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。

汽车轻量化是实现节能降碳的重要手段,具有强度高、质量轻、抗疲劳性能好等优点的热成形钢在汽车制造领域得到广泛应用,但在轧制过程中难以稳定控制其氧化铁皮。为进一步提高热成形钢的表面质量,利用SEM、EDS、LM光谱分析及热模拟试验等方法,研究了不同卷取温度及环境气氛下1 800 MPa热成形钢的氧化行为。结果表明:实验钢外氧化层主要由Fe₃O₄、FeO及Fe-Si尖晶石层组成;当卷取温度小于550 ℃时,无论在空气或氩气环境气氛条件下,实验钢均未发现内氧化层;随着卷取温度的升高,实验钢基体界面处出现点状内氧化,当环境气氛为空气时,内氧化层厚度由2.5 μm增加到5 μm;当环境气氛为氩气时,内氧化层厚度大于相同卷取温度下空气气氛条件时内氧化层厚度;当冷却速度为1.5 ℃/min时,随着卷取温度升高,内氧化呈现加重的趋势。

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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

海洋工程装备在严苛的服役环境(高盐、高湿、冲击载荷等)下面临轻量化与高强韧协同设计的挑战,传统海洋平台用钢难以兼顾轻量化与力学性能的需求,而Fe-Mn-Al-C系轻质高强钢因其低密度(较传统钢减轻10%~20%)、高强度和良好的焊接性能,成为极具潜力的替代材料。目前在“轧制+固溶处理”工艺下,Al元素含量合理设计是Fe-Mn-Al-C系轻质高强钢性能提升的重要手段。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散衍射技术(EBSD)等表征手段,分析了阶段制备工艺轧制+固溶处理条件下Al元素含量对Fe-Mn-Al-C系轻质高强钢组织性能的影响。结果表明:Al元素质量分数分别为5%、8%、12%时,实验钢经轧制处理后,其显微组织由奥氏体和铁素体组成,随着Al元素含量的增加,奥氏体形态由等轴状向针状转变,大角度晶界比例由57%提高至89%。Al元素质量分数为8%的轧态实验钢表现出最优强度-塑性匹配,抗拉强度为747 MPa,伸长率为28.3%;经1 000 ℃固溶处理后,其综合性能进一步提升,抗拉强度为701 MPa,屈服强度为612 MPa,伸长率为38.3%,断口呈韧性断裂特征。通过Al元素含量优化与工艺调控,实现了Fe-Mn-Al-C系轻质高强钢双相组织的精准设计,为海洋工程用钢开发提供了理论依据。

目前轧态42CrMo棒材过高的硬度严重影响后序加工,可通过优化轧制与冷却工艺制度降低其硬度。通过DIL805A相变仪和S60/58507同步热分析仪绘制了42CrMo钢的动态CCT曲线,并以此为基础探究了轧制和冷却工艺对42CrMo钢组织转变和硬度的影响。研究表明:单道次控轧实验中,不同的轧制参数下,42CrMo钢中铁素体均优先在原始奥氏体晶界处发生相变,随后在原始奥氏体晶内形核生长,通过降低变形温度、增大真应变可明显增加铁素体转变量从而降低其轧后硬度;双道次变形后控冷实验中,超快冷—缓冷—空冷工艺可进一步增加42CrMo钢冷后铁素体含量,缓冷段冷速为0.1 ℃/s时,其铁素体体积分数可达41.79%,使得42CrMo钢轧态硬度远低于国标硬度要求(不大于241HV);当冷却过程中缓冷段冷速不超过0.2 ℃/s时,其轧后硬度满足行业对于冷成形用42CrMo钢的硬度要求(不大于220HV)。

针对汽车用700L大梁钢制梁成形过程中出现的开裂问题,采用宏观形貌、微观组织分析及力学性能测试等手段,对其开裂原因进行了研究,并提出了相应的改进措施。结果表明:在大梁钢弯曲位置的横、纵两个方向上存在长度约2 cm的裂纹,裂纹附近存在以Ti、N元素为主的夹杂物,平均尺寸约为13 μm,面积约为44 μm²。大梁钢的未变形区域与弯曲变形区域的抗拉强度和屈服强度差别较小,但是弯曲变形处拉伸试样的伸长率为7.8%,而未变形处拉伸试样的伸长率为16.9%,大梁钢弯曲变形位置的止裂能力降低。在大梁钢拉伸断口颈缩处发现K、Na等元素的复合化合物,是导致大梁钢中的裂纹、气孔等缺陷增加,塑、韧性降低,开裂几率增加的原因。通过优化冶炼工艺,减少K、Na等杂质元素含量,避免K、Na等复合化合物聚集;同时,选择合适的板坯加热温度、保温时间,控制TiN夹杂物的尺寸、数量及分布情况,可大幅减少700L大梁钢开裂的风险。

