2020年, 第37卷, 第4期　刊出日期：2020-08-28

  

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专家论坛
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  基于弹塑性有限元的板形控制机理研究现状与展望

  李旭，王青龙，张宇峰，张殿华

  轧钢. 2020, 37(4): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20200111

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  带钢冷连轧过程中的板形控制问题因具有多变量、多控制回路、非线性和强耦合等特征，是工业控制领域最为复杂的控制过程之一。精准的板形预测模型是提高板形控制水平的重要保证。当前，弹塑性有限元法能够耦合分析轧制过程中带钢的弹塑性变形、轧后的残余应力以及轧辊的弹性挠曲、弹性压扁，因此在带钢轧制领域有很广泛的应用。介绍了现代板形控制系统的工作原理，以及当前弹塑性有限元法关于板形控制问题分析的研究进展。同时，采用显式动态有限元建立了六辊UCM轧机的三维数值仿真模型，研究了不同板形调节机构对带钢板形的调控特性及其最优调节量，并采用实际轧制试验对模型进行了验证。结合带钢保持良好板形的几何条件，利用所建立的UCM轧机模型，分析了中间辊轴向横移、工作辊与中间辊弯辊对带钢横截面形状、凸度、边降及平直度的影响。最后，对有限元法应用于分析板形控制问题的方向进行了展望。
  
研究与开发
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  Ni对高强船板钢显微组织及低温韧性的影响

  赵晋斌，邱保文，田勇，叶其斌，屈智忠

  轧钢. 2020, 37(4): 12-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190119

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  随着用户对高强船板钢低温韧性要求的日益提高，添加适当含量的Ni元素已成为改善其低温韧性的重要手段。研究了TMCP工艺下，高强船板钢中Ni质量分数(0.3%，0.6%，0.9%）对其显微组织及低温韧性的影响。结果表明，随着Ni含量的增加，粒状贝氏体含量增加，大角度晶界比例提高，晶界间渗碳体数量减小，其形貌特征由仿晶界形向弥散分布的岛状转变；高比例的大角度晶界将提高裂纹传播阻力，提高钢板的冲击吸收功；而沿晶界分布的渗碳体会降低晶界间结合力，恶化钢板的低温冲击韧性。为降低生产成本，同时保证高强船板钢-80 ℃条件下的低温韧性，Ni质量分数控制在0.6%较为适宜。
  
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  形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响

  崔辰硕，高秀华，朱成林，高彩茹，杜林秀，赵健

  轧钢. 2020, 37(4): 17-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190076

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  为了提高火电发电效率，要求耐热钢在更高的服役温度下保持良好的高温性能。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)与电子探针(EPMA)等手段，研究了不同变形量的形变热处理对11Cr3Co耐热钢组织性能的影响。结果表明，随变形量的增加，11Cr3Co钢板基体组织得到显著细化，马氏体板条宽度变细，小角度晶界数量减少；在200~700 ℃拉伸时，不同变形量形变热处理的钢板抗拉强度均得到提升，伸长率略有降低；在400、600 ℃拉伸时，经20%TMT700-T处理后的钢板抗拉强度分别为299、269 MPa，伸长率分别为19.3% 、21.93%，具有优异的综合力学性能。形变热处理钢板组织中的高密度位错能够促进析出粒子数量增加且使40~100 nm M23C6与10~30 nm MX粒子的分布更加均匀弥散，更好地保证了耐热钢组织的高温稳定性。
  
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  水电站座环及导叶用钢SXQ500/550DZ35热力学计算及析出相分析

  唐郑磊，李忠波，张阳，许少普，王勇，白艺博

  轧钢. 2020, 37(4): 23-28.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190114

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  水电建设的发展，对水电站座环及导叶用SXQ500/550DZ35特厚板的性能提出了更高的要求，其成分中加入合金元素多，各种相的析出复杂，而析出相与钢的组织性能密切相关，因此利用ThermoCalc软件对SXQ500/550DZ35水电用钢进行了热力学计算及平衡相分析。结果表明，FCC_A1#2、FCC_A1#3及FCC_A1#4相析出温度区间集中于900~1 400 ℃之间，属于微合金元素V、Nb、Ti与C、N元素结合生成的碳化物以及碳氮化物，其能钉扎奥氏体晶界，细化奥氏体晶粒。通过钢板在970、1 020、1 070 ℃保温22 min后水淬至常温，并采用场发射电镜对其进行检测，析出相主要为NbC、TiC、Ti（C,N），与热力学软件计算相符合。
  
