2024年, 第41卷, 第5期　刊出日期：2024-10-28

  

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特约综述
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  轧制理论与应用研究的新进展

  刘相华, 支颖

  轧钢. 2024, 41(5): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240501

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  近40年来,轧制技术出现了翻天覆地的变化,这也带动和促进了轧制理论从经典到现代的蜕变,同时电子计算机在这种蜕变中发挥了至关重要的作用。首先,伴随着有限元解析算法的出现和快速发展、计算机存储与处理等能力的不断增强,一批商业化软件逐渐增加了求解轧制问题的功能,轧钢理论工作者逐渐掌握了ANSYS、MARC、ABAQUS等大型商业软件用法;近年来晶体塑性有限元的出现和发展,把对成形过程数值模拟的触角又推进到微观领域。其次,人工智能在轧制理论领域的应用,启发人们把目光从对轧制理论深层规律无止境的探索转向实实在在发生了的事情,从数据、模型、因果关系中挖掘出规律性,帮助人们间接地把握轧制过程的本质特征。还有,经典轧制理论的研究也没有停下脚步,传统的Karman方程遇到变厚度轧制这一新问题,升级为新的表现形式;甚至作为轧制过程运动学基石的秒流量相等原则在变厚度轧制中也受到撼动。可以看到:中国几代轧钢工作者经过40多年的学习、积累、赶超,现在已经进入到轧制理论发展的前沿,中国学者有能力、有信心肩负起用轧制理论来指导轧制实践发展的责任。
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  我国热轧宽带钢轧制技术的进步

  康永林, 朱国明, 周建

  轧钢. 2024, 41(5): 12-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240502

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  对近年我国热轧宽带钢轧制技术的进步作了总结介绍,其中包括:我国热轧宽带钢产线及产量发展情况;常规热连轧高效轧制,轧制过程节能降碳,控轧控冷与低成本控制技术等热宽带钢生产技术;常规流程轧制、薄板坯连铸半无头轧制/无头轧制高强/超高强钢以及超薄带钢轧制技术;热宽带钢组织性能预测控制、表面质量及板厚板形控制技术;热宽带钢生产数字化、智能化技术进步等等。统计数据表明:无论是常规热连轧、薄板坯连铸连轧、无头轧制、薄带铸轧产线装备控制技术的进步,还是热宽带钢轧制工艺、产品开发、组织性能与质量控制,以及热宽带钢生产数字化、智能化、绿色化等的技术进步,都产生了从量到质的发展,对推动我国冶金科学技术进步及国家经济建设做出了重要贡献。
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  热轧钢材组织演变和力学性能预测—半经验模型、机器学习到工业大模型

  刘振宇, 吴思炜, 丛津功, 梁亮, 周晓光, 曹光明

  轧钢. 2024, 41(5): 24-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240503

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  钢材热轧过程中,轧件显微组织演变、表面氧化与轧制力能负荷相互影响,构成了“牵一发而动全身”的复杂黑箱系统。长期以来,国内外一直采用数学模型分离求解,导致只能近似解析而无法实现精确求解,制约了产品综合质量的进一步提升。通过深度挖掘实验数据和热轧工业数据,我国开发出集力能、组织及界面耦合的热轧工业大模型,实现了热轧主流程的全面、精准解析。介绍了我国热轧钢材组织演变和力学性能预测技术的发展历程及最新发展方向,为钢铁行业数字化转型提供借鉴和参考。
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  热轧带钢高效与智能轧制新技术研究进展及应用

  何安瑞, 刘超, 邵健

  轧钢. 2024, 41(5): 38-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240504

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  伴随着钢铁工业朝着产品高端化、高质化和生产高效化、绿色化、智能化方向的快速发展,热轧带钢高效与智能轧制技术取得了巨大进步,涌现出诸多创新成果。综述了近年来热轧带钢生产先进控制模型和专用轧制技术以及钢铁智能工厂建设的新进展。重点关注了加热炉智能化过程控制模型、辊系-轧件快速计算模型、力学性能预报模型、硅钢同板差控制技术、高强钢高次浪形控制技术、高强钢轧后冷却板形控制技术、常规热轧产线高效轧制技术、无头轧制产线边降控制技术、薄带铸轧产线板形调控技术、质量管控大数据平台、物料多维信息感知技术、热轧多区域集控技术、热轧多业务协同技术等内容。这些技术的不断创新与应用,锻造了热轧带钢生产新质生产力,提升了热轧带钢产品竞争力,推动了钢铁工业的整体技术进步。
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  板带轧制数字化技术进步与发展趋势

