2025年, 第42卷, 第6期　刊出日期：2025-12-28

  

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特约综述
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  厚板生产技术的发展、现状及展望(五)

  曹建宁, 韩文, 白冰, 韩庆礼, 王云波, 任起锐, 刘延军, 胡典章, 秦特, 程鸣飞

  轧钢. 2025, 42(6): 1-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250601

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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。
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  Ni元素在钢中的应用及对韧性提升机理研究综述

  袁长波, 张小丽, 朱雷, 杨尚堃, 赵阳, 陈礼清

  轧钢. 2025, 42(6): 16-28.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250602

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  Ni元素是钢中广泛使用的重要合金元素,其不仅能显著提高钢的抗蚀性和耐热性,而且能提高钢的强度、塑性和韧性;Ni基合金也因具有高强度和良好的耐热性能而被应用于制造航空航天高温结构件。虽然Ni元素在钢以及合金中的作用得到了充分发挥,尤其是在钢铁材料韧性/低温韧性改善方面起到了重要作用,但是其对钢的韧性提升物理冶金机制还未能取得充分认识。本文回顾了Ni元素在钢以及合金中的应用研究进展,进而对Ni元素改善钢的冲击韧性和焊接韧性的机理研究进行了综述,强调Ni元素对钢的冲击韧性的改善主要是通过细化晶粒、促进位错运动、增加大角度晶界比例、稳定奥氏体等发挥作用,而有效增加针状铁素体含量以及减少马奥岛(M/A)有害相则实现了对钢焊接韧性的提高。作为一种新型提高低合金高强钢强韧性的方法,本文简述了Ni-Cu合金化在低合金高强钢方面的研究进展,最后给出了含Ni钢的发展趋势。
研究与开发
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  S355GD-M钢升温过程氧化行为原位观察及冷却过程FeO相变行为研究

  张昭, 李积鹏, 谯德高, 杨华, 刘惊宇, 郑国升, 曹光明

  轧钢. 2025, 42(6): 29-36.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250603

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  针对S355GD-M带钢氧化铁皮过厚且边部与中部存在色差的问题,对其升温加热过程中的氧化铁皮进行了原位观察,并对不同卷取温度下带钢冷却后表面氧化铁皮结构转变进行了实验研究。结果表明:S355GD-M板坯试样在升温加热过程中氧化铁皮的生长分为沿晶界生长、致密生长、疏松生长、聚合纵向生长、稳定生长几个阶段,在氧化的开始时期,试样表面没有氧化产物的覆盖,基体中的Fe原子与O₂充分接触,由于基体内晶界处的能量较高,氧化产物优先于晶界处形核,随着温度的进一步升高,晶界处完全被氧化产物覆盖,氧化反应向非晶界处进行直到试样表面完全被致密的氧化产物覆盖,此时氧化产物最外层与O₂接触的部分氧浓度最高,FeO被氧化为Fe₂O₃和 Fe₃O₄,并开始纵向生长;随着卷取温度的降低,共析组织的比例呈现出先增加后逐渐减少的趋势;而随着冷速的降低,共析组织的比例逐渐增加。根据实验结果绘制出了氧化铁皮中FeO结构转变的CCT曲线,发现其符合C曲线规律,鼻尖温度在500 ℃左右。根据原位观察的实验结果,温度越高,氧化铁皮的生长越快,减小氧化铁皮厚度的有效策略就是避免带钢在高温阶段长时间停留,通过降低开轧温度、提高终轧温度、提高带钢的轧制速度等策略,有效减少了带钢在高温下的停留时间,达到减薄氧化铁皮厚度的目的。氧化铁皮的结构差异主要来源自由于带钢不同位置冷却速度的不同,而根据FeO共析相变的实验结果,对带钢的卷取制度进行了调整,将卷取温度设定在鼻尖温度附近,降低了带钢边部及中部氧化铁皮的结构差异。经过工艺优化,S355GD-M带钢表面氧化铁皮厚度约为12 μm,带钢边部和中部的氧化铁皮结构均由Fe₃O₄+FeO+共析组织组成,带钢表面的色差缺陷得到了明显改善,实现了热轧产品表面质量的提升。
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  在线淬火温度对E690海洋平台用钢组织性能的影响