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  返红温度对Q345NQR2高强钢板组织性能的影响

  崔强，王超，武会宾，李志超

  轧钢. 2020, 37(4): 29-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190098

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  为在中厚板产线开发Q345NQR2高强钢板，利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及电子探针，研究了返红温度对其组织和力学性能的影响。结果表明，在相同始冷温度下，随着返红温度的降低，钢板的屈服及抗拉强度都升高，但抗拉强度增加的幅度更大；当返红温度小于540 ℃时，硬相珠光体组织发生退化，对低温冲击韧性不利；返红温度大于540 ℃且小于等于620 ℃时，钢板组织为铁素体+珠光体，珠光体体积分数不小于16%时，钢板的屈强比不大于0.75，-40 ℃冲击功大于90 J，满足了标准的要求。
  
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  X65MO海底管线钢包辛格效应研究

  孙照阳，胡学文，张永青，杨森，余宣洵，方政

  轧钢. 2020, 37(4): 33-36.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190090

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  海底管线钢管强度是包辛格效应和形变强度共同作用的结果。采用MTS材料试验机、扫描电镜和透射电镜，研究了不同预压变形量下X65MO海底管线钢的包辛格效应。研究结果表明，预压变形量在0~0.85%时，包辛格效应占据主导作用，X65MO钢管的屈服强度较原料带钢的低，当预压变形量约为0.30%时，屈服强度下降值达到最大约30 MPa；预压变形量在085%~1.50%时，形变强化效应占主导作用，X65MO钢管的屈服强度较原料带钢的高。随着预压变形量的增加，X65MO钢晶粒内部形成的稳定位错亚结构增多，并且第二相粒子对位错钉扎作用更加显著，导致了宏观上钢管屈服强度的增加。
  
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  冷轧304不锈带钢边鳞缺陷的成因分析及其改进措施

  徐佳林， 陆海飞， 田伟光， 蒋发立

  轧钢. 2020, 37(4): 37-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190123

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  针对冷轧304不锈带钢表面的边鳞缺陷，采用扫描电镜对带钢表面及横截面缺陷形貌和成分进行了分析，并对实际生产数据进行了统计，分析了冶炼化学成分、连铸二冷比水量、板坯加热工艺参数与边鳞缺陷降级率的关系。结果表明，冷轧304不锈带钢边鳞缺陷的产生是板坯高温塑性不佳及其加热工艺不合理造成的。为此提出了针对性的改进措施：严格控制钢液化学成分，N质量分数小于0.045%，Cu质量分数小于0.15%，并加入适量的B（0.001 5%~0.003 5%）；同时保证连铸二冷比水量控制在0.60~0.75 L/kg；优化加热工艺，控制板坯在炉加热时间小于220 min，均热段温度不高于1 220 ℃。采用上述改进措施，冷轧304不锈带钢边鳞缺陷降级率显著降低，从8.5%降至1.2%以下。
  
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  冷轧压下率对TRIP钢组织性能的影响

  李霞,李春诚,王溪刚

  轧钢. 2020, 37(4): 43-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190108

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  冷轧压下率对TRIP钢成品带钢力学性能和成形性能有重要的影响。以TRIP600钢为例，采用金相显微镜和拉伸试验机等检验设备，研究了不同冷轧压下率（50%、55%、60%和65%）对其组织和性能的影响。结果表明，随着冷轧压下率的增加，成品带钢组织中铁素体晶粒尺寸减小，铁素体体积分数减少，贝氏体+马氏体+残余奥氏体体积分数增加；其屈服强度和抗拉强度随着压下率的增加而增大，塑性指标则呈现先增大后减小的趋势；当压下率为60%时，成品带钢各项性能指标最佳，其强塑积为21.3 GPa·%，此时组织中残余奥氏体体积分数与其C质量分数的乘积较高，与TRIP效应提高带钢强塑积的理论一致。
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  G20CrNi2MoA轴承钢控轧控冷工艺热模拟研究

