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2023年, 第40卷, 第2期 刊出日期:2023-04-28
  

  • 全选
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    特约综述
  • 马靳江, 周民, 白亚斌, 牛强
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    线棒材减定径机组是优特钢线棒材产线的最关键机组,可实现对线棒材尺寸精度及表面质量的控制,从而满足高品质线棒材生产的要求。介绍了线棒材减定径工艺装备技术的最新应用进展及国内自主创新情况,包括集中传动式、双模块式及单独传动式线材减定径机组,三辊式、二辊式及四辊式棒材减定径机组。对于优特钢线棒材产线,绝大部分轧制工艺装备已实现了自主设计制造,线棒材减定径装备技术正在逐步取得应用,需加快推进关键装备技术的自主化。同时指出,随着用户对产线生产效率、产品质量及智能化需求的不断提高,高速度、高精度及智能化是线棒材减定径机组未来发展的主要趋势。
  • 技术讲座
  • 支颖, 王栋, 赵启林, 刘相华
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    介绍了轧件形状尺寸柔性轧制技术。在钢板柔性轧制方面,分别阐述了变厚度、变宽度和圆形等异形钢板的生产和应用,以及常规和带活套两种冷轧差厚板轧制方法的技术特点及应用;在型钢柔性轧制方法方面,分别给出了外部尺寸固定H型钢轧制方法、可变腹板深度的H型钢轧制方法及孔型系统图。最后,讨论了横向变厚度轧制及三维变厚度轧制的类型、特点及其轧制方法和应用实例。
  • 研究与开发
  • 王畅, 于洋, 张衍, 王林, 郭子峰, 武巧玲
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    为明确合金成分对22MnB5热冲压钢氧化膜的作用机制,采用差热分析仪、场发射扫描电镜和电子探针等分析了试验钢的氧化增重特性、界面元素富集情况、氧化膜表面及截面特征,系统研究了Si、Cr元素对氧化膜形成、起泡和冲压粉化行为的影响规律。结果表明:在1 100 ℃以下温度范围内,添加Si、Cr元素有利于提高试验钢的抗氧化性;Si元素在试验钢氧化膜/基体界面富集后形成Fe2SiO4,可降低界面原子错配度,有效减少界面力,抑制氧化膜的脱落;Cr元素在试验钢基体表面形成富Cr层,阻碍Fe2+和O2-交互扩散,提高了试验钢基体的抗氧化能力;但试验钢在单独添加Si元素条件下易于出现明显的晶间氧化情况。同时添加Si和Cr元素后,22MnB5钢的氧化膜冷弯粉化率明显降低,可有效避免热冲压过程氧化膜粉化问题。
  • 齐祥羽, 严玲, 王长顺, 张鹏, 李广龙
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    为实现高锰钢良好的强韧性能匹配,对高锰钢中厚板进行了控轧控冷工艺试验,通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜观察了高锰钢中厚板的显微组织,采用拉伸和冲击试验机测定了高锰钢中厚板的综合力学性能。结果表明:高锰钢中厚板显微组织为单相奥氏体,奥氏体晶粒尺寸为10~20 μm,碳化物弥散分布在奥氏体晶界处,且奥氏体晶粒内部存在较大尺寸的孪晶;高锰钢中厚板纵向屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和-196 ℃冲击功分别为508 MPa、862 MPa、50.07%和124 J,高锰钢中厚板横向屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和-196 ℃冲击功分别为511 MPa、856 MPa、51.67%和97 J;奥氏体晶界处弥散分布的硬相(Cr,Mn)23C6型碳化物,可有效提高高锰钢中厚板的强度;孪晶诱导塑性(TWIP)效应产生大量形变孪晶,增加了均匀伸长率,是高锰钢主要的增塑机制;软相奥氏体中形成的机械孪晶促进位错滑移和增殖,同时产生较强的晶粒细化效应,是高锰钢主要的韧化机制。
