熱軋鋼與冷軋鋼：有什麼區別？
軋鋼是一個關鍵的鋼材加工階段，鋼材被通過一對對的滾筒，減少其厚度並將其加工成諸如薄板、鋼板和梁等產品。
主要有兩種類型的軋鋼：熱軋和冷軋，每種方法在生產過程中都有不同的特性和操作挑戰。
隨著高品位鐵礦石變得越來越稀少及終端用戶的機械規格變得更加嚴格，在軋鋼過程中控制元素組成和微觀結構相變至關重要。這些控制有助於確保不僅是鋼材產品質量的一致性，還可保障總體產量、能源效率和最終產品性能。
本文將介紹熱軋鋼與冷軋鋼生產之間的區別，包括熱軋鋼與冷軋鋼的強度，確保平滑加工所需的分析技術——包括X射線熒光（XRF）和X射線衍射（XRD）技術——以及熱軋鋼與冷軋鋼板金屬的主要應用。
熱軋鋼是什麼？
熱軋鋼是指在高於其再結晶溫度——通常為925°C或更高的溫度下進行的軋製過程中的鋼材。鋼坯通過一系列旋轉的輥軋加熱並壓縮直至符合所需尺寸，然後將其捲成卷筒並冷卻或切割成諸如梁一類的單元。
熱軋鋼的常見特徵為：
- 由於在高溫下氧化而形成“軋鋼鱗”，導致粗糙的表面
- 具有高抗張強度，適合結構應用
- 良好的延展性，適合焊接
熱軋鋼的用途是什麼？
由於熱軋鋼是在極高溫度下壓製的，冷卻過程中會發生熱收縮，這可能導致些許翹曲和尺寸的變化。這意味著製造商對最終鋼材產品的尺寸和形狀的精確控制較小。
因此，熱軋鋼適用於形狀和鋼材公差不精確的應用，例如：
- 建築中的結構柱和梁
- 鐵路軌道及相關基礎設施
- 汽車應用如底盤框架（假如鋼材經過酸洗和塗油處理）
- 工業管和管道
製造熱軋鋼與冷軋鋼：三大挑戰及其解決方案
當製造熱軋鋼與冷軋鋼時，生產者會面臨三大挑戰：
1. 不一致的鋼材化學性質
全球鐵礦石品位在持續下降，導致鋼材化學性質的不可預測性增強。對於生產商而言，這意味著：
- 更依賴於益礦石和替代鐵源，需要更嚴格的上游過程控制以確保滾壓前組成的一致性
- 由於硅或錳等氧化元素水平的不穩定，熱軋中的尺度形成更難控制
- 軋製產品中出現更多非金屬夾雜，提高了內部缺陷、分層和表面問題的風險
為解決這些問題，生產商正在愈加使用 XRF 技術來監控鋼材在加工前的化學成分。
像AxiosFAST 波長色散 XRF (WDXRF) 分析儀這樣的儀器可以在從百萬分之一到100%的濃度範圍內同時測量多達28種元素，並能夠在幾秒內返回結果。
即便是在鋼廠實驗室這樣的高速環境中，通過自動批量分析和最小化的樣品準備，結果也能夠及時返回，以進行數據驅動的優化。
2. 微觀結構問題
加工過程中的錯誤可能導致鋼材微觀結構的不一致，例如：
- 長時間暴露於高溫而未能充分變形會導致晶粒過度生長，減低機械強度和韌性
- 滾壓過程中不一致的溫度分佈會產生粗細晶粒大小的混合，對鋼材的機械性質產生負面影響
- 不均勻的變形和冷卻會導致鋼材翹曲、變形或開裂
- 在複雜的鋼材或合金中，滾壓溫度可能導致某些相例如碳化物沉澱，降低韌性和成型性
XRD分析配合Malvern Panalytical的Empyrean系统可以幫助您識別並理解這類微觀結構問題，例如通過：
- 檢測異常晶粒生長
- 量化殘余應力和組織結構，有助於預測裂紋風險和最終產品的性能
- 識別不想要的相，確認再結晶以及檢查相分離
- 識別低體積分的應變引發沉澱
Empyrean的模块化设计可以分析粉末、薄膜、块体和纹理片材样品，这意味着您可以直接分析您的轧制卷材，无需进行广泛的样品制备。
3. 工藝效率低下
傳統上，元素和礦物相監控需要高培訓的專家執行，並且通常是在鋼加工廠之外的專門燈檢附近進行——這已經不再是事實了。
