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2023年, 第40卷, 第4期 刊出日期:2023-08-28
  

  • 全选
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    特约综述
  • 王斌, 宋超伟, 刘崇林, 乔松, 王丙兴, 田勇
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    我国海岸线长达18万km,海上风能资源技术开发潜力巨大。近年来,在“双碳”的大背景下,我国风电行业政策利好不断,海上风电装机容量在电网中所占的比重快速上升,海上风塔用钢需求增长态势明显。随着海上风电进一步向集群化、大型化和深海化发展,如何开发出与之适配的低成本、综合性能优良的海上风塔用钢已成领域内亟待解决的关键性问题。介绍了国内外海上风塔用钢的标准、分类及性能要求,并对其化学成分设计和生产工艺方面的研究现状及发展趋势进行了综述。
  • 技术讲座
  • 支颖, 赵启林, 刘相华
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    以建筑和汽车用钢为例,介绍了轧制产品组织性能柔性控制技术在不同类型钢种开发中的应用情况。阐述了一钢多能与组织性能柔性控制的关系和实现方法。介绍了超细晶粒钢中晶粒细化机理、晶粒尺寸与强度的关系。对新提出的UniSteel的概念、理论基础和实现方法进行了较为详细的介绍,对UniSteel衍生的HSLA、DP、Q&P和PHS等钢种的组织性能柔性控制方法进行了阐述。
  • 研究与开发
  • 姜珊, 高秀华, 王凡, 杜林秀, 吴红艳
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    为解决矿井液压支架用钢由于服役环境复杂经常出现腐蚀的问题,设计开发了矿井液压支架用耐蚀钢,同时对其轧制及热处理工艺、组织性能、腐蚀行为等进行了研究。结果表明:采用中C,低P、S,复合添加Cr、Ni、Cu的化学成分设计,研发的Cr+Ni+Cu系耐蚀钢经模拟轧制、在线淬火后,在530 ℃保温1 h进行回火,组织为回火马氏体,力学性能最佳,抗拉强度和屈服强度分别为1 023、911 MPa,断后伸长率和断面收缩率分别为15%、55.9%,强度及塑韧性均满足国标要求且均较目前矿井用钢27SiMn有所提升;随着回火温度升高,实验钢中位错密度降低,强度逐渐下降,组织发生回复,马氏体板条边界变得模糊,带状结构消失,部分板条发生合并,尺寸变宽,由板条结构转变为块状,导致大角度晶界数量增多,塑韧性呈上升趋势;随着腐蚀的进行,实验钢腐蚀速率逐渐下降并趋于稳定,经240 h全浸腐蚀(碱性盐溶液)后,实验钢的年腐蚀速率为0.401 mm/a,相较于对比钢降低了40%,耐腐蚀性能良好;实验钢锈层主要为Fe(CrO4)OH,致密稳定,减少了溶液与基体的接触,提高了锈层对基体的保护能力。
  • 王畅, 于洋, 惠亚军, 王林, 武巧玲, 王明哲
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    耐酸车厢用钢通过添加Sb元素可提高其耐腐蚀性,但热轧过程中却频繁发生带钢边部开裂问题。为此,借助扫描电镜、电子探针和差热分析仪等设备对边裂缺陷形貌特征、显微组织和Sb元素表层富集规律进行了分析,揭示了其边部开裂形成机理并提出了改进措施。结果表明:耐酸车厢用热轧带钢边部出现的分层开裂缺陷周边无明显的大尺寸氧化圆点,但开裂位置存在明显白色颗粒物残留,白色颗粒物区域含有较高的Sb元素,其中局部位置Sb元素质量分数可高达26%~28%;随着温度升高,Sb元素表层富集层深度和富集含量均明显增加;耐酸车厢用热轧带钢边部开裂缺陷形成的机理为长时间加热条件下钢中Sb元素在表层富集并弱化了晶界,造成热卷下线后边部呈多层网状开裂形貌。为此,提出了热轧过程中低温快烧以及除鳞系统多点开启等优化措施,有效改善了热卷边部质量。
  • 郭锐, 胡学文, 何博, 石践, 汪飞, 王海波
