2023年, 第40卷, 第1期　刊出日期：2023-02-28

  

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特约综述
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  低碳低合金及含铜海洋工程用钢的研究及其发展

  陈礼清, 习小慧

  轧钢. 2023, 40(1): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230101

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  随着海洋资源的不断开采和利用,对深海及极地用海洋工程关键部位用钢强韧性等综合性能提出了更高的要求;开发具有更高强塑性,低屈强比,良好的低温韧性、焊接性以及耐腐蚀性等综合性能优良的钢材是海洋工程用钢的发展方向。介绍了国内外低碳低合金海洋工程用钢的研究和发展概况,分析了该类钢种制造过程中面临的问题,对铜在低碳高强钢中的作用以及含铜海洋工程用钢的研发情况进行了综述。
技术讲座
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  柔性轧制及其实现方法

  刘相华, 支颖, 赵启林

  轧钢. 2023, 40(1): 12-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230102

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  介绍了柔性轧制的概念,将柔性轧制分为几何形状尺寸的柔性调控和产品性能柔性控制两种类型,分别介绍了两类柔性轧制的实现方法和相关技术。在形状尺寸柔性调控中,利用对轧辊辊缝及孔型的灵活控制,获得具有形状尺寸优化、负载能力增强的产品,满足一些特定需求,实现节材减重、节能减排;在轧制中对组织性能进行柔性控制方面,介绍了从早期一钢多能、一钢多用,到用同一种化学成分生产不同晶粒尺寸的产品,获得不同力学性能的状况,再到近期提出的UniSteel 概念,以单一化学成分取代已有的繁多汽车用钢品种;最后对柔性轧制技术的发展进行了展望。
研究与开发
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  Fe-4Mn-1.5Al-0.5Si-0.2C-0.05Nb中锰钢的热变形行为研究

  霍巍丰, 宋仁伯, 张宇, 赵帅, 王永金, 王鑫玮

  轧钢. 2023, 40(1): 17-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230103

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  针对较高Mn含量会导致中锰钢成本提高、出现偏析而限制其应用的问题,设计了一种能够满足1 000 MPa级别性能要求(抗拉强度R_m＞1 000 MPa,总伸长率A＞30%)的中锰钢,其成分为Fe-4Mn-1.5Al-0.5Si-0.2C-0.05Nb。通过绘制实验钢在不同应变速率和变形温度下的真应力-真应变曲线,并结合组织观察,研究了实验钢的热变形行为,尤其是应变速率和变形温度对实验钢热变形行为的影响规律,并最终获得了实验钢的动态再结晶图和本构方程。结果表明:变形温度的降低和应变速率的提高均会抑制动态再结晶的发生;低应变速率(0.1 s^-1)下的所有样品均会发生完全动态再结晶;中应变速率(1 s^-1)下,变形温度为800 ℃的样品只发生部分动态再结晶;高应变速率(10 s^-1)下,不发生完全动态再结晶的变形温度扩大至800~950 ℃;实验钢的本构方程为公式。动态再结晶图和本构方程的确定对实际生产中轧制工艺的设计、得到具备优良性能的特定类型的微观组织具有重要意义。
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  热处理温度对超高强海工钢组织性能的影响

  谢晓光, 陈俊

  轧钢. 2023, 40(1): 23-28.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230104

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  针对超高强海工钢的研发,采用低碳和较高Ni含量设计了实验钢化学成分,通过力学性能分析及显微组织观察,对比研究了热轧钢板、以及不同热处理温度实验钢板的组织性能,明确了不同热处理温度对超高强海工钢板力学性能的影响规律。结果表明:热轧钢板组织基本为全马氏体组织,经热处理后开始析出碳化物,在热处理温度为650 ℃时界面处存在一定量的新鲜马氏体或残余奥氏体;经400、500、600 ℃热处理后,虽然可将实验钢板屈服强度提高至1 000 MPa以上,且断后伸长率大于14%,但由于存在时效脆性,使得钢板在-80 ℃时发生脆性断裂。经650 ℃热处理后,尽管实验钢板的屈服强度下降,但仍保持超高屈服强度,为786 MPa;另外,实验钢板的低温冲击韧性得到了显著改善,-80 ℃冲击吸收功大于125 J,具有最佳的综合力学性能。
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  高强汽车钢温冲压成形工艺探讨

  朱文礼, 李海军, 李睿昊, 王斌, 王国栋

  轧钢. 2023, 40(1): 29-34.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230105

