆式冷轧机，开始生产冷轧薄板，年在位于日本西部的广畑钢铁厂（新日铁前身之一，现为新日铁分厂）建立了第一套四机架的mm冷连轧机。年苏联在新利佩茨克钢铁公司建设了一套mm全连续式的五机架冷轧机，年产达到万吨。最有发展前途、代表大规模工业生产能力的，是连续式、不可逆运转的多机架冷轧机。
冷轧机按轧辊的辊系结构，分为二辊式、四辊式和多辊式冷轧机，最多的有30多个轧辊
可逆式和连续串列式冷轧机架的布置形式
左为常见五机架四辊冷连轧机，右为五机架六辊冷连轧机（京唐冷轧用此型轧机）
国内几个钢厂典型的冷连轧机的轧辊布置
国内某钢厂的SMS五机架串联式冷轧机
国内一般的冷轧钢卷成品（未包装），外观特征就是比热轧钢卷要光洁明亮
冷轧带钢经过平整，除了成卷出售，按其它规格交货之前都要根据用户要求进行剪切。按单张交货的要横切（业内通称为“开平板”），配备高速横切飞剪，可以生产整齐的盒装冷轧平板。按窄条带钢成卷交货的应纵切（业内通称为“纵剪带”），把宽带钢同时剪裁为几条乃至十几条窄带钢。无论是横切还是纵剪，成品冷轧钢材的生产速度都比一张一张或一条一条地单独轧制要快数十倍，生产效率大大提高。有了这种轧钢机和剪切设备，再也不需要那种分散式“小作坊”生产设备了。这种从一条生产线出来之后“一变三”（冷轧宽带钢卷、冷轧窄带、冷轧平钢板）的生产模式，真正体现了大工业的自动化、高效率的冷轧钢材生产。
武钢（天津）钢材加工有限公司剪裁线的纵剪机，正在把冷轧宽带钢剪成10条窄带
一卷冷轧宽带经过纵剪成为十一卷成品冷轧窄带，轧机效率提高数十倍
冷轧钢卷切为平钢板（开平板）的原理图
冷轧中宽带钢
首钢迁钢第一冷轧厂的冷轧宽带钢卷
冷轧板带生产的工序和工艺流程与产品紧密相关，随着产品的要求不同，工艺流程也有所不同。其中除了冷轧环节之外，在热轧当中所没有的酸洗、退火工艺也是大家不容易见到、非常感兴趣的。
冷轧板带钢产品是以热轧板带钢作为原料，因其表面有钢板在精轧后冷却期间或存放期间形成的氧化层（我们称之为“三次铁皮”，以区别钢坯在加热炉内生成的“一次铁皮”，以及粗轧之后在中间坯表面生成的“二次铁皮”），所以在冷轧开始之前要把这一层比较密实的氧化层清除掉。由于冷轧的工艺不再加热，也就不可能使氧化层开裂并用高压水冲去（即所谓“热态”清除），所以得用新的方法做“冷态”清除。
所谓“酸洗”就是在冷态下用一种化学方法清除金属表面氧化铁皮的过程，通常也叫化学酸洗，根据不同的金属基材，分为采用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸等不同种类。清洗热轧板卷表面通常用的是盐酸（HCI)，世界各国的盐酸酸洗机组用的盐酸浓度都不超过20％。
酸洗是冷轧生产的第一道工序。下面这张示意图是用盐酸清洗热轧钢卷表面，除了盐酸与氧化铁皮直接发生溶解作用、使其脱落之外，盐酸溶液与氧化铁皮相遇，同时从缝隙渗入基体（钢板）后与铁相遇，这两种情况下都会发生反应，生成氢气，氢气的膨胀会产生一种机械剥离作用，能把氧化铁皮从钢板表面加速“扒”下来。但是这也意味着，酸洗速度必须非常快，否则钢板就会出现被强酸局部溶解（腐蚀）的新问题。随后还必须立即用冷高压水对钢卷进行冲洗，祛除酸液残留，防止腐蚀。
在酸洗过程中，热轧钢板表面的氧化铁皮迅速减少
因此现代化的大批量冷轧钢卷生产都是把酸洗设备与冷轧设备连接在一起，在钢铁业内通常被称为“酸轧机组”，从酸洗工序到冷轧工序之间的过渡非常短，在酸洗后以最快的速度进行冷轧，几乎不停留。冷轧完之后的钢卷也是尽快给它“再穿衣服”（冷轧板或板卷要直接密封包装，或加工为镀层板、涂层版），隔绝空气，就能避免冷轧之后的基板被再次氧化。
