为进一步研究固溶热处理工艺对316L低碳奥氏体不锈钢性能的影响,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子万能试验机等设备研究了不同固溶热处理工艺条件下316L不锈钢的显微组织和力学性能。结果表明:在1 080~1 150 ℃固溶温度和60~300 min固溶时间范围内,随着固溶热处理温度的升高、固溶热处理时间的延长,316L奥氏体不锈钢强度降低,伸长率增大,硬度值整体变化不大,冲击功呈上升趋势;316L奥氏体不锈钢组织中小角度晶界和大于45°的大角度晶界占比相对较大,大角度晶界能阻碍裂纹扩展,小角度晶界能降低界面能,对316L奥氏体不锈钢的强化产生积极作用;采用1 080 ℃、60 min固溶热处理后,316L奥氏体不锈钢的屈服强度为264 MPa,抗拉强度为553 MPa,伸长率为61%,布氏硬度值为141HBW,20 ℃冲击功可达306 J,晶间腐蚀性能合格,综合性能优异。

近年来稀土元素在钢中的作用被逐一发掘出来。通过对最新稀土钢相关文献的调研,梳理分析了稀土元素在钢中的作用机理与理论研究方法。结果表明:在钢中添加稀土元素,除了具有净化、夹杂物变质和微合金化作用外,还在催化表面渗氮和抑制氢扩散等方面起到积极作用,稀土钢的应用领域在逐渐扩大。当然,稀土钢的发展还受到多方面的制约,如稀土原材料、稀土加入技术、工艺顺行程度和组织性能调控方法等。一些先进表征方法能精确捕获钢中稀土元素的偏聚位置并准确鉴定稀土化合物等物相,但对稀土元素在钢中的作用机制及相关组织演变规律无法提供详细解释。因此,着重介绍了基于原子尺度模拟的先进研究理念,采用计算机计算与模拟技术,可以填补稀土原子微观作用机理的缺失,从而加快高品质稀土钢的研发。

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。

钢管外表面视觉成像时容易出现灰度不均、局部过曝光等问题,致使利用二维灰度图像进行表面缺陷检测过程中漏检、误报等情况严重。为此,设计了基于3D点云的钢管外表面缺陷检测系统,通过围绕被测钢管环形布置多组3D相机获取到表征钢管轮廓的点云,收集样本构建出钢管缺陷数据集,训练PointNet++ 模型进行点云分割,输出代表缺陷的数据点集合,集合所涵盖的范围即为缺陷位置,数据点相对标定基准面的距离信息表示缺陷深度。本系统应用于工业现场,在完成缺陷检测的同时实现了深度方向的量化,对于钢管外表面缺陷的检测能力与探伤机相当,且具备更低的误报率、更少的设备安装维护成本,同时系统可扩展应用到类似的智能化检测场景。

国内传统的特厚板热处理方式为调质处理,钢板表面为索氏体组织,心部为索氏体、贝氏体组织,可以获得较为理想的强度,但由于特厚板厚度较大,厚度方向组织不均匀,无法获得优良的韧性。采用Q550D低碳贝氏体钢的化学成分设计并采用QLT(淬火+两相区亚温淬火+回火)热处理工艺,引入未溶铁素体相,使钢板获得贝氏体+铁素体的均匀混合组织,在保证强度的基础上进一步提高了韧性,进而获得优良的综合性能。研究了不同单相区淬火温度、两相区亚温淬火温度及回火温度下试样的组织与性能,得出Q550D特厚板最佳的热处理工艺:925 ℃淬火+830 ℃两相区亚温淬火+640 ℃回火。

线材轧后斯太尔摩风冷过程对其最终组织性能非常关键,而奥氏体相变与温度场的双向耦合是线材风冷过程温度场预测的一大难题。为此,对斯太尔摩风冷过程中线材温度场及相变进行了研究,建立了线材风冷过程的三维模型及相变动力学数学模型。采用CFD模拟的方法对换热系数进行求解,发现线材搭接点区域换热系数远小于非搭接点区域,并且搭接点区域换热系数随时间呈周期性变化。通过模拟计算得出线材同一截面上下表面换热系数相差70~100 W/(m²·K)。采用有限差分法对线材相变动力学及线材在风冷条件下温度场的数学模型进行计算,得到线材温度场分布,发现线材在风冷过程中温差最大为30~50 ℃,与现场测量数据非常吻合,这表明模型可以用于工业生产线材风冷冷却过程温度场和相变过程的预测。