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  热冲压成形汽车零部件的室温组织为全马氏体组织,虽然强度高,但延展性差。为此,提出了一种采用热轧后直接淬火获得马氏体组织,随后在冲压工序进行回火以提高冲压件延展性的温冲压成形工艺。采用热轧实验机和MMS-200热力模拟实验机模拟温冲压成形过程,并对实验钢力学性能和组织结构进行了分析。结果表明:随温冲压成形温度的升高及保温时间的延长,实验钢成形后抗拉强度和维氏硬度值不断下降,伸长率呈先上升后下降再上升的趋势。随成形温度的增加,实验钢组织由马氏体不断转变为回火马氏体、回火屈氏体和回火索氏体。在350 ℃保温120～180 s,实验钢成形后力学性能最佳,抗拉强度超过1 500 MPa,伸长率大于8%,硬度值在425HV～440HV之间。冲压成形温度越高,对冲压设备所需求的力能参数越低。
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  高强油井管用钢高温性能研究

  孙照阳, 胡学文, 徐雁, 方政, 余宣洵, 杨森

  轧钢. 2023, 40(1): 35-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230106

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  针对550 MPa级高强稠油热采井套管断裂失效的问题,对套管用钢的高温力学性能和蠕变性能进行了研究。在不同温度下对试验钢板进行了高温拉伸和蠕变试验,利用SEM和TEM观察了试样组织及断口形貌。结果表明:试验钢板在350 ℃时,屈服强度和抗拉强度下降约8%,蠕变速率1.46×10^-6 h^-1;在400 ℃时,屈服强度和抗拉强度下降约18%,蠕变速率5.34×10^-6 h^-1;随着拉伸试验温度的升高,由于碳化物和析出相的影响,试样断口的孔洞尺寸明显增大,造成性能下降;Cr、Mo的强碳化物析出物对位错滑移的阻碍作用提高了试验钢的抗蠕变性能。
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  不同冷却方式下X80M管线钢的组织演变

  蔡绪明, 李艳梅, 李中平, 周文浩, 陈炼, 熊祥江

  轧钢. 2023, 40(1): 41-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230107

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  针对当前开发高强韧性、低屈强比管线钢的需求,利用光学显微镜和透射电镜,研究了4种不同冷却方式下X80M管 线钢的组织性能演变。结果表明:轧后空冷钢板的屈强比较高,金相组织主要为PF+P,没有明显的亚结构,位错密度低,强度低,均匀伸长率好,但落锤性能差;轧后钢板弛豫至Ar₃温度以下,水冷前会先析出一部分PF,快速冷却过程中富碳奥氏体在更低温下会发生贝氏体转变,随着冷却速率的增大,组织形貌由块状演化为条片状贝氏体,由PF+B的双相组织构成,存在较高密度的位错,具有较好的均匀伸长率与硬化指数,该工艺适合抗大变形管线钢的生产;轧后钢板直接快速冷却至M_s温度以下,钢板强度高韧性好,但均匀伸长率与硬化指数下降,金相组织为典型AF+MA,该工艺适合常规高钢级管线钢的生产。
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  SA516Gr70容器钢板氢致裂纹敏感性研究

  陈富强

  轧钢. 2023, 40(1): 46-51.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230108

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  针对容器钢板的氢致开裂问题,通过电化学充氢、氢渗透实验等方法,研究了不同厚度SA516Gr70容器钢板在硫酸溶液中的氢致裂纹敏感性,以及夹杂物对氢致裂纹的影响,并分析了其在不同低温条件下对应的氢扩散系数。结果表明:进入钢中的氢含量随充氢时间延长而增加;随着钢板压缩比增加,钢板组织细化,进入钢中的氢含量增加;SA516Gr70容器钢板诱发氢致裂纹的夹杂物主要为铝的氧化物,还有少量的锰的硫化物,以及镁、钙的氧化物;利用氢渗透实验测定了25~45 ℃条件下的SA516Gr70容器板氢有效扩散系数,通过数学模型拟合出氢扩散系数D与温度T的Arrhenius方程为:公式。
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  冷轧双相钢镀锌条带状色差缺陷产生原因及机理研究

