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2024年, 第41卷, 第6期 刊出日期:2024-12-28
  

  • 全选
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    综述
  • 欧阳鑫, 邢梦楠, 杨雨泽, 张健, 胡昕明, 刘晨希
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    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。
  • 研究与开发
  • 宋志岗, 史显波, 侯明山, 高小尧, 于程福
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    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。
  • 李海军, 赵健康, 何丛珍, 韩波, 武继权, 王国栋
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    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。
  • 张涛, 潘丽芳, 赵金华, 张红旭, 薛小飞, 刘光明
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    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。
  • 李海东, 李岩, 钟莉莉, 夏垒, 王浩, 侯贝玲
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    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。
  • 孔祥磊, 刘干, 王杨, 黄明浩, 黄国建, 张英慧
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    结合管线钢技术发展趋势,按照国内外技术标准最新要求,并借鉴大厚壁X80管线钢卷板开发经验,开展了基于中薄板坯生产螺旋焊管用X90管线钢卷板的试验研究。通过Gleeble-3800热模拟试验机完成了X90管线钢动态CCT曲线的测定,获得其相变规律并确定了合适的冷却速率,在此基础上通过对其化学成分设计以及对冶炼、连铸、轧制、冷却工艺进行精细控制,在鞍钢2 150 mm ASP中薄板坯连铸连轧生产线完成了16.3 mm×1 550 mm规格X90管线钢卷板的工业化试制生产,其拉伸性能合格,-20 ℃冲击功不低于300 J,-20 ℃冲击剪切面积不低于90%,-20 ℃ DWTT剪切面积不低于90%,金相组织为粒状贝氏体、板条铁素体和弥散分布的M/A组元,各项性能指标均满足工程要求。以螺旋埋弧焊方式制成ø1 219 mm×16.3 mm规格钢管,钢管各项性能指标良好。X90管线钢卷板的成功试制,实现了国内中薄板坯生产超高强管线钢的重大突破,对超大直径、更高钢级、更大厚壁管线钢板卷的开发具有重要意义。
  • 王尊呈, 杨承宇, 张福多, 王帅, 杨哲懿, 周金华
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    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%。
  • 蔡顺达, 王金星, 孙荣生, 邹明聪, 李志强, 郑麟飞
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    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。
  • 徐利璞, 苏旭涛, 史理奎, 刘云飞, 史鸿剑, 赵镇波
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    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。
  • 赵岽
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    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。
  • 范锦龙
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    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。
  • 设计与改造
  • 杜江, 王文凡, 田茂飞, 许秀飞
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    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。
  • 自动化与智能化
  • 刘宏旭, 李旭, 丁敬国, 李晓华, 张殿华
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    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。
  • 张明, 陈禄祯, 杨庭松, 孙文权, 高紫明
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    双相钢兼具了高强度与强延展的优势,但又受其约束而存在冷轧加工难点。由于小直径辊和强力轧制的特点,十八辊轧机逐渐成为生产此类难加工带材的主要机型。相对于低碳钢,双相钢的高强度使其在冷轧加工方面更具挑战性,因此成为十八辊轧机投产的技术攻关点。由于材料的强变形抗力与来料的厚差波动,轧制变形区的状态容易在生产过程中波动,进而导致成品带钢的厚差波动,对下游产业和工序造成影响。为解决这些问题,从热轧尾部工序入手,剖析双相钢头尾厚差波动机理并溯源成因;从十八辊轧机的机型特征、结构特点以及厚度控制机制的特性出发,分析了双相钢在十八辊轧机中的厚度控制难点。结果表明:DP780钢热轧卷取后仍发生一定程度的相变,即不同目标卷取温度下的贝氏体转变程度存在差异,致使冷轧来料存在性能波动而导致成品带钢厚差波动。基于某厂十八辊单机架轧机,以FF-AGC、FB-AGC、MF-AGC和Bisra-AGC的控制特性和调控效力为基础,提出了“FF+FB+Bisra”的厚差组合控制策略,以及利用正弦信号进行干扰控制的带钢头部厚度波动控制方法。生产实践表明:该方法能够将厚差高达40 μm的来料,调控至厚差±10 μm范围内,并实现全长厚差精准调控,显著提升了成品带钢的厚度合格率,有效改善十八辊轧机在生产双相钢过程中的厚度控制问题,为生产高强钢提供了新的思路和方法。
