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2023年, 第40卷, 第5期 刊出日期:2023-10-28
  

  • 全选
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    特约综述
  • 杜宁宇, 李伟, 范锦龙, 徐海伦
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    薄板坯连铸连轧技术是钢铁工业革命性技术之一,具有高效、节能、环保的特征,是一种先进的钢铁制造技术。ESP与MCCR技术作为薄板坯连铸连轧技术的典型代表,实现了无头轧制生产,与传统热连轧技术相比具有全连续、流程短、产品薄、能耗低的突出优势。介绍了薄板坯连铸连轧技术的发展,对比分析了ESP与MCCR两种技术在工艺布置、关键装备、产品特点及产品范围等方面的差异性。最后,展望了无头轧制技术的发展,提出智能化与定制化将是其重要的发展方向。
  • 技术讲座
  • 刘相华, 赵启林, 支颖
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    近期在工件组织性能柔性控制研究方面又出现了新进展:提出同体多能、按需配用的理念,即在同一个工件的不同部位处,实现组织性能差异化,以便发挥出工件性能的最大潜力。介绍了几种实现同体性能差异化的方法,对差厚板、分区热处理、分区冷却等同体性能差异化手段进行了介绍,这种组织性能控制不仅要精确到每一件产品、还要精确到同一件产品中不同部位,能够最大程度地发挥出零部件性能在服役中承载的潜力。例如乘用车B柱,中部要求具有高强度,而端部要求具有良好的塑性, 适当匹配同一零件上不同部位的强度和塑性,在满足承载性质不同要求的前提下,可以取得更加明显的节材减重效果。
  • 研究与开发
  • 赵星宇, 王山生, 庞启航, 李维娟, 张俊凯, 张大征
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    第3代先进高强钢中,显微组织由“奥氏体+马氏体”构成的Q&P钢最具有研发潜力。为了缩短制备工艺流程,碳元素配分机制仍需深入研究。对0.2C-1.5Si-2.0Mn系试验钢进行了“两相区淬火+配分”的热处理,并利用SEM、TEM、XRD和拉伸试验机等先进设备,研究了配分时间对试验钢板显微组织演变和力学性能的影响规律,揭示了碳元素低温配分机制。试验结果表明:当配分时间为30 s时,试验钢板的最大抗拉强度为1 297 MPa;当配分时间为60 s时,试验钢板的断后伸长率达到最大值(16.7%),此时其强塑积达到最大值(21.2 GPa·%)。随配分时间的延长,残余奥氏体的体积分数呈先上升后降低的趋势;在配分时间为60 s时,残余奥氏体体积分数最大(16.7%),试验钢板综合力学性能最优,这也说明残余奥氏体的体积分数是影响Q&P钢强塑性的主导因素。
  • 芦永发, 董瑞峰, 毕晓宏, 杨维宇, 杨阳, 王彦儒
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    针对第3代汽车用钢的研发,以中锰汽车用钢为研究对象,对试验钢采用两相区直接退火和ART退火,均获得了奥氏体、铁素体和马氏体组织。利用蔡司光学显微镜、SEM、XRD和万能试验机等检测手段研究了两种热处理工艺下试验钢板微观组织结构及力学性能。结果表明:当退火时间为10 min时,两种工艺的最佳退火温度均为630 ℃, 此时ART退火的试验钢板屈服强度为750 MPa,抗拉强度为900 MPa,伸长率为30.5%,强塑积达到27.5 GPa·%,残余奥氏体体积分数为20.1%;两相区直接退火的试验钢板屈服强度为1 000 MPa,抗拉强度为1 100 MPa,伸长率为27.5%,强塑积达到30.3 GPa·%,残余奥氏体体积分数达到22.3%。此外,相较于ART退火,两相区直接退火后的试验钢板中{111}有利织构含量高, {100}不利织构含量低,进一步证明两相区直接退火工艺下试验钢具有更好的成形性能。
