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2025年, 第42卷, 第2期 刊出日期:2025-04-28
  

  • 全选
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    特约综述
  • 曹建宁, 韩文, 白冰, 韩庆礼, 王云波, 李胜, 刘延军, 胡典章, 秦特, 程鸣飞
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    梳理了我国厚板生产的发展历史,将我国厚板生产发展划分为起步期、蓄势期、发展期、成熟期、优化期5个阶段,从轧机规格、装备水平、产能规模等方面对各阶段特点进行了分析;阐述了热送热装、加热炉、轧机、矫直机等厚板生产关键工艺及装备的技术进步和发展;论述了特殊船舶用钢、海洋工程用钢等厚板典型产品的开发、应用和发展;展望了我国厚板生产及研发的发展方向并提出了建议。
  • 研究与开发
  • 张宁, 张贺佳, 廖露海, 赵政翔, 田鹏
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    超级奥氏体不锈钢的热加工性能对工艺参数(变形温度、应变、应变速率)的变化较为敏感。为了研究变形温度和变形速率对S32654超级奥氏体不锈钢热加工性能的影响规律,对其进行了热拉伸试验,热拉伸试验温度为1 050~1 200 ℃,应变速率为0.01~10 s-1,并利用XRD和EBSD分析了S32654超级奥氏体不锈钢在不同变形条件下的拉伸断口形貌及微观组织演变。研究结果表明:S32654超级奥氏体不锈钢在1 150~1 200 ℃、1~10 s-1的变形条件下具有较好的热塑性,而在1 050~1 100 ℃,0.01~0.1 s-1的变形条件下热塑性较差,在1 200 ℃、10 s-1的变形条件下其峰值应力为269.5 MPa,最大真应变为0.4,断面收缩率为55.6%,具有最好的热塑性;观察试样断口形貌,发现S32654超级奥氏体不锈钢在低温低应变速率区主要呈沿晶脆性断裂,而在高温高应变速率区为韧性断裂;EBSD微观组织表明,高温高应变速率下动态再结晶的发生阻碍了裂纹的形成和扩展。此外,S32654超级奥氏体不锈钢再结晶晶粒区域存在大量的退火孪晶界,其动态再结晶机制以不连续动态再结晶为主。
  • 范乃文, 李艳梅, 邓想涛, 张玉建, 王昭东
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    为制定和优化18Ni(200)马氏体时效钢的热加工工艺,利用MMS-200热模拟试验机研究了18Ni(200)马氏体时效钢的热变形行为,建立了18Ni(200)马氏体时效钢的热加工图,并对其组织演变规律进行了分析。结果表明:在变形温度T=850~1 100 ℃、应变速率=0.01~10 s-1、最大变形量ε=0.6的条件下,18Ni(200)马氏体时效钢的流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而减小,而能量耗散率逐渐升高,动态再结晶进行得更充分;当真应变为0.2,流动失稳区面积最小,流动失稳区主要分布于高温高应变速率区域;18Ni(200)马氏体时效钢发生完全再结晶的变形条件为T=950 ℃、≤0.1 s-1;T=1 000 ℃、≤10 s-1;T=1 050 ℃、≤10 s-1;T=1 100 ℃、≤10 s-1
  • 田飞, 张思远, 李晓少, 李雷, 江海涛
