在热轧棒材的精整收集区,长度不足定尺要求的非定尺棒材和存在质量缺陷的定尺棒材都必须被剔除。本文系统梳理了我国热轧棒材非定尺及缺陷棒材剔除技术从人工手动剔除到基于人工智能(AI)的自动剔除技术的发展历程和发展现状,并根据具体结构形式特点、技术方案特点、安装位置等对现有技术进行了归纳分类和对比分析。最后,本文基于当前剔除技术及其相关技术的发展水平,展望了我国热轧棒材非定尺及缺陷棒材剔除技术的未来发展方向。

Ti微合金钢因其显著的成本效益和卓越的力学性能而被广泛应用。然而,生产过程中因其化学成分变化会导致最终产品的力学性能存在显著波动,不仅影响产品最终质量,也制约了材料潜力的充分发挥。本文基于工业大数据,采用不同机器学习算法建立了热轧Ti微合金钢力学性能预测模型,筛选出适用于当前产线的最优模型,并针对510L钢种开发了热轧工艺智能优化方法,实现了对热轧工艺参数的快速优化。结果表明,随机森林模型最适用于当前产线,对于屈服强度和抗拉强度,随机森林模型在绝对误差±30 MPa范围内的命中率分别为92.5%和96.63%;对于伸长率,随机森林模型在绝对误差±3%内命中率为94%。通过工艺优化设计,使510L钢板屈服强度波动范围从66 MPa降至42 MPa,抗拉强度波动范围从59 MPa降至40 MPa,伸长率波动范围从11.5%降至6%。

传统钢材研发依赖试错法,存在周期长、成本高、难以精准关联化学成分与性能等问题。为提升效率并降低成本,本研究基于钢厂生产数据构建了XGBoost与LightGBM集成模型,对HRB400E热轧带肋钢筋的屈服强度、抗拉强度和最大力总伸长率进行多目标回归预测。结果表明,LightGBM模型性能更优,测试集上3项性能的决定系数(R²)依次为 0.953 66、0.980 15和0.946 74。为进一步提升模型可解释性,在LightGBM模型基础上引入物理冶金模型生成的衍生特征,其测试集3项性能的R²分别为0.965 03、0.985 52和0.956 30。MAE分别降低12.54%、13.25%和6.39%,RMSE分别降低13.13%、14.58%和9.39%。该数据-机理融合驱动方法兼具高精度与可解释性,为钢材智能制造提供了兼具高效性与可靠性的解决方案。

中厚板轧后冷却终冷温度控制是改善产品质量与生产效率的核心技术,终冷温度命中率的精准预测与调控已受到学术界与工业界的广泛关注。近年来,随机森林、RNN神经网络、LightGBM等算法凭借优异的非线性映射能力在热轧轧后冷却预测中表现出突出优势。然而,LightGBM模型在叶子生长策略(leaf-wise)中采用增益最大的叶子作为分裂点时可能会造成单点贪婪选择,导致模型陷入局部最优,忽略其他潜在的高增益区域。本文提出一种基于多叶子平均增益的方法,对模型叶子节点分裂生长机制进行优化。改进算法在筛选分裂节点时,不仅考虑了当前最大增益叶子,还综合考虑了其他潜在的高增益叶子,从而避免因单个叶子的增益受噪声干扰,导致模型陷入局部最优,引发模型不稳定和过拟合的问题。实验以C、Si含量,以及钢板长度、钢板厚度、终轧温度等16个变量作为输入特征,终冷温度作为输出特征,结果表明,改进的LightGBM算法相较于其他模型在保证模型精度和稳定性的同时训练效率提高了30%,模型95%预测样本的绝对误差可控制在±10 ℃以内,适用于热轧钢板轧后冷却工序的终冷温度在线预测。

