不锈钢/碳钢复合板因具有优异的强塑性和耐蚀性,被广泛应用于石油化工、水利水电、海洋工程等工业领域,是一种非常重要的结构材料。但该材料在工程应用中面临焊接工艺复杂、焊接质量难以保证的难题。本文以提高不锈钢/碳钢复合板焊接应用性为研究目的,开发了2 mm +6 mm厚不锈钢/碳钢单面复合板双面激光拼焊工艺,利用激光能量密度高,焊接深度控制精确的特点,分别从复合板的不锈钢侧和碳钢侧进行自熔焊,获得了性能优异的焊接接头。所设计的焊接工艺具有良好的焊接工艺性,获得的焊接接头熔池小、热影响区小、焊缝均匀、板件变形小。此外,本文还对不锈钢侧焊缝的耐腐蚀性能进行了检测和分析,结果表明,新工艺下不锈钢侧焊缝化学成分均匀,耐腐蚀性能良好。

本文分析了钢铁行业数字化发展趋势,系统梳理了数字钢铁全国重点实验室(DSL)在轧钢领域的工作。针对热轧、冷轧与热处理等工艺过程,构建了数据、机理与经验知识融合的系列高精度数字孪生模型,设计了适用于生产现场的智能优化方法并应用于国内外大型钢铁企业,显著提升了钢铁材料三维尺寸精度、组织和力学性能等质量指标。最后,展望了“AI+钢铁”的研究与应用前景。

近年来,我国轧制技术正处于从跟跑、并跑到领跑的快速发展阶段。在工艺与装备方面,我国在多模式无头铸轧制技术、宽厚板5 600 mm轧机技术、2 680 mm宽幅不锈钢热连轧技术、六机架六辊连轧机组生产高牌号硅钢技术、板带钢高精热处理工艺与装备技术、宽幅不锈钢超薄料关键生产工艺技术、热轧无缝钢管在线组织性能调控技术等一批工艺与装备技术创新与应用实践跨入国际领先水平。在钢铁产品方面,我国先进钢铁企业在汽车用钢、能源用钢、工程机械用钢、船舶及海洋工程用钢、低成本2 000 MPa级超高强塑性钢和部分特殊钢的实物质量基本跨入国际领先行列。在超高强钢“强度-塑性-韧性”调控机理方面创新性提出了“位错工程+TRIP效应”协同机制、“马氏体拓扑学结构设计+亚稳相调控”协同增塑新机制。同时,在轧制过程数字化、智能化赋能轧钢工艺高质稳定化生产方面也达到国际先进水平。综合来看,我国在轧制工艺、装备、产品以及数字化、智能化赋能等方面进展巨大,成效显著,但与国际先进水平相比,在轧制核心工艺与装备核心、大型轧机控制系统以及高端高质化产品技术创新等方面仍存在一定差距,部分核心设备、控制系统仍需进口。结合我国钢铁行业发展趋势,提出在轧制核心工艺及装备成套技术,高端高质化产品技术创新,与前/后工序、产业链结合的连续化高效化关键技术,数字化智能化赋能等需要关注的技术创新与发展方向。

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。

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。

在热轧带钢生产过程中,终轧温度的控制精度直接影响带钢的组织性能,是保证带钢尺寸精度和板形良好的关键因素。由于轧制过程具有复杂性、多变量、强耦合特性,传统的机理模型在预测精度上存在明显不足,难以满足高精度、高性能产品控制精度的要求。本文结合国内某2 250 mm热连轧精轧机组,利用梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)算法,结合机理模型,开发了融合机理和数据的热轧带钢终轧温度预测模型。该模型既具有机理模型的物理可解释性,又能够充分发挥GBDT算法在数据挖掘的优势,实现历史数据和实时反馈的不断学习和调整,从而保持模型预测性能的稳定性和可靠性;同时,该模型具有自训练与闭环控制功能,可实现自动闭环控制。将该模型在线应用后,带钢头部终轧温度长遗传预报偏差由14.55 ℃降至9.85 ℃,表明该模型计算精度高,能够满足换钢种规格、换工况下的终轧温度精度控制要求,从而能够提高带钢轧制稳定性和头部终轧温度控制精度,提升产品竞争力。