  陈泽夫, 王冬, 刘志敏, 徐振, 关锐

  轧钢. 2025, 42(6): 37-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250604

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  目前对于690 MPa级海洋平台用钢板的生产通常采用离线热处理的方式,这不仅会浪费大量热量,而且耗时较长。本文对现有热处理工艺进行了改进,对轧后钢板采用在线热处理(即通过在线淬火+在线回火处理)工艺,并通过OM、SEM、TEM、EBSD对在线热处理后钢板的微观组织进行观察,通过万能试验机对其屈服强度、抗拉强度和冲击功进行测试,探究了不同在线淬火温度对钢板组织演变和性能变化的影响。结果表明:实验钢板经在线热处理后组织主要由回火马氏体、铁素体以及碳化物组成;随着淬火温度的提高,组织中马氏体数量和板条宽度增加、碳化物的析出量增加、大角度晶界占比降低,实验钢板屈服强度、抗拉强度增大,冲击功下降;实验钢板经850 ℃在线淬火后,虽然屈服强度较900 ℃在线淬火的低,但屈强比、冲击韧性较900 ℃淬火的高,综合力学性能最佳。研究结果为E690钢板生产工艺优化提供了理论依据。
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  固溶温度对S32707特超级双相不锈钢力学性能及耐蚀性的影响

  王至昱, 高飞, 王刚, 邢欣, 王丙兴, 田勇

  轧钢. 2025, 42(6): 43-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250605

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  深海油气工程等领域的快速发展,对材料性能的要求越来越高,为提高S32707特超级双相不锈钢在深海油气工程的应用性能,本文研究了固溶温度对其力学性能以及耐蚀性的影响。根据Themo-Calc热力学模拟软件的计算结果,对轧制后S32707试样进行不同温度(1 055、1 095 ℃)保温1 h的固溶处理。采用金相、扫描电镜、电子探针、背散射电子衍射等表征了不同固溶温度下S32707特超级双相不锈钢的显微组织;采用拉伸试验机、冲击试验机、材料表面性能综合测试仪、电化学综合测试仪测量了S32707试样的力学性能和耐蚀性。当固溶温度在1 055 ℃以上时,S32707试样中仅存在铁素体和奥氏体;随着固溶温度的升高,α/γ两相含量比值升高,铁素体相中Cr、Mo、Si含量下降,Ni含量升高,奥氏体则正相反,即合金元素在两相间的含量具有逐渐趋于一致的现象;在较高的固溶温度下,铁素体相含量增加以及合金元素转移的共同作用,提高了试样的强度、硬度以及耐磨性能,但降低了其塑韧性、伸长率;在较低的固溶温度下,S32707试样阻抗弧更大,阳极溶解速率更低,钝化区更宽,表明其耐腐蚀性能更好。研究结果为特超级双相不锈钢生产及在深海油气工程、海水淡化等领域的应用提供了数据支撑。
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  配分塑性形成机制及其对低碳钢残余应力的影响

  陈阳, 丁文红, 鲁小轩, 彭冲, 唐小勇, 陈壮

  轧钢. 2025, 42(6): 51-59.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250606

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  退火通常用来改善材料的残余应力,但对于低碳微合金高强钢而言,由于其碳含量较低,导致析出所产生的析出塑性应变不足以充分松弛残余应力。本文通过应力测量、组织观察和配分塑性分离,研究了不同退火阶段的塑性行为对残余应力的影响规律。结果表明:Mn配分行为产生的配分塑性比合金碳化物析出所产生的析出塑性更大,是低碳钢松弛残余应力的主要机制。Mn配分行为产生的配分塑性应变参数K=2.691×10^-5 MPa^-1,合金碳化物析出产生的析出塑性应变参数K=1.303×10^-5 MPa^-1;Mn配分阶段保温15 min,实验钢的残余应力绝对值由980 MPa降低至330 MPa,降低了66.3%,合金碳化物析出阶段保温15 min,实验钢的残余应力绝对值由323 MPa降至277 MPa,降低了14.2%。因此,配分塑性是低碳钢松弛残余应力的主要机制。
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  抗拉强度850 MPa级汽车大梁钢组织性能的研究