  • 张勇伟, 张青学, 刘丹, 周文浩, 罗登, 邓想涛
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    TiC粒子增强型耐磨钢可以实现在不提高硬度的同时提高传统低合金耐磨钢的耐磨性。为了研究高Ti耐磨钢TiC粒子析出行为及对钢板力学性能和耐磨性的影响,通过扫描电镜分析了260 mm厚工业试制的高Ti耐磨钢连铸坯不同厚度位置TiC粒子的形貌、尺寸及分布,并对不同压缩比轧制钢板的析出粒子、组织形貌、力学性能和磨损性能进行了系统研究。结果表明:连铸坯中分布着大量微米级TiC粒子,呈现出仿晶界分布,从铸坯的表面到心部,从边部到中间,TiC粒子的尺寸增大,数量减少,表面上的粒子主要为短棒状,心部粒子表现为颗粒状、长条状、多边形状和三叉状等多种形状;随着轧制压缩比增大(终轧厚度减小),TiC粒子弥散程度增加;热处理后不同厚度(16、32、50 mm)试验钢板的抗拉强度均达到1 300 MPa以上,伸长率均达到11.0%以上,表面硬度均达到460HBW以上,心部硬度均达到400HBW以上,-20 ℃冲击功均达到20 J以上,各项性能指标满足标准要求;随着轧制压缩比增大,热处理后钢板的强度、硬度、伸长率和冲击吸收功也随之增加。在干砂/橡胶轮三体磨料磨损条件下,高Ti耐磨钢的耐磨性能是传统同等级耐磨钢的1.49倍以上。
  • 刘怡私, 梁亮, 宫成, 姜珊, 曹光明, 周晓光
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    为进一步降低成本和提高生产效率,通过热模拟实验研究了奥氏体化温度、变形温度、冷却速率和卷取温度对抗拉强度650 MPa级Ti-Nb微合金化汽车用钢组织和性能的影响规律,并进行了工业试制。结果表明:随着板坯加热温度的升高,实验钢中的析出物回溶于奥氏体中,使得奥氏体晶粒尺寸逐渐增大,综合考虑奥氏体晶粒尺寸大小和均匀程度,实验钢的最优奥氏体化温度为1 220 ℃;随着变形温度的升高,实验钢中的铁素体体积分数逐渐减少,晶粒逐渐粗化,实验钢的硬度变化是细晶强化和相变强化综合作用的结果;随着冷却速率的增加,实验钢中铁素体含量逐渐降低且晶粒逐渐细化,实验钢硬度增加;随着卷取温度的升高,实验钢的硬度逐渐降低,在本实验条件下最优的卷取温度为650 ℃。基于热模拟研究结果,在工业现场成功制备出抗拉强度650 MPa级高强汽车用钢,其组织为铁素体和少量的贝氏体;其屈服强度、抗拉强度、伸长率分别为593 MPa,676 MPa和24.2%,满足EN 10149.2—1996标准的要求。
  • 张亮亮, 于洋, 王林, 史震, 李钊, 王文广
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    为研究卷取工艺及卷取后冷却工艺对先进高强双相钢微观组织的影响,采用Gleeble-3 500热模拟试验机、光学电镜、扫描电镜和透射电镜等手段,研究了先进高强双相钢的显微组织、析出物及显微硬度随卷取温度及卷取后冷却工艺的变化情况。结果表明:与缓冷工艺相比,在卷取后采用快冷工艺,试验钢的微观组织由多边形铁素体和粒状贝氏体转变为针状铁素体和少量的M/A岛;试验钢在不同卷取及冷却工艺下的析出物为Ti(Cr,Mo)C,均为球形和近方形两种形貌,快冷工艺下的析出物尺寸均比缓冷工艺下减小约20%,析出物数量增加30%;与缓冷工艺相比,快冷工艺下试验钢的显微硬度均有不同程度提高。
  • 赵丁藏, 刘景佳, 付志平