随着冷轧产品规格的拓展,冷轧机组的板形控制能力面临极大压力和挑战。针对行业内较难解决的低碳钢薄窄规格碎边浪问题,以某冷轧厂1 970 mm酸轧机组带钢板形为研究对象,试验和仿真结合对该问题进行了研究。结果表明:薄窄规格碎边浪缺陷是在上游机架产生,并在下游机架缺陷板形逐渐被消化遗传到出口形成的。碎边浪的产生原因:一方面由于低碳钢精轧过程中边部温降过快容易导致边部粗晶,使得边部相较于中部硬度低约15HRB;另一方面由于轧制薄规格带钢的过程中工作辊会产生更大的挠曲和弹性压扁,且宽幅轧机轧制窄规格带钢过程中轧机对辊缝凸度的调节能力有限,使得薄窄规格带钢更容易发生局部延伸不均。为此,针对全流程提出了改善碎边浪的一系列措施,包括设计边部带锥度的工作辊辊形以及VCL支撑辊辊形以减少边部区域金属的延伸,降低五机架轧机轧制力以提高对碎边浪的消化能力,对酸轧入口带钢进行切边处理或采用边部加热工艺以改善边部、中部组织性能均匀性等措施。试验结果表明:采用边部加热工艺相较于增大装钢间隙(至200 mm)、提高终轧温度(10 ℃)等措施对改善带钢宽度方向温度分布均匀性效果显著,冷轧带钢板形IU值降低43%,改善效果与冷轧前进行切边处理相当。将优化措施在现场固化后,厚度0.8 mm、宽度1 250 mm以下薄窄规格带钢碎边浪缺陷发生率由40%降至0.5%,板形控制水平在1 IU左右。

工程机械行业近年来发展迅猛,带动了上游钢铁行业在工程机械用钢生产方面的技术进步。我国钢铁企业基于工程机械行业的迫切需求,与高校和科研院所联合,开发出系列关键共性技术:(1)针对特厚规格钢板生产中面临的压缩比不足问题,开发出液芯大压下技术和“温控-形变”耦合轧制工艺,促进变形向钢板中心渗透、改善了其心部缩孔、疏松缺陷;(2)开发出超快冷技术,实现了工程机械用钢组织和性能在线调控;(3)开发出极薄、特厚规格离线淬火装置,解决了厚板冷却能力不足、薄板板形不良等热处理瓶颈问题;(4)开发出薄与极薄规格钢板在线热处理工艺和装备,实现了工程机械用钢的绿色化生产;(5)运用数字化手段,基于热轧过程极为丰富的大数据,解决了工程机械用钢生产中稳定性不足的问题。介绍了以上关键共性技术及其应用,实现了高强、高韧、特厚、极薄等各类工程机械用钢的批量稳定生产。此外,还介绍了我国典型工程机械用钢产品的研发历程,分析了国内知名钢企在工程机械用钢开发和推广过程中的高性能化和品牌化战略路线,探讨了工程机械用钢全生命周期循环利用策略。通过“产、学、研、制、用”协同攻关合作,我国钢铁企业开发出满足工程机械关键原材料制造需求的各类钢铁材料,促进了相关行业发展,提升了我国工程机械行业的国际竞争力。

依托基于先进检测与智能装备支撑的少人/无人化操维集控,以及基于工业互联网平台的多业务协同数字化业务管控,形成了“双智控”的轧钢智能工厂建设架构。然而,在研究与应用领域,对于智能装备的概念,并没有建立起清晰明确的定位认识。结合具体的技术模块描述与案例介绍,探讨了智能装备对智能工厂的作用效果与价值体现。首先,通过依托全流程表面检测的表面质量数字化管控、融合“平台+装备+视频AI+跟踪”的物料逐支跟踪、原料库与加热炉区域坯料检测与异常识别校核、智能化视觉检测装备辅助运维管理等案例,提出了先进检测增强感知支撑数字化业务管控的智能装备建设模式;其次,通过介绍多类工业机器人应用、热轧运行非对称检测与自动纠偏控制、中厚板轧机自动转钢、加热炉智能改造和直接轧制技术,展示了建设主生产流程设备控制系统协同的“测控一体化智能装备”,提升产品质量稳定性与生产自动化水平的发展趋势;还有,介绍了长材平面智能无人库技术、棒材轧后区域少人化技术,提出了针对缺乏自动控制、人工操作密集且工作环境恶劣的区域,通过多类型智能装备应用,实现生产效率、成材率等关键运行指标提升的发展模式。最后,展望了智能装备的发展趋势,即与主生产设备、关键质量控制更加紧密融合,实现面向高效化、高质化生产的“智能轧机”,并支撑数字化业务管控应用的完善,推动双智控“智能钢厂”建设水平的持续提升。