  张殿华, 丁成砚, 王云龙, 陈上, 彭文, 孙杰

  轧钢. 2024, 41(5): 51-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240505

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  板带材轧制过程的各工序都已达到较高控制水平,但工序耦合和工况复杂性限制了产品质量及生产效率的提升。如何提高模型精度与复杂工况的动态适应能力,实现工序内和工序间的各层次协调优化,是本领域面临的挑战性问题。数字化技术对提升产品质量和生产效率、降低成本、减少排放等具有重要作用,是推动钢铁企业转型升级发展、持续提升竞争力的关键。首先,分析了轧制过程的特点以及数字化升级的解决方案,提出了以工业互联网为载体、以智能感知和动态数字孪生为基础、以全流程多工序协调优化控制为核心、以信息物理系统(CPS)为支撑的板带轧制过程数字化升级的总体架构。随后,梳理了板带轧制过程中工业互联网、数字孪生模型、全流程协调优化和信息物理系统4个方面的数字化发展现状。最后,基于数字化发展现状,对板带轧制数字化技术的发展方向进行了展望。
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  我国复合钢板轧制技术的发展、现状及展望

  焦四海, 闫博, 梁晓军, 孔伟, 郝英敏, 邢钊

  轧钢. 2024, 41(5): 66-78.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240506

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  近年来,我国轧制技术发展和社会转型对功能增强型钢铁材料的需求大大促进了复合板轧制技术快速发展。概述了近年来我国轧制复合技术的进步,主要介绍了轧制复合钢板的组织性能控制、基层与覆层组织控制及其加工性能。介绍了中厚板、热连轧、冷轧等典型轧制复合钢板产品及其示范应用情况。同时,指出由于大部分轧制复合钢板是全新的材料,针对具体应用场景的产品设计、制备、加工、安装应用全产业链技术和规范还不完备,需要有针对性地组织力量进行开发研究。
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  我国管线钢生产技术的进步

  王复越, 任毅, 张帅, 王爽, 张哲睿, 高红

  轧钢. 2024, 41(5): 79-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240507

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  随着我国能源需求的持续增长,管线钢作为油气管道建设的核心材料,其生产技术得到了快速发展。对我国管线钢生产技术的进步进行了总结,回顾并梳理了我国管线钢生产的发展历程,从早期的低钢级产品到如今的高性能、高钢级管线钢,展示了我国管线钢在生产技术方面的突破。重点介绍了当前管线钢生产中的关键技术,包括化学成分设计、轧制工艺、微观组织调控等方面的创新。此外,深入探讨了管线钢在耐腐蚀、高强度、耐低温等性能方面的产品特点与生产控制技术的研究进展。同时,指出新能源发展中氢气与二氧化碳储运、新型石油天然气管及装备、数字化与人工智能技术的应用是未来管线钢生产技术的研发重点。
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  我国无取向电工钢技术的进步与发展

  储双杰, 潘振东, 周博皓, 吴树建, 毛博

  轧钢. 2024, 41(5): 87-97.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240508

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  改革开放以来,我国无取向电工钢技术进步为钢铁、电工行业发展及国民经济增长做出了重要贡献。从无取向电工钢生产的全流程进行分析,结合生产技术、装备升级,系统阐述了冶炼、热轧、冷轧、热处理、涂层等关键工序的生产工艺进步;从织构控制、磁性能提升、硅钢强化技术等角度,深入分析了支撑生产工艺进步的相关材料学技术机理;围绕“高效、高端、绿色、智能”的发展目标,描绘了无取向硅钢的技术发展趋势。我国无取向电工钢已形成技术创新—产品进步—技术机理研究互相支撑的良好发展格局,预期未来我国无取向电工钢的技术水平和产品实物质量将继续呈现引领全球的发展态势。
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  我国冷轧技术的进步

  王业科

  轧钢. 2024, 41(5): 98-107.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240509

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  综述了我国冷轧行业在酸洗、轧制、退火、涂镀各工序及其核心装备以及在绿色化、智能化等领域的技术进步,展示了我国冷轧领域具有代表性的、全球领先的或全球首发或首创的技术成果、技术方法或产品,如高牌号电工钢冷连轧技术、冷连轧生产超高强钢技术、高磁感取向电工钢及极薄高强无取向电工钢轧制技术、超高强钢生产技术、高功能性及高耐蚀性镀层产品的开发等,以及在冷轧绿色化、智能化所取得的成就。通过我国冷轧行业的不懈努力,这些高效化、高端化、绿色化、智能化的成果为世界冷轧技术的发展做出了中国贡献。
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  我国汽车用钢开发应用现状及发展趋势

