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2023年, 第40卷, 第3期 刊出日期:2023-06-28
  

  • 全选
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    特约综述
  • 刘国栋, 邵健
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    无缝钢管广泛应用于化工、石油、海洋、地质及军工等各领域,是国防和经济建设的重要基础原材料。长期以来,热轧无缝钢管生产过程中存在无法按支跟踪、关键检测信息缺失、数据资源利用不足等问题,导致在多品种、小批量生产中质量稳定性和一致性提升困难、人员劳动效率低下,迫切需要通过新一代信息技术实现生产技术与产品质量改进。介绍了基于物理逻辑、深度学习与AI标识的热轧无缝钢管逐支跟踪系统、工艺质量智能管控系统和全工序远程智能集控系统等技术开发应用情况,实现了无缝钢管高效集约生产和精益化管控。应用实绩表明:无缝钢管智能工厂的成功实施使得产能提升20%,优化人员比例48%,能介消耗降低7%,质量修磨降级率降低50%,经济和社会效益显著,并为长材智能工厂的建设提供了参考。
  • 技术讲座
  • 支颖, 赵启林, 刘相华
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    阐述了产品组织性能柔性控制的思路和基本原理,作为其具体应用的实例,介绍了钢种归并的目的、优缺点、注意事项和实施效果, 讨论了实现钢种归并的1条准绳和4项原则。以宝武集团梅山钢铁股份有限公司钢种归并工作为例,详细介绍了跨系列钢种归并和同系列产品升降级的具体做法及其效果,最后讨论了开展钢种归并工作面临的问题和建议。
  • 研究与开发
  • 令狐克志, 邱振波, 张燕东, 邝霜, 张岩岩
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    针对难以有效评估热连轧机组弯辊板形控制能力的问题,以某2 050 mm热连轧机组弯辊对板形控制能力评估技术的开发为例,基于辊系弹性变形模型和金属塑性变形模型,利用影响函数法,建立了针对该热连轧机组的板形计算模型;同时,考虑现场热连轧机组设备参数与相关工艺特性,建立了适用于热连轧机组弯辊板形控制能力的评估模型,求解该模型得到的板形影响域,即可评估该机组弯辊对板形的控制能力。将弯辊对板形控制能力评估模型应用到该2 050 mm热连轧机组实际生产中,通过评估弯辊对板形的控制能力,进而调整相关的轧制工艺参数,提高了各机架针对不同来料规格的板形控制能力。
  • 张庆峰, 焦四海
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    复合板复层和基层材料性能差异较大,在轧制过程中由于材料性能的不同经常出现开裂、翘曲、头尾溢出等问题,因此研究复合板轧制过程复层、基层金属的变形行为对轧制工艺的正确制定具有重要指导意义。利用大生产试制结合仿真模拟验证的方法,对比分析了316L+Q345R+316L复合板和Q345R钢板轧制过程的变形行为,通过计算研究了轧制过程Q345R钢和复合板在厚度方向上等效应变的变化规律和表层与中心金属在轧制方向的流动差异。结果表明:轧制过程Q345R钢板变形集中于表面,近表面位置金属流动最为明显,表现为头部双鼓形态;复合板的轧制变形更易于向心部渗透,等效应变最大位置出现在心部,且复合板心部等效应变明显大于Q345R钢板,头部易向单鼓形态发展。
  • 董强, 曹建国, 何毅, 文雄, 孙丽荣, 李朝阳
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    针对某产线深冲钢热轧出现大量猫耳形板廓缺陷的问题,对精轧机组工作辊磨损及其热凸度、比例凸度分配、带钢横向温度分布、轧制过程相变等板形影响因素进行了测试分析。结果表明:各机架比例凸度设定不合理,带钢横向温度分布不均匀,精轧下游末机架带钢发生相变等因素的共同作用,是造成深冲钢热轧猫耳形板廓缺陷的主要原因。通过将系统中精轧入口设定凸度调整为厚度的1.5%,将出口目标凸度设置为40~120 μm,并采用保证加热炉板坯保温时间,开启辊道保温罩,超宽带钢采用边部加热器,改善机架间冷却及将终轧温度提高10 ℃的措施,基本消除了深冲钢热轧猫耳形板廓缺陷。