  • 吴玉霄, 霍建生, 张欣觌, 张冉, 韩彬彬
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    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。
  • 革新与交流
  • 于涛, 王川, 关勇, 范明达, 甄新刚
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    为解决厚度100 mm以上Q890D钢板综合生产难度大、性能较差的问题,通过合理设计化学成分、匹配洁净钢冶炼工艺、优化控轧控冷及调质工艺,对130 mm厚规格Q890D钢板进行了研制开发。试验结果表明:开发的Q890D钢板相变温度Ac1=722 ℃,Ac3=869 ℃,Ms=424 ℃,当冷速大于10 ℃/s时,组织为全马氏体;在淬火温度890~930 ℃范围内,随淬火温度升高,Q890D钢板奥氏体晶粒粗化,强度与塑韧性下降,在淬火温度890 ℃时其原始奥氏体晶粒度为10.5级,综合性能最优;130 mm厚Q890D钢板实现了工业稳定生产,产品屈服强度为892~927 MPa,抗拉强度为974~1 015 MPa,伸长率为13.0%~15.5%,-20 ℃冲击功为120~160 J,Z向断面收缩率为48%~62%,钢板内部超声检测达到GB/T 2970—2016质量等级Ⅰ级,各项性能完全满足供货与使用要求,为大厚度超高强钢工艺开发及工业生产提供了参考。
  • 白学飞, 李新宇, 王彦龙, 许洪瑞, 张小宇, 金辉
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    为解决60 mm厚Q690D厚板在在线直接淬火(DQ)工艺下冲击韧性不稳定的问题,分析了铸坯厚度、粗轧单道次压下量对钢板冲击韧性的影响。结果表明:钢板良好的冲击韧性需保证获得一定比例的板条贝氏体、粒状贝氏体和多边形铁素体等组织;应尽量增加铸坯厚度,保证铸坯厚度在335 mm以上(压缩比在5.5以上)且粗轧至少保证1道次压下量在40 mm 以上。
  • 郝鑫, 安海玉, 郑文超, 李行
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    针对实际生产中50 mm厚EH36级船板钢低温冲击性能不合问题,分析了其原因并提出了改进措施。结果表明:50 mm厚EH36级船板钢冲击不合试样金相组织中存在MnS和CaO-Al2O3系夹杂物,同时其1/4厚度处组织为粗大的铁素体和珠光体,是导致其低温冲击韧性不合的主要原因。通过优化炉外精炼工艺提高钢水洁净度,优化控轧控冷工艺细化铁素体晶粒,50 mm厚EH36船板钢中未发现MnS夹杂物,CaO-Al2O3系夹杂物级别控制在1.0级以下,钢板1/4厚度处金相组织主要为晶粒细小的铁素体组织,-40 ℃冲击功平均值提高到200 J 以上,有效解决了50 mm厚EH36船板钢低温冲击不合问题,显著提高了其低温冲击韧性。
  • 王森, 赵福轶, 张颖, 王耀, 张毅
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    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Fem+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Fem+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。
  • 陈志桐, 张志鸿, 史伟萍, 刘永强, 袁博
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    针对邯钢2 250 mm产线在生产宽度1 700 mm以上宽幅汽车板时边部常出现白斑缺陷而导致产品降级的问题,对缺陷产生原因进行了分析。采用扫描电镜对缺陷微观形貌进行观察,发现明显的蜂窝状“海绵铁组织”,能谱分析结果显示有氧化铁存在,因此可以确定热轧生产过程中的边部氧化铁皮破碎压入残留,是缺陷形成的原因之一。另外,钢卷边部氧化铁皮厚度也是影响其酸洗效果的主要因素,并且边浪的存在同样影响酸轧拉矫破鳞及酸洗效果,残留的氧化铁皮在连退后形成白斑缺陷。因此采取了相应的工艺改进措施,包括精轧出口导台两侧增加挡水帘,边部喷嘴封堵,以减少工作辊冷却水边部返水;减小带钢凸度、增加卷取张力、加快钢卷降温,以减小边部氧化铁皮厚度;优化热轧精轧工作辊热凸度和磨损模型计算、弯辊力控制时序、增大酸轧拉矫伸长率,以改善板形,提高酸轧拉矫破鳞效果;优化计划编排,杜绝逆宽轧制,以避免工作辊局部磨损严重对带钢的影响。采取以上措施后,缺陷发生率降低到了1%以下,大大提高了宽幅汽车板产品的表面质量。
  • 张旭, 巩延杰, 薛正国, 崔彦文, 王丽虎
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    纯铁类线材在拉拔过程中出现凹坑和麻点缺陷的根本原因是其表面存在局部粗晶,为探索局部粗晶产生的根本原因,利用电阻恒温加热炉模拟不同加热温度(900~1 200 ℃)和加热时间(60~360 min)条件下,纯铁类CH1T钢晶粒的演变规律,获得晶粒异常长大的临界条件并加以控制。实验结果表明:当加热温度低于1 200 ℃时,CH1T钢的晶粒度随加热温度提高和加热时间的延长会经历快速下降、平稳、再下降3个阶段。当加热温度为1 200 ℃、延长加热时间至360 min时,由于二次再结晶作用会出现局部晶粒细化现象。
  • 孙增淼, 张育明, 邸永田, 王刚, 张旭, 崔延文
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    针对ø6.5 mm规格45钢热轧盘条拉拔断裂的问题,对45钢热轧盘条化学成分、显微组织及断口形貌进行了研究,分析了45钢盘条拉拔断裂的原因并提出了工艺改进措施。结果表明:45钢热轧盘条表面金相组织不均匀,存在混晶组织,组织中铁素体比例偏高是造成其拉拔断裂的主要原因。将45钢碳质量分数由0.43%~0.45%提高至0.46%~0.48%,进精轧温度由945 ℃降低至915 ℃,吐丝温度由940 ℃降低至890 ℃,风机数量由1#~7#开启调整为1#~9#开启,斯太尔摩风冷辊道起始段辊道速度由0.70 m/s提高至0.85 m/s(后续各辊道段速度依次递增),有效改善了45钢热轧盘条的金相组织,珠光体比例明显增加,提高了45钢热轧盘条的拉拔性能。