酸洗槽里要砌筑专门的“耐酸碱瓷砖”，是以石英、长石、粘土为主要原料制成的耐腐蚀衬砌。早期的酸洗槽都比较深，在1米到1.2米左右，称为“深槽酸洗”。70年代后逐步应用“浅槽酸洗”，深度降到0.4米到1米之间。年德国人发明了“浅槽紊流酸洗”，酸液深度小于mm，有很多好处，例如酸洗时间缩短到原来的65％、酸洗后每平方米的残留物≤50mg等，所以现代冷连轧几乎都选择这种浅槽紊流酸洗方法。
宝钢某酸轧机组的酸洗槽正在进行防腐施工（砌筑耐酸碱瓷砖）
太钢不锈冷轧厂的卧式酸洗槽
带钢在酸洗槽（揭开盖子）内通过时的景象
酸洗机组分为连续卧式、连续塔式和半连续式（也叫推拉式或推式）三种，它们各有特点。
连续式酸洗的工艺是先要把每一个热轧钢卷展开，再把前一个钢卷与后一个钢卷之间的头尾都焊接起来，使带钢本体连续地通过酸洗槽。因而设备庞大，投资偏高，各个环节的生产节奏必须完全同步，组织生产不灵活，一旦中途停止后重启机组很是麻烦（需要全线从头到尾重新“引带”，引带也叫穿带，京唐一冷轧酸轧机组仅酸洗线穿带一次要花费4－5小时，五机架轧钢机和卷取机再穿带要2小时，合计6－7小时，还要耗用数十人力），但是它非常适合大批量地进行同种钢卷酸洗作业，与后面的冷连轧机可以“无缝接续”，生产效率很高，带钢的平直度也好。
马钢冷酸连轧机组穿带：热轧带钢通过入口段，牵引而出，即将进入酸洗段（二十冶图片）
首钢迁钢公司冷轧厂酸轧机组正在进行穿带作业的场景（视频截图）
连续式酸洗由于各段（原料准备段、酸洗工艺段、成品段）工作速度上有差异，既要保持各段工作状态的相对独立性，又保持钢带不停顿地连续酸洗，因此无论是卧式还是塔式，都要在每两段之间（进口／出口）设立活套车（在我国台湾称为“环圈车”），以“活套”的形式储备宽带钢，储量不固定，尤其是在装钢卷、焊接和卸钢卷时，酸洗机组就使用活套车里的储备钢卷。
水平活套小车的结构和原理示意图，酸洗机组一般要配两组活套
酸洗槽下方安装水平活套，充分利用空间（武钢三冷轧）
塔式机组的酸洗塔有的高达30米，还分为单塔、双塔和多塔，对酸液密封要求较高，绝对不能在空中外溢（否则可是“空中飞来横祸”啊）。但是这个高大的酸洗塔割裂了厂房内的吊车通道，设备维修不便，停机后重新穿钢带很困难。而卧式机组虽然占地面积比较大，设备结构却相对简单，维护也方便。全世界年产－万吨以上的冷轧生产线都使用卧式酸洗机组，因此我国钢铁企业也由于引进技术的原因，只有很少几套塔式机组，多使用卧式酸洗机组。首钢京唐公司的冷轧生产线也都是连续卧式酸洗。
而推拉式（半连续式）酸洗工艺，前后两个热轧钢卷之间并不焊接，每卷带钢都用夹送辊依次“咬入”，推送向前，酸洗后这个钢卷要再次卷起来，它是逐卷间断地通过酸洗机组的。它的设备相对简单，投资低，适合灵活组织不同的冷轧板卷生产，重新启动机组时不用“引带”。它的缺点也比较明显，一是钢卷不是直接从酸洗工序进入冷轧工序，多了一道卷取，因而钢卷还有在过渡期间再次被氧化的危险；二是生产效率低，产品的平直度也差一些，可能每一个钢卷之间都有差异。我国的推拉式酸洗机组已经完全国产化，年生产能力都超过50万吨。在首钢的迁钢公司冷轧厂，就有一套年产70万吨的推拉式热轧宽带酸洗机组，在不久前的年9月27日顺利完成首卷热轧酸洗卷的生产。
半连续式（推拉式）酸洗机组示意图，只卷一个钢卷，不需要活套
连续卧式酸洗机组示意图，水平活套存储的带钢长度可以达到酸洗槽的四倍以上，容量很大
连续塔式酸洗机组（单塔）示意图，这里用的活套都是立式的（储存的钢带在塔架或地坑中伸展）
立式活套结构示意图
左面是有地坑的活套，在同样占地面积下可以储存更多带钢，但是设备复杂；右面是无地坑活套