  • 董瑞, 薛冰, 吕科, 定巍, 李岩
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    中锰钢为新一代先进高强钢,为使其组织获得合适的各相比例,得到理想的力学性能,对C、Mn元素含量的增加所引起的相变规律的变化及对后续加工过程的影响进行了研究。设计了4种化学成分的中锰钢,采用热膨胀仪、SEM、拉伸实验机、XRD测定分析了C、Mn元素含量增加对实验钢相变规律及热轧组织性能的影响。结果表明:C、Mn元素含量的增加能降低实验钢的Ac1Ac3温度,提高其淬透性,同时使C曲线右移。当Mn质量分数为5%时,1#钢临界冷却速率低于0.5 ℃/s,其热轧后微观组织由贝氏体、马氏体和少量奥氏体组成,基体上弥散分布着大量的细小碳化物;将C质量分数由0.10%增加至0.15%,2#钢热轧后残余奥氏体体积分数由4.81%增加至9.48%,强塑积由12.2 GPa·%提升至19.0 GPa·%。而当Mn质量分数为7%时,3#钢临界冷却速率低至0.05 ℃/s以下,其热轧后基体组织为马氏体结构;将C质量分数由0.10%增加至0.15%,4#钢热轧后残余奥氏体体积分数由8.65%降至5.09%,强塑积由15.6 GPa·%降至12.9 GPa·%。因此,当C和Mn的固溶量达到一定程度后,继续提高C含量不利于提升钢的综合力学性能。2#钢可以获得最佳的组织性能。
  • 孙超凡, 周旬, 方圆, 李瑞
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    为了研究铁素体轧制和奥氏体轧制两种不同热轧工艺对超薄规格冷轧IF钢组织、织构和成形性能的影响,采用金相显微镜和XRD衍射仪分别观察和检测了两种热轧工艺下热轧、冷轧、退火带钢微观组织和宏观织构,采用EBSD检测了退火带钢的表面微观织构,采用拉伸试验机分别检测了退火带钢沿轧向、45°方向和横向的力学性能。结果表明:相比奥氏体轧制工艺,铁素体轧制工艺下退火带钢γ织构更强,主要织构组元{111}<110>、{111}<112>强度差异更小,相应r值提高0.45,△r值降低0.10;铁素体轧制工艺下冷轧带钢位错、亚晶界等晶体缺陷密度更大,且形成的α织构更强,退火过程中具备<110>//ND取向的晶粒优先形核,且在生长过程中吞并邻近低取向差的{118}<110>、{557}<110>等其他取向晶粒,从而导致退火板形成更强的{111}织构。
  • 鲁安平, 李守华, 宋志超, 韩雄超, 张才华, 王亮亮
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    为开发力学性能稳定、冷弯性能良好的汽车用镀锌低合金高强钢HX550LAD+Z,对HX550LAD+Z钢的化学成分、控轧控冷及镀锌退火工艺进行了设计,并采用拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析了成品力学性能、冷弯性能、金相组织和析出物等。结果表明:采用低C同时添加微量Nb、Ti的化学成分设计,热轧终轧温度为920 ℃、卷取温度为550 ℃,镀锌均热温度为840 ℃、缓冷温度为700 ℃,镀锌光整采用0.5%恒延伸率模式,生产的镀锌低合金高强钢HX550LAD+Z组织为铁素体+珠光体,平均晶粒尺寸为7.5 μm,晶粒度达11.2级,析出物主要为Ti(C,N)和(Nb,Ti)(C,N),抗拉强度Rm≥620 MPa,屈服强度Rp0.2=560~620 MPa,伸长率A80≥14%。开发的镀锌低合金高强钢HX550LAD+Z成功应用于汽车后梁上下件,零件产品表面质量、性能及尺寸外形等各项指标均达到相关技术要求,零件实现减重9%。
  • 丁进明, 王运起, 张岩岩
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    为确定镀锡板生产过程中对氮含量的控制要求,在现有退火工艺的基础上,针对不同氮含量的MR T-4CA镀锡板用钢,通过拉伸试验机、硬度测量仪、金相显微镜、透射电镜等测试出其在不同退火温度条件下的应变时效性能、硬度、金相组织、析出相分布,分析了氮含量对其再结晶温度、金相组织和应变时效性能的影响规律。结果表明:随着氮含量的增加,再结晶温度呈升高的趋势,应变时效现象越明显,镀锡板在应变时效后屈强比增大,伸长率降低,力学性能发生严重恶化,有较强烈的脆化倾向。在此基础上,结合现场生产工艺,制定了退火工艺改进方案,有效解决了高氮含量镀锡板产品合格率低的问题,氮质量分数在0.007 1%~0.010 0%的产品合格率平均提高了1.9%。