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    对于耐候钢而言,表面致密铁锈的结构与性质是影响其耐蚀性能的关键因素。采用第一性原理计算方法,系统地分析了Cr、Mn、Cu 3种合金元素对Fe3O4耐腐蚀性能的影响。计算发现:Cr、Mn、Cu元素的加入可以有效保护Fe3O4表面的Fe原子,减小表层原子与次表层原子的间距,阻碍外部腐蚀性离子对表面Fe原子的腐蚀。其中,Cu原子可以有效降低Fe3O4表面能,增加Fe3O4结构的稳定性;Cr、Mn原子可以促进表面H2O分子的分离,从而形成具有良好耐腐蚀性的FeOOH结构。Cr、Mn、Cu元素可以有效减小H2O或Cl-+H2O腐蚀性环境对耐候钢表面Fe原子化学态的影响,降低Fe3O4对Cl-与H2O的吸附作用,最终提升Fe3O4的耐腐蚀性能。
  • 王畅, 张亮亮, 于洋, 韩赟, 刘华赛, 王林
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    针对DH980热轧带钢酸洗后出现色差缺陷的问题,采用等温氧化实验,对DH980带钢色差缺陷形貌特点以及晶间氧化规律进行了研究,明确了产生色差缺陷的根本原因。结果表明:DH980热轧带钢出现酸洗色差缺陷的主要原因在于热卷出现晶间氧化,拉矫后晶间氧化位置结合力降低易于发生开裂,酸液去除氧化铁皮过程中带钢晶间氧化位置出现酸洗裂纹,从而引起宏观色差缺陷,缓冷坑的慢冷速条件可增加晶间氧化层深度;在600~1 000 ℃等温氧化实验中,DH980带钢在700~1 000 ℃下均存在不同程度的晶间氧化,当温度降低至600 ℃时晶间氧化消失,800 ℃为晶间氧化敏感点温度,晶间氧化层深度变化与内外氧化竞争机制密切相关。通过优化卷取温度和酸洗速度,可消除晶间氧化,从而避免了DH980热轧带钢酸洗色差缺陷的产生。
  • 孙电强, 陈书成, 刘伟, 李玉谦, 冯俊鹏, 韩竞雄
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    采用热机械轧制和离线回火的工艺路线制备了Ti质量分数为0.12%的700 MPa级工程机械用钢,针对其组织及性能调控开展研究,以确定其最佳的回火工艺。将实验钢铸坯在1 220~1 250 ℃间进行加热后,在某2 250 mm热轧产线进行粗轧和精轧两阶段轧制,精轧终轧温度控制在840~870 ℃,热轧带钢经过层流冷却后在580~610 ℃范围内进行卷取。对冷却后钢卷横切后利用离线辊底式明火炉进行回火处理,回火温度控制为620、650、680 ℃。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等研究了钢板回火后的组织、析出物和力学性能。结果表明:回火处理使热轧组织中的M/A岛分解及晶粒内位错密度显著降低,同时析出大量细小、弥散的纳米级析出粒子,从而使回火后钢板屈服强度较热轧态提高105~139 MPa,抗拉强度提高45~82 MPa。随回火温度的升高,钢板内应力充分释放,显著提高了钢板的冲击韧性。实验得到650 ℃回火时钢板的综合性能最佳,可有效满足工程机械车辆的使用要求。
  • 王润琦, 李江委, 付青才, 王雨生, 杨玉, 许成
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    为提高热轧搪瓷钢的抗鳞爆性能,降低生产成本与碳排放,通过热轧实验与搪烧实验,研究了不同热轧与搪烧工艺对搪瓷钢显微组织、力学性能、氢渗透行为的影响。结果表明:热轧实验钢的组织主要为不规则铁素体+渗碳体,在终冷温度较低时会产生粒状贝氏体组织,在搪烧过程中晶粒内的M/A岛为再结晶提供了形核点,使基体组织中产生了较多的细小铁素体晶粒,在细晶强化的作用下明显抑制了屈服强度的下降;搪烧后实验钢中第二相粒子主要为Ti4C2S2粒子,并存在少量的TiC与TiN粒子,降低终轧温度可以增加实验钢中不可逆氢陷阱数量,从而有效提升其抗鳞爆性能;经930 ℃搪烧后,实验钢屈服强度均大于385 MPa,氢滞后时间tL大于6.16 min;经870 ℃搪烧后,实验钢屈服强度均大于437 MPa,氢滞后时间tL大于8.56 min。降低终冷温度、采用低温搪烧、使用Ti4C2S2作为主要不可逆氢陷阱均可使实验钢表现出更优异的贮氢性能。