针对钢板表面缺陷类别繁杂、微小缺陷目标检测精度低等难题,本文提出一种基于YOLOv11n的表面缺陷检测模型YOLO-OME。提出ODC_C3k2模块替代网络中原有的C3k2模块,以减少计算冗余,提高模型对小目标检测的精度;引入混合局部通道注意力机制改进原网络中的C2SPA模块,提升模型在复杂背景下的检测能力,增强网络的特征表达能力;使用高效上卷积块EUCB代替上采样Upsample,降低计算复杂度,同时增强特征图的细节信息,提升模型的性能和效率;使用Shape-IoU代替原损失函数,进一步提高检测精度。结果表明,该算法在NEU-DET数据集上,m_AP50提升2.3%,在钢板表面缺陷检测中表现出较好的性能。

随着航空技术的发展,传统 300M 钢的强韧性已难以满足高端装备的服役需求,开发兼具高强度和高韧性的新型起落架用钢成为行业亟待解决的关键难题。本文基于300M钢化学成分体系,采用“Mn +微合金化”的设计方案,研制出2.4 GPa级超高强实验钢,并探究了奥氏体化温度对该实验钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着奥氏体化温度的提高,细小带状与等轴状原始奥氏体晶粒向粗大带状原始奥氏体晶粒转变。780 ℃奥氏体化时带状晶粒宽度约5.1 μm,长度约12 μm,等轴状晶粒宽度约3 μm、长度约4 μm。而当奥氏体化温度升至850 ℃时,原始奥氏体带状晶粒宽度约16.7 μm、长度约40 μm。室温下残余奥氏体体积分数从23.96%(780 ℃奥氏体化)下降至18.88%(800 ℃奥氏体化)再上升至19.37% (850 ℃奥氏体);实验钢的位错密度从7.2×10¹⁵ m^-2(780 ℃奥氏体化)下降至6.8×10¹⁵ m^-2(800 ℃奥氏体化),再下降至6.4×10¹⁵ m^-2(850 ℃奥氏体化)。奥氏体化温度为800 ℃时,样品的综合力学性能最佳,冲击韧性达26.7 J/cm²,屈服强度达2 009 MPa,抗拉强度达2 375 MPa,均匀伸长率达7.6%,断后伸长率达15.3%。该研究为起落架轻量化设计用钢提供了新方案,可有效推动航空超高强度钢的技术迭代与工程应用。

在实验热轧生产线上采用3种不同的轧后控冷工艺生产X65管线钢,结合拉伸、冲击、电化学充氢等性能检测和OM、SEM微观组织表征分析手段,研究了轧后控冷工艺对X65管线钢组织性能的影响,尤其是低温冲击韧性和氢脆敏感性。结果表明,X65管线钢随轧后冷却速率的提高,微观组织由多边形铁素体向准多边形铁素体和针状铁素体转变,同时细晶强化效果明显,但塑性有所降低。冲击韧性受控冷工艺的影响明显,采用中等冷速(约20 ℃/s层流冷却)的管线钢具有最好的冲击韧性;而当冷速相对较高(约50 ℃/s层流冷却)时,管线钢冲击功明显下降。3种冷却工艺的管线钢均在-55 ℃至-80 ℃的温度区间发生韧脆转变。在充氢72 h后,管线钢冲击功均有不同程度下降,但断口整体仍表现为韧性断裂。采用约50 ℃/s层流冷却工艺的管线钢充氢后韧性损失率最低,这主要是因为其针状铁素体组织具有更低的氢致裂纹敏感性。

为了研究500 MPa级高强度海工装备用钢的组织及其低温韧性,采用低碳低合金体系化学成分设计,使用控轧控冷工艺(TMCP)制备了厚度为38 mm的高强度海洋装备用钢板,分析了钢板的组织形貌、强度以及低温冲击韧性,测试了钢板在-20 ℃低温环境下的裂纹尖端张开位移(CTOD)的特征值。结果表明,试验钢板的组织主要为多边形铁素体(PF)与粒状贝氏体(GB),钢板的屈服强度大于520 MPa,强度均一性优异,在-20 ℃低温环境下CTOD最大特征值δ_m约为2.0 mm,-40 ℃时的冲击功在250 J以上,但在-40 ℃以下时,冲击功随着温度降低而降低,-60 ℃的冲击功约为150 J,-80 ℃时的冲击功下降至80 J以下。电子背散射衍射(EBSD)分析表明,钢板组织中的大角度晶界(大于15°)占比约为43.2%。示波冲击试验结果表明,随着温度的下降,钢板裂纹形成功变化较小,而裂纹扩展功下降明显,-60 ℃时,仅为-40 ℃的50%,-80 ℃时不足-40 ℃的5%。低温下裂纹尖端应力场强度高于晶粒间的解理断裂强度,使得钢板组织失去抵抗裂纹扩展能力,这是钢板低温韧性下降的主要原因之一。