  • 刘宁, 旷五洲, 陈俊
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    为明确含钒高锰LNG储罐用钢的再结晶行为,采用单道次压缩热模拟试验研究了变形温度和应变速率对实验钢流变应力的影响规律,建立了实验钢的热变形模型,并对其典型微观组织结构进行了OM和EBSD分析,明确了实验钢的组织演变规律。结果表明:在0.1 s-1和0.2 s-1应变速率下,流变应力曲线以动态再结晶型为主,当应变速率大于0.5 s-1时,流变应力随真应变(εεp)的增加未出现显著的下降,仅在较大应变条件下出现了一定的下降趋势;计算出实验钢的热变形激活能Q约为590.3 kJ/mol;在850 ℃变形时,不同应变速率下实验钢的组织主要为硬化组织,仅在晶界处观察到极少量的细小再结晶晶粒,在950 ℃变形温度下,0.1 s-1和2 s-1应变速率下可获得较为细小的再结晶组织,但2 s-1应变速率下再结晶并不充分,10 s-1应变速率下主要以硬化组织为主,在1 050 ℃变形温度下,不同应变速率下均得到较为粗大的再结晶组织。
  • 王麟, 李海军, 潘瑜, 宁新禹, 李睿昊
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    为明确AH36船板钢裂纹产生阶段进而解决热送裂纹问题,采用MMS-200热模拟试验机进行了热模拟拉伸实验,探究了不同热履历对AH36船板钢铸坯高温热塑性的影响,并以其强度极限建立了各过程出现表面裂纹判据,采用有限元软件ABAQUS对两相区热装及低温热装工艺过程中铸坯的温度场及应力场进行了数值模拟,并使用判据进行了裂纹风险分析。结果表明:装炉前的输送过程中,铸坯脆性温度区间为750~850℃,出现热裂纹的风险较小,两相区热装后再加热过程中铸坯脆性温度区更大,为750~1 050 ℃,易出现裂纹,低温热装的再加热过程中铸坯出现裂纹风险亦较小;通过非线性拟合建立了各过程的表面裂纹判据,热装前辊道冷却过程、两相区热装后的再加热过程、低温热装后的再加热过程的各模型相关系数R2分别为0.995 6、0.997 1、0.995 9,拟合精度良好。
  • 梁文, 梁亮, 汪净, 郭庆先, 刘怡私, 汪水泽
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    针对热成形钢22MnB5带钢酸洗后表面发红色差缺陷,采用直读光谱仪、粗糙度仪、金相显微镜、扫描电镜等对其形成原因进行了研究。结果表明:热成形钢22MnB5带钢表面存在厚度大于10 μm的晶界氧化层,其酸洗后大量吸附酸液中残留的Cu粒子是造成其表面发红的主要原因。富氧环境下,延长加热时间和提高加热温度,对氧化铁皮的影响较大,而贫氧环境下对晶界氧化的影响较大。一定条件下,内外氧化可以相互转变。通过降低卷取温度、酸槽清洗后优先排产等措施,热成形钢22MnB5带钢酸洗发红缺陷得到极大改善。
  • 谢保盛, 郭庆先, 汪净