  韩赟, 刘华赛, 肖宝亮

  轧钢. 2024, 41(5): 108-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240510

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  我国汽车用钢的开发和应用经历了从无到有,再到逐渐追赶世界先进钢企的过程。进入21世纪,随着汽车用钢生产技术的进步和主机厂对整车轻量化要求的提高,我国开发出了强度更高、塑性更好的汽车用钢系列产品,为主机厂提供了满足不同设计需求的关键汽车用钢材料。结合我国及世界汽车用钢市场的主要需求,概述了我国主要汽车用钢生产厂家在产品开发和应用推广上的进展,介绍了生产高品质产品所需的关键装备,同时介绍了先进汽车用钢应用所需要解决的关键问题。此外,随着我国双碳战略的提出,我国汽车用钢的发展进入了一个新的阶段,低碳、近零碳材料的开发成为了热点,对未来我国汽车用钢开发和应用进行了展望。
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  我国型钢生产的现状及展望

  赵宪明, 王国栋, 吴迪

  轧钢. 2024, 41(5): 121-132.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240511

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  型钢产品在国民经济建设中占有重要地位。随着型钢产品应用领域的不断扩大,对其性能提出了更高的要求。近年来我国对型钢生产技术与装备展开了研究,取得了较多成果。对型钢生产的工艺技术、轧制装备、产品开发等进行了总结和概述,对型钢生产关键核心技术、组织性能调控、新产品开发及智能化技术在型钢生产中的应用前景进行了展望。
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  我国棒线材生产流程短捷化的进步与展望

  马靳江, 牛强, 白亚斌, 钱宝华, 周民

  轧钢. 2024, 41(5): 133-143.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240512

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  分析了近年来我国棒线材产量及产品结构的发展和变化;针对棒线材生产流程短捷化,以轧制工序为出发点,从缩短与前工序的界面、轧线本身短捷化、缩短与后工序的界面3个方面介绍了已取得的技术进步并提出了一些新思路,在此基础上探讨了我国棒线材生产流程短捷化方面面临的挑战和未来发展方向,指出对生产流程短捷化的创新是棒线材新一轮产品结构优化和技术装备升级发展的重中之重,也是整个产业链需要共同努力的主要技术方向。
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  我国油气埋弧焊管技术与产品发展及展望

  韩秀林, 陈小伟

  轧钢. 2024, 41(5): 144-150.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240513

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  回顾了我国油气管道用埋弧焊管工艺装备发展历史,介绍了螺旋埋弧焊、直缝埋弧焊管生产工艺、装备发展进步情况。围绕油气管道代表性工程,介绍了近40年来我国油气输送埋弧焊管国产化及工程应用方面取得的技术进步,以及在新产品研发储备方面的工作。结合当前我国油气管道高质量发展需求、新能源及数智技术发展趋势,就油气输送埋弧焊管技术及产品发展趋势进行了探讨及展望。
研究与开发
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  高温退火对低密度中锰钢中带状δ铁素体的影响

  蒋家乐, 余灿生, 李云杰, 常智渊, 康健, 袁国

  轧钢. 2024, 41(5): 151-158.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240514

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  低密度钢中一般含有较高含量的Al元素,可以降低材料密度,达到更好的轻量化效果,但容易产生高温δ铁素体相,在热轧过程中形成粗大带状组织,难以通过热处理消除,最终造成钢材严重各向异性。针对上述问题,设计了一种化学成分为0.36%C-4.5%Al-7.6%Mn-0.31%V-0.31%Si-0.07%Ti的低密度中锰钢,研究了不同轧制方式(热轧和温轧)以及退火工艺参数(1 000、1 100、1 200 ℃保温30 min)对高温δ铁素体演变行为的影响。结果表明:随着退火温度的升高,实验钢中带状高温δ铁素体逐渐变为短棒状,奥氏体含量占比不断下降,且高温δ铁素体尺寸不断变宽,热轧试样中高温δ铁素体的宽度由3 μm增加到11 μm,而温轧试样中高温δ铁素体的宽度由0.5 μm增加到9 μm;随着退火温度的升高,带状高温δ铁素体中的大角度晶界增多,整个粗大带状δ铁素体晶粒被分割;在1 200 ℃退火时,热轧试样中高温δ铁素体典型晶界取向差为3.92°、13.4°和35.6°,而温轧试样中高温δ铁素体典型晶界取向差为42.2°、54.2°和58.5°。与热轧试样相比,温轧试样的短棒状高温δ铁素体更多且尺寸相对更细,温轧试样在1 200 ℃保温30 min,带状高温δ铁素体基本全部转变为短棒状,表明温轧工艺更有利于消除带状组织。此外,直接冷却试样容易发生脆断,低温回火能提高低密度中锰钢的力学性能,可使其强塑积从0.95 GPa·%大幅提升至29.36 GPa·%。
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  高温耐磨钢高温磨损与氧化性能研究