热轧双相钢凭借其优良性能,高度契合汽车产业轻量化、安全性等方面的迫切需求。卷取后冷却作为热轧双相钢的关键生产工序,决定了最终产品的组织形态与占比,对双相钢最终性能控制至关重要。目前,卷取后钢卷冷却方式常为空冷,但存在冷却速率难以调控、相比例调配精度低、性能不稳定等缺点而难以适配热轧双相钢的工业化生产要求。因此,本文针对590DP典型钢种,提出了缓冷工艺并研究了其冷却过程中钢卷温度和相变演变规律。首先,采用Abaqus的UMAT子程序建立了钢卷冷却过程中温度-相变耦合模型,研究了钢卷冷却过程中温度与相变的耦合机制。其次,通过热成像仪采集的生产现场温度数据验证模型准确性。最后,对比分析了空冷与缓冷两种冷却模式对钢卷温度及组织转变的影响。结果表明,钢卷冷却过程中由于相变所释放的潜热对温度变化影响显著,若不考虑冷却过程的相变潜热,最大计算误差可达144.32 ℃。此外,缓冷方式可显著提高冷却过程中钢卷温度和相分布的均匀性,相比于常规的空冷方式,缓冷过程中带钢芯表最大温差可减少56.72%,冷却结束时铁素体和马氏体芯表体积分数最大偏差可降低37.50%。

为了实现高性能电磁纯铁的生产,需合理匹配冷轧压下率与中间退火温度,实现工艺参数协同优化。本文采用二次冷轧工艺制备了厚度为0.3 mm的电磁纯铁薄板,通过OM、XRD和方圈磁性能测试,研究了不同中间退火温度(850、900、950、1 000、1 050 ℃)下中间退火板、二次冷轧板、成品退火板组织、织构的演变规律。结果表明,中间退火温度对成品退火板的组织均匀性和晶粒尺寸有显著的影响,随着中间退火温度的升高,平均晶粒尺寸先增大后趋于稳定,900 ℃中间退火对应的成品板平均晶粒尺寸达到峰值,为 93.2 μm;中间退火温度显著影响成品退火板的织构演变规律,随着中间退火温度的升高,成品退火板中Goss织构先增强后消失,而γ纤维织构的强度则呈现先增强后下降的趋势,950 ℃中间退火对应的成品板材 Goss 织构强度最高;二次冷轧后形成剪切带数量最多,为成品板退火过程中α织构和高斯织构的形成提供了大量的形核位置,从而有利于优化成品板的织构演变。

本文采用一种新颖的往复奥氏体化工艺,成功制备了具有高铁素体含量的Nb-Ti微合金钢。系统研究了实验钢的微观组织演变、准静态拉伸性能、动态夏比冲击韧性和断裂行为,并将其与传统热机械控制工艺制备的钢板进行了对比。结果表明,新工艺有效调节了奥氏体晶粒尺寸,优化了相变驱动力的分布,促进了S2钢中铁素体组织的发展。新开发的S2钢的强度等级与传统热机械控制工艺制备的钢板持平,但总伸长率显著提升,室温屈服强度为490 MPa,伸长率为21.6%。更为关键的是,该钢具备优异的低温韧性,-60 ℃时的冲击功为134.3 J,是相同条件下传统热机械控制工艺制备钢板的6.5倍。高含量的软多边形铁素体相、晶粒细化、低位错密度与高占比大角度晶界(HAGBs)协同提升了钢材力学性能。