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    为了提高Nb微合金化高强IF钢的抗二次加工脆性,研究了B对Nb微合金化高强IF钢组织及二次加工脆性的影响规律。研究结果表明:Nb微合金化高强IF钢中B的存在形式与Ti微合金化高强IF钢有所不同;当B添加量不足时,其只能以BN析出物的形式存在,对二次加工脆性没有改善效果;实验钢中的B被N固定后剩余的B以固溶形式存在(即有效B),只有在B含量遵循有效B质量分数大于0时,二次加工脆性转变温度随有效B含量的提高而降低,从而提高实验钢的抗二次加工脆性;当有效B质量分数大于0.000 7%时,实验钢的二次加工脆性转变温度不大于45 ℃并趋于稳定,其抗二次加工脆性达到最优。
  • 叶学卫, 谭超超, 王硕岗, 白振华
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    为了提高超高强钢的生产效率与质量,增强企业的竞争力,国内某钢厂新建了5+1型冷连轧机组。该机组第4机架为小辊径机架,可以采用5道次和6道次两种轧制模式。针对不同钢种应该采用哪种轧制模式?而5道次模式下应该停用哪个机架?为了解决这些问题,首先对小辊径轧机和常规轧机的轧制能力进行了对比,确定了5道次模式下2种机架组合,在保证轧制稳定性和各机架出口板形的基础上,给出了5道次模式和6道次模式的张力优化制度,并在此基础之上,进一步给出了针对不同来料的道次选择方法。通过5+1型冷连轧机组工作道次模式及其工作机架的优化,既保证了轧制的稳定性,又因为合理选择了道次工作模式,从而大大降低了机组的能耗,具有较高的经济价值。
  • 李高峰, 吴耐, 李旭东, 牛涛, 王凤美, 赵伟
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    针对国内某钢厂拉矫线实际伸长率和设定伸长率偏差较大,精度偏低等问题,从实测数据的处理和控制模型开发等角度对拉矫工艺带钢伸长率高精度控制方法进行了研究。针对模拟量信号因设备振动、高压信号干扰等因素导致的实测数据失真,提出了一种比例滤波技术,在确保数据准确性的同时,大幅降低了干扰因素的影响。同时,弯曲辊调整装置引入PI控制器并对插入量幅值加以限制,实现了插入量的动态调整,保证了带钢伸长率实际值和设定值之间的偏差控制在±0.05%之内,带钢的纵向板形缺陷率由1.3%降至0.6%。
  • 李旺, 高秀华, 胡德勇, 张晓磊, 吴红艳, 杜林秀
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    通过高温拉伸试验研究了拉应力条件下铁路货车用高强耐蚀钢在650~1 200 ℃范围内的高温热塑性,使用扫描电子显微镜、金相显微镜和场发射电子探针观察其不同温度下的高温拉伸试样断口形貌和断口附近显微组织,并分析了其断裂机理及影响因素。结果表明:实验钢在650~1 200 ℃的高温热塑性曲线呈“W”形,存在一个温度范围为735~955 ℃的塑性低谷区,其中在铁素体与奥氏体两相区内热塑性降低的主要原因是网状的先共析铁素体薄膜沿奥氏体晶界析出,产生了应力集中,导致沿晶脆性断裂;在奥氏体单相区内发生脆化主要是因为大尺寸的(Nb,Ti)(C,N)、Al2O3、MnS等第二相粒子在晶界析出,降低了实验钢的热塑性,为微裂纹的产生和扩展提供了条件。此外,钢中较高的Sb含量还易产生非平衡晶界偏聚,使晶界强度弱化,恶化了实验钢的高温热塑性。因此,为保证高强耐蚀钢的铸坯质量,在制定矫直温度区间时应避开此塑性低谷区温度范围。
  • 甘伟, 刘涛, 焦建朋, 徐科, 徐金梧, 周东东