  张欣悦, 李明杰, 王斯乔, 张欣瑶, 汪宏兵, 周晓光

  轧钢. 2025, 42(6): 60-66.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250607

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  为了开发抗拉强度850 MPa级超高强汽车大梁钢以确保交通安全和实现汽车轻量化,设计了全新化学成分的实验钢。通过动态相变仪实验,研究了实验钢连续冷却和等温条件下的相变行为;通过实验室热轧实验,研究了卷取温度对热轧钢板组织性能的影响规律。动态相变仪实验结果表明:实验钢在较小的冷速下就可以获得贝氏体组织。在保温800 s条件下,随着等温温度的降低,实验钢的硬度先升高后降低,在550 ℃等温时实验钢的硬度达到最高。热轧实验结果表明:卷取温度为590 ℃时,钢板的力学性能满足了抗拉强度850 MPa级汽车大梁钢的标准要求,其主要强化机制为相变强化、细晶强化和析出强化。本文研究为高强度汽车大梁钢的生产提供了理论依据。
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  热轧工艺对短流程Nb-Ti微合金钢组织性能的影响

  吕博, 张大伟, 张亮亮, 刘岗, 崔秋艳, 魏绍东

  轧钢. 2025, 42(6): 67-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250608

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  针对首钢京唐短流程生产线生产Nb-Ti微合金钢出现不同厚度规格带钢力学性能差异较大的问题,本文对比分析了不同厚度规格带钢的热轧工艺,采用OM、SEM、EBSD及TEM等方法对带钢的微观组织形貌及第二相析出物进行观察,并定量计算了各种强化机制对强度的贡献量。结果表明:虽然生产不同厚度规格带钢设计了相同的终轧温度和卷取温度,但在无头轧制模式下会由于轧制速度的不同而导致终轧温度产生差异,带钢厚度规格越厚,终轧温度越低,在相同的卷取温度控制下,厚规格带钢终轧温度更低,进而导致其在层流冷却前段冷却水量较少,使带钢的细晶强化及析出强化效果减弱,最终导致厚规格带钢力学性能降低。不同规格带钢的显微组织均由铁素体和少量的珠光体组成,2.0、1.8、1.6、1.5 mm规格带钢的铁素体平均晶粒尺寸分别为6.83、6.07、5.23、4.62 μm,细晶强化贡献量分别为211.8、224.6、242.0、257.5 MPa,约占总强度的53%~54%。Nb-Ti微合金钢中的第二相析出物主要包括TiN、Ti₄C₂S₂、Nb(CN)、TiC以及(Nb,Ti)(C,N)复合析出物,由于实验钢中Nb元素和Ti元素含量较低,且受控轧控冷工艺的影响,析出强化贡献量较小,贡献量分别为21.6、34.5、49.2、63.5 MPa,约占总强度的5%~14%;固溶强化贡献量为68 MPa,约占总强度的14%~18%。2.0 mm和1.5 mm规格带钢的屈服强度差异主要来源于细晶强化和析出强化的差异,分别相差45.7 MPa和41.9 MPa。
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  SWRH82B盘条轧制过程中温度场模拟与分析

  崔峰, 唐正友, 邓通武, 曹东东, 张皓月, 王镇轩

  轧钢. 2025, 42(6): 75-85.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250609