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    针对含Sn耐酸钢的开发,采用高温拉伸、电化学和全浸腐蚀试验研究了Sn含量对耐酸钢高温塑性和耐蚀性的影响。试验钢中Sn质量分数由0.10%增加至0.14%时,由于晶界间析出脆性相增多,导致其铸坯的第Ⅲ脆性温度区间范围明显扩大,铸坯产生裂纹的风险显著增加。电化学试验结果表明:随着试验钢中Sn质量分数由0.05%增加至0.14%,由于其表面产生SnO2腐蚀产物层,阻碍了腐蚀介质中的离子向基体继续扩散,离子传导阻抗迅速增加,从而导致自腐蚀电位、点蚀电位和电荷转移电阻增加,耐蚀性显著提高。采用正交设计的全浸试验结果表明:相同条件下,试验钢中Sn质量分数超过0.05%并继续增加时,其腐蚀速率呈下降趋势,耐蚀性逐渐提高。此外,温度对试验钢腐蚀速率的影响最大,Cl-浓度对试验钢腐蚀速率的影响最小。综上,由于试验钢中Sn质量分数超过0.10%时,铸坯产生裂纹的风险显著增加,而Sn质量分数不足0.05%时,对耐蚀性基本没有贡献,兼顾两者的影响,耐酸钢中Sn质量分数应控制在0.05%~0.10%。
  • 李继新, 王春海, 李宫胤, 于孟, 文杰, 张晓峰
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    针对传统热轧平整+矫直工艺对薄规格超高强钢带钢板形缺陷消除能力有限的问题,提出了精整板形控制策略,即采用大压下平整+大张力矫直工艺。对大压下平整+大张力矫直板形控制机理进行了分析;通过建立平整+矫直联合仿真模型,对大压下平整+大张力矫直工艺对瓢曲和翘曲缺陷的影响规律进行了数值模拟分析。结果表明:大压下平整+大张力矫直工艺中,平整工艺对瓢曲缺陷的消除能力强于矫直工艺,同时发现随着矫直机弯曲辊插入量以及张力的增大,带钢伸长率增大,并且在不同弯曲辊插入量下,带钢伸长率随张力增大的幅度不同,弯曲辊插入量越大时,带钢伸长率随张力增大的程度越大,对瓢曲缺陷的改善能力越强。对于翘曲缺陷而言,随着张力的增大,带钢上翘趋势越明显;随着弯曲辊插入量的增大,张力对带钢上下表面延伸差的影响越大,对翘曲缺陷的改善能力越强。
  • 徐呈亮, 刘武华, 胡燕慧, 刘华赛, 韩赟, 滕华湘
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    针对热浸镀铝锌镁镀层产品(55%Al-Zn-1.6%Si-(0~3)%Mg)中不同Mg含量的镀层组织与耐蚀性进行了研究,旨在解决此类产品加工和使用过程中的表面缺陷,主要包括镀层组织不均、耐蚀性偏低、镀层表面捂水发黑等质量问题。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、辉光分析(GDS)、三维形貌测试、电化学测试等方法,对不同Mg含量镀铝锌产品进行了实验测定,发现Mg含量不同是造成镀层组织形貌、耐蚀性差异的重要原因,在一定范围内提高Mg含量有利于镀层组织均匀性及耐蚀性能的提升。对于镀层表面捂水发黑质量问题,镀层组织均匀性和表面钝化工艺共同决定此类缺陷的发生率。最后,通过热力学计算,探讨了添加微量Ti或B对控制铝锌镁晶粒尺寸的可行性,即添加Ti或B之后形成的TiAl3相、AlB2相有利于提高凝固组织的形核率,从而起到细化凝固组织的作用。
  • 吴一萌, 赵宪明, 周晓光, 王厚昕, 高宇, 吴家君
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    为研究Nb含量与工艺参数对U型肋桥梁钢Q420qD静态再结晶行为的影响,利用热膨胀相变仪与金相显微镜等手段对其进行了分析与讨论,并确定了实验钢的静态再结晶动力学模型和静态再结晶激活能。结果表明:Nb对实验钢的静态再结晶产生阻碍作用,阻碍作用随Nb含量增大而增强,应变诱导析出的“鼻尖”温度在950~1 000 ℃;Nb质量分数为0、0.044%和0.062%的3种实验钢再结晶激活能分别为242.43、268.77、291.96 kJ·mol-1,静态再结晶动力学模型分别为XS=1-exp[-0.693×(t/t0.5)0.236 7],XS=1-exp[-0.693×(t/t0.5)0.477 7],XS=1-exp[-0.693×(t/t0.5)0.378 3];实验钢再结晶率随变形温度升高不断增大,同样变形温度下其静态再结晶率随道次间隔时间延长而增大;在Nb的应变诱导析出阶段实验钢静态再结晶率变化不明显,“平台期”结束后晶粒细化、再结晶形核增多;U型肋生产的待温阶段应控制温度在950~1 000 ℃,并将待温结束时间锁定在“平台期”结束之前,以确保Nb元素对实验钢再结晶晶粒长大的抑制效果,达到细化晶粒、提升强韧性的目的。