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    为解决高碳含量的U75V重轨钢在加热过程中易出现严重氧化及脱碳而影响其力学性能的难题,通过对U75V重轨钢热物性能、脱碳特征的研究,考虑防脱碳涂层在加热过程的热膨胀系数和导热系数,采用以相变温度为分界点的分温度段设计理念,并结合氧化及脱碳特征分析了防脱碳涂层玻璃相、C平衡、固相致密烧结及综合热膨胀系数,有针对性地设计开发了防脱碳涂层。通过实验室实验调整了涂层组分,最后进行了工业现场试验验证。结果表明:所开发的防脱碳涂层在U75V重轨钢生产中的高温加热条件下,绝大多数情况下能保证钢坯脱碳层厚度在100 μm以内,基本能实现零脱碳;未使用涂层的U75V重轨钢钢坯脱碳层厚度为270~550 μm,大部分脱碳层厚度集中在450~550 μm。采用防脱碳涂层,吨钢成本虽增加约16元,但在现有加热介质和加热工艺条件下,有效解决了U75V重轨钢加热过程中的脱碳问题。
  • 张悦, 龚殿尧, 徐建忠, 姜正义
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    为了研究轧辊孔型侧壁角度对纵筋板成筋率的影响,采用ABAQUS有限元模拟软件建立了纵筋板轧制过程的模拟计算模型,分析了纵筋附近金属流动规律和纵筋的成形规律,并在ϕ180 mm二辊不可逆式轧机上开展纵筋板轧制实验,实验结果与模拟计算吻合较好,所得规律一致。研究结果表明:当压下率、摩擦因数等条件一定,孔型侧壁角为60°~70°时,成筋率最大;孔型侧壁角小于60°时,随着孔型侧壁角增大,成筋率增大;孔型侧壁角大于70°时,随着孔型侧壁角增大,成筋率减小。当孔型侧壁角度、摩擦因数等条件一定,压下率小于50%时,随着压下率的增大,成筋率会增大;压下率在25%~37.5%之间时,成筋率增大的幅度大,压下率在37.5%~50%之间时,成筋率增大幅度变小。此研究结果为纵筋板轧制的孔型设计提供了理论依据。
  • 设计与改造
  • 赵辉, 张革, 许鑫
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    针对国内棒材高速上钢系统稳定性差的问题,对高速上钢系统的关键工艺参数进行了设计计算。依据高速上钢系统轧件运行时序图,对夹尾制动器、转辙器和转毂的动作规律,以及不同速度对应的最小倍尺优化剪切长度和尾钢优化剪切长度等进行了总结,建立了高速上钢系统的动力学模型,为高速上钢系统的自动化控制提供了理论依据。
  • 阮加虎
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    平整机组作为钢卷发货前最后的处理工序,直接影响成品的质量。随着钢铁行业逐步向高效、高强、高质方向发展,常规平整机组处理的带钢越来越难以满足下游用户的严苛要求。因此能生产更高表面质量、更强力学性能、更低残余应力带钢的平整新技术一直都是钢铁行业的研究重点。介绍了平整机组的功能及其演变机制,探讨了近年来出现的“平整+精矫”“平整+拉矫”“平整+切边”联合机组(以常规平整机组为载体,融合其他特定功能和要求的新型联合机组)新技术的适用范围、工艺方案、技术要点和使用效果,并展望了平整机组的技术发展趋势。
  • 自动化与智能化
  • 张敬哲, 陈冬, 张瑞, 李振垒, 袁国
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    卷取温度的控制精度直接影响热轧钢材的组织性能,为改善外界工况条件变化对卷取温控制造成的准确率低、温度波动大和换规格轧制首卷钢温度命中难等共性问题,结合轧制数据特点与异常值检测、特征降维、数据均衡化等多种智能算法,改善了数据存在异常、冗余信息及分布不均等问题,提高了数据可靠程度;通过调节优化方法改进传统BP神经网络模型,建立了高精度卷取温度预测模型。结果表明:孤立森林算法可以准确并高效地筛查出异常值,使数据更加稳定、有效;在对化学成分信息进行数据降维时结合先验知识采用MIRF算法,成功减少了冗余信息与噪音数据所造成的空间复杂度高、误差大等问题,避免了关键信息的缺失;基于Adam优化方法的4层BP神经网络建立的卷取温度预测模型具有很强的泛用性及可靠性,该模型预测值与实际值线性拟合良好,R2达0.990 6,绝大多数预测值的绝对误差在10 ℃以内。应用数据挖掘方法在卷取温度控制中优势明显,为进一步以数据驱动研究温度控制提出了一种新的思路。