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    为了确定涟钢2 250 mm产线700 MPa级高强钢抗拉强度不合原因,对全流程关键工艺进行了相关性分析,并利用大量历史生产数据建立了化学成分、热轧工艺参数与成品抗拉强度关系的神经网络预测模型。模型的均方根误差(RMSE)、平均绝对相对误差(AARE)分别为32 MPa、1.7%,验证数据的相关系数R为0.95。神经网络预测模型应用结果表明:铸坯入炉温度每提高100 ℃,成品抗拉强度降低4.5 MPa;铸坯出炉温度每提高10 ℃,成品抗拉强度降低12.3 MPa;粗轧温度对成品抗拉强度的影响呈抛物线趋势,其每提高10 ℃,成品抗拉强度仅降低0.5 MPa;粗轧第3道次速度每增加1.0 m/s,成品抗拉强度降低35.4 MPa,与相关性分析的54.3 MPa接近;卷取温度每提高10 ℃,成品抗拉强度降低5.2 MPa;层冷水温每上升1.0 ℃,成品抗拉强度降低1.6 MPa。基于相关性分析和神经网络模型,粗轧速度的提升是700 MPa级高强钢抗拉强度不合的主要原因,大幅度提高热装比、增加入炉温度是次要原因。对于粗轧再结晶区轧制而言,粗轧速度越快,再结晶形变因子越小,奥氏体的动态再结晶、静态再结晶越不充分,从而容易得到混晶组织,进而显著降低了热轧成品的抗拉强度。
  • 孙建华, 齐春雨, 闫磊, 商光鹏, 柳智博, 宋元坤
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    平整过程中稳定的板带伸长率控制是确保成品质量的前提。针对某厂生产低合金高强带钢偶发带钢伸长率达不到目标伸长率,且通过增大轧制力和张力至设备极限亦无法解决的问题,建立了轧件-辊系一体化有限元仿真模型。仿真分析结果发现,随着带钢强度升高、厚度变厚、张力减小、弯辊力增大、界面摩擦因数增大都会使低合金高强带钢伸长率减小。基于有限元仿真计算结果并结合实际生产,确定了平整机轧制能力不足以及平整机辊系凸度设置不合理是是导致低合金高强带钢伸长率不足的主要原因。为此,设计了支撑辊辊形、优化了轧辊服役制度以及轧制规程,使低合金高强带钢伸长率不足钢卷比例由2.11%降至0.62%。
  • 姜婷, 汪开忠, 谢钊远, 张晓瑞
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    针对汽车轻量化发展,对其核心零部件弹簧提出更高强塑性及疲劳性能的要求。采用超低氧冶炼技术制备了65SiCrV6弹簧钢,并研究了其热处理后的显微组织、拉伸性能,通过高周轴向拉压疲劳实验和升降法获得了65SiCrV6弹簧钢的S-N曲线,分析了其疲劳性能和疲劳断裂机制。结果表明:65SiCrV6弹簧钢热处理后强度达到2 100 MPa级,且具有较高的伸长率和断面收缩率,显微组织为回火屈氏体;疲劳极限为925 MPa,高于普通中高碳弹簧钢,主要得益于其具有高的屈服强度和良好的塑性,且热处理组织细小、马氏体含量高,马氏体基体上细小弥散的碳化物组织可改善残余应力分布,降低了裂纹形成及扩展的速度,从而提高了疲劳性能;65SiCrV6弹簧钢中夹杂物尺寸控制在9 μm以内,小于会成为疲劳源的夹杂物临界尺寸,因此导致疲劳试样断裂的主要原因是其表面缺陷,从而提高弹簧钢表面质量对提高其疲劳性能具有重要意义。
  • 李贝贝, 李勇, 李家栋
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    为了研究轧制加热工序中的能源消耗和污染排放问题,对其核心部件燃烧器在燃烧过程中温度和产物的影响因素和分布规律进行了研究。采用CFD建立了全尺寸的某型天然气燃烧器和加热中试炉的三维模型并进行了数值模拟计算,对燃烧产物的影响因素进行了分析,通过对燃烧器参数进行优化,建立了排放产物浓度与空气预热温度、空气分级比例的数学关系。结果表明:燃烧器产生的污染产物主要为热力型一氧化氮,提高空气预热温度可以提高燃烧速率,提高加热炉的整体温度,但氮氧化物的排放量也急剧升高,当空气预热温度不超过100 ℃,此时炉内温度高且氮氧化物排放量为76.42 mg/m3,燃烧性能良好,加热炉膛出口一氧化氮浓度与空气预热温度呈指数正相关关系;通过数学拟合,加热炉出口一氧化氮浓度与一次空气比例、二次空气比例呈二元幂值正相关关系,降低一次空气和二次空气进气量,适当提高三次空气进气量可以减少氮氧化物的排放,当分级空气比例为15%-45%-40%时,氮氧化物排放量最低为41.93 mg/m3。燃烧产物浓度与空气参数的数学方程对于实际燃烧器和加热炉的进一步设计、控制和优化过程有着十分重要的意义。