为了使热镀锌产品获得更好的耐腐蚀性能,通过感应熔炼制备了3种不同Mn含量的Zn-Al-Mg合金铸锭,分别为Zn1Al1Mg0.5Mn、Zn1Al1Mg1.2Mn、Zn1Al1Mg2.5Mn,并分析了其凝固组织和腐蚀行为。结果表明:通过相图计算预测了含Mn的Zn-Al-Mg合金中Al-Mn化合物类型为Al₁₁Mn₄、Al₈Mn₅、Al_0.8Mn;Zn1Al1Mg0.5Mn、Zn1Al1Mg1.2Mn合金的Al-Mn析出相分别为Al₁₁Mn₄、Al₈Mn₅,随着Mn含量的增加,Zn1Al1Mg2.5Mn合金中的Al-Mn析出相为Al₈Mn₅和Al_0.8Mn,其中Al₁₁Mn₄和Al₈Mn₅相主要在共晶组织中析出,Al_0.8Mn主要在纯锌相内部析出;随着Mn含量的增加,自腐蚀电流密度降低,阻抗值增加,Zn1Al1Mg2.5Mn合金的耐腐蚀性最佳。这是因为Zn1Al1Mg2.5Mn合金中具有六方晶系结构的Al_0.8Mn弥散分布在纯锌相中,所产生的析出强化效应使合金的凝固组织更为细化,并且在腐蚀过程中能生成致密的氧化膜,减缓合金镀层的腐蚀速率,因此提高了合金的耐腐蚀性能。

为研究稀土元素对过共析钢非金属夹杂物和显微组织的作用机理,在过共析钢中添加了少量的稀土Ce元素,通过冶炼控制O、S含量,保证了稀土Ce元素在钢中的收得率,研究了稀土Ce元素对过共析钢拉伸性能、非金属夹杂物、珠光体片层间距等的影响。结果表明:与稀土Ce元素结合的非金属夹杂物尺寸约为5 μm,加入少量稀土Ce元素可以使氧化物类夹杂物形貌发生变化;消除过冷度对珠光体片层间距的影响后,稀土Ce元素可以使过共析钢的抗拉强度提高19 MPa,面缩率降低2%;添加与未添加稀土Ce元素的过共析钢盘条性能不同,主要与珠光体片层间距的大小和均匀性有关,稀土Ce元素的添加可以细化、均匀珠光体片层间距,提高过共析钢盘条的同圈性能均匀性。

结合用户个性化需求及钢铁厂工业化生产特点,采用相同的冶炼成分、相近的热轧工艺、不同的冷轧压下率与退火工艺制度,同时生产出S350GD与S550GD两种强度级别的热镀锌带钢。试制生产的S350GD带钢屈服强度在360 MPa以上,抗拉强度在480 MPa以上,断后伸长率A₈₀在20%以上;S550GD带钢屈服强度在560 MPa以上,抗拉强度在640 MPa以上,断后伸长率A₈₀在10%以上;其锌层表面质量与尺寸精度均满足标准与用户要求,实现了S350GD与S550GD热镀锌带钢的柔性化批量稳定生产,提高了生产效率并降低了生产成本。

针对压力容器制造业对减薄壁厚、降低造价,同时提高球罐运行安全可靠性的要求,包钢需要尽快开发出符合新版标准的新型正火Q370R高强度压力容器用钢,以持续推动产品技术创新。在对压力容器用钢同类产品技术要求、生产工艺调研的基础上,对Q370R钢冶炼、轧制及正火工艺及其性能进行了研究。Q370R高性能压力容器用钢采用C-Si-Mn系化学成分,并添加Nb、V、Ti等微合金元素,钢板显微组织为珠光体和铁素体,强度、塑性等均满足容器钢标准要求,且强度富裕量适中,-20 ℃下钢板的应变时效冲击功仍在150 J以上。在580 ℃下对正火态Q370R钢板进行PWHT处理,保温2 h和4 h后,Q370R钢板拉伸性能和冲击性能仍表现良好,满足标准和用户的使用要求。