現在，像 AxiosFAST 和 Empyrean 這樣的儀器可以放置在現場實驗室中，設置或培訓需求極小，意味著即使是經驗不豐富的人員也可以執行及解釋複雜的實驗，將其結果應用於生產線，而反饋迴路也因此縮短了。
對於您的鋼材鍍鋅-鍍鋁合金工藝中的實時反饋，您還可以實施我們與現代鋼鐵公司合創的獨特在線XRD儀器。
不必等待八小時以獲得離線樣品結果：通過在線分析，您可以實時監測塗層的晶體相成分和層厚度，以降低錯誤並最大化運行時間。
在當今快節奏的工業環境中，精度和速度都是關鍵——尤其在驗證鋼材等級時。 SciAps手持LIBS (激光誘導擊穿光譜)分析儀為即時鋼材分析提供了一個變革性的解決方案。它能夠檢測碳、鉻、鎳和錳等關鍵合金元素，能夠在幾秒鐘內實現精確等級識別。無論您是在進行廢料劃分、運行PMI（正材鑑別）任務還是確保製造合規性，SciAps LIBS都能提供實驗室級別的結果而無需等待。其便攜性和易用性使其成為質控團隊和冶金工程師流線化工作流程和減少成本錯誤中不可或缺的工具。
熱軋鋼與冷軋鋼的好處是什麼？
在生產熱軋鋼與冷軋鋼時，製造商可以獲得幾種好處：
- 降低生產和購買成本。熱軋鋼與冷軋鋼價格是一個關鍵的比較範疇。由於熱軋鋼需要的加工步驟更少、精度需求更低且能耗更少，對生產商和製造商而言，其通常比冷軋鋼更便宜。
- 更好的延展性和可加工性。在高溫下成型鋼材使在變形過程中發生再結晶，使得熱軋鋼更具靈活性且更易於加工。
- 內應力更小。熱軋鋼在軋製後逐漸冷卻，意味著其內部結構相對來講沒有內應力。這使者熱軋鋼在焊接方面較冷軋鋼更不易碎。
熱軋鋼相較於冷軋鋼的劣勢是什麼？
儘管熱軋鋼相較於冷軋鋼具有許多優勢，但是製造商和工程師需要考慮一些重要的取捨：
- 較粗糙的表面處理。由於高溫氧化和冷卻，熱軋鋼相較於冷軋鋼的表面通常是粗糙和有鱗狀的，使其在不經進一步加工階段的情況下不適合顯露的應用。
- 較大的尺寸公差。由於冷卻過程中的溫度收縮和變形可變性，熱軋產品在尺寸上不太可控。這使得它們在沒有進一步精加工的情況下不適合精密應用。
- 較低的耐蝕性。熱軋鋼的表面粗糙度使其比其較光滑的冷軋同類品更易生鏽和腐蝕。
- 較低的屈服強度和抗拉強度。在比較熱軋鋼與冷軋鋼的抗拉強度和屈服強度時，由於在鐵材在室溫附近或室溫下加工時發生應變硬化，冷軋鋼通常表現更佳。
冷軋鋼是什麼？
冷軋鋼只是經過進一步加工步驟的熱軋鋼。冷軋過程包括讓熱軋鋼在室溫下冷卻然後將其通過另一系列的輥壓。
由於沒有高溫使金屬更具延展性，壓力需要足夠大才能將鋼材壓製成所需形狀。冷軋鋼相比熱軋鋼也會經歷最小的收縮。這意味著冷軋鋼具有更緊密的尺寸公差和更好的表面質量。
冷軋鋼的關鍵特徵是：
- 更光滑、更光亮的表面處理
- 加硬處理的更高強度和硬度
- 更緊的尺寸公差
- 更優的成形性，適合精密應用
冷轧钢的用途是什么？
冷軋鋼是鍍鋅鋼的最常見材料，因其光滑的表面、精確的尺寸和良好的成型性，其更一致的性能賦予它經受熱浸鍍鋅和退火爐處理而不變質的能力。
鍍鋅鋼經常應用於：
- 例如汽車外部，這些場合對油漆附著力、耐腐蝕性和精確成型能力要求嚴格的汽車行業
- 需要耐腐蝕性和美觀表面的家電和電器中
- 對焊接能力和應用耐用塗層的能力有要求的建築應用中
冷軋鋼製造：三大挑戰及其解決方案
冷軋鋼產品苛刻的精度和性能要求給製造商帶來了極大壓力，要求其嚴格控制過程。以下是他們在該過程中面臨的三大挑戰——以及分析技術如何發揮作用。
1. 嚴格控制相和微觀結構