  • 甄先锋, 朱帅, 王广顺, 陈猛, 曹长法, 李向春
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    采用免退火控轧控冷工艺生产φ5~φ7 mm小规格SCM435盘条产品时,因盘条同圈组织性能差异较大导致其在首道次拉拔、自然存放和热处理阶段发生波浪弯曲,且盘条表层易出现先共析铁素体组织造成其截面硬度不均。为此,通过对比分析常规轧制、控轧控冷以及优化的控轧控冷工艺生产的SCM435盘条的组织性能,研究了盘条同圈组织性能差异的原因和产生机理。结果表明:低温轧制表面畸变能会促进先共析铁素体形成,小规格盘条因在风冷辊道排布致密,搭接区和辊道中部盘条冷速差异大于大规格盘条,导致性能波动较大,同时在搭接位置冷速较慢,先共析铁素体长大形成了深度10~45 μm类似全脱碳的组织。通过工艺优化,将吐丝温度从780 ℃提高至810 ℃,同时调整辊道速度(0.15 m/s提高至0.20 m/s)和保温罩开启数量,采用空冷后入保温罩缓冷的分段控制冷却工艺,基本消除了盘条表层连续的先共析铁素体组织,其同圈抗拉强度和断面收缩率波动分别比原工艺降低16%和27%,组织和力学性能均匀性得到明显改善。
  • 设计与改造
  • 李宁, 杨涛, 马银涛
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    针对唐山东华热轧生产线精轧机架经常出现轧辊氧化膜局部脱落而影响带钢板形及表面质量的问题,分析了辊缝冷却水对精轧工作辊表面氧化膜异常剥落、带钢断面轮廓异常及轧制力波动的影响,并提出了改进措施。结果表明:工作辊氧化膜脱落位置相对固定,氧化膜脱落原因是侧导板遮挡住了一部分辊缝冷却水,使其不能充分喷射到带钢表面,导致带钢横向温差大,进而导致辊面温度不均;工作辊的磨损曲线异常,与带钢断面轮廓对应性很高,轧辊横向磨损不均是造成带钢断面异常的直接原因;开启辊缝冷却水的瞬间,轧制力先下降然后上升,轧制力突变会造成带钢头部走向经常发生变化,严重影响穿带的稳定性。通过优化F2机架辊缝冷却水水嘴的角度、水量和使用制度,使辊缝冷却水避开了侧导板的遮挡完全喷射到带钢表面,降低了轧辊表面与带钢接触时的温度,提高了轧辊横向的温度均匀性,有效解决了氧化膜局部环状脱落的问题;同时,带钢的断面轮廓也随之得到改善,无严重凸起和凹陷的现象,穿带时轧制力比较稳定,无突变现象,解决了带钢咬入后头部跑偏的问题。以上优化措施有效改善了带钢表面质量和断面轮廓。
  • 自动化与智能化
  • 林海海, 王文广, 李宫胤, 于孟, 王少飞, 齐海峰
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    随着绿色制造和节能减排的政策要求,汽车轻量化对薄规格带钢的需求量日益剧增,带钢的高强减薄化、高精度化对其厚度控制提出了极大挑战。针对某钢厂超高强汽车板生产过程中存在的厚度振荡、头尾厚度超差、控制稳定性低等问题,首次提出了冷连轧机全机架秒流量厚度控制概念。基于TMEIC系统,通过硬件设备与基础自动化系统的协调控制,实现了酸轧全机架秒流量控制的稳定应用与厚控系统的全面升级。开发了全机架秒流量厚度计算与控制模型,制定了最佳动态性能控制参数,大幅提升了头尾厚度控制能力,解决了超高强钢厚度振荡问题,FGC过程中带头厚度波动长度由30 m降至10 m内,全钢种厚度命中率提升约5%。
  • 李毅挺, 李子正, 王瑞, 令狐克志, 陈彤, 邝霜