DP590是冷轧高强钢代表性产品之一,对其生产工艺要求极为严格。生产中由于存在带钢边部温降,其边部、中部力学性能波动较大,然而沿带钢宽向的全域力学性能评价是生产工艺参数调整的重要参考。目前采用的抽样、有损检测方法不能满足性能沿带钢宽向整体、全域的评价要求。微磁检测是一种无损、高效的性能评价方法,基于微磁原理,采集得到的多种磁特征与相应位置的力学性能相关。选用首钢顺义冷轧公司生产的DP590高强钢为研究对象,分析了多种微磁特征与其屈服强度、抗拉强度及断后伸长率(A₈₀)之间的相关性,利用神经网络方法建立了相应的定量预测模型,模型预测精度在93%以上,可用于实际生产。

轧机刚度对热轧带钢厚度、板形控制等有重要影响,轧机牌坊与辊系轴承座之间间隙变化引起的辊系轴线交叉是导致轧机刚度变化的主要因素。为此,以某精轧机为研究对象,建立了轧机的数值仿真模型,并以轧机设计刚度对模型正确性进行验证。基于该仿真模型,采用正交试验方法,通过修改轧机牌坊与辊系轴承座之间的间隙,计算不同辊系轴线交叉状态下的轧机刚度值,构建了训练数据集。采用BP神经网络建立间隙与轧机刚度之间的非线性映射数学模型,实现了轧机刚度预测。现场的刚度试验和轧机刚度调整实践均验证了该模型的可靠性。该模型为轧机刚度精确预测、轧机牌坊和辊系轴承座间隙调整以及轧机精度智能调整提供了理论依据。

针对某厂DP590冷硬卷带头、带尾高频厚度波动的问题,对其产生原因进行了研究。结果表明:热轧卷沿轧向性能不均是引发冷轧过程工艺失稳及冷硬卷厚度波动的重要原因,而热轧卷卷取前空冷阶段由于带钢存在中浪缺陷和残留冷却水是影响其轧向性能均匀性的根本原因。为此,提出了控制带钢板形、提高层冷系统吹扫能力、采用U形冷却等工艺优化措施,保证空冷阶段带钢沿轧向的均匀冷却条件,显著提高了冷轧过程厚度控制的稳定性,冷硬卷厚度超差长度从41 m大幅降至10 m以内,一检封闭率由31.8%降至1.6%,有效解决了冷硬卷带钢头尾厚度波动问题,提高了成材率。

针对卷取温度为660~680 ℃的Q235B热轧薄带钢在层流冷却过程中由于边部过冷易出现板形缺陷的问题,建立了2 250 mm热轧生产线边部低温区宽度S_C预测模型,预测误差控制在±6 mm,建立了热轧薄带钢层流冷却有限元模型,对比模拟了层流冷却和等宽边部遮蔽策略下冷却过程中带钢宽度方向的温度场、相变比例和残余应力分布。结果表明:层流冷却过程中,带钢边部与中部存在300 ℃温差,低温快冷使得边部出现体积分数约33.48%的贝氏体,并同时产生拉应力与压应力;应用等宽边部遮蔽后,将带钢边部和中部温差控制在±15 ℃内,消除了边部贝氏体组织,同时将边部和中部的铁素体相变体积分数差值由18.6%降低到5.11%,使得相变比例和残余应力分布更加均匀,改善了冷却板形,消除了带钢边浪缺陷。

针对某企业在生产DC03冷轧板过程中,其热轧带钢酸洗后表面出现氧化铁皮针孔缺陷的问题,结合现场开展了理论和实验研究工作。首先对现场实物进行取样分析,认为在精轧过程中氧化铁皮被压入到带钢表面是造成氧化铁皮针孔缺陷形成的主要原因。为了进一步探究这一缺陷的形成机制,在实验室对DC03钢进行了温度为830~1 080 ℃的氧化动力学实验和氧化铁皮高温变形实验。结果表明:该钢的氧化激活能较低,在精轧温度范围内容易产生较厚的氧化铁皮,而且随着温度的升高,氧化铁皮中FeO所占比例提高,氧化铁皮的塑性改善。当精轧温度较低时,氧化铁皮破碎严重,氧化铁皮很容易被压入到基体中,形成氧化铁皮针孔缺陷,而随着轧制温度的升高,氧化铁皮的塑性逐步改善,当达到一定温度时,氧化铁皮能很好地随基体变形,使氧化铁皮保持相对较好的完整性。基于上述研究结果,针对现场实际,提出了适当提高轧制速度和严格控制终轧温度等改进措施,氧化铁皮的厚度及塑性得到有效控制,彻底消除了DC03冷轧基料氧化铁皮针孔缺陷。