经过酸洗后的钢卷就进入冷轧过程。根据成品厚度的不同，连续式冷轧机组的机架总数各异，轧制越薄的带钢，机架数就越多。早期的三机架带钢冷连轧机，主要用来生产0.6mm－2.0mm厚的汽车钢板，所用原料厚度为2.5mm－4mm，总压下率达60％。四机架带钢冷连轧机是从五、六十年代开始发展，适应性较强，生产规格扩大到厚度为0.35mm－2.7mm，总压下率达70％－80％，逐渐取代了三机架带钢冷连轧机。四机架带钢冷连轧机的辊身长度约1mm－0mm。五机架冷连轧机严格来说是从四机架延伸出来的，它的辊身长度与四机架是基本重叠的。
以前我一直很奇怪，为什么中国没有六机架的冷连轧机呢？机架多一个不是可以分散压下量么。但是后来才知道，60年代国外发展六机架冷连轧机是为了专门生产宽度不超过1mm的镀锡原板，产品可以薄到0.09mm以下！这些年以来为了生产特薄的镀层钢带（仅厚0.mm－0.15mm），很多冷轧企业已经在四机架或五机架冷轧机之外，增加了一套两机架或三机架的“二次冷轧机组”，形成了“两步走”工艺，这些特薄带钢的产量又不是动辄需要百万吨级，所以平时开动五机架冷连轧就够用了，很少再建造轧速极高（超过每秒40米）的六机架机组。
具体到冷连轧机的实际应用，关键在一个“连”字上。常规的五机架带钢冷连轧机的最末一架水平轧制速度高达每分钟0－2米（每秒37.5米），速度极快，因此四机架或五机架冷轧机怎样与它前后的设备在如此高速下能“和谐一体”运行，情况是很复杂的。
上世纪60年代出现的冷轧生产方法，只是在若干架冷轧机前面装设两台开卷机、两台轧后张力卷取机和自动穿带装置，并采用快速换辊、液压压下、弯辊装置、计算机自动控制等新技术。但是它并未与冷轧工序前面的酸洗工序连接，也没有与后面的退火工序连接。而且这样的冷轧只是轧制机架“连续排列”而已，带钢依然是一卷一卷单独进行轧制的，并不能真正做到连轧。真正的连续轧制是在此后近10年才出现，是采用“无头轧制”方式实现的。
按照冷轧带钢生产工序及设备组合的特点，钢铁业界的专家们把“全连续式冷轧机”分成三类：
第一类名为“单一全连续轧机”，是我刚分配到首钢参加工作的那一年（年）在原日本钢管公司（NKK）的福山钢厂出现的，在常规的冷连轧机前面增设了焊接机、活套等机电设备，使热轧钢卷通过这种“无头轧制”的方式，第一次实现了不间断地连续冷轧。冷轧之后的带钢无限长，得另用剪切机按定尺切断，并重新卷成冷轧钢卷。这种单纯轧制工序的连续化，称为单一全连续轧制，也称为“全连续无头轧制”。
第二类可以称为“联合式全连续轧机”，最早是年在新日铁的广畑厂投产的。把第一类单一全连续轧机再与其他生产工序的机组连接起来，就能得到这种第二类联合式全连续轧机。这里的联合还有两种不同形式，一是“后连”，冷连轧机与后面的连续退火机组联合，即为“退火联合式全连轧机”；二是“前连”，即与前面的酸洗机组联合，就成为“酸洗联合式全连轧机”（也就是我们常说的“酸轧机组”，ContinuousDiscalingContinuousMill，缩写为“CDCM机组”）。目前世界上酸洗联合式全连轧机最多，发展也最快，它是全连轧的一个发展方向。首钢顺义、迁钢、京唐的冷连轧机都是这种CDCM机组，而且从酸洗到冷轧之间都是采用水平活套，不用立式活套。
“联合式全连续轧机”冷轧生产线（CDCM机组，即酸轧联合机组）示意图
第三类是“全联合式全连续轧机”，年首次出现在新日铁的广畑厂。别瞧所用汉字名称里只多了开头一个“全”字，它却是冷轧带钢生产划时代的技术进步，标志有关冷轧板带的设计、研究、生产、控制及计算机控制技术进入一个新的时代。它是把单一全连续轧机与前面的酸洗机组和后面的连续退火机组都连接起来，包括清洗、退火、平整、检查工序全部纳入，整个机组采用了先进的自动控制系统，能够同步顺利生产，板厚精度控制在±1％以内，过去冷轧板带从投料到产出成品需要12天，而采用全联合式全连续轧机，只需20分钟。该机组也称为“酸洗－冷轧－退火连续生产线”，缩写是“FIPL机组”。
