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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

材料基因工程中的材料高通量计算技术在钢铁产品研发中发挥着重要作用,可以帮助研究人员更深入地了解材料的性能和行为,如:化学成分设计、相图计算、力学性能预测、微观组织模拟、热力学和动力学分析等,加速新材料的研发进程,提高钢铁产品的性能和质量,为钢铁产业的可持续发展提供了有力支持。在对高通量计算技术基础理论与方法、关键技术、发展现状等方面总结分析的基础上,提出了高通量计算技术在钢铁产品研发中的应用思路。短期来看,高通量计算技术可以缩短研发周期、降低成本;长期来看,还可以实现钢铁产品的按需设计,充实钢铁材料数据库,为后续的材料开发提供方法和依据。

汽车轻量化是实现节能降碳的重要手段,具有强度高、质量轻、抗疲劳性能好等优点的热成形钢在汽车制造领域得到广泛应用,但在轧制过程中难以稳定控制其氧化铁皮。为进一步提高热成形钢的表面质量,利用SEM、EDS、LM光谱分析及热模拟试验等方法,研究了不同卷取温度及环境气氛下1 800 MPa热成形钢的氧化行为。结果表明:实验钢外氧化层主要由Fe₃O₄、FeO及Fe-Si尖晶石层组成;当卷取温度小于550 ℃时,无论在空气或氩气环境气氛条件下,实验钢均未发现内氧化层;随着卷取温度的升高,实验钢基体界面处出现点状内氧化,当环境气氛为空气时,内氧化层厚度由2.5 μm增加到5 μm;当环境气氛为氩气时,内氧化层厚度大于相同卷取温度下空气气氛条件时内氧化层厚度;当冷却速度为1.5 ℃/min时,随着卷取温度升高,内氧化呈现加重的趋势。

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。

为了满足我国钢铁行业转型升级对绿色、可持续发展的需求,需解决棒线材生产中能源损耗严重的问题。深入研究了棒线材连铸-直接轧制工艺的关键技术。该工艺是一种适用于普通棒线材生产的新型工艺,通过充分利用连铸坯冶金热能,可完全取消铸坯加热工序,从而实现节能减排、减少烧损的目的。从生产能力匹配、温度匹配、节奏匹配和生产管理4个方面研究和分析了棒线材连铸-直接轧制工艺的关键技术,推导了生产能力匹配和节奏匹配的数学表达式,研究了连铸至轧钢全过程铸坯温度的变化规律,并给出了连铸-直接轧制工艺一体化生产制度和典型工艺平面布置方案。研究结果表明:棒线材连铸-直接轧制是一种绿色、环保、低成本、高效益、高效率的生产方式,具有较好的经济效益和广阔的应用前景。

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。

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。

在传统生产工艺流程中,奥氏体不锈钢热轧卷需要进行离线固溶退火处理后才能交付给下游用户,生产周期长、能源消耗大。在线固溶退火技术可充分利用轧制余热进行热处理,具有节能环保的巨大优势。介绍了奥氏体不锈钢热轧卷在线固溶退火的关键调控技术,并依托广青1 780 mm热轧产线,开展了奥氏体不锈钢热轧卷在线固溶退火工业试验,以试验获得的热轧“黑皮卷”为原料,免固溶退火直接酸洗后进行冷轧,产品的力学性能、抗晶间腐蚀性能及表面质量较常规工艺无明显差异,充分证实了以在线热处理工艺代替离线固溶退火生产高板面等级不锈钢冷轧板卷的可行性。

森吉米尔二十辊轧机广泛应用于硅钢、不锈钢和精密带钢冷轧,其辊系配置直接影响产品精度和生产成本,优良的配辊技术是机组高效运行的基础。针对森吉米尔二十辊轧机,提出了配辊原则及磨削精度要求,建立了坐标系确定各背衬辊初始位置,并对工作过程中各轧辊中心定位进行计算,通过坐标法确定中间辊及工作辊中心坐标。利用建立的方程,对森吉米尔二十辊轧机压下行程与辊缝和辊间隙的关系、辊径补偿轨迹特征进行分析,有助于深入理解森吉米尔二十辊轧机控制特性,提高现场使用效率。