  • 毛艳蕊, 邱春林, 高秀华
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    无缝钢管斜轧穿孔过程中容易产生分层缺陷,以某厂ø460 mm PQF机组二辊斜轧生产线为研究背景,针对该问题展开研究。利用ABAQUS软件进行三维热力耦合模拟,对典型27CrMo44S钢斜轧穿孔工艺过程中产生分层缺陷的机理进行研究,并建立了无缝钢管斜轧穿孔工艺过程模型,对钢管的应力-应变场、速度场进行了分析。结果表明:在变形过程中,管坯内表层和中间层之间的过渡层受较大的横向和轴向拉应力,产生附加拉应力和切应力,该处金属易被拉裂,产生分层的倾向性大增;管坯外表面的金属质点速度呈螺旋状,在管坯沿轧制线方向外表面中间层产生了局部金属流动增厚,导致金属流动不均而产生堆积、鼓胀现象,进而加快分层缺陷的产生。研究结果为改进生产工艺提供了理论依据。
  • 谭成楠, 周民, 白亚斌, 袁清, 徐光
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    为实现对HRB500E抗震钢筋生产工艺的精确控制,采用Gleeble 3500热模拟实验机测定了HRB500E抗震钢筋在不同变形温度和冷却速率条件下的膨胀曲线,同时结合金相法绘制了其过冷奥氏体动态连续冷却转变曲线(动态CCT曲线),研究了变形温度和冷却速率对HRB500E抗震钢筋相变规律、显微组织和硬度的影响。结果表明:HRB500E抗震钢筋的Ac1为768 ℃、Ac3为930 ℃,在不同变形温度下的相变规律一致;当冷却速率不大于1 ℃/s时,组织为铁素体+珠光体;当冷却速率为3 ℃/s时,组织中出现少量贝氏体;当冷却速率提高至5 ℃/s,铁素体和珠光体组织含量减少,贝氏体组织含量增加;当冷却速率进一步增加,过冷奥氏体大量转变为贝氏体和少量的马氏体,且随着冷却速率的增加,贝氏体逐渐减少,马氏体逐渐增多;当冷却速率达到30 ℃/s以上,组织基本由马氏体组成,同时存在少量贝氏体及少量晶界铁素体组织;此外,高温变形会扩大铁素体和珠光体的相变区,促进了铁素体和珠光体相变。以此为基础优化了现场生产工艺,成功试制出符合国家标准的抗震钢筋,其平均屈服强度为553 MPa,抗拉强度为706 MPa,伸长率为16.8%,ReL/Rm约为0.782 5。
  • 石雷, 沈晓辉, 邢军, 澎奎, 张丽娜, 肖克勇
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    针对H型钢表面热轧标识在生产实践过程中常出现标识轧制不出、不清晰及重叠变形等问题,借助有限元模拟软件Simufact,开展了不同工艺方案仿真分析,研究了轧辊凹槽宽度、轧制压下量、轧制温度对H型钢表面热轧标识凸出高度的影响,并提出了增加轧制压下量的改进方案。结果表明:随着轧辊凹槽宽度增加,热轧标识的凸出高度和凸出率增加,但当凹槽宽度在8 mm以上时,增加幅度很小;随着轧制压下量增加,热轧标识的凸出高度及凸出率基本呈线性增加;轧制温度对热轧标识凸出高度和凸出率的影响较小。生产实践中基于不同轧机布置形式,开发了相应工艺方案:往复穿梭式精轧机布置,在万能粗轧辊上车削凹槽,精轧机在终轧道次前2~3道次空过最后道次再参与轧制;全连续和半连续轧机布置,调整刻标识机架位置,在成品前孔上刻印标识,可以轧制出符合要求的标识,提高了产品形象。
  • 设计与改造
  • 徐静, 范梁操
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    由于取向硅钢废边料不能形成连续废边丝的特殊性,常用的碎边剪、废边卷球机、压块机等均不适合用作硅钢机组圆盘剪切废边料处理设备。为此,介绍了一种新型的圆盘剪切边料的处理设备,即双层破碎机。双层破碎机的上层由两个刀箱组成,分别处理操作侧和传动侧的圆盘剪剪切废边料,剪切后的废料汇合到下层的一个刀箱中再次剪切。介绍了设备的结构和工作原理,通过剪切试验记录数据,对剪切速度、动刀片的厚度和动刀片刀齿数量进行分析确定,进而计算出刀轴驱动功率,并通过三维软件对动刀片进行应力分析,以及计算动刀与动刀的侧隙量和动刀与隔套的间隙量,再对电气控制模型进行制定,确认了最后的设备型式及参数。在某新建硅钢机组一年的生产周期中,双层破碎机年产切边料1.5万t,达到了客户的使用需求。