  靳建锋, 李小琳, 闫强军, 陈刚

  轧钢. 2024, 41(5): 159-168.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240515

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  为提高机械部件的高温耐磨性能并延长其使用寿命,设计了一种新型耐热耐磨钢A钢。通过与传统NM400钢以及国际同类型B钢的高温硬度、摩擦学行为和氧化行为进行对比分析,研究了新型耐热耐磨钢A钢的高温耐磨性能和抗氧化性能的提升机理。结果表明:在600 ℃时,新型耐热耐磨钢A钢的平均硬度为306.69HV,明显高于作为对比样的传统NM400钢184.88HV)以及国际同类型B钢(286.86HV);在600 ℃氧化100 h后,新型耐热耐磨钢A钢表现出优异的抗氧化性能,其氧化增重仅为1.625 mg/cm²,比传统NM400钢(9.969 mg/cm²)的氧化增重下降了83.7%;较高的高温硬度以及优异的抗氧化性能使新型耐热耐磨钢A钢在600 ℃时的磨损机制发生了改变,并获得了3种钢中最低的磨损率1.603×10^-4mm³/(N·m),而传统NM400钢和国际同类型B钢的磨损率分别为2.169×10^-4 mm³/(N·m)和1.674×10^-4 mm³/(N·m);新型耐热耐磨钢A钢的磨损机制为氧化磨损和磨粒磨损,而传统NM400钢和国际同类型B钢存在磨粒磨损和氧化磨损的同时,也发生了疲劳磨损。
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  纳米/超细晶奥氏体不锈钢高周疲劳性能及变形机制研究

  刘佳, 王昊杰, 黄龙, 马星, 邓想涛, 王昭东

  轧钢. 2024, 41(5): 169-173.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240516

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  随着现代工业技术的飞速发展,奥氏体不锈钢的屈服强度难以满足更高的要求,迫切需要开发出高强度的奥氏体不锈钢。近年来,纳米/超细晶材料由于其优异的力学性能,成为材料领域的研究热点之一。材料的疲劳强度与其抗拉强度密切相关,晶粒细化也是获得优异抗疲劳性能的有效手段。通过形变诱导马氏体退火逆相变的方法制备了平均晶粒尺寸分别为400 nm(纳米/超细晶)、1.4 μm(细晶)和12 μm(粗晶)的奥氏体不锈钢,并对其进行了轴向拉-拉高周疲劳实验,研究了不同晶粒尺寸奥氏体不锈钢的高周疲劳性能及循环变形机制。结果表明:纳米/超细晶、细晶和粗晶奥氏体不锈钢的疲劳强度分别为811、568、501 MPa。随着晶粒尺寸的减小,奥氏体不锈钢的疲劳强度得到显著提高。采用透射电镜对不同晶粒尺寸奥氏体不锈钢疲劳断口处的微观组织进行了观察,发现在粗晶钢中产生了大量的位错以及平行的变形带和层错,在循环载荷作用下,位错相互缠绕聚集形成了胞状结构。在细晶钢中,主要观察到了位错、层错以及一些细小的孪晶,位错密度明显减小。在纳米/超细晶钢中的纳米级和微米级晶粒中主要产生了位错,在冷轧过程中未发生马氏体相变的变形奥氏体晶粒中产生了位错线和变形带结构。
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  采用线性摩擦焊制备SUS304/Q235不锈钢复合板研究

  李宇航, 井玉安, 马旭, 余浩然, 陈璐, 王自豪

  轧钢. 2024, 41(5): 174-179.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240517

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  作为纯不锈钢的替代品,不锈钢复合板具有较高性价比,广泛应用于石油化工、海洋工程和冶金等领域。利用线性摩擦焊接制备了不锈钢/碳钢复合板坯,并对板坯进行热轧,得到SUS304/Q235复合板材,对其界面结合情况进行了研究分析。结果表明:线性摩擦焊接方法可以快速制备不锈钢/碳钢复合板坯,可在约18 s之内将两块坯料粘结在一起;焊接区组织从不锈钢侧至碳钢侧依次分为混熔区、摩擦剪切细晶区、热影响区及剪切变形影响区,各区在微观组织上表现出明显差异;在线性摩擦焊过程中,两种金属界面之间产生强烈的剪切变形,界面金属发生混熔以及动态再结晶,界面区晶粒显著细化,合金元素通过界面发生了扩散。轧制过程中未出现复合板坯开裂现象,随着轧制道次的增加,界面结合强度进一步提高,经过4道次轧制后焊接区的剪切强度为392 MPa,而非焊接区界面剪切强度为380 MPa,表明采用线性摩擦焊+轧制工艺可以制备不锈钢复合板材,复合界面呈现完整的冶金结合。
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  Castrip流程与其他流程生产50钢脱碳特性分析