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  针对当前生产的SWRH82B盘条通条性能不佳、存在较高级别网状渗碳体和马氏体等异常组织以及索氏体化率低且不均匀等问题,本文基于某钢厂高速线材生产线,利用DEFORM-3D软件对SWRH82B盘条轧制全过程温度场进行了有限元模拟计算,分析了轧制过程中轧件的塑性变形对其表面和芯部热交换的影响。同时,研究了水冷工艺的优化。结果表明:在粗轧阶段,轧件表面的温度呈现逐渐下降的趋势,芯部温度下降缓慢;中轧阶段轧件表面温度呈现上升趋势,同时芯部温度下降较明显。轧件在预精轧阶段截面积逐渐减小,整个截面由于塑性变形生热而升温,使轧件表面和芯部温度均升高。在精轧和减定径阶段轧制时,轧制速度较快,轧件表面和芯部温度在短暂提升后经过水冷快速降低,随后经过芯部返温使表面温度升高。当1号~4号水冷箱和5号水冷箱对应的对流换热系数为400 W/(m²·℃)和300 W/(m²·℃)时,盘条在吐丝时的表面平均温度约为919 ℃,芯部温度约为939 ℃。经优化水冷工艺后,轧件断面温度均匀,模拟温度与实测温基本吻合,误差在±10 ℃以内;同时,盘条芯部马氏体组织显著减少,盘条抗拉强度相比水冷参数优化前提升约40 MPa,断面收缩率提升约8%。
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  扭曲椭圆管在轧钢加热炉烟气余热高效回收装置中的应用研究

  赵兴顺, 丁翠娇, 朱善合, 涂爱民, 朱冬生

  轧钢. 2025, 42(6): 86-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250610

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  空气预热器是轧钢加热炉生产过程中重要的节能设备,目前广泛采用的圆管交叉流空气预热器体积庞大,传热效率低,排烟温度高。而以扭曲椭圆管为换热元件的扭曲椭圆管变空间逆流式空气预热器可提高烟气余热利用率,降低燃料消耗量。本文利用FLUENT软件,以空气和烟气为工质,对扭曲椭圆管和圆管进行数值模拟,对比分析其传热效率。结果表明:相对于圆管,流体在扭曲椭圆管内流动性更强,换热效果更好。采用热平衡法、阻力特性法和热阻分析法等手段,推导出相关预测模型,对影响空气预热器综合换热性能和热效率的因素进行了分析。在运行调节条件具备的情况下,相对于圆管交叉流空气预热器,扭曲椭圆管空气预热器实现了热回收量的大大提升,可提高加热炉整体热利用效率6%以上。
设计与改造
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  热轧工作辊复合辊形的设计及应用

  张建雷, 朱瑞, 郝熙娟, 孙杰, 岳重祥

  轧钢. 2025, 42(6): 97-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250611

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  针对某热轧卷板生产线采用常规抛物线辊形生产硅钢时轧辊局部不均匀磨损严重,轧制后期轧件易出现局部高点,引发后工序产品起筋,以及凸度难以控制的问题,开发了一套工作辊复合辊形曲线,通过抛物线辊形与双锥度辊形的组合,以改善轧辊磨损不均匀,同时提升轧件断面质量。采用数值模拟技术建立了关于工作辊复合辊形轧制的弹塑性有限元模型,模拟结果表明:相比于常规辊形,该辊形在弯辊力调控效率以及轧件凸度、边降控制方面提升明显。将该辊形应用于生产现场进行生产试验,结果表明:新辊形投用后,轧辊不均匀磨损问题得到明显改善,单位辊期内的硅钢轧制块数由40块增加至50块,且轧件凸度C₄₀≤30 μm达标率由46.2%提升至90%以上。
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  长周期服役下精密轧机背衬轴承辊形优化设计研究

  田飞, 陈禄祯, 张明, 张乐, 张益龙, 杨庭松

  轧钢. 2025, 42(6): 104-111.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250612