为了建立低碳含Al钢奥氏体+铁素体两相区变形条件下的流变应力模型,本文设计了系列实验,分析了实验钢两相区变形流变应力的影响因素,并建立了两相区变形条件下实验钢的流变应力模型。结果表明,实验钢铁素体相变温度为680~810 ℃,变形工艺相同时,随着变形前铁素体相变体积分数的增加,两相区变形条件下的流变应力逐渐降低;采用周纪华-管克智模型对实验钢奥氏体区变形的流变应力进行了高精度的预测,但该流变应力模型并不适用于奥氏体+铁素体两相区变形;考虑了变形参数、变形前铁素体体积分数及奥氏体流变应力,基于SVM机器学习算法对实验钢奥氏体+铁素体两相区变形流变应力进行了高精度预测,模型相关系数R²高达0.974 39,均方根误差(RMSE)为3.993 12 MPa。研究结果对于低碳含Al钢两相区变形条件下轧制力的精准预测和设定具有重要意义。

为了实现Q345R(R-HIC)抗氢钢中带状组织的有效消除,本文采用Gleeble3800热模拟实验机、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)以及电子探针(EPMA)等方法研究了Q345R(R-HIC)钢热轧过程中的元素偏析情况,对轧制空冷后带钢的带状组织形成过程进行了显微组织特征分析;并在此基础上探索了终轧温度和轧后冷速对带状组织的影响规律。结果表明,Q345R(R-HIC)钢轧制过程中始终存在Mn元素和Si元素偏析,但主要以Mn元素偏析为主,元素偏析带间距随热轧过程逐渐减小;轧后空冷过程中,贫Mn区优先发生铁素体相变,且铁素体快速长大并连接成带状,富Mn区进一步冷却后才转变为铁素体,但铁素体含量较少,更易生成连续的珠光体带;随着精轧温度的增加,铁素体尺寸逐渐增加,带状组织程度有所减弱;轧后冷速小于5 ℃/s时,Q345R(R-HIC)钢组织以铁素体和珠光体为主,冷速5 ℃/s及以上时,Q345R(R-HIC)钢组织以贝氏体和马氏体为主,随轧后冷速的增加,带状组织程度明显减小,最优轧后冷速为2~5 ℃/s。

金属复合板轧后层间厚度配比是影响其质量性能的重要参数,因此通过分析轧制工艺参数实现对轧后层间厚度配比的预测,及调整轧制工艺参数实现理想层厚控制是提升复合板产品质量的核心技术手段。基于上界法理论对三层金属板材同径异速异步轧制复合过程进行数学解析,打破传统变形区刚塑性入口横断面假设,建立了更贴合实际轧制工况的入口形状函数。通过椭圆函数拟合变形区速度场,结合二次函数描述接触边界条件,通过开发轧制复合变形区的应变速率场模型与功率计算模型,结合MATLAB优化工具箱中的遗传算法对总功率泛函进行全局寻优,建立了异种金属复合板轧制后层厚预测数学模型。基于ANSYS建立了NM400/Q345/NM400(耐磨钢/碳钢/耐磨钢)复合板轧制有限元模型,并在实验室条件下开展了5052/AZ31B /5052(铝/镁/铝)复合板轧制实验。结果表明,模型计算结果与有限元模拟及实验结果的最大相对误差分别为13.6%和10%,验证了模型的可靠性。模型不仅能预测复合板的层厚,也可得到不同轧制参数对复合板层厚的作用规律,从而可实现正向调控和优化轧制工艺参数。

新能源汽车较传统燃油车自重增加20%以上,其减震系统中悬架弹簧的设计应力从1 200 MPa提升至1 300 MPa,各类高强度汽车悬架弹簧钢的开发与应用已成为热点。本文采用Gleeble热模拟实验研究了55SiCrV钢的过冷奥氏体连续冷却相变和等温相变过程,系统分析了冷却速率及等温温度对组织的影响,并借助SEM、EBSD等对比研究了55SiCrV、55SiCr热轧盘条及热处理钢丝的组织性能。结果表明,55SiCrV盘条索氏体组织较55SiCr显著细化,强度、塑性更佳;钢丝组织以回火屈氏体为主,抗拉强度R_m＞2 110 MPa,断面收缩率Z＞43%;V元素的添加使钢丝获得更高比例的大角度晶界和残余奥氏体,协同提升了钢丝强塑性,满足2 100 MPa级悬架弹簧钢性能要求。研究结果为2 100 MPa级悬架弹簧钢55SiCrV盘条工业生产提供了理论支撑。