  冯海玻, 李少华, 汪水泽, 冯庆晓, 李化龙

  轧钢. 2024, 41(5): 180-187.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240518

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  为探究不同生产工艺对中高碳特殊钢脱碳特性的影响,利用金相法和电子探针(Electron Probe X-ray Micro-Analyzer,EPMA)法对Castrip流程、CSP流程和传统流程生产的50钢脱碳层进行表征对比,研究了不同制造流程的工艺特性对50钢脱碳的影响规律。在传统流程生产的50钢观察到完全脱碳层和不完全脱碳层,金相法测得总脱碳层厚度197.2 μm,单面脱碳层比例大于4%;而CSP流程及Castrip流程生产的50钢仅观察到不完全脱碳层,金相法测得脱碳层厚度分别为27.3 μm和3.1 μm,单面脱碳层比例均小于2%。EPMA法测得的传统流程、CSP流程及Castrip流程生产的50钢脱碳层厚度分别为165.0、28.8、8.4 μm,厚度趋势同金相法相同。3种流程在控制50钢脱碳行为方面的差异主要来源于其热履历的不同,Castrip流程由于其从凝固至卷取仅25 s,省去了均热保温过程,同时在铸轧辊到热轧机前采用了保护气氛,使得其在中高碳特殊钢脱碳层控制方面具有极大的优势。利用Castrip流程生产中高碳特殊钢具有广阔的发展前景。
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  基于有限元仿真的中厚板辊式矫直板形分析

  王国庆, 李家栋, 韩冰, 李勇

  轧钢. 2024, 41(5): 188-194.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240519

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  作为精整工序的关键环节,矫直工艺在中厚板板形质量控制方面起着不可忽视的作用。合理的矫直工序一般通过压下量与弯辊量的设定来实现对板材的矫正作用。经过现场考察得知,矫直生产中板材主要存在一维的弯曲缺陷和二维的浪形缺陷。借助ANSYS/APDL模块用命令流建立了三维动态矫直过程有限元模型,模拟研究了不同矫直方法对矫直板材平直度和板形的影响。研究结果表明:当板材存在一维弯曲缺陷时,矫直机入、出口压下量起到关键作用,通过调整压下量能使矫后板材的残余应力最小,明显地改善板材的平直度,达到预期矫直效果;当板材存在二维浪形缺陷时,由于板材不同部位纵向延伸不均匀,为达到矫直目的则需要压下量和弯辊量共同作用,均匀变形延伸。此外,在仿真分析的基础上,利用某公司宽厚板厂生产现场的矫直设备进行了相关试验,试验数据表明,仿真结论和试验结果相吻合,为不同板形缺陷板材的矫直方法提供了依据,对实际生产有一定的指导意义。
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  单机架轧机多块钢轧制策略研究及流程仿真

  白冰, 曹建宁, 王永涛, 韩文, 张琼, 林洋

  轧钢. 2024, 41(5): 195-202.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20240520

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  我国现有单机架轧机厚板生产线20余条,约占国内厚板生产线总量的30%。但基于单机架轧机的组坯轧制策略和生产装备的研究较为缺乏,为了提高单机架轧机的生产效率、减少能源消耗,实现厚板生产线的效益最大化,研究了单机架轧机的多块钢轧制策略和控制逻辑。针对TMCP两阶段轧制工艺条件下中间坯厚度大、板坯待温时间长的工艺特点,讨论了单机架轧机多块钢轧制策略和控制方法,开发了多块钢轧制策略的核心算法。根据加热、轧制、冷却和矫直等相关工序模型的计算结果和生产数据,采用AnyLogic流程仿真软件构建了单机架轧机厚板生产线的轧制流程仿真平台,对不同轧制工艺下多块钢轧制的生产过程进行仿真分析,实现组坯策略优化,通过优化工艺布局、增设旁通辊道等措施,提高设备利用率和轧机产能,为选择最优的轧制工艺和轧制策略提供了参考依据。