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  二十辊精密轧机具有小辊径工作辊的强轧薄能力和塔式辊系的高刚性特点,可实现高强度钢种的高产量、高质量生产。然而,受实际生产中的非均匀接触应力影响,二十辊精密轧机的背衬轴承易出现非均匀磨损,甚至疲劳失效。为此,本文从辊间接触应力与背衬轴承服役能力的内在关联入手,建立了二十辊轧机辊系-轧件耦合仿真分析模型,用以分析轧制参数与板形调控参数对背衬轴承辊与二中间辊接触应力的影响规律。结果表明:轧制入口侧的背衬轴承辊为该机型内易产生最大接触应力的背衬轴承辊,且受参数影响表现出应力峰值的变化;增大轧制力会造成辊间接触应力的整体增大,但不会造成其分布规律的变化;增大窜辊量会导致辊间接触力朝窜辊方向发生偏移,致使背衬轴承辊与二中间传动辊的接触应力峰值小幅增长;改变AS-U调节量会通过芯轴轴线倾斜的形式,在大压下轧制过程中迫使背衬轴承在倾斜方向上出现应力尖峰;基于轧制力、窜辊量以及AS-U调节量等参数对背衬轴承辊与二中间传动辊的辊间接触应力影响,提出了一种可长周期服役的二十辊精密轧机背衬轴承VCR辊形。通过分析验证,该辊形可有效消除背衬轴承辊端部的应力尖峰,其中部位置背衬轴承两侧的辊间接触应力峰值可在原基础上降低5.83%,具有长周期服役状态下延长背衬轴承辊寿命的效果。
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  张力辊在冷连轧机组出口的应用

  张振

  轧钢. 2025, 42(6): 112-116.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250613

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  在带钢轧制时,通过调节张力大小可以对带钢厚度进行微调控制,通过提高带钢张力还可以实现减小轧制力的效果。因此,保持带钢大张力及张力随带钢厚度变化的快速响应是保证硅钢稳定轧制和提高硅钢轧制质量的有效手段。为了实现硅钢冷连轧机组大张力控制,本文提出在冷连轧机组出口采用张力辊组的措施。对张力辊机组的设备功能进行了论述,对关键参数进行了计算说明。实践表明:生产硅钢时,张力辊组在冷连轧机组出口的应用不仅解决了机组出口需大张力的问题,还解决了剪切瞬间末架轧机出口带钢失张的问题,带钢头厚度波动在±3 μm内,厚度不合格长度几乎为0 m,提高了硅钢轧制成材率。
自动化与智能化
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  基于改进余弦夹角优化的复杂板形模式识别

  孙友昭, 孙亚敏, 雷奇瑛, 杨荃, 王晓晨, 李宝鑫

  轧钢. 2025, 42(6): 117-121.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250614

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  传统的板形识别方法在面对冷轧宽薄带钢的复杂板形模式时,通常难以兼顾局部和整体特征。为了提高板形缺陷识别算法对复杂板形的识别精度,本文提出了一种针对局部和整体板形识别的复杂板形缺陷模式计算模型。其中,利用相邻通道平滑算法提取局部板形特征,以获得更加准确的整体板形值;利用改进余弦夹角优化的模糊分类算法对板形曲线进行整体板形模式识别,将提取的局部特征与剩余的板形值叠加,得到实际的局部板形特征值。现场应用结果表明:与传统的欧氏距离公式和曼哈顿距离公式相比,基于局部浪形提取的改进余弦夹角优化模糊分类算法能够更好地衡量高维空间中向量之间的相似度,从而提高识别精度。
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  基于RBF神经网络的复合轧制力模型

  王力, 郭肖肖, 章顺虎, 张磊, 何松霖, 辛宇罡

  轧钢. 2025, 42(6): 122-127.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250615

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  针对目前轧制过程中轧制力预测模型不能准确反映实际轧制力的问题,本文基于RBF神经网络对Sims模型进行二次修正,建立了一个新的轧制力预测模型。以Q345钢的实际生产数据为基础,通过对实际变形抗力的反算与数据归一化处理,形成了RBF神经网络预测中需要的数据集,然后进行网络结构优化,实现了对变形抗力的精准预测,利用修正后的变形抗力计算得到理论轧制力。为进一步提高轧制力精度,从Sims模型结构入手,利用RBF神经网络对模型比例系数(实际轧制力与理论轧制力之比)进行修正,得到轧制力修正系数,将两个模型整合,得到二次修正的高精度轧制力。根据性能评价可得出,一次修正后轧制力最大误差为21.595%,二次修正后轧制力最大误差仅为3.631%。
革新与交流
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  热轧钢材免酸洗除鳞技术