  齐楠，杜忠泽， 路超，朱晓雅，王庆娟，周民

  轧钢. 2020, 37(4): 46-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190095

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  控轧控冷是先进轴承钢的重要生产工艺。利用Gleeble3500热模拟试验机对G20CrNi2MoA轴承钢进行了控制轧制和控制冷却的热模拟试验，分析了变形温度、变形程度和冷却速率对G20CrNi2MoA优质滚动轴承钢微观组织和硬度的影响。基于试验结果，确定了开轧温度900 ℃、变形量30%的条件进行轧制，终轧后以5 ℃/s的冷却速率冷却到650 ℃，再以2 ℃/s的冷却速率冷却至室温的控轧控冷工艺。该工艺可获得比原始组织更细小均匀的贝氏体组织，试验钢综合力学性能有所提高，抗拉强度提升180 MPa、屈服强度变化较小、硬度提升50HV，断后伸长率提升2%。
  
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  工业纯Ti高线盘条的开发

  沈红林，曹占元，张森，章祝雄，张志波

  轧钢. 2020, 37(4): 51-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190099

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  Ti及Ti合金线材应用广泛，但在热加工过程中容易产生多种缺陷，工业连续化生产困难。以工业纯Ti自身特性、热加工图、碳钢盘条生产经验等为重要依据，设计了工业纯Ti盘条孔型系统，制定了加热、轧制、冷却等工艺参数，并在某高线产线上进行了试制。结果表明，纯Ti盘条组织性能及硬度均满足标准的要求，高速线材轧钢设备生产工业纯Ti高线盘条是可行的。
  
设计与改造
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  高速棒材智能夹送辊夹持力设计计算方法及应用

  王任全，姚双吉

  轧钢. 2020, 37(4): 56-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190166

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  传统的高速棒、线材夹送辊没有在线夹持控制机理和智能伺服控制系统，无法对夹持力进行在线控制和实时调整，对于上游工序造成的料形伸缩、张力变化、钢温差异缺少兼容适应能力，容易在高速轧制下发生堆钢、拉断事故。由于缺少智能夹送辊研发的关键技术，尤其是夹送辊新型传动结构和在线夹持力控制模型和系统，高棒、高线智能夹送辊设备全部依赖进口。通过分析夹持机构夹送原理，建立了智能夹送辊夹持力分析计算模型。根据不同轧制工艺参数计算并确定了夹送辊主要设备参数。通过实际项目的实施，说明夹送辊工艺参数设定、设备结构参数设计合理，夹送辊工作可靠，可以满足高速棒材生产线长期稳定运行的需要。
  
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  防轧辊表面氧化膜剥落提升带钢表面质量技术改造

  吕坤勇，于静

  轧钢. 2020, 37(4): 62-64.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190151

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  国内某1 780 mm热连轧机组因精轧机工作辊表面氧化膜剥落而严重影响带钢表面质量，导致每月约有1 500 t钢卷被判为废次品。从轧辊材质、轧辊冷却水、防剥落水、轧制润滑及切水板等方面分析了轧辊表面氧化膜剥落的原因，并通过优化轧辊冷却水、调整防剥落水喷射位置、消除集管间相互干扰、改造切水板配置等技改方案解决了热轧生产中轧辊表面氧化膜剥落的问题，因氧化膜剥落产生的热轧卷废次品减少了90%以上，企业降废增效成果显著。
  
综述
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  汽车轻量化条件下先进高强钢的发展及现状

  刘清梅，封娇洁

  轧钢. 2020, 37(4): 65-70.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190137

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  介绍了轻量化条件下汽车车身用材的 4 种设计路线，结合具体车型说明了混合用材车身设计的发展趋势，讨论了钢板、铝合金、碳纤维车身用材的优缺点，客观评价了钢铁材料在汽车轻量化条件下的应用前景。总结了 2008～2018 年汽车车身 3 大部位使用先进高强钢强度等级的发展过程，以日本JFE公司为例，介绍了其研发的最新车身用材的力学性能及在一款新车型车身上的设计应用。同时，针对高强钢在冲压成形过程中容易产生冲压裂纹、冲压皱折和冲压尺寸偏差等问题，介绍了该公司相应的新技术及应用效果。
  