随着近终形短流程热轧带钢工艺技术的发展,以及用户对先进高强钢、无取向硅钢等高附加值钢种的不断追求,以热代冷产品的钢种和规格越来越呈现多样化和极限化,传统的精整处理线已不能胜任高质和高产的需求。本文介绍了高附加值热轧薄宽带钢精整处理的几种核心工艺及配套薄带铸轧产线、薄板坯连铸连轧产线以及常规无取向硅钢热轧产线后的平整矫平机组、平整切边机组、切边拉矫机组、切边平整拉矫机组的工艺布置;提出了针对先进高强钢、热轧硅钢等高附加值带钢产品的精整处理工艺方案和机组配置建议,为钢企用户和工艺设计人员提供了相关机组选型设计参考。

45钢钢板常规采用控轧工艺生产,为降低生产成本,本文采用多道次连续热轧工艺,生产了12、25、30、45 mm厚度规格45钢钢板,并对其组织及力学性能进行了检测与分析。结果表明,采用多道次连续热轧工艺轧制的45钢钢板,组织为块状珠光体+网状铁素体;厚度12~30 mm钢板的晶粒度平均达到8~8.5级,厚度45 mm钢板的晶粒度平均达到7~7.5级,并且沿钢板厚度方向1/4及1/2处其晶粒尺寸相差较小,组织整体分布均匀,未见明显混晶现象。按照GB/T 10561—2023标准中的A法进行非金属夹杂物检测,有A类(细系)、C类(粗系)及D类(粗系)夹杂,评级为0.5~1.0级。45钢钢板的抗拉强度最小值为639 MPa,超出标准6.5%;厚度12~30 mm钢板的伸长率裕量充足,最小值超出标准30.0%,45 mm钢板的伸长率略低,但超出标准17.9%。45 mm及以下规格钢板采用多道次连续热轧工艺可相对提升轧机机时产量(多道次连续热轧工艺每小时轧制11~12块;控轧工艺每小时轧制9~10块),并且对于碳含量较高的45钢,采用控轧低温大压下工艺将增加因变形不均匀而导致钢板表面局部开裂的风险,降低成材率,同时能耗也上升;而多道次连续热轧工艺因单道次压下量减小,可促进塑性变形均匀化,在保证钢板板形的同时细化组织晶粒,改善钢板性能。

针对承压设备用13MnNiMoR特厚钢板在强度、低温韧性及高温性能方面的技术需求,本文探究了正火轧制+加速冷却控制+回火(工艺A)与离线正火+加速冷却控制+回火(工艺B)两种工艺路线对钢板组织性能的影响。通过化学成分设计,优化了C、Mn、Ni、Mo、Nb和V等关键合金元素的协同配比,综合运用动态轻压下连铸、差温轧制、在线淬火和离线正火等先进技术,成功制备出厚度规格为80~140 mm的13MnNiMoR特厚钢板。研究结果表明,两种生产工艺制备的钢板均满足R_eL≥450 MPa、R_m≥610 MPa的标准要求,且厚度中心位置在-20 ℃低温条件下KV₂≥80 J;经620 ℃、12 h模拟焊后热处理后,钢板屈服强度衰减率控制在6%以内,Z向断面收缩率保持在45%以上;高温拉伸测试表明,400 ℃工况下钢板的屈服强度达到390~450 MPa,显著大于相关标准技术指标。两种生产工艺各有优势,可根据服役条件进行选择。工艺A成本低、周期短、交货快,批量生产优于工艺B;采用工艺B,钢板性能更加稳定、晶粒细、强度略高、冲击韧性好,但生产周期略长。本研究构建的四维调控体系,为承压设备用特厚钢板的高效低成本工业化生产提供了可靠的理论支撑。