  徐言东, 白金龙, 王晓晨, 杨荃, 余召辉, 马骏

  轧钢. 2025, 42(6): 128-136.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250616

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  长期以来对热轧板、卷等钢材表面进行除鳞处理一般采用酸洗技术。由于酸具有腐蚀性,会对产品表面质量和性能产生影响,对操作人员和设备也存在一定程度的损害,同时污染生产环境。随着国家环境保护更加严格政策的强化落地,要求相关企业实现污染物零排放。国内外研究机构都加大了对热轧钢材除鳞技术设备的研究力度,研发出了更环保除鳞的新技术和新工艺。本文对现阶段已得到应用的免酸洗除鳞技术的特点进行了介绍、综合对比,并指出热轧钢材除鳞技术低成本、免酸洗的发展方向。
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  P690QL2超高强钢板拉伸分层原因分析

  杜林, 周勃, 赵启斌, 张宏亮, 吕政赫, 朱莹光, 侯家平

  轧钢. 2025, 42(6): 137-142.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250617

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  碳捕集、利用与封存(Carbon Capture Utilization and Storage,CCUS)技术的发展有效促进了二氧化碳的循环利用,为满足运输船储存液化二氧化碳所用压力容器储罐的制造要求,钢铁行业研制开发了新型超高强度P690QL2钢板。针对国内某厂生产的30 mm 厚P690QL2钢板在拉伸性能测试过程中出现的拉伸断口分层现象,本文采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和超声探伤(UT)等先进设备,分析了钢板拉伸断口分层的原因。结果表明: 30 mm厚钢板拉伸后,经过超声探伤和着色实验并未发现明显缺陷,拉伸检验试样断口处截面不同部位硬度差值约为14HV。在光学显微镜和透射电镜下观察到钢板组织中含有0.5级D类夹杂物,主要为TiN非金属夹杂物。能谱分析结果表明:裂纹处和基体位置的Ni元素质量分数分别为2.6%和1.7%,即钢板存在Ni元素偏析。基于Ni元素偏析,同时发生了组织偏析,使得偏析带主要显微组织为强度和硬度较高的回火马氏体,钢板在拉伸过程中受力不均产生多方向应力,且均大于其屈服强度,这是造成钢板拉伸断口分层的原因。为此,实际生产中应采用低过热度钢水连铸工艺,并控制合理的拉坯速率;同时,将板坯加热温度提升至1 250 ℃并延长保温时间,有利于TiN夹杂物溶解,可以避免P690QL2钢板拉伸断口分层现象的产生。
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  回火温度对Q550GJE建筑用高强钢组织性能的影响

  张海军, 刘世坤

  轧钢. 2025, 42(6): 143-146.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250618

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  针对当前我国对Q460以上级别建筑用高强钢的研究和应用不足的问题,采用以低C高强钢为基础,添加适量Nb、Ti、Cr、B合金元素的化学成分设计,采用TMCP工艺及合理的热处理工艺,试制了Q550GJE建筑用高强钢板。研究了不同回火温度对Q550GJE钢板力学性能和显微组织的影响。结果表明:随回火温度的升高,试验钢板的屈服强度先上升后逐渐下降,抗拉强度逐渐下降,屈强比逐渐提高,伸长率先上升后下降,冲击功先上升后下降;试验钢板回火后显微组织主要为铁素体和粒状贝氏体,在铁素体基体中弥散分布着岛状M-A组织,随着回火温度升高,M-A组织逐渐分解,铁素体尺寸逐渐变大,粒状贝氏体含量逐渐减少,在700 ℃回火时,铁素体尺寸最大。研究表明,回火温度为550 ℃时,试验钢板具有较好的强韧性及较低的屈强比。
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  热送热装S45C铸坯加热过程应力分析及工艺优化