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    针对热连轧机组带钢板形控制中工作辊轴向横移量的优化设定,通过与出口板形分布的结合,建立了工作辊轴向横移量与出口板形分布设定模型;在此基础上,建立了以最佳板形为目标的工作辊轴向横移量优化目标函数,结合热连轧工艺与设备特点,开发了一套适用于七机架热连轧机组工作辊轴向横移量优化设定的软件,并选取了车轮钢、大梁钢进行了相关生产试验。结果表明:热连轧机组工作辊轴向横移设定对板形的影响效果明显,在车轮钢380CL、255PL和大梁钢510L、700L生产的板形优化中,板形值分别从优化前的18.1、17.7、20.4、18.6 I降至优化后的12.1、9.8、12.6、9.9 I,整体板形值平均优化率约为40%。
  • 张绪杰, 付天亮, 韩冰, 王昭东
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    在淬火钢板生产过程中,获得良好的板形是产品的基本要求,也是生产难点之一。采集了某企业4 348条工业生产数据,建立了基于工业大数据下的板形自学习模型及策略。利用采集的板形数据,对钢板进行区域划分,分析获得各区域的板形缺陷类型,并对各区域缺陷类型进行编号分类。使用K-均值聚类算法将数据以厚度为标准划分为薄、中、厚3类,对每一类采用随机森林(RF)、支持向量分类(SVC)和多层感知机(MLP)3种机器学习方法建立了预测模型。对比分析后发现RF和SVC模型在3类数据中表现稳定,对薄、中、厚3类样本预测准确率分别在70%以上、80%以上和90%以上。同时,基于模型和经验建立了专家系统,实现了钢板淬火板形自主学习,提高了钢板淬火板形平直度和成材率。
  • 革新与交流
  • 张玉文, 张春花
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    针对汽车底盘用冲压高强钢510L成形过程中容易出现局部开裂的问题,对高性能低成本Ti微合金化FB510L热轧带钢进行了开发。采用510L钢(Nb+Ti复合强化)和FB510L钢(单Ti强化)为试验钢,采用不同的控轧控冷工艺,对热轧后带钢微观组织、析出物、力学性能、扩孔性能、抗疲劳性能及其应用情况进行了对比研究。结果表明: Ti微合金化FB510L带钢中存在大尺寸和小尺寸的TiC析出物,呈长方形,弥散分布在铁素体基体中; 510L钢中由于存在Nb-Ti微合金化成分,观察到纳米级呈不规则椭圆形的(Ti,Nb)C。Ti微合金化FB510L钢充分利用了析出物在加热、轧制、冷却过程中抑制奥氏体、铁素体晶粒长大的作用,同时通过控轧控冷工艺的优化设计,获得了均匀的铁素体+贝氏体双相组织,大幅提高了其扩孔性能,扩孔率达80%以上,解决了510L带钢冲压翻边成形开裂的问题。FB510L钢较510L钢具有更好的扩孔成形性能和抗疲劳性能,同时由于节省了Nb合金的添加,吨钢节约合金成本84.45元,实现了汽车底盘用冲压高强钢高性能低成本生产。
  • 胡亮, 尹晓盼, 王莹, 张伟
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    带钢边部质量直接影响着热轧产品的后续加工和使用。对热轧带钢边部质量缺陷进行了分析,确定了热轧带钢翘皮缺陷、边部小翘皮缺陷和孔洞缺陷与定宽机锤头表面质量、立辊表面质量以及侧导板磨损情况有关。结果表明:锤头温度急速上升又下降导致应力集中,以及锤头的孔型设计,均是造成锤头表面裂纹及掉块缺陷的主要原因;立辊表面粗糙粘钢和侧导板磨损后产生火花等问题,均影响带钢表面质量。通过对锤头孔型和冷却方式、立辊材质和立辊润滑使用方法、以及卷取侧导板控制技术进行优化改进,热轧带钢轧制翘皮缺陷、小翘皮缺陷由0.234%降低到0.108%,带钢边部缺陷发生率明显下降,带钢边部质量得到明显改善。