  • 李磊, 吕兵, 高彩茹, 崔凯禹, 杜林秀, 彭存财
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    汽车行业亟需研发低成本、高性能、轻量化的车轮钢,为此对800 MPa车轮钢进行了研发。考虑合金元素的作用及为了充分利用攀枝花地区的钒资源,基于C-Mn-V-Nb-Cr化学成分体系设计了车轮钢的化学成分。设计了其生产控轧控冷工艺:板坯加热温度1 200 ℃、保温2 h,粗轧温度1 100 ~1 000 ℃,共轧制3道次,压缩比为2.5;精轧温度860~830 ℃,共轧制6道次,压缩比为5.7;弛豫空冷15 s至750 ℃,然后水冷至430 ℃,再空冷至室温。对试制钢板的组织性能进行了检测和分析,结果表明:所试制钢板具有良好的力学性能,屈服强度690~720 MPa,抗拉强度860~870 MPa,屈强比0.80~0.88,伸长率20%~22%,在20~-60 ℃温度范围内冲击功不小于140 J,冷弯性能与扩孔性能均达到800 MPa级车轮用钢的标准要求。
  • 邹福洋, 黄安杰, 马浩铭, 孙一鸣, 宋红宇, 刘海涛
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    针对因瓦合金传统制备工艺存在成材率低、生产效率低等问题,提出了薄带连铸—冷轧—退火的新制备工艺。利用光学显微镜、EBSD、EPMA及SEM研究了新制备工艺下因瓦合金薄板的组织演化,并测试了其力学性能。结果表明:薄带连铸因瓦合金铸带坯未出现表面裂纹、晶间氧化及Ni元素宏观偏析,微观组织由粗大的柱状奥氏体晶粒组成;利用新制备工艺,获得了厚度0.5 mm及0.7 mm的因瓦合金退火板,组织中含有大量退火孪晶,退火板屈服强度在251~281 MPa范围内,抗拉强度在420~445 MPa范围内,断后伸长率超过30%,拉伸断口均为典型韧性断裂形貌,与传统制备工艺下的退火板力学性能相当。
  • 任富强, 张元祥, 员江森, 王洋, 方烽, 张晓明
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    中温含铜CGO硅钢大量用于制造变压器的铁芯,其性能提升对节能减排具有重要的意义。减薄带钢厚度是降低铁损的有效途径,但是随着冷轧压下率的增加,冷轧带钢中的Goss种子数量减少,抑制剂熟化加快,为CGO硅钢的产业升级带来了挑战。采用EBSD与SEM对不同工艺下CGO硅钢中间退火板与高温退火板的组织、织构与抑制剂进行了表征。结果表明:控制二次冷轧压下率为55%~60%的传统工艺已不适用于薄规格带钢的需求,传统工艺下中间退火板的Goss晶粒面积分数为2.81%,初次再结晶后Goss晶粒面积分数为0.742%,二次再结晶开始温度为940 ℃,导致偏转Goss晶粒也发生了异常长大,磁感应强度B8=1.682 T;将一次、二次冷轧压下率从78%、54%调整为72%、64%,显著提高了Goss晶粒占比,中间退火板的Goss晶粒面积分数达到3.84%,初次再结晶后Goss晶粒面积分数提高至1.47%,在热处理参数不变的条件下促进Goss晶粒的二次再结晶更充分,成品板磁感应强度B8提高至1.836 T;利用二次冷轧法工艺窗口较宽的特点在中间退火过程中新增了渗氮工艺,在未对CGO硅钢组织、织构产生影响的前提下,使AlN粒子在二次再结晶过程中析出,从而延缓了二次再结晶的发生,将二次再结晶温度提高至980 ℃,保证异常长大的Goss晶粒取向更精准,成品板磁感应强度B8进一步提高至1.900 T。通过调控冷轧参数、在中间退火引入渗氮工艺,成功制备出性能优异的中温含铜CGO硅钢,为CGO硅钢的性能提升、节能降本提供了新思路。
  • 孟原, 苏冠侨, 蓝慧芳, 高秀华, 李通, 刘珍光, 于驰