  • 李丰德
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    为解决N元素的加入导致HRB500E热轧带肋钢筋性能波动大的问题,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等设备,研究了不同N含量对V-N微合金化HRB500E钢筋力学性能、金相组织和析出行为的影响。结果表明:在各合金元素及碳元素含量控制相同条件下,随着N含量增加,V(C,N)的析出量增加,实现了对微合金化HRB500E钢筋关键力学性能的强化作用;随着N含量增加,珠光体比例增加,V(C,N)析出物尺寸更加细小弥散,析出总量也有所增加;当N元素质量分数处于0.012%~0.016%区间时,钢筋各项关键性能指标稳定且与国标、内控要求相比富裕量充分,实现了HRB500E热轧带肋钢筋批量化性能稳定性生产。
  • 李为龙, 李佳军, 曾伟
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    针对成品圆钢框形偏析导致齿轮热处理变形不均匀的问题,利用DEFORM-3D塑性变形模拟软件计算分析了齿轮钢框形偏析在棒材连轧过程中的演变规律,计算结果与轧制试验检测结果基本吻合,验证了模型的可靠性。研究表明:进入连轧的坯料框形偏析区宽高比有一个合适的范围,在此范围内成品圆钢可以获得扁平比近似1.0的锭形偏析,用于生产齿轮可以获得较好的形状和尺寸;通过调整开坯工艺优化棒材的框形偏析尺寸更容易实施;根据圆钢框形偏析的理想尺寸,通过数值模拟的方法,可以倒推计算中间坯的框形偏析尺寸,从而可为开坯机工艺的优化提供依据。
  • 设计与改造
  • 方针正, 张俊义, 刘敏, 董红卫
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    以极致高效的方式生产出低成本、高品质、高精度的棒材产品,单条棒材生产线年产量超过160万t,一直是国内外棒材生产企业追求的目标。尤其是GB/T 1499.2—2018热轧带肋钢筋新标准颁布以来,热轧带肋钢筋多线切分轧制工艺及轧后强穿水冷却工艺难以适应低成本生产满足新国标要求的产品,质量和精度难以和单根轧制的相比。为解决这一难题,创新设计了高效、低成本、高精度的控轧控冷双高速棒材生产线,将切分轧制工艺和高线控轧控冷生产工艺相结合,开发了高速模块轧机、柔性水冷系统、棒材高速上钢系统等核心设备,并成功在多条生产线应用,吨钢成本相比传统切分轧制工艺降低了80元以上, 成材率提高了0.5%,负偏差提高了0.5%~1%, 降低了生产成本及碳排放,提高了生产效率和产品质量,实现了棒材高产高质的极致目标。
  • 尹刚, 马续创, 郭韡, 张文军, 白振华
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    随着抗拉强度高达1 600 MPa且头尾厚度超差至3.5 mm的新型高强钢的开发,某连退机组入口段施罗曼飞剪频繁发生故障,其剪刃平均寿命仅2个月,严重影响了生产。为适应新钢种特性、现有改造空间限制、利旧原电机和短定尺的要求,结合力学性能参数、滚筒直径、剪切力矩、利旧电机的技术参数及过载性能、减速比等的计算分析,及对电机功率、短定尺要求的校核,新开发了一种短定尺双副螺旋刃滚筒飞剪。经现场应用,其满足厚度和抗拉强度均偏大新钢种的剪切要求,占有空间小、刚度大,且满足短定尺要求和较高速度下的基本定尺剪切要求;其一对刃口在剪切13个月后依然工作良好,相比于原施罗曼飞剪其剪刃寿命提高13倍以上,节约了大量故障处理时间和更换剪刃时间,避免了频繁停机引起的巨大经济损失。
  • 自动化与智能化
  • 任晓怀, 张飞, 宗胜悦, 熊创