  • 朱海军, 田秀平, 赵洋斌
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    热轧带钢连续酸洗线设计的关键是酸洗工艺段设计,而酸洗工艺段设计的重点为酸槽和酸循环系统设计,酸循环系统的设计主要是酸循环泵的选择。酸槽中酸液温度必须维持一定的范围才能有效进行酸洗,过高过低的酸液温度均不利于酸洗。在此基础上,提出了酸循环泵流量计算的理论方法,理论计算结果与首钢集团两条热轧带钢连续酸洗线酸循环泵的实际选型结果一致。该方法为酸循环泵的选型提供了理论依据,可用于新建产线和老产线改造的设计计算。
  • 自动化与智能化
  • 黄瑞坤, 郭德福, 王刚, 易文, 廖钢
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    针对某2 250 mm常规热轧带钢产线对于生产效率提升的迫切需求,分析了制约其生产效率的关键环节,并提出了相应的优化方法,取得了良好的改善效果。通过优化辊道L1级控制逻辑,并在交接辊道新增L1级HMD信号实现L2级逻辑跟踪的移动,减少了粗轧咬钢时间间隔;通过细化粗轧各道次压下参数层级和提高穿带速度,实现了粗轧生产效率的提升;进一步,通过开发精轧连续穿带自动控制功能、层流冷却防追尾功能,提高了轧制效率和稳定性,同时优化了精轧动态控制程序,解决了精轧出口温度与卷取温度动态控制失效的问题;最后通过中间坯冷却的设备改造和自动化程序开发,减少了精轧前摆钢。生产实际表明:平均轧制节奏由146 s降低至107 s,生产效率提升了26.71%。
  • 韩庆, 荆丰伟, 徐文龙, 暴艳强
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    负荷分配是轧制规程设定的首要条件。介绍了综合等负荷函数算法的理论推导与相关技术难点,提出将非线性约束问题转化为两重嵌套的一维单调函数求根问题,采用小步长迭代虽然会导致计算效率降低,但软件和算法上易于处理,能够很好地解决函数的收敛性,保证了规程计算的稳定可靠。基于综合等负荷函数法及酒钢CSP热连轧机组的特点,采用等功率目标在线实时设定优化规程,随后对计算结果和计算速度进行了分析和校验,实际应用表明该算法在保证设备安全运行的同时,能够有效发挥设备潜能,扩展产品大纲。
  • 付光, 焦会立, 吴耐, 吴强, 彭纯琪, 吴冰
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    带钢表面缺陷形成机理复杂、发生频次高,对成品质量的影响大,是最重要、最难控制的质量指标之一。针对当前卷积神经网络模型存在系统消耗大、处理时间长、无有效特征输出,以及热轧带钢表面缺陷数据量庞大、伪缺陷众多,不能及时、准确地判断其表面缺陷的问题,基于卷积神经网络深度学习技术,开发了一种带钢表面缺陷自动判定系统。介绍了该系统中在线采集模块、多通道结合分析模块、典型特征提取模块、缺陷严重性细化分类模块、缺陷自动评审模块的功能,缺陷分类准确率约90%,可以实现热轧带钢表面缺陷的快速、准确分类及自动判定。
  • 革新与交流
  • 黄开乐, 蔡伟, 金梁, 彭聪, 陈少前
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    连铸方坯免加热直接轧制技术由于坯料不经过加热炉加热,故比传统的经加热炉加热轧制生产工艺节能减排且降低成本。但由于直轧开轧温度低于常规轧制温度,轧件的变形抗力会有所增加,轧制力也增加,最终使棒线区粗、中轧机组电机超负荷运行,影响设备使用寿命;同时,由于直轧坯料头、中、尾温度相差较大(最大温差可达100 ℃),不利于棒线区轧制工艺以及成品负偏差率、力学性能以及金相组织的稳定;再有,连铸区流与流之间拉速相差较大,导致不同铸坯之间温度相差较大,不利于棒线区轧制工艺的稳定。针对以上问题,介绍了棒线材免加热直接轧制的关键技术,即在连铸区提高拉坯速度,优化连铸出坯节奏(阶梯出坯)、优化二冷区水量;在棒线区增设温度不合坯料剔除程序,优化无间隔轧制技术,优化粗、中轧压下量,采用预穿水分段控冷等措施,保证了直轧工艺的顺利进行,实现了批量生产。