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·%。

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。

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。

针对高牌号无取向硅钢热轧横向组织不均匀造成冷轧带钢产生严重边裂缺陷的问题,首先利用热模拟试验机在不同温度和压下率的条件下,对其再结晶程度进行分析,结果表明粗轧温度从1 100 ℃降至1 000 ℃左右,与之对应发生完全再结晶的临界压下率由30%升至40%以上。根据热模拟结果,采用将粗轧道次组合更改为1+3,在精轧前投入边部加热器并设定为50 ℃,将终轧温度按照目标865 ℃(上限)+20 ℃控制,层冷采用后段冷却等方法对热轧工艺进行了优化。利用热成像仪、金相显微镜、拉伸试验机和透射电子显微镜的试验结果,分析了工艺优化前后热轧带钢横向温差、组织和力学性能均匀性情况以及位错的变化情况。结果表明:通过采用提高轧制温度、增大道次压下率、提升轧制速率、对边部进行温度补偿等措施,使轧件边部的位错在晶界处快速大量堆积,且晶粒内部分位置位错密度开始降低,达到临界状态发生动态再结晶,改善了热轧带钢横向组织和性能均匀性,使冷轧成品改尺率由约25%降至5%。

针对高强抗震建筑用钢如何实现高屈服强度及低屈强比耦合匹配的关键问题,基于自主设计的化学成分,采用控轧控冷工艺对试验钢组织性能进行了探究。结果表明:在“两阶段控轧+水冷(终冷温度660 ℃)”的工艺条件下,试验钢微观组织为铁素体、珠光体及贝氏体构成的复相组织,实现了强度、塑性及低屈强比的良好匹配,平均屈服强度约为660.0 MPa,平均抗拉强度达到约1 196.7 MPa,平均断后伸长率约为14.8%,平均屈强比低至0.55。试验钢中Mn、Si元素的固溶强化,以及贝氏体和珠光体组织产生的细晶强化及位错强化是获得高强度低屈强比的主要机制。

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。

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。

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。

针对X65M海底抗酸管线钢生产成本较高的问题,在不添加Mo、Cu、Ni元素的化学成分基础上,利用合理的TMCP工艺设计,开发了满足海底抗酸管线钢力学性能、时效冲击性能、CTOD性能、抗HIC及SSCC性能要求的低成本X65MOS热轧带钢。生产实践表明:在低温轧制条件下,增大末机架压下率至13%,利用超快冷和加密层冷工艺,细化了X65MOS带钢针状铁素体晶粒,晶粒度达到12级,显著提高了带钢力学性能;落锤实验结果显示X65MOS带钢-40 ℃温度下剪切撕裂面积达到100%,-60 ℃温度下时效冲击功达到300 J以上,CTOD值为+∞;在相同HIC和SSCC实验条件下,X65M带钢出现较多裂纹,而X65MOS带钢均未出现裂纹。X65MOS带钢组织中的大量位错保证了其在无Mo、Cu、Ni元素条件下的CTOD性能、抗HIC及SSCC性能。所开发的低成本X65MOS带钢各项性能均显著优于X65M带钢,对提升产品竞争力、提高经济效益具有重要的现实意义。

为了研究热轧带钢表面氧化铁皮的成分、结构对酸洗时间的影响,选取了ST12钢、45钢和DP1180钢为实验钢,采用SEM、XRD等分析了3个钢种热轧带钢表面氧化铁皮的宏观形貌、截面微观形貌、氧化层厚度和主要成分,并测试了酸洗时间。结果表明:ST12钢和45钢热轧带钢表面氧化铁皮均由α-Fe、FeO、Fe₃O₄和Fe₂O₃组成, DP1180钢带钢表面氧化铁皮中没有Fe₂O₃,但是产生了一定量的Fe₂SiO₄。ST12钢、45钢和DP1180钢带钢表面氧化铁皮平均厚度分别为10.88、12.77、15.36 μm,酸洗时间分别为30.2、23.8、16.2 s。与ST12钢相比,45钢带钢表面氧化铁皮中易与酸液反应的α-Fe含量高,而较难反应的铁氧化物含量相对较低,因此其酸洗效率较高。DP1180钢带钢酸洗时间较短的原因主要是氧化铁皮中除了α-Fe含量较高外,3种铁氧化物中更易酸洗的FeO含量也较多,并且氧化铁皮与钢基体之间存在缝隙,能够促进酸液在氧化铁皮中扩散、反应。因此,热轧带钢表面氧化铁皮酸洗效率主要与其成分、结构有关,氧化铁皮厚度对其影响较小。