  • 刘冠华, 贾军艳, 马春红, 许可, 龙标, 王浩
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    为减少SPHC热轧钢卷在冷轧压下率为90%时因加工硬化现象造成的成品厚度波动超差问题,结合某热轧产线层冷段布局情况,提出在终轧温度和卷取温度不变的情况下,热轧冷却段采取以稀疏冷却模式代替集中冷却的方式,对比分析了两种冷却模式下热卷的组织性能及冷轧成品厚度超差降判率。结果表明:在卷取温度为680 ℃时,稀疏冷却模式下SPHC热卷抗拉强度较集中冷却模式降低5 MPa,屈服强度降低35 MPa,两种冷却模式下SPHC带钢晶粒度均为8.5级,稀疏冷却有助于降低SPHC热轧钢卷的加工硬化;冷轧成品厚度超差降判率由集中冷却模式下的0.41%降至稀疏冷却模式下的0.21%,相比于集中冷却模式,采用稀疏冷却模式后SPHC热卷的厚度超差问题明显改善,达到了客户预期。
  • 马冬凯, 陈志桐
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    连退板带生产需经过炼钢、热轧、冷轧、连退多个工序,其表面划伤缺陷形貌多样,需要及时确定划伤缺陷产生的工序才能更有针对性地采用相对应的控制措施。针对连退板带划伤缺陷的形貌特征,可将划伤缺陷划分为4类,并确定了4类划伤的产生工序,即I类划伤缺陷产生于炼钢连铸工序,Ⅱ类划伤缺陷产生于热轧工序,III类划伤缺陷产生于冷轧工序,Ⅳ类划伤缺陷产生于连退工序。为此,在各工序采取了有针对性的控制措施,如加强辊系的检查、清理和维护,保证过渡导台、横梁高度合理,定期辊道、辊系点检检查和电机、润滑油的维护保养,合理设定热轧侧导板的清理和夹持力,保证冷轧乳化液浓度、轧辊粗糙度,合理设定连退炉子段、活套和圆盘剪张力等,划伤缺陷率降低30%以上,大大提高了连退产品的质量。
  • 韩乐, 曾立, 袁天祥, 朱国明, 刘鸿明, 刘延强
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    针对边部细线缺陷导致亚包晶成分镀锌导轨钢形成批量降级风险大的问题,对导轨钢边部细线缺陷组织形貌、铸坯凝固组织、高温变形行为及中间坯温降情况进行了分析,探究了缺陷产生机理,并提出了控制措施。结果表明:缺陷的产生与钢种特性密切相关,板坯晶粒粗大、大量沿晶界析出的片条状碳化物的组织特点导致导轨钢高温塑性较差;板坯出加热炉后,在粗轧过程中由于边角部温降大而落入高温脆性区,发生奥氏体向先共析铁素体转变,外部应力在铁素体相集中,萌生裂纹并扩展,在粗轧立平轧制过程中侧翻形成边部细线缺陷。通过在连铸工序采取低碳钢生产工艺并限制最高连铸拉速,在热轧工序适当提高出炉温度、增加粗轧保温罩,对定宽机进行孔型优化并限制减宽量,以及提高立辊润滑油浓度等措施,边部细线缺陷得到有效控制,缺陷降级率由原来的1.09%降低至0,缺陷发生率由原来的近100%降低至14.3%。
  • 严军, 陈永峰, 王东兴, 赵满堂, 林作津
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    为满足合金工具钢6150盘条的用途要求,设计了几组不同吐丝温度和冷却条件的控轧控冷工艺,并对实验盘条的同圈及头、尾部组织和拉伸性能进行了检测对比。结果表明:控轧控冷工艺对盘条不同部位的显微组织及强度有明显影响,采用吐丝温度880~910 ℃、轧后缓冷工艺的盘条头部搭接部位,及轧后风冷工艺的尾部散开部位出现心部马氏体组织,盘条抗拉强度大于1 200 MPa,面缩率不大于25%;采用通条吐丝温度850~880 ℃,关风机入罩缓冷,风冷辊道速度0.24~0.30 m/s的工艺,可以获得通条均匀的珠光体+铁素体组织,盘条力学性能最佳。