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    为揭示塑性增强型复相钢组织在退火过程中的演变规律,采用热模拟实验机和电子探针(EPMA)、电子背散射衍射(EBSD)、X 射线衍射 (XRD)等组织表征手段,开展了实验钢贝氏体相变动力学的研究,揭示了均热温度、过时效温度和过时效时间等退火工艺参数对组织演变的影响规律。结果表明:贝氏体保温相变过程中,当过时效温度为350~400 ℃时,发生贝氏体相变,相变完成时间为84~131 s;当过时效温度大于450 ℃时,基本不发生贝氏体相变,在保温结束后冷却过程中发生马氏体相变。在模拟连续退火过程中,随着均热温度的升高,实验钢贝氏体含量增加,铁素体和残余奥氏体的含量逐渐减少;随着过时效温度的提高,贝氏体含量减少,残余奥氏体的含量先增加后保持不变,晶粒尺寸在0~1.5 μm之间,主要集中在1 μm以下;随着过时效时间的增加,实验钢贝氏体含量基本没有变化,残余奥氏体含量增加。当连续退火工艺为均热温度880 ℃、过时效温度400 ℃、过时效时间600 s时,实验钢中残余奥氏体体积分数最大为10.83%。
  • 自动化与智能化
  • 何冠军, 陈禄祯, 高紫明, 孙文权, 杨庭松
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    冷轧设定轧制力不准确时易引发动态变规格(FGC)后带钢头部厚度超差长度过大,导致轧后带钢成材率偏低。采用遗传算法对轧制力模型中的摩擦因数模型及变形抗力模型进行串联优化,模型计算结果表明:各机架设定轧制力与实际值偏差不超过4.82%,证明优化后的轧制力模型具有较高的计算精度。现场实验表明:轧制力优化后带钢头部厚度超差长度小于20 m的比例,从优化前的38.8%提高至55.8%,有效提高了冷轧产品成材率。
  • 设计与改造
  • 崔海伟, 李杨齐
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    基于热轧H型钢控轧控冷工艺应用现状,结合工程实例,详细介绍了控冷工艺在H型钢生产中的应用,包括控冷工艺布置、控冷模块的配置、冷却喷嘴的设置以及控冷工艺实施方案等。通过冷却曲线温度模型和现场实测数据相结合,可以有效指导H型钢的控冷工艺实施,在很大程度上减少H型钢冷却的不均匀性,保证产品在长度方向上形状和性能的均匀性,避免H型钢在冷却过程中出现腹板浪和裂纹等缺陷,提高H型钢综合力学性能,降低生产成本,可以有效指导H型钢的工业生产。
  • 朱军, 潘勋平, 张冀
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    针对国内某冷连轧机组中间辊轴承座衬板频繁磨损的问题,首先从衬板磨损形式出发,分析并确定了衬板磨损的主要影响因素为轧制公里数、衬板正压力、轧机振动和衬板材料。进一步,通过分析各主要影响因素对衬板磨损的影响机理,结合冷连轧机组现场不同生产工艺和使用情况下衬板磨损的实际数据,建立了轧制公里数和轧机振动与中间辊轴承座衬板磨损的数学模型。基于Archard经典磨损理论,结合轧机辊系的设备参数和生产工艺参数分析,得出了实际生产过程中衬板正压力的计算方法,并建立了考虑衬板正压力和衬板材料的衬板磨损量计算模型。综合考虑轧制公里数、衬板正压力、轧机振动和衬板材料的影响,最终提出了衬板磨损的预测模型,并建立了模型系数回归的目标函数,给出了回归预测模型各影响系数。将预测模型应用到国内某冷连轧机组,结合机组的设备参数和实际生产工艺参数,预报不同生产工艺下衬板磨损量并计算了预报偏差,结果表明:预报模型在衬板使用的前中期预报精度较高,随着轧制公里数的增加,预报精度逐渐降低,但衬板使用周期内模型的预报偏差均小于8%,可用于指导现场冷连轧机中间辊轴承座衬板的使用。
  • 革新与交流
  • 宋继强, 白学飞, 马林, 王彦龙, 张小宇, 徐鑫