  • 邵际平, 董有宝
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    为了充分发挥控轧控冷和切分轧制工艺提高产品性能、降低能源消耗的优势,结合新疆昆玉钢铁有限公司棒材生产线的装备情况和工艺特点,分析了控轧控冷工艺对多线切分轧制的影响,并制定了相应措施,有效地解决了预切分轧件控轧冷却不均的现象,使切分产品性能离散性明显改善,以ø12 mm带肋钢筋五线切分为例,产品屈服强度的标准差由原来的8.98降低到3.89,负偏差率由原来的4.15%提高到4.70%,同时提高了成材率、生产稳定性和横肋充满度。
  • 赵丽明, 亓海燕, 王宏霞, 吴月龙
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    针对当前开发热冲压成形锰硼合金钢以代替65Mn传统高强钢来作为新一代锯片以及农机具配件-耙片用钢的需要,通过合理的化学成分设计,以及采用TSR炉全铁水冶炼技术、炉卷轧机+3机架连轧技术,开发出30MnB5高强度锰硼合金热轧带钢。同时,研究了不同热处理工艺对30MnB5带钢组织性能的影响。结果表明:热处理工艺为880 ℃淬火、保温45 min+200 ℃回火、保温1 h时,30MnB5带钢强度高、硬度高、强塑积最高,综合性能最好,可满足用户的使用要求。
  • 徐传国, 常树林, 张宝来, 桑圣峰, 柯于军, 孙建爽
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    为在某三菱日立1 420 mm五机架冷连轧机组上实现0.09 mm极薄规格带钢的批量稳定轧制,基于轧机最小可轧厚度原理,简要分析了极薄规格带钢冷连轧的5个技术难点,即大压下率下的负荷分配,轧辊压靠情况下目标厚度的控制,轧制润滑控制,板形控制及轧制过程中的断带问题,连续轧制过程中带钢头尾稳定剪切过渡的问题。基于此,对轧机负荷分配控制进行了优化,增加F1、F2机架负荷,尽可能减小F4、F5机架负荷;提出了改善乳化液控制的措施;选用辊径ø385~ø390 mm的工作辊及辊径ø480~ø490 mm的中间辊进行合理配辊;采用大张力轧制模式;同时,开发了带头尾任意厚度自动切换虚拟FGC技术,实现了最薄0.09 mm带钢的稳定生产。
  • 王辉, 王晨翀
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    针对连续热镀锌机组淬水槽转向辊支撑轴传动侧轴头异常断裂问题,在对断裂部位进行受力分析的基础上,采用金属成分检测、扫描电子显微镜、金相显微镜分析了转向辊支撑轴断口处的元素含量、微观组织结构、宏观断裂形貌,明确了转向辊支撑轴的断裂机理。结果表明:淬水槽转向辊支撑轴发生断裂的位置受力为18.10 MPa,而其许用应力[σ]不小于520 MPa,因此其断裂不是由于强度不足导致;Cr、Ni合金元素含量低于设计标准、堆焊热效应降低了母材晶粒等级与力学性能、使用过程中循环应力降低了抗疲劳强度是转向辊支撑轴断裂的主要原因。通过增加转向辊支撑轴成分上线检测措施、优化堆焊修复工艺参数以及增设耐磨轴套,改善了堆焊热效应导致的母材晶粒粗大,抑制了转向辊支撑轴摩擦磨损导致的裂纹源的产生。将上述改进技术应用于生产实践,转向辊支撑轴使用周期从1 a延长至3 a,同时有效提高了淬水槽转向辊的维护便捷性。
  • 任立征, 吴秀鹏, 杨明
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    为了解决热轧带钢头部在层冷辊道上起套,即拱起堆积的问题,基于某1 580 mm半连续式热轧带钢生产线,根据头部起套带钢表现形态并结合受力分析,明确了带钢起套的影响因素及形成原因,并提出了针对性控制措施。结果表明:带钢起套是由于带钢向前运行时层冷水的阻力过大且带钢与层冷辊道间静摩擦力动力过小而导致,成品带钢厚度越薄、宽度越窄、卷取温度越低、存在中间浪形、层流水流量越大,越容易发生起套现象。为此,提出了控制层冷水流量、增加层冷水对层冷辊道的冷却功能、调整层冷辊道标高、薄规格带钢头部进行不冷却处理、控制带钢板形等改进措施,应用于生产后,带钢在层冷辊道上起套的问题得到了有效控制。