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  我国热轧叉车门架型钢的生产现状及发展方向

  赵新华,纪进立，王茂兵,霍喜伟，宋玉卿，张鹏

  轧钢. 2020, 37(4): 71-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190035

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  作为叉车关键的工作装置，叉车门架的质量是衡量叉车稳定性的重要指标，直接影响到叉车的承载能力、稳定性、装卸性能和安全性。介绍了我国热轧叉车门架用型钢的国产化开发过程、生产现状及相关标准（YB/T 4237），介绍了目前我国批量生产的热轧叉车门架用型钢外形规格及材质，分析了我国热轧叉车门架型钢存在的问题，讨论了高强度、高韧性、耐低温热轧叉车门架用型钢的发展方向。
  
轧钢机械
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  ZR22B52″型二十辊森吉米尔轧机辊系分析技术研究

  贾志伟，李元华，张海利，李莉，庞树芳

  轧钢. 2020, 37(4): 74-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190139

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  以ZR22B52″二十辊森吉米尔轧机为研究对象，建立了辊系空间位置模型，并对辊缝变化与辊径、压下调整、侧偏心调整之间的关系进行了计算分析，开发出具有轧线调整参数及轧辊配置计算等功能的分析系统。应用结果表明，辊系空间位置计算结果与现场实际拟合度良好，相应工况条件下计算误差为1~13 μm，实现了精确、快速的辊系配置参数离线分析，为该轧机辊系分析提供了参考和量化依据。
  
轧钢自动化
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  冷轧处理线卷取机带头定位精度的改进

  黄海生，胡剑斌

  轧钢. 2020, 37(4): 78-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190116

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  针对采用带头与卷取机芯轴橡胶套筒定位区动态接触的传统自动定位技术控制效果不好而带来带头印缺陷的问题，对其产生原因进行了分析，这是因为不同规格、钢种带钢的工艺参数不同，带钢穿带过程中在传送辊上的打滑量不同，在传输通道上的下垂量不同，带头到达卷取机芯轴定位区时计算带头位置与实际带头位置存在不稳定的偏差，因此带头定位精度不稳定。为此，开发了双动态自动定位技术，穿带过程中预留了足够的带钢打滑及下垂富余量，且带头与定位区中心线在助卷皮带咬入口静止状态下接触，消除了影响带头定位精度的主要因素，带头定位精度能稳定在±15 mm的误差范围内。实际应用效果表明，该方法可行、实用。
  
革新与交流
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  2 250 mm热连轧高强薄规格轧制稳定性分析及控制

  杨志刚，郭德福，徐浩森

  轧钢. 2020, 37(4): 81-85.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190105

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  针对2 250 mm宽带钢热连轧机生产高强薄规格过程中出现的精轧活套起落套控制不稳定、穿带头部瓢曲或折叠、机架间起大浪、尾部轧破或甩尾、轧机振动等轧制不稳定性问题，从工艺、设备、控制系统及操作等方面进行综合研究，开发出精轧活套稳定起落套控制技术、防甩尾与尾部轧破技术以及抑制精轧机振动的方法，成功实现了高强薄规格带钢的稳定轧制。
  
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  柔性轧制Q390C和Q420C钢板生产实践

  周中喜，温志红

  轧钢. 2020, 37(4): 86-90.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190124

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  目前市场对中厚板的订单具有个性化和多样化的特点，而对于不同强度级别的钢板，化学成分设计往往是不同的，这样会增加不同钢坯冶炼之间衔接的时间及化学成分控制的难度，导致冶炼成本增加，工序复杂化。结合市场需求与生产实际，采用同一Q390低合金高强度钢板坯，通过不同的控轧控冷工艺，对Q390C和Q420C两种强度级别热轧钢板进行了试制。结果表明，通过控轧控冷技术，可以充分发挥细晶强化作用，采用同一Q390低合金高强度钢板坯实现了Q390C和Q420C两个强度级别热轧钢板的柔性生产。试制生产的两种钢板，强塑性及0 ℃冲击功均满足标准要求，Q420C钢板屈服强度达441 MPa以上，抗拉强度达579 MPa以上。采用柔性轧制技术，降低了Q420C高强钢板的生产成本。
  
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  2 050 mm热轧带钢生产线高压水除鳞系统的优化

  孙丽荣,张吉庆,万佳峰,王峰

  轧钢. 2020, 37(4): 91-95.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190138