碳捕获、利用与封存技术(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)作为当前实现化石能源近零排放的唯一途径,对大幅减少CO₂排放、助力实现我国“双碳”战略目标至关重要。其中,作为连接CO₂捕获地和储存地的大规模、长距离CO₂输送管线对确保CCUS项目的高效运营具有决定性作用。本文以CO₂的相态特征及输送状态为切入点,梳理了国内外重要CO₂输送管线工程建设情况,总结了含水量、杂质气体及输送工艺等因素对CO₂输送管线内腐蚀行为的影响机理和耐蚀管材、涂层及缓蚀剂等防腐蚀方法的研究进展,并对未来CO₂输送管线的发展方向进行了展望。与CCUS项目需求和国际上成熟的CO₂输送管线技术相比,我国在长距离、大规模的CO₂输送管线建设和经验等方面仍存在一定差距,亟须深化超临界CO₂输送管线技术的工程实践研究。当前,CO₂输送管线的研究多集中在实验室环境中,且部分研究结果存在差异,无法有效指导我国的CO₂输送管线建设及实际工程应用,亟须建立中试实验平台并开展大量实验研究,揭示实际复杂工况环境下多因素的交互作用机制;此外,建议采用高性价比的双金属复合管,并研发配套新型高效耐蚀涂层和缓蚀剂,以形成CO₂输送管线成套防护新技术。

钢板凸度是厚板产品重要的质量指标之一,其控制水平代表着企业生产能力及市场竞争力。随着人工智能技术的蓬勃发展,智能控制成为目前钢铁行业发展的核心思路。但目前如何将大数据等人工智能技术应用在提升产品质量,尤其是针对厚板轧制过程的板凸度控制水平提升,尚且缺乏相关研究。本文聚焦于厚板轧机钢板凸度控制技术,将机理模型与数据模型结合,构建了厚板凸度智能预测模型,板凸度±80 μm内命中率达到83.04%;同时,基于该模型理论框架和大数据分析技术,优化了精轧机工作辊的辊形曲线,提高了厚板轧机产品凸度控制能力,延长了厚板轧机工作辊轧制周期,提升了轧机产能和成材率。

本文介绍了用轧制方法生产手撕钢和吹飘膜的最新进展,给出了各种薄带、极薄带、超薄带的厚度范围;探讨了在接近理论最小可轧厚度条件下,轧制手撕钢与吹飘膜的工艺特点;梳理并对比了Stone公式、考虑异速比的LTAR公式、基于 Fleck极薄带轧制理论建立的肖宏公式等最小可轧厚度计算公式;给出了同步和异步轧制条件下,工作辊径与最小可轧厚度近似估算公式,以及辊径、厚度、异速比对应关系曲线图。同时,分析了板带材适轧厚度、负辊缝轧制力学模型等相关理论问题,列举了手撕钢、吹飘膜在铜箔、铝箔、不锈钢箔以及在电子与半导体产业、新能源产业和精密结构件微制造等领域的典型应用案例,并对轧制吹飘膜和极薄带的发展方向进行了展望。

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%。

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。

针对HRB400E钢筋Mn元素含量较高及采用传统高温精轧+轧后穿水冷却工艺,成品表面易出现红锈的问题,本文对轧制工艺温度制度进行了优化,即开轧温度控制在960~1 000 ℃,进精轧机组温度控制在830~850 ℃,进减径机温度控制在830~850 ℃,上冷床前不穿水冷却,并进行了生产实验。结果表明,所生产的14 mm HRB400E钢筋晶粒度为11级,屈服强度为452 MPa,抗拉强度为655 MPa,最大力总伸长率为14.5%,钢筋表面氧化铁皮致密完整且未出现红锈,同时可将钢筋Mn的质量分数降低0.1%,为HRB400E钢筋绿色低碳生产及力学性能、表面质量的提升提供了依据。

钢材伸长率作为表征材料塑性的核心指标,直接影响钢材的成形加工性能与服役安全性。针对现有伸长率预测模型存在的跨钢种泛化性不足、缺乏机理支撑、依赖破坏性实验等问题,本文提出了一种机理与数据融合的贝叶斯优化-LightGBM预测模型。基于工业生产数据,构建了“常规工艺/成分特征+机理特征”的多维输入体系,其中机理特征包括碳当量(C_eq)、焊接裂纹敏感性系数(P_cm)及下游道次压下率;采用贝叶斯优化算法,对LightGBM的关键超参数进行高效搜索;最后通过消融实验、多模型对比实验验证模型性能。实验结果表明,本文模型的决定系数(R²)达0.898 4,误差在±3%以内的命中率达96.6%,能够为钢材生产质量控制提供可靠的技术支撑。