针对某厂2 250 mm热轧产线带钢在卷取过程中产生椭圆卷缺陷的问题,结合设备状态和生产实际,分析了产生椭圆卷缺陷的原因,并提出了有效的控制措施。结果表明:热轧带钢椭圆卷缺陷产生的主要原因为带钢板形或横断面形状不良、卷形工艺控制和卷取温度控制不合理。通过优化带钢板形和横断面控制,优化带钢头部跟踪,提高卷取张力,采用助卷辊压力控制,优化助卷辊压力设定和芯轴扩张时机,调整卷取温度,改变相变过程等控制措施,使椭圆卷缺陷得到了有效控制,卷形质量得到了大幅提升,提高了产品竞争力。

针对大型原油储罐用12MnNiVR钢板超声无损探伤不合格的问题,采用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析等手段对探伤波形异常的钢板和同炉连铸坯进行取样分析,明确了钢板探伤不合格的原因,并提出了相应的改进措施。结果表明:12MnNiVR连铸坯厚度方向出现明显的H元素偏析而导致基体组织结合力降低,且在轧制变形时由于位错滑移和塞积引起应力集中,产生低应力开裂,形成微裂纹并迅速扩展,导致了钢板探伤不合格;连铸坯内部存在较严重的合金元素偏析,偏析带中富集的(Nb,Ti)C导致其内部产生微裂纹,并在后序轧制过程中进一步扩展,造成钢板探伤不合格;大尺寸的MnS夹杂物在连铸坯的微裂纹和疏松中偏聚,严重影响钢板探伤结果;连铸坯中存在等级较高的疏松缺陷,在轧制过程中未完全焊合,作为裂纹源在钢板热处理冷却过程中扩展开裂,也是造成钢板探伤不合格的主要原因。通过延长VD真空处理时间,降低浇注过冷度,延长LF炉精炼时间,优化TMCP两阶段轧制工艺等措施,连铸坯内部质量得到明显改善,钢板探伤合格率由原来的86.7%提高至98.8%。

采用炉卷轧机生产宽幅薄规格中厚板可以在轧制过程中进行在线保温处理,具有钢板组织性能均匀和生产效率高的优点。阐述了山东钢铁集团日照有限公司3 500 mm炉卷产线工艺装备技术的自主研发工作,系统介绍了超大宽厚比薄规格中厚板高精度控制和炉卷轧线数智控制的主要成果和创新点。通过工艺创新及多维度多模态的热轧全流程数字驱动智能控制技术的开发,实现了超大宽厚比薄规格中厚板高稳定性、高均质化生产,带来了良好的经济社会效益。

热轧带钢生产线工艺、设备的发展已相对成熟,但仍需要进一步优化改进。以典型热轧带钢生产线的加热炉选型和烧损控制、粗轧机组平轧机主电机转速确定、精轧机组厚度控制系统等为研究对象,通过分析炉型对产量的影响及氧化铁皮量和加热温度的关系,提出选择步进梁式加热炉的建议,以避免产能源头受限;通过对轧制程序表计算、负载模拟、不同转速的电机价格对比,介绍了如何确定更优的主电机转速;通过分析精轧机组不同厚度控制系统对产品厚度和精度、板形的影响,提出了厚度控制系统选取建议。对上述设备选型和参数确定优化后,可实现热轧带钢生产线产能释放、烧损降低,节能降耗和产品质量的提升。

热轧带钢卷取温度控制过程中,带钢速度是最重要的影响因素之一。当带钢尾部离开精轧末机架后,带钢速度由轧辊线速度转化为卷取机芯轴速度,复杂的卷取过程影响了带钢速度的稳定,导致带钢尾部卷取温度控制出现严重偏差。为了解决该问题,将温度模型、张力扭矩模型以及热轧生产大数据进行有机结合并进行了系统性分析。结果表明:卷取机芯轴张力控制异常是造成带钢卷取温度偏差的主要原因。因此,开发了卷取机芯轴张力报警功能,细化了芯轴张力与夹送辊压力控制的带钢厚度层别,优化了控制参数以保证带钢速度稳定,同时开发了带钢尾部卷取温度补偿模型。结合多目标优化,取得了较好的应用效果,带钢尾部温度超差占比下降3.26%,卷取温度命中率提升2.29%,为全面解决带钢通长方向卷取温度命中率提供了新的技术方案。