冷軋鋼的最終機械性能——尤其是強度、延展性和成型能力，嚴重依賴於材料的相構成、晶粒大小和晶體紋理。即使這些方面的微小差異也可能導致：
- 不符合規格的卷材，導致運貨被拒收
- 成型性問題
- 大型製造廠內下游線路停頓
Malvern Panalytical的 Empyrean 系統通過精確的Rietveld分析進行詳細的相量化，您還可以分析晶體紋理、殘余應力、晶格應變和再結晶行為。
2. 油漆和塗層附著力
在鍍鋅和鍍鋅鋼產品中，表面質量不足或相構成不佳可能導致塗層附著不良，進而導致腐蝕、塗層剝離及客戶拒收其貨物。
使用我們的緊湊型 Aeris XRD 系統，您可以進行快速的塗層鋼表面相成分檢查，幫助驗证您鍍鋅和鍍鋅產品的均勻性、一致性和油漆性。
3. 鍍鋅鋼中的塗層相和厚度控制
最後，鍍鋅鋼的性質取決於鐵和鋅金屬間相形成的精確控制，並取決於塗層的厚度和均勻性控制。沒有這些元素，塗層可能會變得易碎、粉狀或剝落。
在線 XRD 提供實時監控的相演化在您的鋼材產品離開鍍鋅爐後進行，幫助即時調整爐溫和線速度，以確保在嚴格的規範範圍內進行一致的塗層相和厚度。
冷軋鋼的好處是什麼？
當製造商掌握這些加工參數時，使用冷軋鋼有很多好處：
- 更好的屈服和抗拉強度。由於冷軋鋼在室溫下加工，因此其是應變硬化的，這使得它的晶體粒結構更加密集，抗拉強度更高且不易被撕開。
- 更精緻的表面處理。與熱軋鋼中常見的鱗片狀表面不同，冷軋鋼具有更光滑的表面，使其適合許多應用而不需重大進一步工序。
- 更緊的尺寸公差。冷軋鋼的尺寸控制越來越好，適合精密產品。
冷軋鋼的劣勢是什麼？
儘管在精密應用中優勢多多，但冷軋鋼向生產者和製造商展現出一些缺點：
- 生產和購買成本較高。比較熱軋鋼與冷軋鋼價格，冷軋鋼對製造商而言可能極其昂貴，原因是需要額外的加工步驟。
- 相較於熱軋鋼不易加工。考慮熱軋鋼和冷軋鋼強度性能的重要因素是，冷軋鋼比熱軋鋼強但更脆，這使得它相比之下更難以焊接和用機器切割。
熱軋鋼與冷軋鋼總結表
時間短？這裡是我們對熱軋鋼與冷軋鋼板金屬生產和性能的總結。
| 熱軋鋼 | 冷軋鋼 | |
| 特徵 | – 粗糙表面 – 高抗張強度 – 良好的延展性 | – 光滑、光亮的表面處理 – 更高的強度和硬度 – 更緊的尺寸公差 – 更優的成形性 |
| 應用 | – 結構柱和梁 – 鐵路軌道 – 底盤框架 – 工業管和管道 | – 汽車外部 – 電子產品和家電 – 要求油漆附著的建築應用 |
| 製造挑戰 | – 鋼材化學性質不一致 – 微观结构问题 – 工藝效率低下 | – 嚴格控制相和微观结构 – 油漆和塗層附著力 – – 鍍鋅鋼中的塗層相和厚度控制 |
| 關鍵分析技術 | – AxiosFAST（XRF） – Empyrean（XRD） – Aeris（XRD） – SciAps Z-Series（LIBS） | – AxiosFAST（XRF） – Empyrean（XRD） – Aeris（XRD） – 在線 XRD – SciAps Z-Series（LIBS） |
| 優勢 | – 生產和購買成本較低 – 较好的延展性和可加工性 – 较少的内部应力 | – 更好的屈服和抗拉強度 – 更精緻的表面處理 – 更緊的尺寸公差 |
| 劣勢 | – 粗糙的表面處理 – 较大的尺寸公差 – 较低的耐蝕性 – 较低的屈服強度和抗拉強度 | – 生產和購買成本較高 – 相較於熱軋鋼不易加工 |
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