针对新能源汽车驱动电机用无取向硅钢的制备要求,本文通过调整常化工艺获得了组织相近的不同厚度常化板,再通过冷轧和退火,获得了厚度0.25 mm的无取向硅钢钢板,研究了冷轧压下率以及退火温度对无取向硅钢钢板组织、织构以及磁性能和力学性能的影响。结果表明,随着无取向硅钢热轧板厚度的减薄(即冷轧压下率减小),冷轧板中不利织构{223}<110>和{111}<110>的强度逐渐降低,最终退火板的织构得到改善,织构因子提高了约0.14~0.63。铁损P_10/400降低了0.2~1.3 W/kg,磁感应强度B₅₀提高了0.01~0.02 T,屈服强度仅下降了2~11 MPa。随着退火温度的提高,3种不同初始厚度热轧板对应退火板P_10/400降低了0.3~0.8 W/kg,B₅₀先升高后降低(当退火温度为940 ℃时取得最大值),屈服强度下降了3~13 MPa。因此,通过减薄初始热轧板,能够减小冷轧压下率,同时配合退火工艺的优化,可以改善成品板织构,提高无取向硅钢钢板的磁性能。

极薄硅钢是高效电机、变压器的核心软磁材料,亦是衡量国家钢铁工业水平的重要标志。本文介绍了国内外极薄硅钢产业现状,以及首钢智新自粘结涂层产线,探讨了极薄硅钢涂层产品的特点、关键工艺及设备、稳定生产和产品质量控制措施。作为全球最大的硅钢生产与消费国,我国高端产品仍依赖进口,精密轧制、表面涂层等核心制造技术面临 “卡脖子” 困境。本文聚焦极薄硅钢产业现状,剖析其技术瓶颈与市场挑战,探讨技术突破路径、产业升级方向,以期为极薄硅钢自主化与高端化发展提供参考。

新能源汽车用高性能电工钢属于薄规格、高牌号无取向硅钢,其硅、铝含量高,脆性大,冷轧生产难度大,断带率高,成材率低。本文通过观察常化板剪切断面形貌和金相组织,明确了常化、剪边工序产生边部缺陷的原因,经过力学性能测试以及不同温度和压下率的轧制试验,得到冷轧第1道次带钢入口温度、道次压下率和出口温度与断带的关系。据此,对生产工艺进行了改进:将剪切带控制为不小于1/2带钢厚度且不大于3/4带钢厚度,对带钢边部进行加热(或保温)至60 ℃及以上,采用硬质合金刀片,圆盘剪剪刃间隙为板带钢厚的10%,搭接量为1.5～2.0 mm;优化常化炉炉内温度和出炉后带钢的冷却模式,提高炉内温度的温差精度和冷却的均匀性;冷轧开轧时带钢的温度应设定在60~150 ℃之间,如采用二十辊轧机生产,因其工作辊辊径小,散热快,应将开轧温度设定在75~125 ℃之间,第1道次压下率不小于35%。采用以上措施,使新能源汽车电机用硅钢冷轧断带率从原来的38.6%降低到0.56%,成材率提高了约3%。

硅钢冷轧时使用乳化液作为润滑剂,但经常会在带钢表面形成乳化液斑,影响表面质量。本文使用SEM、EDS、XPS、XRD和AFM多种微观表征测试方法研究了硅钢带钢表面乳化液斑的形成机理。结果表明,带钢表面发生氧化形成线条状的Fe₃O₄产物,覆盖在带钢表面,使表面变得粗糙而导致乳化液的残留,乳化液中的水会挥发,而乳化液中的油则保留在该区域,形成黑色乳化液斑。硅钢带钢表面乳化液斑的组成即为Fe₃O₄产物和油污。根据乳化液斑形成机理,精准控制带钢板形和加强乳化液管理可以有效减少乳化液斑的形成。

齿轮箱传动系统通常处于高速运行状态,其关键部件会受到严重磨损和冲击损坏,由于齿轮箱系统的复杂性,仿真模型难以准确识别齿轮箱故障。本文提出一种基于物理模型和数据驱动的数字孪生齿轮箱故障诊断方法。通过构造2个玻尔兹曼机,从传感器数据与刚柔耦合动力学模型的仿真数据中提取特征,将这2种模态的信息映射到高维空间组成联合表示,再与多层前馈神经网络相结合,形成用于实时故障检测的多模态信息融合模型。在数字孪生驱动的故障诊断方法实际应用过程中,虚拟空间和物理空间之间存在信息差距。因此,本文还构建了多目标蝗虫优化算法的自适应校正模型,提高了虚拟空间的高保真精度。本文所提出的数字孪生方法降低了物理和虚拟之间的信息误差,提高了齿轮箱故障诊断的准确性。