  • 王少飞, 齐海峰, 杨洪凯, 杨志勇, 周鹏飞
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    受头尾非轧制长度的影响,单机架十八辊轧机成材率低一直是困扰行业的难题。为了解决这个问题,针对首钢京唐公司十八辊单机架机组的设计,增加了实现甩尾轧制功能的压辊设备及其控制逻辑,使带钢的尾部能轧制到靠近轧机的位置;同时,开发了甩尾轧制过程中的厚度控制功能,并针对生产中压辊液压缸缸头脱落和带钢跑偏问题提出了相应改进措施,使该机组成材率提升了1%以上,效果明显。
  • 革新与交流
  • 郭新文, 徐兵伟, 邸全康, 刘珂, 吴杰
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    棒线材直接轧制工艺具有巨大的节能减排效果,对我国实施碳达峰、碳中和具有重大意义。介绍了首钢长治钢铁有限公司棒线材产线原工艺设备概况,针对其双铸机多轧线免加热直接轧制的工艺设计,对高拉速结晶器振动控制、二冷参数对铸坯热状态的影响、铸坯全程保温输送设计、钢坯和轧件温度均衡控制技术、冷床倍尺剪切优化控制等关键技术进行了研究,实现了HPB300、HRB400E、HRB500E(直条、盘卷)产品的直接轧制批量生产,产品力学性能均衡稳定,给企业带来了良好的经济效益和社会效益。
  • 高华耀, 刘栋林, 周湛, 俞杰, 杜龑
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    直接切削用非调质钢大规格棒材的生产一直是难点。针对市场对绿色节能ϕ60 mm规格以上直接切削用非调质钢棒材代替调质钢的需要,江苏永钢集团对ϕ160 mm直接切削用非调质钢大规格棒材进行了试制开发。介绍了其化学成分设计,以及冶炼、连铸、铸坯加热、控轧控冷工序关键工艺参数控制。所开发的ϕ160 mm直接切削用非调质钢大规格棒材组织性能和力学性能优良,满足了下游用户的需求。
  • 刘振华, 曲之国, 王川, 范明达, 杨海峰, 赵和明
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    为满足管线钢向高等级、大壁厚发展的需求,日钢营口中板有限公司成功开发并试制了30.2 mm厚规格X80M钢板。结果表明:通过严格控制C含量,加入Mo、Cu、Ni等合金元素,冶炼低P、S、H、O、N的洁净钢,充分发挥350 mm特厚连铸机和5 000 mm宽厚板轧机装备能力,粗轧采用少道次、大压下轧制,精轧采用大中间坯策略保证两阶段总压下率,轧后进行UFC超快冷,成功开发了30.2 mm厚规格X80M钢板;钢板性能均匀,屈服强度Rt0.5为572.5~607.5 MPa,抗拉强度Rm为685.0~735.0 MPa,伸长率A50为43%~48%,屈强比Rt0.5/Rm为0.81~0.87,-20 ℃冲击功为280~350 J,-10 ℃ DWTT剪切面积为88%~93%,超声波探伤满足ISO 10893-9 U1级要求;钢板金相组织以针状铁素体为主,含有少量准多边形铁素体和粒状贝氏体,M/A岛及富碳组织弥散分布在针状铁素体之间,组织均匀,晶粒度为11级,带状组织为0级。所开发的30.2 mm厚规格X80M钢板的各项组织、力学性能指标均满足标准及客户使用要求,具备良好的市场竞争力。
  • 李兴田, 李帅, 刘鹏宇, 唐国喜, 王志刚, 陈日鹏