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。

针对无头轧制产线薄规格带钢头部在卷取夹送辊穿带时容易飞翘、卷取后产生折叠缺陷的问题,从设备结构和钢种、带钢厚度规格方面分析了造成带钢头部折叠缺陷的成因,并提出了针对性改进措施。结果表明:受产线工艺、设备结构影响,带钢在1^#夹送辊穿带时容易撞击出口导板产生飞翘,带钢头部顶在2^#夹送辊上辊产生折叠缺陷;折叠缺陷的严重程度受钢种、带钢厚度规格的影响,薄规格、强度低的带钢产品容易产生折叠缺陷甚至造成堆钢事故。通过开发夹送辊偏心功能、对防飞起装置进行改造、优化设备超前率等措施,有效改善了带钢头部折叠缺陷,缺陷发生率由15%下降至1%。

为研究实际工业应用中不同微合金化方式对2 GPa热成型钢折弯性能和氢致延迟开裂性能的影响,在模具热冲压后,对采用Nb-Ti和V-Ti两种微合金化方式的2 GPa热成型钢的上述能进行了表征。结果表明:Nb-Ti微合金钢的折弯与氢致延迟开裂性能要优于V-Ti微合金钢,无镀层微合金钢的折弯与氢致延迟开裂性能要显著优于铝硅镀层钢;与V-Ti微合金化相比,Nb-Ti微合金化的细晶作用、更加细小的析出物尺寸、片状或细条状的析出物形貌、淬火后马氏体的特殊亚结构均有利于提高2 GPa热成型钢的折弯与氢致延迟开裂性能;铝硅镀层硬而脆的特征与对氢扩散的“封闭”作用,削弱了铝硅镀层钢的折弯与氢致延迟开裂性能。

针对首钢京唐1 580 mm产线精轧高速钢工作辊多次上机服役中因局部磨损而导致带钢板廓缺陷问题,基于TMEIC公司PASolution应用平台和二级系统应用组件特点,通过设计功能架构、建立算法模型和规划数据流程,在二级系统中设计开发了精轧高速钢工作辊磨损评估功能,实现了高速钢轧辊在线磨损的预测和累积磨损状态的评级。评级结果引入轧辊管理系统参与上机服役标准的判定,有效避免了不满足标准的高速钢轧辊继续上机服役而产生的质量缺陷问题。

为进一步降低低合金高强钢的生产成本,研究了不同Nb、Mn元素含量和退火温度对低合金高强钢组织性能的影响。结果表明:退火温度的高低对低合金高强钢铁素体晶粒尺寸无明显影响,但较高的退火温度不利于珠光体组织的形成,使得铁素体中固溶C含量较高,应力-应变曲线易出现屈服平台,且NbC析出物粗化长大行为导致产品强度降低;低合金高强钢中带状组织的形成主要与C元素的扩散行为有关,较高的退火温度有利于减轻带状组织的程度;当Nb质量分数由0.014%增至0.021%时,细晶强化效果及和析出强化效果明显增强,低合金高强钢的强度水平明显提高;Mn元素在低合金高强钢中主要起到固溶强化的作用。

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。

采用热芯大压下工艺可以消除大方坯芯部疏松、缩孔缺陷,然而大方坯应力状态复杂多变,符合大压下变形过程的断裂判据匮乏,制约了热芯大压下工艺的工业化应用。以GCr15大方坯为研究对象,通过设计异形压缩试样获取材料变形时不同的应力状态演化路径,还原了大方坯大压下过程复杂受力情况,建立了适用于热芯大压下轧制工艺的表面裂纹判据;结合大方坯芯部孔洞压合实验有限元模拟,分析了热芯大压下轧制时孔洞形状演变和表面开裂风险。结果表明:得益于热芯大压下大方坯的厚向温度梯度,压下率越大,对于铸坯芯部缺陷的改善效果越明显。当压下率为33.3%时,铸坯芯部孔洞实现完全闭合,且此时铸坯表面实际损伤值低于临界损伤值,不会产生新的表面裂纹缺陷。

锌铝镁产品与普通镀锌板相比具有耐蚀性好、切口自动修复、耐氨性优异等众多优点。针对热轧基板连续锌铝镁镀层机组设计选型难点,对锌铝镁镀层产品的分类及应用进行了介绍;对独立生产机组和酸镀联合机组、燃气加热和感应加热、立式炉和卧式炉分别进行了对比分析;同时,对锌锅选型、镀后带钢冷却工艺装备设计、炉鼻子内锌灰缺陷及加湿问题等进行了技术介绍和选型分析,为类似机组的设计选型提供了参考。