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。

冷轧带钢板形控制技术是钢铁工业领域的核心控制技术之一,其控制效果直接决定了带钢轧后板形质量并影响下游工艺进程。板形执行机构是实现板形控制的关键工艺手段,较低的机构模型精度会影响板形偏差的在线修正能力并易于产生板形缺陷。本文综合考虑轧制力、带钢几何尺寸等关键轧制参数对板形的影响规律,以及不同板形执行机构间的耦合作用机制,建立了包含二次影响系数的弯辊-轧辊倾斜协同设定模型;引入“过喷系数”概念,构建了考虑相邻乳化液喷嘴间部分流量重叠特性的分段冷却流量控制模型;为提升设定模型的精度和计算效率,基于启发式搜索理论制定了设定模型中各系数的寻优设置策略。以某厂1 450 mm UCM 五机架六辊冷连轧机组为应用平台开展工业试验,结果表明,本文开发的板形执行机构设定模型及设定策略可高效、准确地修正在线板形偏差,降低了设定模型的设置难度,并使板形均方根误差命中率提升了约8%。

本文以二十辊森吉米尔轧机为研究对象,构建了辊系-轧件一体化有限元模型,通过多变量仿真研究了支撑辊辊形径向调整(As-U-Roll),一中间辊锥度、窜辊等平直度调整机构及轧制工艺参数对取向硅钢平直度的影响。结果表明,两端背衬轴承As-U-Roll调整对边降具有较好的抑制作用,其余背衬轴承调整可显著改善中部平直度,且越靠近支撑辊中心区域,As-U-Roll调整影响越大。一中间辊通过锥度、窜辊量协同调整,可有效解决带钢边部减薄问题。此外,轧件宽度、厚度,张力及轧制速度等工艺参数对带钢平直度影响呈非线性变化;对于取向硅钢,应综合考虑冷轧平直度控制和轧件材质,抑制边部裂纹萌生与扩展,实现稳定轧制。

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。

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%。

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。

连续热镀锌带钢生产过程中,镀层表面亮点缺陷严重影响产品耐腐蚀性能。本文通过多尺度表征技术(SEM-EDS、AFM)分析了亮点缺陷的形貌及成分,揭示其成因主要为锌渣夹杂、气孔聚集及局部合金化异常。提出基于机器视觉的亮点缺陷在线检测方法,采用改进U-Net网络实现亮点缺陷的实时分类,最终实现98.2%及以上的分类准确率,满足连续热镀锌带钢高速生产线对亮点缺陷检测的实时性与高精度要求。研究了镀层厚度控制精度与抑制亮点缺陷的关联性,设计了融合动态权重调整的模糊PID控制器,集成激光测厚仪反馈数据,实现了镀层厚度自适应控制(控制误差不大于±1.5 μm)。实验结果表明,该方案使缺陷发生率降低63%,镀层厚度合格率提升至99.1%。

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。

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。

轧制工序具有强非线性、多变量耦合及工况多变等特征,传统机理模型难以精确表征轧制的真实状态,单纯的数据方法则泛化能力不足且决策过程难以追溯。在制造业从“智能制造”迈向“人工智能+”的技术跃迁背景下,如何将工业机理系统地嵌入AI模型,成为亟待突破的核心课题。本文从方法论层面系统梳理了工业机理与AI深度融合的3种主要模式,即机理与数据混合建模、机理引导数据建模以及语义融合数据建模。在此基础上,结合性能预测、精准控制、质量追溯、设备运维、物流与调度等典型场景,给出了相关的应用方案,为智能化轧制技术的发展提供了参考。

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%。

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。

针对60R2槽型轨“头重、脚轻、腰薄”(轨头金属量是轨底的1.8倍)极不对称的断面特征造成的冷却后弯曲度大、轨腰矫偏等问题,本文分析了其技术要求和生产控制难点,并对平直度控制技术,包括轧件倒置方式、预弯工艺、矫直辊设计、矫直压下量设计,进行了研究及生产试验。结果表明,通过采用大变形分段非均匀预弯、短力臂上水平矫直辊辊型设计等技术方案,随机测量的134支钢轨端部水平方向平直度均值为0.11 mm,标准差为0.08 mm,最大值为0.36 mm;垂直方向平直度均值为0.16 mm,标准差为0.09 mm,最大值0.45 mm,均满足相关标准中不大于0.8 mm的规定