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    针对CVC轧机板形模型设定存在工作辊轴向横移行程有限、轨迹不规则而导致轧辊磨损不均,带钢高点、边降等难以控制,同宽轧制公里数受限的问题,对板形模型进行了优化改进。采用误差范数优化的方法,实现了工作辊大行程周期轴向横移,有效解决了轧辊磨损不均问题。通过大量生产实践,对工作辊轴向横移行程、步长和频率等参数进行了优化调整,使得带钢断面质量得到显著改善,边降、高点命中率达95%以上,同宽轧制公里数超过100 km;同时,带钢凸度和平直度控制精度亦有所改善。
  • 王乐
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    为提高冷轧冲压用钢产品的市场竞争力,通过低成本的成分设计,并采用较高的出炉温度、适中的热轧卷取温度、高效的酸洗速度、较大的冷轧压下率、较低的退火温度及较长的退火保温时间等生产工艺控制,成功开发出了屈服强度160~210 MPa、断后伸长率大于34%、抗鳞爆敏感系数TH大于25 min/mm2的高抗鳞爆性冷轧冲压用SRTC2带钢。微观组织分析表明:SRTC2带钢中含有均匀、等轴的铁素体与极少量的退化珠光体组织,以及大量细小的、弥散分布的Fe3C、MnS、BN等第二相粒子;均匀、等轴的铁素体组织保证了SRTC2带钢优异的成形性,Fe3C、MnS、MnS和BN复合粒子等二相粒子作为不可逆氢陷阱,大幅提高了SRTC2带钢的抗鳞爆性能。开发的SRTC2带钢已成功批量应用于高端家电行业。
  • 王朝, 田秀刚, 于欢, 孙旭, 艾兵权, 许强
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    针对生产高强钢时圆盘剪极易崩刃问题, 从带钢强度、圆盘剪材质以及使用方式等多方面对其产生原因进行了分析,并结合圆盘剪三维模型,引入Gissmo材料失效准则计算了圆盘剪剪刃受力。结果表明:高强钢强度高、塑性差,在圆盘剪的作用下不容易产生塑性变形,使剪刃所受应力增大;同时,由于高强钢通常存在边浪缺陷,边浪的存在会打破圆盘剪与带钢边部之间原有的剪切力平衡,带钢与剪刃之间的摩擦力在短时间内迅速增加,促使剪刃局部升温,剪刃软化,导致刃口崩缺。为此,设计了一种上剪刃95°钝角圆盘剪,严格控制带钢板形并坚持“大间隙,小重叠量,稳定速度”的使用原则,钝角圆盘剪寿命较90°圆盘剪提高了13倍以上,且带钢边部剪切质量明显改善。
  • 戚新军
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    针对某厂1 550 mm冷轧镀锌产线厚规格镀锌带钢表面出现短黑线缺陷问题,通过折弯试验和24 h盐雾试验对锌层的附着性和耐蚀性进行研究,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对厚规格镀锌板表面的短黑线缺陷形貌以及成分进行分析。结果表明:厚规格镀锌带钢入锌锅温度偏高,导致锌液温度升高,增加铁损,形成锌渣,锌渣由带钢带到塔顶转向辊遇冷凝结到辊面,形成结瘤;转向辊辊径小、带钢张力大,导致带钢对转向辊的压紧力大,带钢经过转向辊时表面被擦划伤,使得缺陷处镀层减薄,被氧化而呈现出短黑线缺陷形貌。通过采取降低带钢入锌锅温度,减小锌锅沉没辊和塔顶辊区间的张力,增大镀后塔顶转向辊辊径,在转向辊表面增加耐磨耐高温的包布等有效措施,使极限厚规格镀锌带钢表面短黑线缺陷得到明显改善。
  • 何立军
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    通过控制连续热镀锌锌液的成分可以提高热镀锌板的表面质量。介绍了激光在线锌液成分检测仪的构成、原理和特点;分析了采用锌液成分在线检测仪可以实现锌液成分、锌锅液位的高精度控制,还有利于对生产过程大数据进行分析等优点。同时,介绍了其实际应用效果,镀锌工序改判率从2%降低至1%以下,出渣率由12%持续降低至10%左右,取得了显著的质量效益和经济效益。