为减轻河钢唐钢2 050 mm产线精轧机支撑辊磨损,提升其轧制公里数及轧制吨位数,本文对F₁~F₄机架支撑辊倒角及半径进行了优化。基于有限元软件3D建模后计算了宽度规格为1 400 mm的带钢在不同窜辊和弯辊力10种工况下支撑辊与工作辊辊间压力、带钢所受应力、带钢表面凸度以及辊缝形状。结果表明,在相同工况下,支撑辊辊形优化后辊间压力和带钢所受应力均减小,带钢凸度控制域和辊缝形状几乎没有发生改变。在保证凸度控制范围和辊缝形状不变的情况下,支撑辊辊形优化后辊间压力和带钢边部应力得到有效缓解;支撑辊在相同工作负荷下服役期间内边部磨损量由0.15 mm减小至0.07 mm,边部磨损改善明显;F₂~F₄机架支撑辊轧制公里数在服役期间内分别由1 286、1 328、1 707 km增加至1 994、2 263、3 018 km。

为了得到综合性能优异的热成形重载汽车大梁钢,本文以中试试验的方式,按照设定的化学成分和轧制工艺进行生产,对热轧大梁钢板制成的横纵梁采用不同热处理工艺,探究了不同热处理工艺对热成形大梁钢组织和性能的影响。结果表明,重载汽车大梁钢热轧态组织为带状铁素体＋珠光体组织,采用不同热处理工艺、折弯试验、不同焊接方式进行了对比试验研究,但存在成品浅表腐蚀、焊缝成形开裂、冲击值低等问题,为此对热成形重载汽车大梁钢化学成分及生产工艺进行了优化。在试验化学成分基础上,Si质量分数由0.60%调整为0.20%,Nb质量分数由0.025%调整为0.040%,其他元素含量不变;铸坯加热炉温度目标值由1 250 ℃调整为1 220 ℃,加热时间由170 min调整为150 min,以减轻铸坯在加热炉内的过氧化现象,改善钢板表面的浅腐蚀问题;采用900 ℃、保温30 min奥氏体化、水雾冷却至250~350 ℃保温30 min的热处理工艺以及激光焊接工艺,成功开发出新一代热成形重载汽车大梁钢,大梁钢减重效果较普通高强大梁钢可再减重12%,为同类型产品的开发提供了参考。

针对铝硅镀层热成形钢生产中光整机意外停机后重启所导致的带钢表面明显分界线及两侧显著色差问题,本研究系统探究了光整工序对镀层表面形貌及元素扩散行为的影响机制。采用扫描电镜、能谱分析、粗糙度测试、显微硬度分析及中性盐雾实验开展试样表征。结果表明,光整处理(轧制力4 kN/mm)可消除冷态带钢表面的铝花缺陷,使其粗糙度R_a从1.337 μm增至2.47 μm(增幅84.7%),峰值数R_Pc提高48.8%。热成形(930 ℃)后,高粗糙度表面氧化程度加剧,氧化膜增厚,并引发蓝光干涉效应;同时,光整有效破坏了原始高密度枝晶组织导致的非均匀熔融,使镀层表面网状结构密度显著降低。表面微观形貌差异与氧化膜厚度不同,二者的协同作用是冷态及热成形后光整与未光整带钢产生色差的根本原因。此外,光整诱导的镀层致密化与界面冶金结合强化,加速了Fe-Al-Si元素互扩散,扩散层厚度增加14.3%,并促使光整带钢形成梯度双层金属间化合物(Fe_xAl_ySi_z)结构,而未光整带钢仅为单层。光整还使基体显微硬度提升5.5%,但热成形后马氏体硬度趋于一致。盐雾实验显示,光整带钢因表面氧化膜更厚、保护性更强,耐蚀性略有提高。本研究结果可为优化铝硅镀层热成形钢生产工艺、消除色差缺陷及提升服役性能提供理论依据。