针对加热炉存在均热段铸坯头尾温差大、燃烧质量差、吨钢能耗高等问题,采用钢铁全流程工艺过程数字化仿真平台和黑匣子炉温跟踪试验,对铸坯司炉工艺和加热温度均匀性进行了研究,并提出炉况优化措施。结果表明,铸坯司炉工艺参数合理,均热段临近出炉时铸坯尾部温度1 190 ℃,高于工艺温度1 160 ℃的要求,且较铸坯头部温度高50 ℃,主要原因是加热炉北侧烧嘴堵塞;为保障北侧加热能力,增大了煤气供应量,南侧加热能力随之增大,导致南侧即铸坯尾部的温度偏高。优化北侧烧嘴后,铸坯头尾温差缩小至5 ℃以内,吨钢煤气消耗量下降30 m³,碳排放减少8 254 t/a。

针对车厢用高强钢冷轧过程中产生边裂,造成设备损耗严重以及成材率降低,影响轧制稳定性的问题,本文利用扫描电镜、显微硬度仪、热膨胀相变仪等,分析了冷轧边裂的原因。结果表明,冷轧带钢边部组织为过冷组织M-A岛+铁素体, 由于M-A岛与其周围铁素体基体的冷变形能力不匹配,在变形过程中其界面处易产生相间开裂,在大张力轧制下发展成边裂缺陷。为此,提出了将终轧温度控制在900 ℃以上;层冷过程开启边部遮蔽功能;卷取温度提升至750 ℃,并采用U形卷取工艺,带钢头尾不投入层冷以最大限度提高带钢头尾的卷取温度;热卷下线后规定入缓冷坑温度不低于600 ℃的措施,使带钢边部组织形成铁素体+珠光体;同时,将冷轧总压下率优化控制在45%~50%,并对张力及弯辊力设定进行优化,将边裂缺陷发生降低至1%以下。

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。

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。

针对冷轧硅钢生产过程中普遍存在的板形不良、横向厚差较大、同板偏差超标及由此引发的断带问题,本文以河南钢铁集团某森吉米尔二十辊轧机为研究对象,系统分析了原料、工艺、设备及控制等因素对板形控制的影响。通过建立原料检查与预热机制、优化轧制工艺参数(道次压下率、张力、速度)、提升轧辊管理与磨削精度、强化中间辊窜辊与背衬辊凸度的协同控制策略,显著改善了带钢板形质量,有效降低了断带风险。工业实践表明,优化后机组成材率、一级品率和设备作业率显著提升,验证了所提出的板形控制技术的工程有效性与实用性。

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。

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。

为提高船舶和海洋工程结构的安全性,本文采用氢渗透、氢微印、热脱附和慢应变速率拉伸等实验,分析了DH36钢在不同充氢条件下的氢原子扩散、氢陷阱分布及氢脆敏感性变化规律。结果表明,在电流密度为10 mA/cm²下进行电化学充氢,DH36钢的可逆氢陷阱与不可逆氢陷阱密度分别为3.12×10¹⁸cm^-3和2.09×10¹⁸cm^-3。氢原子主要存在于晶界、夹杂物位置,在晶粒内分布较少,随着充氢时间的增加,氢原子在晶界和夹杂物处的聚集程度增加。充氢时间分别为8 min 和80 min时,在65.2 ℃与445.6 ℃、28.7 ℃与470.5 ℃均出现氢原子脱附峰,且随充氢时间的增长,氢原子的脱附量增加。充氢时间逐渐增至80 min,DH36钢屈服强度和抗拉强度先升高后略下降,伸率长不断降低,氢脆敏感性不断增大。

为研究控冷工艺对超高强预应力钢绞线用ø14 mm规格82B盘条组织性能及冬季时效期的影响,本文设计了两种控冷工艺,工艺1采用低辊速大风机功率,相变前冷速较慢,控冷曲线上并未体现出相变区域;工艺2采用高吐丝温度、高辊速及大风机功率,同时降低保温罩中的辊速。利用扫描电镜、EBSD、拉伸试验机等实验设备分析了盘条组织及力学性能。结果表明,通过调整辊速和风机功率,将盘条相变前冷速从5.2 ℃/s提升至13.8 ℃/s,可将盘条珠光体片层间距细化19.8%,珠光体球团尺寸细化21%,从而使得盘条抗拉强度从1 180 MPa提升至1 252 MPa,其中细化片层间距对提升强度贡献比例达到76%。盘条中H元素的扩散使得盘条断面收缩率随时效时间的增加而增加,而通过延长盘条在斯太尔摩风冷线上中低温段停留时间,可将盘条的断面收缩率提升50%,将冬季时效期缩短至10 d左右。研究结果为大规格82B盘条控冷工艺优化提供了新思路。