针对超低碳冷轧带钢在生产过程中剪边工序易产生锯齿边和毛刺缺陷等问题,通过对不同剪切工艺参数、其基料不同位置及板形状态下的剪边质量进行讨论,基于力学性能、微观组织和断口形貌的分析,明确了原料特征及剪切工艺对带钢边部剪切质量的影响,提出了剪边质量的工艺控制方案。剪边断口形貌分析结果表明:剪切后带钢边部断口形貌沿带钢厚度方向可分为剪切区域和断裂区域,且不同强度、剪切工艺及板形状态下两种区域在厚度方向的占比存在显著差异;随着带钢强度的提升,剪切区域在厚度方向的占比显著提升;剪刃间隙值对剪边质量的影响显著高于上下剪刃重叠量的影响,随着剪刃间隙值的增加,剪边断口形貌中的剪切区域占比显著减小;带钢边部浪形的存在使得剪切断口出现斜切区域和毛刺区域,同时剪切区域与断裂区域之间分界线波动较大,严重影响带钢剪边质量。通过调整剪刃间隙值和重叠量、控制剪切长度及矫直长度、控制胶套和剪刃磨损程度等控制措施,实现了超低碳钢冷轧带钢边部剪切质量的提升。

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。

针对汽车用700L大梁钢制梁成形过程中出现的开裂问题,采用宏观形貌、微观组织分析及力学性能测试等手段,对其开裂原因进行了研究,并提出了相应的改进措施。结果表明:在大梁钢弯曲位置的横、纵两个方向上存在长度约2 cm的裂纹,裂纹附近存在以Ti、N元素为主的夹杂物,平均尺寸约为13 μm,面积约为44 μm²。大梁钢的未变形区域与弯曲变形区域的抗拉强度和屈服强度差别较小,但是弯曲变形处拉伸试样的伸长率为7.8%,而未变形处拉伸试样的伸长率为16.9%,大梁钢弯曲变形位置的止裂能力降低。在大梁钢拉伸断口颈缩处发现K、Na等元素的复合化合物,是导致大梁钢中的裂纹、气孔等缺陷增加,塑、韧性降低,开裂几率增加的原因。通过优化冶炼工艺,减少K、Na等杂质元素含量,避免K、Na等复合化合物聚集;同时,选择合适的板坯加热温度、保温时间,控制TiN夹杂物的尺寸、数量及分布情况,可大幅减少700L大梁钢开裂的风险。

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。

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。

在冷连轧生产过程中,带钢厚度精度是衡量产品质量和下游企业最为关心的重要指标之一。现有冷连轧带钢厚度精度预测方法主要关注带钢头部厚度命中率,不能反映整卷带钢的厚度精度和波动情况,为此,提出了一种基于深度学习算法的冷连轧带钢全长厚度连续预测模型,实现了从冷连轧工业生产数据到带钢全长厚度的映射。以某厂五机架冷连轧生产线的实际数据为数据集,首先使用随机森林法进行特征选取,以精简输入特征,然后采用遗传算法对DNN模型的初始权重和阈值进行优化,进一步提升模型性能。结果表明:此模型可较为准确和直观地反映整卷带钢厚度精度和波动随轧制时间变化的情况。在加减速和稳定轧制阶段,预测结果的相对误差均控制在±0.5%和±0.1%以内,精度满足实际生产要求。应用此模型,控制系统可以提升预设定精度,并在相应时刻进行预调节,从而达到提高带钢厚度精度的目的。