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  高压水除鳞是影响带钢表面质量的关键因素之一。针对某2 050 mm产线，对其炉后除鳞、R1及R2除鳞、精除鳞系统，采用Descale模拟软件，对喷嘴型号、除鳞高度、除鳞打击力、搭接量等进行了优化设计，对比给出了优化前后主要除鳞技术参数。同时，对精除鳞集管密封结构进行了改进，杜绝了生产过程中因漏水所造成的停机问题。优化改造后，该生产线除鳞打击力大幅度提高、用水量明显减少，节约了生产成本、提高了生产效益。
  
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  中厚板炉底辊压痕缺陷原因分析及控制方法

  王庆敏，杜群超，刘应心

  轧钢. 2020, 37(4): 96-99.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190147

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  针对影响热处理钢板表面质量的炉底辊压痕缺陷问题，分析了其主要影响因素，如炉内氧化气氛、钢板规格、高温工艺以及钢板表面抛丸质量和表面粗糙等对缺陷产生的影响。通过加强炉底辊质量把关、对钢板进行入炉检查以及对抛丸质量和炉内气氛严格控制，同时对生产计划安排和洗炉制度进行优化，使炉底辊压痕缺陷得到明显改善和控制，月均压痕量由500 t降至100 t。
  
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  Q235D热轧钢板低温冲击性能不合原因分析及改进措施

  姜颖，向浪涛，徐华，黄微涛，王灿

  轧钢. 2020, 37(4): 100-102.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190113

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  针对重钢4 100 mm产线生产的厚度为16～25 mm Q235D热轧钢板低温冲击性能不合问题，通过对钢板化学成分、金相组织和轧制工艺进行分析，发现产生沿晶界呈连续带状分布的珠光体组织，并且同时伴随有混晶现象是导致钢板低温冲击性能不合的主要原因。将精轧终轧温度提高至890～900 ℃，改善了钢板组织形态，获得均匀的组织，提高了Q235D钢板低温冲击性能，满足了标准要求。
  
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  酸轧机组薄带无套筒卷取工艺研究与应用

  刘玉金，陈伟，范正军，曹静，王宇鹏，刘磊

  轧钢. 2020, 37(4): 103-105.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190134

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  针对0.35 mm规格无取向中低牌号硅钢薄带套筒卷取无法保证连续批量生产及卷取质量的问题，对其卷取工艺进行了分析与研究。结果表明，卷取张力、张力锥系数、张力锥作用卷径系数以及皮带助卷器压力是其主要影响因素。通过卷取参数的优化试验，确定了0.35 mm规格无取向中低牌号硅钢薄带的无套筒卷取最优工艺参数，下线钢卷质量良好。薄带无套筒卷取工艺在酸轧机组的应用，不仅提高了钢卷内圈质量，还降低了套筒的周转与消耗，从而降低了无取向硅钢的生产成本。
  
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  低碳冷镦钢盘条酸洗横向线痕缺陷原因分析及解决措施

  农之江，吴德兴，王扬发，甘志涛

  轧钢. 2020, 37(4): 106-109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190092

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  针对低碳冷镦钢盘条酸洗后表面出现横向线痕缺陷的问题，通过金相检测、高倍电镜检测，分析得到其产生的主要原因是盘条在斯太尔摩风冷辊道运输过程中搭接点与非搭接点处温度及冷却速率差别大，搭接点处表面氧化铁皮内层FeO转变为Fe₃O₄，产生较大的内应力，使氧化铁皮横向开裂，酸洗后被腐蚀成横向凹槽而形成的。为此，提出了生产工艺优化措施，提高了盘条通条冷却均匀性，并保持了氧化铁皮的完整，避免了盘条酸洗横向线痕缺陷的产生。
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  电机防水方法的研究及应用

  邢俊，李书宇，周治平，李艳辉，闫伟伟

  轧钢. 2020, 37(4): 110-112.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20190068

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  针对邯郸钢铁集团中板厂宽厚板产线辊道电机周围环境湿度较大，潮气进入电机内部使其绝缘受潮，造成烧损的问题，提出了对电机增设挡水罩、甩水轮、高压风管，以及提升电机现场管理和电机修理过程监控等措施。生产实践表明，全年可降低因电机造成的突发事故时间约20 h以上，每年可节约电机修理费用约10余万元，同时也减少了钢板表面质量缺陷，避免了质量异议的发生。