  王畅, 于洋, 王林, 高小丽, 吴耐, 陈瑾

  轧钢. 2023, 40(1): 52-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230109

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  针对冷轧DP590带钢镀锌后表面条带状色差缺陷问题,对其产生原因及机理进行了研究。采用场发射SEM和EPMA研究了色差缺陷的形貌特点,通过产线排查,分析了条带状色差缺陷产生的间距特点。应用差热分析仪对DP590实验钢的氧化特性进行了分析,发现氧化增重速率变化与Al元素界面富集以及FeO-SiO₂-Al₂O₃的熔化有关。研究结果表明DP590镀锌带钢表面条带色差缺陷的形成机理是:精轧除鳞过程中带钢表面高压水重叠区域局部过冷,同时由于热轧过程其他冷却系统(机架冷却水、抑尘水、辊缝冷却水等)的作用,使该区域与其他区域温差可达近100 ℃;此外,由于钢中添加Si、Al元素,其在界面形成的复合橄榄石相将会降低热传导,氧化铁皮在过冷区域由于Si、Al复合橄榄石相的影响无法完全恢复,在热轧过程中变形能力低,随着轧制的进行,过冷区域氧化铁皮轧制开裂破碎风险加大,在精轧过程中形成条带状氧化铁皮压入缺陷而导致成品条带状色差缺陷。为此,提出板坯出炉温度、除鳞压力、集管高度的控制措施,取得了较好效果。
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  酸轧机组轧制力波动与成品带钢厚度减薄缺陷研究

  张青树, 徐烨明

  轧钢. 2023, 40(1): 59-64.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230110

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  针对酸轧机组在IF钢轧制过程中出现轧制力波动及对应位置成品带钢减薄的问题,结合酸轧机组的设备及工艺特点,通过对比轧制力波动位置与对应热轧来料位置的厚度,分析了厚度与轧制力波动的关系;并通过常温酸洗和高温酸洗试验,研究了JM钢与IF钢氧化铁皮厚度对酸洗速度和酸洗效果的影响,在此基础上提出了酸轧模型的优化措施。结果表明:IF钢轧制力波动与热轧来料厚度无关,主要是因为IF钢表面氧化铁皮厚度较大,酸洗时系统的酸轧模型不能调节酸洗工艺与轧制工艺的速度匹配造成的;将调节酸轧模型的变形阻抗和张力设定值的优化措施应用到现场生产实际,有效解决了酸轧机组出现的轧制力波动现象及成品带钢厚度减薄缺陷,提高了生产稳定性,为企业带来了良好的经济效益。
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  腹板换热系数对H型钢冷却后变形的影响

  王新宇, 邱春林

  轧钢. 2023, 40(1): 65-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230111

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  针对H型钢易出现上下翼缘内并外扩变形及腹板波浪、裂纹等缺陷的问题,通过H型钢的冷却实验和有限元模拟计算,分析了H型钢冷却后的表面温度场和不均匀变形的规律,研究了上下腹板部位的换热系数对温度场、等效应力场以及变形情况的影响,结果表明冷却后H型钢上下翼缘出现了“内并外扩”现象。运用ABAQUS有限元分析软件建立了二维H型钢冷却模型,通过实验获得了H型钢表面换热系数,并以此作为模拟的边界条件进行有限元模拟分析,得到了H型钢表面温度场;有限元模拟结果同样出现了H型钢上下翼缘“内并外扩”现象,与实验结果相吻合;改变上下腹板部位的换热系数进行有限元模拟,得到了腹板处换热系数对H型钢变形的影响规律,为控制H型钢冷却变形提供了理论基础。
设计与改造
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  高棒柔性化单一孔型系统的开发与应用

  何立平, 马志勇, 张玉成, 王任全

  轧钢. 2023, 40(1): 72-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230112

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  常规双高棒生产线孔型系统共用性差,更换规格时轧辊或辊环更换频繁,导致轧机作业率低,备用轧辊、辊环及导卫库存量高。提出了一种双高棒工艺布置及孔型系统的优化方案,可以将ϕ10~ϕ20 mm规格的精轧前孔型系统简化为单一孔型系统,仅在生产ϕ22 mm规格时,需更换第13、第14架轧机的孔型。该新型柔性化单一孔型系统在某厂得到了实际应用,年作业时间提高了约48 h,每年可增产12 480 t,因换规格现场调整而引起的事故率降低了约10%,可节约备用轧辊或辊环31对/62条,显著减少了备件资金积压,改善了工人换辊的劳动强度,减少了生产准备工人的工作量,同时降低了孔型加工成本,为生产厂带来了显著的经济效益。最后,结合工艺和设备的共同创新,在此基础上提出了一种更优化的双高棒工艺及孔型系统,所有产品规格可实现采用单一孔型系统,并由此可带来控轧控冷工艺的增值效益。
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  高稳定高效率十八辊轧机的开发与应用