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。

随着冶金技术的发展,高强钢的强度得以大幅提升,单一辊系的矫直机对高强钢板的矫直能力极其有限,采用可更换辊系的双辊系矫直机是提高设备能力的有效方法。针对高强钢板的矫直特点,通过辊系能力特性分析,得出了双辊系矫直机辊系参数及其所适用的矫直范围。首先,分析了高强钢板的强化特性和反弯特性,建立了高强钢板的反弯条件;其次,从辊系的反弯能力、矫直精度和力能参数3个方面进行双辊系矫直机能力特性分析;最后,结合高强钢板的矫直特点进行实例说明。为辊系参数的选择提供了理论依据,为制定高强钢板矫直工艺提供了参考。

带钢连续镀锌、镀锌铝、镀铝锌、镀锌铝镁、镀铝锌镁、镀铝硅等镀层产品生产中镀后冷却工艺及其设备设计尤为重要。提出了带钢连续涂镀产线镀后冷却工艺的选择原则:液态镀层凝固前只能采用喷气冷却工艺,其中,易氧化的高镁镀层需采用氮气冷却;在镀层凝固过程中根据产品对冷却速度的要求,可采用常温喷气冷却、制冷喷气冷却,也可采用精细气雾冷却或喷粉凝固冷却;对镀层凝固后的冷却,可根据产品力学性能的要求和带钢的温度,选择喷气冷却、气雾冷却、水冷辊冷却、喷水冷却、水淬冷却等形式。详细介绍了喷气冷却、气雾冷却、喷粉凝固冷却3种冷却工艺主要冷却设备的形式分类、应用场景、工艺原理、技术要求、设计方法。提出了以热空气零压溢流为前提和确保冷空气与带钢充分接触对流换热的全新的喷气冷却风箱的设计原则,在此基础上设计出了零压式溢流通道、缝隙式喷嘴、细薄型气流厚度的高效稳定的喷气冷却风箱。对镀锌、镀锌铝、镀铝锌、镀锌铝镁、镀铝锌镁、镀铝硅等镀层产品生产线的设备选型和设计提供了参考。

目前轧态42CrMo棒材过高的硬度严重影响后序加工,可通过优化轧制与冷却工艺制度降低其硬度。通过DIL805A相变仪和S60/58507同步热分析仪绘制了42CrMo钢的动态CCT曲线,并以此为基础探究了轧制和冷却工艺对42CrMo钢组织转变和硬度的影响。研究表明:单道次控轧实验中,不同的轧制参数下,42CrMo钢中铁素体均优先在原始奥氏体晶界处发生相变,随后在原始奥氏体晶内形核生长,通过降低变形温度、增大真应变可明显增加铁素体转变量从而降低其轧后硬度;双道次变形后控冷实验中,超快冷—缓冷—空冷工艺可进一步增加42CrMo钢冷后铁素体含量,缓冷段冷速为0.1 ℃/s时,其铁素体体积分数可达41.79%,使得42CrMo钢轧态硬度远低于国标硬度要求(不大于241HV);当冷却过程中缓冷段冷速不超过0.2 ℃/s时,其轧后硬度满足行业对于冷成形用42CrMo钢的硬度要求(不大于220HV)。

为对标欧盟的S355钢材,GB/T 1591—2018要求将原有的Q345钢提升为Q355钢,然而目前国内外对于Q355钢材在高温及冷却后的力学性能研究较少,Q355钢在电力火灾场景下可靠性具有高度不确定性。为此,采用高温共聚焦显微镜组织观察、高温拉伸试验等手段模拟分析了不同加热温度、保温时间和冷却方式条件下Q355B钢力学性能和微观组织的变化规律。研究结果表明:在电力火灾最高温度1 100 ℃时,Q355B钢组织为奥氏体,随着保温时间的增加,晶粒聚合长大并出现退火孪晶,在1 100 ℃保温 45 min后晶粒尺寸不在变化;在 200~1 100 ℃区间,随着加热温度的升高,Q355B钢的屈服强度和抗拉强度显著下降,塑性不断提高,1 100 ℃时,抗拉强度和屈服强度仅为24.9 MPa和11.4 MPa,而保温时间对其强度影响不大。当加热温度小于800 ℃时,冷却方式对其力学性能影响不大,当加热温度大于800 ℃后,水冷试样组织为铁素体、珠光体和马氏体的混合组织且随着加热温度的增加,马氏体比例逐渐增加导致其强度急剧增大。基于实验结果,建立了不同冷却方式下Q355B钢屈服强度、抗拉强度随温度变化的数学模型,为电力火灾下Q355B钢的应用评价提供了参考依据。