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    针对炉卷轧机穿带过程的特殊性和带钢头部跟踪的技术难点,分析了带钢头部跟踪算法存在的问题以及影响跟踪精度的众多因素,提出了带钢头部跟踪算法的改进措施,包括对前滑值的修正计算和跟踪修正窗口的优化设计等。结果表明:影响带钢头部跟踪精度的主要因素是前滑值的偏差以及跟踪位置修正的时机;投用改进算法后,带钢头部跟踪偏差能够控制在±0.1 m以内,带钢头部撞击卷筒槽口的次数由平均每月12次减少至3次,并且未发生穿带失败事故。该改进算法有效提高了带钢头部跟踪精度,避免了穿带失败事故,改善了带钢头部质量和提高了设备使用寿命。
  • 徐芳, 王文广, 艾矫健, 李东宁, 王元嵩
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    为了提高首钢京唐1 580 mm产线精轧轧制力预报精度,对精轧轧制力模型进行了研究,结合现场生产的典型问题,即同一钢种族内化学成分波动、薄规格带钢头部大张力引起精轧模型自学习趋势异常及变形抗力自学习层别跳变引起的轧制力设定偏差,对轧制力基础模型和自学习模型进行了改进。修正了钢种族的划分方法、回归整定了化学成分对变形抗力的影响因子、增加了实测张力修正精轧自学习的方法以及建立了基于双线性插值方法来获取变形抗力自学习系数的方法。改进措施实施后,各机架的轧制力预报精度均有不同程度的提高,且带钢通长的厚度标准差由12.22 μm降低至10.5 μm以内,指标精度得到显著提升。
  • 付志平
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    针对冷连轧生产过程中发生动态变规格FGC(Flying Gauge Change)时带钢头尾厚度超差的问题,分别从FGC发生阈值优化、规范钢种初始屈服强度值、二级系统分档升级、模型参数优化及L1功能优化等方面进行分析,并提出了优化措施。结果表明:通过将带钢钢种重新进行归档分类,由外方二级系统的原16个钢种组扩展至32个钢种组,并同步修改其摩擦因数和变形抗力等相关参数,同时建立拉矫过程厚度减薄补偿模型,显著提高了1 720 mm 酸轧机组的厚度及轧制力控制精度;建立了分规格优化的AGC控制策略,对冷轧生产过程中的厚度控制系统进行了限幅调整;针对发生FGC时的机架失张问题,进行了前滑模型的控制优化,提高了轧机生产稳定性。应用优化措施后,FGC发生频次降低了16.95%,FGC长度下降了41.47%,带钢头尾厚度超差长度和整体厚度命中率均得到了改善,具有明显的实际应用价值。
  • 革新与交流
  • 李显, 文宝华, 廖耀俊, 何涛
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    针对采用在线淬火工艺生产Q690D钢板时易出现探伤不合的问题,对缺陷形貌,铸坯、钢板的显微组织、硬度分布、元素偏析等情况进行了分析,结合其化学成分设计及轧线实际生产工艺参数,研究了在线淬火工艺生产Q690D钢板探伤不合原因,并提出了控制措施。结果表明:低合金高强钢Q690D铸坯中心偏析严重及不合理的轧制工艺加剧了中心偏析程度,造成钢板在线淬火后产生细小裂纹而导致其探伤不合。通过适当降低C、Mn含量,炼钢工序提高钢水纯净度和连铸坯质量,轧钢工序强化加热、轧制及缩短钢板轧制完成到超快冷开冷的时间等措施,有效控制了在线淬火Q690D钢板探伤不合缺陷,探伤合格率达到99%以上。
  • 万潇, 刘洋, 齐岩, 李广双, 于海波, 师大兴
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    为了提高400 mm厚铸坯热装率,通过有限元模拟计算了400 mm厚铸坯堆垛过程的温降规律,并与采用热装工艺铸坯的实际温度履历进行了对比。结果表明:堆冷0~24 h、24~48 h、48~72 h铸坯温降速率分别为0.18~0.30 ℃/min、0.08~0.16 ℃/min、0.05~0.07 ℃/min;堆垛铸坯除顶部铸坯外,其余铸坯根据位置不同,满足热装温度条件的开始时间在12~20 h之间;为了保证铸坯不产生热装裂纹,铸坯堆冷时间应不少于20 h,尽量不超过28 h,以达到降低热量损失,提高热装温度的目的。相比400 mm厚铸坯原来的堆冷制度,能节省50%的堆冷时间,热装率从零提高到12.23%且轧制钢板的屈服强度、抗拉强度及显微组织与冷装工艺无明显区别。