  方玉, 杜平, 曲锦波

  轧钢. 2025, 42(6): 147-151.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250619

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  连铸坯热送热装工艺是钢材生产过程中节能减排的重要手段。本文针对某厂热送热装碳素结构钢S45C铸坯在加热过程中出现表面裂纹的问题,建立了铸坯加热仿真模型,计算了不同入炉温度和加热工艺下铸坯的温度场和应力场,分析了热应力的形成规律和特征。结果表明:铸坯热装可以有效降低其加热过程中的应力峰值,但热装温度越高,入炉时铸坯表面所受拉应力越大,产生裂纹的风险增大;降低铸坯在加热一段的升温速率,可以有效避免铸坯在高温区产生应力峰值。S45C铸坯按照入炉温度500~600 ℃,加热系数7.8 min/cm,热回收段温度800 ℃、预热段温度1 100 ℃、加热一段温度1 160 ℃、加热二段温度1 230 ℃、均热段温度1 200 ℃的加热制度, S45C铸坯热送热装裂纹率降低了11.8%。
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  ESP产线带钢酸洗黄变机制及控制措施

  徐祥来, 李冬辉, 田鹏, 崔岩, 廖露海, 王宝磊

  轧钢. 2025, 42(6): 152-157.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250620

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  ESP产线生产的热轧卷在酸洗后出现黄变锈蚀现象,且不同卷取温度的钢卷发黄程度有着显著差异。调整酸洗工艺后,带钢表面会腐蚀形成褐色或黄色的“流动锈”。为此,本文针对该问题进行了分析研究。结果表明:黄变现象是由热轧带钢表面氧化铁皮的状态和酸洗工艺共同作用产生的,热轧带钢表面氧化铁皮的厚度、酸洗速度和挤干效果是关键影响因素。黄变机制分析表明:酸洗后带钢表面残留的盐酸与基体铁反应生成二氯化亚铁,其进一步氧化会形成氢氧化铁和羟基氧化物而出现黄变。保持酸洗后带钢表面的湿润性可以避免带钢基体铁与空气发生氧化反应,进而杜绝表面出现黄变现象,可提高产品的整体质量。
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  汽车用钢抗凹性能研究与评价

  尚涛, 张士杰, 刘石双, 聂强胜, 王宝川, 韩龙帅

  轧钢. 2025, 42(6): 158-164.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250621

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  针对汽车轻量化需求,本文研究了汽车板抗凹性能的影响因素。通过抗凹性能实验和有限元仿真的结合,研究了预应变、钢板厚度和零件曲率等因素对汽车板抗凹性能的影响。实验结果表明:当预应变小于15%时,钢板抗凹刚度随预应变的增加而升高,当预应变大于15%时,钢板抗凹刚度随预应变增加而降低,这是由于预应变过大导致钢板厚度减薄所致。对于厚度分别为0.65 mm和 0.70 mm的钢板,当预应变小于3%时,钢板抗凹刚度差别不大且凹痕深度均大于2 mm;当预应变大于3%时,0.70 mm厚钢板抗凹刚度明显大于0.65 mm厚钢板,且两者凹痕深度急剧减小,随着预应变进一步的增大,凹痕深度变化不明显,这是由于随着预应变的增大,钢板发生加工硬化,强度显著提高阶段,钢板厚度是决定凹痕抗力的重要因素之一。烘烤硬化对钢板抗凹刚度影响不大,但凹痕深度较烘烤前明显降低,这是由于烘烤过程中发生应变时效导致钢板强度增加所致。有限元模拟进一步验证了零件曲率也是抗凹性能关键影响因素之一,零件抗凹性能随着曲率减小而增强,但曲率并非越小越好,应控制在合理范围内。
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  热连轧产线不同粗轧工艺对带钢晶粒细化的影响