“全联合式全连续轧机”冷轧生产线（FIPL机组）示意图
京唐第一冷轧厂紧接在酸洗线后面的五机架冷连轧机，全部为六辊UCM轧机，由日本“Mitsubishi－HitachiMetalsMachineryInc.”（三菱－日立制铁机械有限公司）制造。整个“酸轧机组”都是这家公司建造的。这套冷连轧机可比我年在宝钢冷轧厂看到的mm五机架四辊冷连轧机的技术先进多了。
三菱-日立公司在五机架六辊UCM冷连轧机上应用的新技术
六辊冷轧机有三组轧辊，分别是支撑辊、中间辊和工作辊，每组上下各有两只，这种轧机的基本特点就是支撑辊直径大，而与带钢相接触的工作辊直径小，中间辊和工作辊在轧制过程中都可以随时控制横移，能够克服带钢边部减薄及消除任何部位的“波浪”纹，实现精确控制，所以适合轧制薄带钢材和其它变形抗力大的金属材料。它的基本结构形式有两种，一是德国SMS公司开发的“CVC轧机”，工作辊的外廓被磨成S形瓶状曲线，上下辊磨削程度相同，互相错位度布置，使上下辊形状互相补充。二是日本日立制作所开发的“HC轧机”，中间辊为平辊，不需要根据原料情况把轧辊用数控机床磨削成复杂的辊型，所以生产准备时间短，轧辊备件也较少，操作简单，容易控制。
冷轧钢板的板形缺陷主要就是各种波浪纹
CVC冷轧机（图中为四辊）依靠S形瓶状辊的抽动来调整板形，但是控制边部能力差一些
HC型六辊冷轧机几个辊上的受力和调整
京唐公司所用的UCM轧机（UniversalCrownMill，万能凸度控制轧机）是日立－三菱公司从原有日立的HC轧机（HighCrown，高性能轧辊凸度）基础上发展改进来的，它具有横向刚度大、板形控制能力强等优点。它与HC轧机相比，采用更小的工作辊直径，其中间辊不仅能轴向移动，还设有正弯辊，工作辊设有正负弯辊，它的进一步改变是增加了工作辊的轴向移动，功能有很大改进。通过适当改变中间辊和工作辊的接触长度，可以改变作用于中间辊和工作辊的压力分布规律，消除由于轧制力引起对带钢横向厚度差的影响，因此对带钢的凸度和平坦度控制效果更好，特别适合控制带钢的复合浪形，适合轧制薄规格、硬质、大压下率的产品。国内还有宝钢1毫米冷连轧机、武钢毫米冷连轧机、宝钢的毫米酸洗冷连轧机都是用UCM轧机。
我国的重机老大“一重”结合CVC轧机和HC轧机的特点，开发出一种国产化率％的“VCMS大规格六辊冷轧机”。至少到年为止，国内通过非引进方式建设国产大型六辊冷连轧机，选用的都是一重自主研发、设计制造的VCMS轧机，例如鞍钢的毫米、毫米、0毫米冷连轧机，梅钢的毫米冷连轧机，武钢的1毫米酸轧机组等。一重号称它的VCMS机型是UCM系列的改进，既然它对原来的HC轧机也有相关继承性，这个说法也可以认同，从VCMS轧机已经成功打入国际市场的情况看，这种轧机确实具有一定的竞争力。
六辊冷轧机结构示意图
冷轧机多采用小辊径，优点是减小接触区、减小轧制力、减小弹性变形，有利轧薄
五机架冷连轧机的作业示意图
轧制后的卷取，采用回转式双卷筒形式的卡罗塞尔卷取机（Carrousel），这是世界上最先进的冷轧带钢卷取机，它的内部驱动系统很复杂，目前世界上能生产这种卷取机的厂家没几个。
Carrousel卷取机的结构示意图
欧洲某钢厂可卷取直径2.5米45吨重钢卷的冷轧双卷筒卡罗塞尔卷取机
卡塞罗尔卷取机在整个冷连轧生产线的最后位置，但是距离最后一架冷轧机非常接近
冷轧钢卷的表面很光滑，看似无暇，但是它遇到水汽、暴晒等不利环境因素，仍然会氧化生锈。
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