  • 刘洪银, 亓伟伟, 孙建卫, 李雪峰, 雷洲
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    针对700 MPa级汽车大梁钢板冲压开裂问题,对其化学成分、组织、力学性能进行了检测分析,发现其冲击韧性值低、拉伸断口分层、有严重的混晶现象并存在粗大的带状铁素体区。分析认为由于连铸工序缺乏打碎柱状晶和均匀铸坯成分的设备导致铸坯的中心偏析、树枝晶偏析严重,Ti元素在钢材中的不均匀分布导致混晶现象和冲击韧性降低,铸坯中S元素的偏析导致拉伸断口分层。根据分析结果,对700 MPa级汽车大梁钢化学成分和生产工艺进行了优化调整,适当提高了C、Nb含量,降低了Ti、S含量,并制定与铸坯厚度、w(Ti)×w(C)浓度积、Ti含量相适应的铸坯加热工艺参数,使铸坯中的大尺寸TiC粒子完全溶解并使溶解后的Ti元素充分扩散,解决了偏析和混晶问题。钢板冲击功提高约70 J,拉伸断口无分层现象,金相组织无混晶现象,冲压成形开裂率小于0.5%。
  • 李盼峰, 李晓少, 李雷, 贾陆营
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    针对湖南华菱涟源钢铁有限公司CSP-冷轧线生产的耐蚀钢表面翘皮缺陷问题,对耐蚀钢中Cu元素在钢中的特性及其基板的生产工艺进行了系统分析与研究。结果表明:该缺陷的产生与连铸的过热度控制、二冷水配置以及热轧加热工艺和精轧立辊的侧压力控制等众多因素相关。为此,通过采用连铸低过热度控制、增强二冷区冷却强度、优化热轧立辊侧压力、高温快轧和加强在线检查反馈调整等多项措施,减少了耐蚀钢基板表面的小结疤、翘皮缺陷,从源头保证了基板的表面质量,有效预防了冷轧耐蚀钢表面翘皮缺陷的产生。
  • 陈于勤, 王传荟
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    带钢酸洗时氧化铁皮中的一些不溶物随着酸洗液的循环使用不断积聚,影响酸洗效果和设备的稳定运行。为及时掌握酸洗液中不溶物的含量,解决传统分析方法检测周期长、无法满足连续生产的问题,研究了通过透光率测定酸洗液中不溶物含量的方法。结果表明:酸洗液颜色深浅主要受溶液中Fe2+含量影响,不同酸洗液因溶液颜色深浅不同,光的透过率不同,但均在单色光波长为690 nm处有最大透光率;将滤除不溶物的酸洗液作为基准液,以纯水做参比测定基准液透光率,再以基准液为参比测定样品透光率,即可排除酸洗液颜色的干扰;利用透光率法检测酸洗液中不溶物含量的检测周期仅需10 min,检测偏差小于2%,能够为酸洗液中不溶物去除工艺的及时调整起到参考作用。
  • 官旭东
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    针对河北钢铁集团邯钢公司大型轧钢厂重轨生产过程中轧辊粘钢压痕缺陷问题,对其类型、主要缺陷成因及其治理进行了深入研究。结果表明:轧辊粘钢压痕缺陷约占重轨表面缺陷的70%,对百米轨合格率指标影响较大;其中UF轧机平辊轨底内侧粘钢压痕缺陷约占42%以上,是轧辊粘钢压痕缺陷的主要类型,其成因为UF轧机水平辊与轨底立辊对轧件施加轧制力,在轨底内侧双斜线交汇处连接弧部位形成了最大局部挤压力,导致辊面氧化膜薄弱点被破坏而发生局部粘钢;另外,U2轧机平辊轨腹粘钢压痕缺陷约占38%以上,是轧辊粘钢压痕缺陷另一主要类型,其成因为轧件咬入位置和咬入冲击力发生变化而失稳,轧件前尖在咬入U2轧机时,其接触点温度较低、变形抗力较大,刺破U2轧机平辊轨腹部位的辊面氧化膜而发生局部粘钢,当粘结不牢固轧辊旋转1~2周即掉落时则形成非周期性缺陷,当粘结牢固始终附着在辊面不掉落时则形成周期性缺陷。针对该两类主要缺陷的成因制定了窄域石墨间隔防粘钢方案、局部润滑及辊面清洁方案,并研发、投用了专用装置,有效解决了辊面局部粘钢问题,轧辊粘钢压痕缺陷得到了大幅改善,达到了较好的控制效果。
  • 陈志军, 丁正
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    介绍了一种适用于提前发现热轧液压系统油液泄漏的极限液位报警方法,说明了其设计的基本思路,还针对实际应用中出现的问题提出了改进方法。相对于传统报警手段,该方法具有零漏报、低误报,且较为及时的特点。