  王旭生, 黄日城, 孙军, 张萌

  轧钢. 2025, 42(6): 165-169.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250622

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  通过对热连轧产线两种不同粗轧工艺(两机架轧机分离布置、各自可逆轧制和两机架轧机紧凑布置、可逆连轧)生产的 Q235B、Q355B、NM450热轧带钢的强度、原始奥氏体晶粒度和铁素体晶粒度进行对比分析,发现两机架轧机紧凑布置、可逆连轧的粗轧工艺对厚规格带钢通过细化原始奥氏体晶粒的方式,实现了对热轧带钢的细晶强化作用,从而对带钢强度有明显提升,但对于厚度规格在3.0 mm及以下的薄规格带钢,其细晶强化作用不明显。该种粗轧工艺道次间隔时间短,既减少了再结晶奥氏体晶粒长大又促进了未再结晶奥氏体的累计变形,细化了原始奥氏体组织进而细化了其转变产物铁素体组织,该种粗轧工艺的晶粒细化作用对生产含有Al、Ti+Al、Nb+Ti+Al合金元素的厚规格产品均有较好的效果。
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  热轧定宽机孔型模块、倒角模块与板坯类型匹配性的研究

  霍光帆, 陆启明, 周娜, 武巧玲, 焦晋沙, 陈兵

  轧钢. 2025, 42(6): 170-179.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250623

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  定宽机不同模块(倒角模块、孔型模块)与不同类型板坯(倒角坯、直角坯)配合使用的情况下,板坯的位移场、等效应力应变场会有所不同,导致热轧带钢边部缺陷发生率及带钢缺陷距边部距离存在差异而使边部切损不同,进而影响企业经济效益。采用DEFORM平台建立了定宽机减宽过程的有限元模型,并进行了仿真计算,分析了不同工况下板坯的侧压力,位移场以及等效应力应变场,从而对定宽机两种模块与板坯类型的匹配程度进行了研究。结果表明:与直角坯相比,倒角坯在过定宽轧制时其最大侧压力更小,“狗骨”厚度更小,应力分布更均匀,与倒角模块匹配效果更好;与孔型模块相比,倒角模块侧压下的板坯最大侧压力更小,“狗骨”厚度更小,应力分布更均匀,与板坯的匹配效果更好。同时,生产实践亦表明:倒角模块与倒角坯的组合可以降低带钢边部缺陷发生率,改善带钢边部质量,减少切损,从而提高企业经济效益。
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  锌铝镁镀层钢板表面雪花纹缺陷成因分析及控制措施

  王浩, 刘琦, 刘大亮

  轧钢. 2025, 42(6): 180-187.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1003-9996.20250624

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  针对某厂生产厚度为0.35~0.8 mm,双面镀层厚度为70~100 g/m²锌铝镁镀层钢板表面出现白色雪花纹缺陷的问题,通过对镀层微观组织结构和化学成分分析,发现经过气刀吹扫后,镀层中Zn、Al、Mg元素的氧化物在镀层表面呈现出不均匀分布,由于Mg氧化物的体积膨胀率与Zn、Al氧化物存在显著差异,Mg元素富集区域氧化膜疏松,不能阻止O₂进入镀层内部,从而增加了镀层的氧化时长,导致局部氧化膜厚度增加并呈现出微观起伏,形成雪花纹缺陷。实验结果表明:气刀吹扫过程中,在430 ℃且镀层接触氧气的条件下能够消除雪花纹缺陷。采用空气进行吹扫与采用氮气吹扫且提高t_A(气刀吹扫结束点)至430 ℃均能消除雪花纹缺陷。前者能耗低、操作简单,但适用产品的厚度规格和镀层厚度范围较窄,超出此范围会产生新的缺陷;后者提高带钢入锅温度与锅温来保证t_A达到430 ℃以上,虽会增加能源消耗,但能够有效消除雪花纹缺陷且不会产生其他新缺陷,能够满足产品使用需求,为消除锌铝镁镀层雪花纹缺陷的最优方案。