  李守卫

  轧钢. 2023, 40(1): 80-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230113

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  针对十八辊型轧机在实际生产中普遍存在的侧支撑系统稳定性差、背衬轴承消耗大、工作辊断裂、止推轴承损坏频繁等诸多问题,对十八辊轧机侧支撑系统的稳定性、工作辊和止推轴承的故障原因及影响轧机效率的原因进行了研究分析,提出相应解决措施,开发出新型侧支撑辊盒锁紧机构、侧支撑标定装置以及快速换辊装置等多项专有技术,最终获得了一种故障率大幅度降低的高稳定性、高效率的十八辊轧机,并在中冶南方印度不锈钢项目上得到良好应用。
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  新型高效分段气雾冷却设备及其在热轧钢筋生产线的应用

  肖金福, 洪荣勇, 白宇, 王卫卫

  轧钢. 2023, 40(1): 85-89.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230114

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  针对新标准对热轧钢筋组织性能的要求,开发了新型高效分段气雾冷却设备。介绍了气雾冷却技术原理、设备组成、布置以及使用效果。实际应用表明:新型高效分段气雾冷却设备运行状态稳定,钢筋力学性能和金相组织均满足国标GB/T 1499.2—2018的要求。与常规穿水工艺相比,采用新型高效气雾冷却工艺生产热轧钢筋,可以降低合金成本,提高力学性能,获得明显经济效益。气雾冷却设备及工艺为热轧钢筋生产提供了一种低成本强塑化的途径。
自动化与智能化
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  基于深度森林的热轧带钢凸度预测模型

  汪龙军, 丁成砚, 范宇超, 孙杰, 彭文, 张殿华

  轧钢. 2023, 40(1): 90-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230115

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  在热轧现场轧制规格切换或工况异常的情况下板凸度控制模型偏差较大,为了提高模型精度,提出了一种基于深度森林的热轧带钢凸度预测模型。深度森林模型融合了集成学习和深度学习的思想,采用了多粒度扫描增加数据特征多样性,采用级联森林逐层处理,使得模型具备强大数据拟合能力。将热轧数据经前期预处理导入模型,并对模型参数进行了网格搜索寻优,对比随机森林模型,深度森林模型的效果更优。基于深度森林的热轧带钢凸度预测模型得到了MSE值为6.537,MAE值为1.587,MAPE值为2.903%和R值为0.985的预测性能。
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  基于工业互联网的钢管产线关键设备健康管理

  高帆, 戴耀辉, 杨小敏

  轧钢. 2023, 40(1): 97-104.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230116

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  针对钢管产线设备管理中的薄弱环节,提出了基于工业互联网的钢管产线关键设备健康管理体系架构,通过关键设备在线状态监测诊断、控制系统工艺参数、生产现场视频、现场点检、离线检测的整体融合,推进设备管理由事后维修、计划维修向预测性维护迈进,实现数字设备智能运维。结果表明:通过设备故障预测及预测性维护,平均为每条钢管生产线在6个月内减少非计划停机时间近96 h,对于关键设备的故障漏报率为0,误报率低于5%,有效降低了点检人员的工作量,设备故障停机率降低18%,生产作业率提高15%。应用应力波分析技术对穿孔机、连轧机等关键机械设备实施状态监测,利用现场丰富的生产数据,建立了设备健康状态在线监测诊断模型,对设备在多种工况下表现出的故障特征信息进行综合分析,通过数据异常报警、故障诊断及预测性维护,实现了钢管生产线关键设备故障预测及健康管理。
革新与交流
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  基于沙溪大桥的耐候桥梁钢应用行为研究

  王玉博, 杨颖, 李铭, 张凯, 张哲, 林田子

  轧钢. 2023, 40(1): 105-109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230117

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  在发达国家,耐候钢桥的应用体系较为完善,我国虽已具备了规模化生产耐候桥梁钢的技术基础,但尚未形成完善的适用于不同区域气候环境的耐候桥梁钢应用指南。在此背景下,以沙溪大桥建设为契机,从环境适用性评价、钢种筛选、腐蚀寿命预测、筛选钢种力学性能以及焊接性能评价等多方面对耐候桥梁钢的工程实践应用行为进行了研究,以推动耐候钢在桥梁上的应用。
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  控轧控冷工艺对L450M管线钢屈强比的影响

  张德勇, 李伟, 杨志强, 曲之国, 刘振华, 李维娟

  轧钢. 2023, 40(1): 110-113.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230118