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    为提高厚规格海工钢低温冲击韧性,使其获得良好的强韧性匹配,对某钢厂生产的80 mm厚EH36钢板的轧制与水冷工艺进行研究,实现对钢板组织的调控,达到优化厚规格海工钢强韧性匹配,提升低温冲击韧性的目的。试验采用了7种不同轧制与水冷工艺,并对试制钢板进行了拉伸性能试验、冲击性能试验以及金相组织观察。结果表明:在低碳微合金化的化学成分体系下,粗轧阶段至少2道次压下率大于10%、中间坯厚度为2h以上(h为成品钢板厚度),控制精轧终轧温度小于800 ℃、终冷温度小于300 ℃,可获得细化的针状铁素体、贝氏体组织,钢板强韧性匹配良好。进一步,将钢板在冷却前进行弛豫处理,再水冷至300 ℃以下,析出一定比例的先共析铁素体,并使组织得到进一步均匀与细化,使钢板冲击韧性得到了进一步提升。
  • 于涛, 关勇, 于浩, 马鑫, 王川
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    为降低生产成本与资源消耗,采用w(C)≤0.16%及Ti-Cr-B系化学成分设计,耦合洁净钢生产技术、控轧大压下以及DQ+T工艺,完成了低成本兼高性能的40 mm厚Q690D钢板开发,并对试验钢板进行了斜Y坡口冷裂敏感性试验、多道次融化极气体保护焊(GMAW)试验,分析了焊接接头组织转变特征与力学性能。结果表明:Q690D钢板屈服强度799 MPa,抗拉强度868 MPa,伸长率18.5%,-20 ℃冲击功186 J,较标准裕量充足,但焊接热影响区具有一定的淬硬倾向;经-5 ℃下冷裂敏感性焊接试验,焊前不预热、热输入15.8 kJ/cm焊接后,试验钢板具有较好的抗冷裂性能;采用等强匹配的ER80-G实芯焊丝,进行多道次GMAW焊接后,焊缝强度低于母材2.3%,失强率较小,热影响区主要由板条贝氏体、粒状贝氏体、先共析铁素体及碳化物组成,融合线及粗晶区的冲击功相对于母材有小幅下降,断裂类型均为韧性断裂。
  • 陈建超, 郭龙鑫, 陈浩, 周子健
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    为开发新一代高性能桥梁钢,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸和冲击试验,研究了轧后冷却过程不同返红温度下Q420qE桥梁钢板的微观组织和力学性能。结果表明:返红温度在610~670 ℃时,随着返红温度的升高,Q420qE钢板的屈服强度和抗拉强度不断下降,断后伸长率不断提高,-40 ℃冲击功及屈强比先上升后略微下降;当返红温度从670 ℃下降至610 ℃时,Q420qE钢板基体组织转变顺序为:铁素体+珠光体→粒状贝氏体+铁素体+少量珠光体→羽毛状贝氏体+粒状贝氏体+铁素体+少量珠光体,组织为均匀细小的铁素体+珠光体时其冲击韧性最好但强度偏低,组织为羽毛状贝氏体时其强度最高但冲击韧性变差。返红温度控制在630~650 ℃时,30 mm厚Q420qE桥梁钢板获得粒状贝氏体+铁素体+少量珠光体的混合组织,满足新一代高性能桥梁钢强度高、低温韧性好、低屈强比的要求。
  • 姜英花, 刘华赛
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    为提高相变诱导塑性钢的性能,通过退火模拟实验,研究了等温处理对相变诱导塑性钢组织和力学性能的影响。结果表明:相变诱导塑性钢在300~370 ℃(Ms以下)进行等温处理时,随着等温温度升高,其抗拉强度和屈服强度下降,而伸长率增大,在等温温度为420 ℃(Ms以上)时,其屈服强度和伸长率均较低;相比于420 ℃等温温度,在300~370 ℃进行等温处理时,相变诱导塑性钢的微观组织相对细小,组织由板条马氏体﹑贝氏体及残余奥氏体组成;在等温温度为370 ℃时,相变诱导塑性钢中的贝氏体含量和残余奥氏体含量均较高,具有良好的力学性能。
  • 李鹏超, 刘磊, 解洪超, 吴向明, 孙嘉临, 徐向红