在带钢热连轧生产过程中,卷取温度是非常关键的过程控制指标之一,其控制精度直接影响热轧带卷组织均匀性与力学性能稳定性。为了解决厚规格带钢卷取温度命中率控制精度偏低的问题,将轧后换热方式、终轧温度控制模型与生产大数据有机结合并进行系统性分析。结果表明:穿带速度设定与干头模式下的超快冷压力控制是厚规格带钢卷取温度超差的主要影响因素。为此,优化了精轧入口温度采集方法以提高穿带速度设定准确性,同时开发了干头模式下的超快冷压力控制程序,提高了超快冷流量控制精度,进而提高了卷取温度控制精度。通过以上优化措施,厚规格(厚度h＞13 mm)带钢卷取温度命中率提升了7.24%,取得了较好的效果。

随着汽车工业的发展,先进高强钢的应用越来越广泛。设计了一种低碳含Cr-Mo-Nb-Ti系冷轧复相钢,采用两相区加热—缓冷—过时效热处理工艺,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉伸试验等检测手段,对不同热处理工艺下实验钢的组织与力学性能进行了研究。结果表明:不同热处理工艺下,实验钢组织为铁素体＋贝氏体+马氏体;随退火温度的升高,铁素体再结晶程度较高,其内位错密度降低,过冷奥氏体增多,在过时效阶段生成更多的贝氏体;在较低过时效温度下,马氏体部分发生回火,生成回火马氏体。在退火温度800 ℃、过时效温度350 ℃工艺下,实验钢具有最理想的再结晶程度与贝氏体/马氏体回火状态,大角度晶界数量占比44.7%,实验钢屈服强度为613 MPa,抗拉强度为799 MPa,扩孔率为67%,拉伸断口呈现尺寸大而深的韧窝,成型性能良好。

为探究不同冷速条件下稀土元素对Zn-Al-Mg合金镀层的作用机理,以细化镀层组织、提升耐蚀性能,利用热力学计算、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)及电化学测试方法对Zn-1.7%Al-1.1%Mg合金在不同冷速(空冷、水冷、炉冷)及不同La、Ce稀土元素含量条件下的凝固组织和耐蚀性能进行了系统研究。结果表明:运用热力学计算方法可以预测不同Ce含量Zn-Al-Mg合金在凝固过程中的析出相及对应的析出序列;对于不同La、Ce含量Zn-Al-Mg合金最先凝固生成LaZn₁₃/CeZn₁₁初晶相,之后依次生成富锌相、Mg₂Zn₁₁/MgZn₂相和富铝相。随着冷却速率的增加,合金的凝固组织变得更为细小,且凝固组织中的Mg₂Zn₁₁相逐渐转变为MgZn₂相。这是因为当凝固速率增大时,在Zn-Al-Mg合金体系中会发生Mg₂Zn₁₁↔MgZn₂的亚稳相转变。Tafel极化曲线测试和交流阻抗图谱测试(EIS)结果表明:当合金中稀土含量增加时,合金的耐蚀性有一定程度的提升;而当冷速增大时,其耐蚀性能有着较为明显的提升。细小的显微组织有利于提升合金的耐蚀性,故冷却速率仍是决定合金耐蚀性能的主要控制参数。

为满足舰船大型化、轻量化的发展要求,开发具有超高强度、良好韧性及优异焊接性能的新型舰船用钢,并实现其高效生产具有重要意义。采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜,对比研究了直接淬火(DQ)与再加热淬火(RQ)工艺对纳米级Cu-NiAl复合析出强化超高强钢组织与性能的影响。结果表明:DQ钢与RQ钢的显微组织均由板条马氏体组成,经过550 ℃回火后,DQT钢中形成了更细小的板条马氏体组织和更高的位错密度,为Cu-NiAl相高密度析出提供了更多的形核位置;与RQ钢相比,DQ钢具有更高的回火稳定性,回火后保留了更大密度和更高比例的小角度晶界。因此,在更显著的析出强化和细晶强化共同作用下,DQ钢回火后强度更高,屈服强度比RQT钢高100 MPa,达到1 425 MPa。