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  为了提高管线用钢的安全服役性能,使其获得良好的强韧性和较低的屈强比,采用现场小批量试制试验,研究了不同控轧控冷工艺对L450M管线钢组织性能的影响。结果表明:L450M管线钢采用粗轧开轧温度1 010~1 050 ℃,精轧开轧温度920~960 ℃,精轧终轧温度790~830 ℃,终冷温度550~580 ℃,屈服强度可达到475~513 MPa,抗拉强度565~583 MPa,伸长率32%~38%,屈强比0.82~0.88,-20 ℃横向冲击功188~285 J,满足API SPEC 5L-2018标准要求;适当提高精轧终轧温度、降低粗轧阶段变形量、减少精轧阶段轧制道次,有利于降低L450M管线钢的屈强比;适当降低冷速、提高终冷温度,使L450M管线钢显微组织中先共析铁素体比例增加,有利于降低屈强比。
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  酸轧带钢表面横向辊印缺陷原因分析与控制

  杨腾, 关军, 许秋, 王业钧, 滕先博

  轧钢. 2023, 40(1): 114-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230119

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  针对某酸轧机组换辊起车后出现的带钢表面横向辊印问题,利用扫描电镜和三维微观形貌分析仪研究了带钢表面横向辊印缺陷的产生机理。结果表明:与正常位置相比,带钢表面横向辊印缺陷位置的粗糙度与峰值密度较低;轧机换辊后在辊缝闭合清零过程中,由于辊系动作速度过快导致中间辊与工作辊之间出现瞬时接触损伤,并进一步转印至带钢表面造成横向辊印缺陷。通过优化轧机换辊过程中的HGC主液压缸的压下速率、斜楔提升时的比例阀开口度、弯辊力调整时序、以及轧机起车工艺步骤等措施,根本解决了带钢表面的横向辊印问题,提高了酸轧冷硬带钢的产品质量。
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  “甩机架”功能在1 850 mm酸连轧机组的实践应用

  孙永军, 宋浩源, 李珣, 陈彦旭, 相远茂

  轧钢. 2023, 40(1): 121-125.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230120

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  当故障导致酸连轧机组5个机架不能同时正常运行时,为了快速恢复生产,提出了采用“甩机架”的生产模式,从工艺操作角度总结了“甩机架”模式投入前的生产准备和应用时的注意事项,并在1 850 mm酸连轧机组进行了实践应用。结果表明:通过审核轧制计划、调整乳化液浓度、优化轧制策略、严格控制各项工艺参数等,实现了在保证设备稳定运行和产品质量的前提下以4个机架的模式继续维持生产;对于极限规格、压下率在80%以上、屈服强度高于500 MPa的高强钢,4个机架无法保证轧制过程的稳定性,满足不了质量要求,因而不适合采用“甩机架”模式进行生产。“甩机架”生产模式的快速应用为设备故障处理争取了时间,降低了停机损失。
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  单机架可逆冷轧带钢表面黑点缺陷原因分析及控制措施

  杨洪凯, 张新波, 孙光中, 卢杰

  轧钢. 2023, 40(1): 126-129.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230121

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  黑斑缺陷严重影响带钢产品的表面质量,针对某单机架可逆冷轧带钢表面黑点缺陷问题,采用取样分析、酸洗实验、乳化液分析、现场质量排查等方法,对其形成原因及控制方法进行了研究。结果表明:黑点缺陷呈毛絮状,向外发散,尺寸范围2~3 mm,打磨、酸洗后基本可以消除;黑点缺陷含质量分数约37%~40%的C元素,约23%的O元素,以及约35%~38%的Fe元素,属于锈蚀缺陷;排烟风机故障是造成黑点锈蚀的原因。提出了增加排烟风机运行与轧机运行的连锁控制、增加排烟管路烟气压力检测装置及报警功能、固定油雾排放系统清理周期,增加备件储存量等改进措施,黑点缺陷得到了有效控制。
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  坯料尺寸对热轧H型钢生产的影响

  张桂营

  轧钢. 2023, 40(1): 130-134.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20230122

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  针对津西钢铁集团公司热轧H型钢产线加热炉能力不足以及粗轧道次时间较长,难以发挥精轧机组的生产能力的问题,采用不同坯料尺寸进行了生产探索。通过对比采用230 mm×350 mm方坯(F₂坯料)和320 mm×410 mm方坯(F₃坯料)时生产工艺参数、产品组织性能以及各项经济指标,得到如下结论:津西H型钢产线采用F₂坯料可缩短加热时间,降低加热温度,降低精轧温度;采用F₂坯料生产的H型钢具有更细的晶粒、更高的强度和良好的冲击韧性;采用F₂坯料较F₃坯料具有更好的经济指标。