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    低碳钢棒材在轧制过程中极易产生魏氏组织,使其性能下降。以20钢为研究对象,通过热力学计算和理论计算,获得了20钢的相变温度以及再结晶结束温度。同时,研究了不同加热温度和保温时间对20钢铸坯组织的影响。结合有限元模拟软件,优化了大生产中铸坯加热制度并进行了工业试生产。结果表明:铸坯加热温度是影响魏氏组织的最主要因素、保温时间次之。对铸坯加热制度进行了改进,即一加热段温度(920±10)℃,二加热段温度(1 050±10)℃,均热段温度(1 050±10)℃,铸坯在炉时间120 min,实现了大生产中20钢棒材的低温轧制,其开轧温度为950 ℃,终轧温度为860 ℃,平均晶粒尺寸由改进前的40 μm减小至改进后的26 μm,且避免了魏氏组织的产生。在晶粒细化和组织均匀的协同作用下,20钢棒材的力学性能大幅提升,屈服强度由270 MPa提升到300 MPa以上,断面收缩率由50%提升到60%以上。
  • 王乐
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    针对2C1B免中涂工艺下SR04带钢电泳涂装后出现横纹缺陷的问题,研究了其表面形貌、力学性能与微观组织,并与未出现缺陷的正常带钢进行对比分析,明确了产生横纹缺陷的原因,并提出了针对性改进措施。结果表明:冷轧SR04带钢微观表面不光整以及铁素体晶粒尺寸分布不均匀是造成涂装横纹缺陷的根本原因。为此,提出了化学成分及全流程工艺的优化措施:通过添加硼元素、降低碳元素,以及综合优化热轧轧制润滑工艺、降低卷取温度,优化酸轧及平整工作辊表面形貌,降低退火均热温度,降低平整辊粗糙度及平整伸长率等措施,显著提高了冷轧SR04带钢表面形貌及铁素体晶粒尺寸的均匀性,从而解决了免中涂工艺下的横纹缺陷问题;优化后的SR04带钢产品综合质量达到了国外钢厂同类免中涂汽车外板用钢的优异水平。
  • 金永清, 罗家鹏, 周一林, 寸海红, 吴林倬
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    针对攀钢在IT用热镀锌板开发初期频繁出现锌流纹、锌渣、镀层凹坑、色差等缺陷,以及锌花轮廓较大,镀层细腻度和均匀性差,产品合格率低的问题,需对其生产工艺进行优化改进。介绍了攀钢热镀锌机组设备工艺特点,对基板表面质量、锌液成分设计、炉鼻子工艺、锌锅工艺和光整工艺进行了分析和优化。生产结果表明:将基板表面粗糙度控制在0.8~1.8 μm,锌液成分中Al质量分数控制为0.21%~0.23%,锌液温度控制在(460±2)℃,带钢入锅温度控制在470~490 ℃,气刀压力控制为0.02~0.03 MPa,并采用大轧制力,高浓度湿光整工艺,IT用镀锌板合格率由64.54%提高到99.72%,并实现了批量稳定生产。
  • 曹树卫, 李文武, 王鲁义
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    针对高碳钢SWRH82B盘条冬季生产中时效时间较长的问题,试验研究了SWRH82B盘条断面收缩率与自然时效时间的关系。结果表明:高碳钢SWRH82B盘条断面收缩率主要受其氢含量的影响,随着时效时间的延长氢质量分数持续降低,断面收缩率逐渐升高。-25~-20 ℃温度下,盘条时效15~17 d,氢质量分数降至0.24×10-6时,断面收缩率升高至28%,随着时效时间的延长,氢质量分数及断面收缩率变化趋于平缓。提高时效温度、延长时效时间,可以减少盘条中的氢含量。为此,对SWRH82B盘条控冷工艺进行优化,将辊道速度由0.70 m/s 控制为 0.80 m/s,1号~3号风机开口100%,4号~6号风机开口90%,7号~10号风机开口70%,其他位置风机关闭,利用盘条相变后余热进行缓冷,实现了在线时效,时效时间可缩短至4 d,提高了生产效率。