针对锯片用钢高强度、良好的韧性和耐腐蚀性能,以及较高的淬透性和热稳定性的性能要求,研究了热轧后控冷工艺对75Cr1钢球化退火后显微组织和力学性能的影响;采用电子探针显微分析仪(EPMA)和透射电镜(TEM)对实验钢热轧及球化退火后的显微组织进行了表征。结果表明:通过不同热轧控冷工艺,获得了片层状珠光体、珠光体+铁素体、珠光体+贝氏体3种热轧态组织实验钢板。当热轧后实验钢板组织为片层状珠光体时,球化退火后渗碳体颗粒分布均匀,钢板屈服强度和抗拉强度分别为473 MPa和556 MPa。当热轧组织中存在铁素体组织时,球化后渗碳体颗粒出现了聚集现象,晶粒尺寸增大,钢板强度降低。当热轧后实验钢板组织出现贝氏体时,缩短了球化过程中碳原子的扩散距离,获得了良好的球化组织,钢板的屈服强度和抗拉强度分别为553 MPa和638 MPa。对不同热轧组织钢板球化退火效果进行对比分析可知:将实验钢板的热轧终冷温度控制在约510 ℃时,产生贝氏体组织,相较于片层状珠光体组织以及铁素体+珠光体组织更易于获得良好的球化退火组织。

700 MPa大梁钢生产中卷取温度和冷却速率对氧化铁皮结构及其粉化性能有重要影响,但如大范围调整卷取温度对700 MPa大梁钢的组织细化以及Ti元素析出均有影响,易造成产品力学性能和冲压性能的波动,而且卷取后冷却速率的控制手段较为有限。故从添加合金元素的角度,在保证700 MPa大梁钢力学性能的基础上,研究了通过添加微量Cr元素对700 MPa大梁钢(700L钢)氧化铁皮厚度及其粉化性能的改善效果。采用差热分析仪、扫描电镜和冷弯试验等手段,系统研究了添加质量分数0.2%Cr元素对700L钢的氧化特性、氧化铁皮生长规律及其粉化性能的影响。结果表明:添加质量分数0.2%的Cr元素后,在1 050 ℃以下,700L钢抗氧化性提高;在1 000 ℃时,700L钢等温氧化增重量降幅可达26%,氧化铁皮界面形成了元素富集层且厚度近6 μm。工业生产试验表明:在热轧工艺相同条件下,添加质量分数0.2%的Cr元素后,700L热轧板表面氧化铁皮厚度由10~15 μm降至6~8 μm,氧化铁皮粉化脱落比例由40%降低至7%左右。

为研究辊子间距对带材拉矫工艺的影响,理论分析了辊子间距和带钢曲率、弯曲辊载荷之间的解析关系。针对“两弯两矫”下的SPCC带钢拉矫工艺,结合有限元计算建立了弯曲辊载荷、带钢伸长率和辊子间距、辊子插入量之间的数学模型,研究了辊子间距对弯曲辊载荷、带钢伸长率的影响规律。结果表明:弯曲辊载荷、带钢伸长率均随辊子间距的增大而减小,且随着辊子插入量的增大,辊子间距对弯曲辊载荷、带钢伸长率的影响逐渐增大;在给定工艺参数空间内,变辊子间距可扩大带钢伸长率控制范围。基于“大张力小插入量”的工艺设计原则,研究了目标伸长率控制下的辊子间距设计方法,对比分析了设计辊子间距31.1 mm与产线辊子间距28.6 mm下的工艺参数,研究表明入口侧张力增大18.6%,弯曲辊载荷减小28.8%,通过辊子间距与工艺参数的组合设计,有效降低了弯曲辊载荷,有利于延长弯曲辊系的使用寿命。

山钢生产过程中存在数据融合困难、工序发展不均衡、关键工艺控制模型精度低、企业内外部协同共享不够等问题。为解决上述问题,山钢构建了多源数据采集与异构数据处理平台,实现了异构数据的自动转换、自动匹配和时空同步。应用数据驱动融合机理的动态数字孪生模型,针对冶炼过程、热轧过程等工序的关键控制难题,通过钢铁制造过程数字化产业链/供应链协同平台,实现了面向未来的数字化创新应用和钢铁数字化协同制造。相关技术应用后,订单交货准确度达到96.56%以上,人均钢产量达到1 710 t以上。

Al-Si镀层热冲压用钢越来越多的被应用于汽车行业,为探究冲压前的再加热工艺对Al-Si镀层微观组织的影响,对22MnB5冷轧基板进行了热浸镀实验,利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、辉光光谱仪、电子探针、X-射线衍射仪研究了在不同保温温度下Al-Si镀层微观组织的演变规律。结果表明:随保温温度的升高,镀层Fe含量逐渐升高,其质量分数最高可达到50%以上,在900 ℃以上时Al、Fe的质量分数比基本固定;Al元素向Fe基体渗透的深度可达30 μm;镀层中的物相包括Al-Fe二元合金相、Al-Fe-Si三元合金相。