随着汽车行业对轻量化和安全性要求的不断提高,采用钢/铝/镁/铝/钢复合板替代纯钢板,既可以达到减重的效果,又可以利用复合板的性能优势满足汽车用钢的强度要求。利用轧制工艺成功制备了钢/铝/镁/铝/钢5层复合板,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机,研究了轧制温度(400、450、500 ℃)对复合板界面组织、界面结合强度、拉伸性能和断裂机理的影响。结果表明:在轧制压下率为45%、400~500 ℃轧制温度范围内制备的复合板均可达到良好的结合效果,其中钢/铝界面呈平直线,铝/镁界面呈波浪线且随着轧制温度的升高起伏程度增大;随着轧制温度的升高,镁层晶粒逐渐发生动态再结晶并长大,铝层硅化物析出含量增多,钢/铝界面结合强度提高,铝/镁界面结合强度、复合板的抗拉强度和断后伸长率呈现出先升高后降低的变化趋势。400、450、500 ℃轧制温度下复合板铝/镁界面结合强度、抗拉强度和断后伸长率分别为77.54、88.63、81.14 MPa,310、324、278 MPa,39.9%、40.9%、22.3%,在450 ℃轧制温度下复合板的综合力学性能最优。

在热轧带钢生产线同规格产品连续生产时的轧程中后期,带钢容易出现边翘缺陷,宽规格带钢尤其明显。为解决此问题,针对热轧宽带钢生产线,对不同CVC辊形参数进行对比分析,阐述了不同辊形参数对精轧工作辊辊形曲线变化的影响,并对CVC辊形+凹辊辊形组合的应用进行了研究。结果表明:CVC辊两端辊径差与中间辊径差存在负相关关系,并以某2 050 mm热轧产线举例进行了说明,为CVC辊形曲线的确定和优化提供了参考。通过分析凹辊曲线确定方式和凹辊轴向横移方式,介绍了凹辊在实际应用时的优缺点,并对凹辊和CVC辊配合使用时的弯辊变化与轧辊热膨胀数值之间的关系进行了分析,从理论上说明了CVC辊形+凹辊辊形组合使用可以有效解决边翘缺陷,延长轧制公里数,最后通过列举相同条件下同钢种规格生产后的边翘变化,从应用角度出发验证了其有效性。

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。

针对目前酸洗工艺酸耗较大、酸雾冷凝液回收价值低的问题,通过理论计算及实验,研究了酸雾净化系统中抽风压力和酸洗液中Fe^m+浓度对酸雾冷凝液盐酸浓度的影响。结果表明:同一原始160 g/L的盐酸溶液在60 kPa抽风压力下经蒸发冷凝得到的盐酸溶液浓度为40.1 g/L,而在5 kPa抽风压力下经蒸发冷凝得到的盐酸溶液浓度仅为10.9 g/L。另外,酸液中Fe^m+的存在不会改变酸雾中的HCl含量。为此,提出了相应改进措施:(1)将高、低浓度酸洗槽分开冷凝,将高浓度酸洗槽中的酸雾冷凝后直接回收至酸循环系统,将低浓度酸洗槽中的酸雾冷凝后替代部分漂洗废水输送至酸再生系统处理。(2)改进酸槽及抽风系统结构,降低酸雾量、回用部分冷凝盐酸液,从而实现酸雾减量化、绿色化处理。