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。

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。

为对标欧盟的S355钢材,GB/T 1591—2018要求将原有的Q345钢提升为Q355钢,然而目前国内外对于Q355钢材在高温及冷却后的力学性能研究较少,Q355钢在电力火灾场景下可靠性具有高度不确定性。为此,采用高温共聚焦显微镜组织观察、高温拉伸试验等手段模拟分析了不同加热温度、保温时间和冷却方式条件下Q355B钢力学性能和微观组织的变化规律。研究结果表明:在电力火灾最高温度1 100 ℃时,Q355B钢组织为奥氏体,随着保温时间的增加,晶粒聚合长大并出现退火孪晶,在1 100 ℃保温 45 min后晶粒尺寸不在变化;在 200~1 100 ℃区间,随着加热温度的升高,Q355B钢的屈服强度和抗拉强度显著下降,塑性不断提高,1 100 ℃时,抗拉强度和屈服强度仅为24.9 MPa和11.4 MPa,而保温时间对其强度影响不大。当加热温度小于800 ℃时,冷却方式对其力学性能影响不大,当加热温度大于800 ℃后,水冷试样组织为铁素体、珠光体和马氏体的混合组织且随着加热温度的增加,马氏体比例逐渐增加导致其强度急剧增大。基于实验结果,建立了不同冷却方式下Q355B钢屈服强度、抗拉强度随温度变化的数学模型,为电力火灾下Q355B钢的应用评价提供了参考依据。

超级奥氏体不锈钢的热加工性能对工艺参数(变形温度、应变、应变速率)的变化较为敏感。为了研究变形温度和变形速率对S32654超级奥氏体不锈钢热加工性能的影响规律,对其进行了热拉伸试验,热拉伸试验温度为1 050~1 200 ℃,应变速率为0.01~10 s^-1,并利用XRD和EBSD分析了S32654超级奥氏体不锈钢在不同变形条件下的拉伸断口形貌及微观组织演变。研究结果表明:S32654超级奥氏体不锈钢在1 150~1 200 ℃、1~10 s^-1的变形条件下具有较好的热塑性,而在1 050~1 100 ℃,0.01~0.1 s^-1的变形条件下热塑性较差,在1 200 ℃、10 s^-1的变形条件下其峰值应力为269.5 MPa,最大真应变为0.4,断面收缩率为55.6%,具有最好的热塑性;观察试样断口形貌,发现S32654超级奥氏体不锈钢在低温低应变速率区主要呈沿晶脆性断裂,而在高温高应变速率区为韧性断裂;EBSD微观组织表明,高温高应变速率下动态再结晶的发生阻碍了裂纹的形成和扩展。此外,S32654超级奥氏体不锈钢再结晶晶粒区域存在大量的退火孪晶界,其动态再结晶机制以不连续动态再结晶为主。

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。

随着汽车行业对轻量化和安全性要求的不断提高,采用钢/铝/镁/铝/钢复合板替代纯钢板,既可以达到减重的效果,又可以利用复合板的性能优势满足汽车用钢的强度要求。利用轧制工艺成功制备了钢/铝/镁/铝/钢5层复合板,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机,研究了轧制温度(400、450、500 ℃)对复合板界面组织、界面结合强度、拉伸性能和断裂机理的影响。结果表明:在轧制压下率为45%、400~500 ℃轧制温度范围内制备的复合板均可达到良好的结合效果,其中钢/铝界面呈平直线,铝/镁界面呈波浪线且随着轧制温度的升高起伏程度增大;随着轧制温度的升高,镁层晶粒逐渐发生动态再结晶并长大,铝层硅化物析出含量增多,钢/铝界面结合强度提高,铝/镁界面结合强度、复合板的抗拉强度和断后伸长率呈现出先升高后降低的变化趋势。400、450、500 ℃轧制温度下复合板铝/镁界面结合强度、抗拉强度和断后伸长率分别为77.54、88.63、81.14 MPa,310、324、278 MPa,39.9%、40.9%、22.3%,在450 ℃轧制温度下复合板的综合力学性能最优。

基于热轧H型钢控轧控冷工艺应用现状,结合工程实例,详细介绍了控冷工艺在H型钢生产中的应用,包括控冷工艺布置、控冷模块的配置、冷却喷嘴的设置以及控冷工艺实施方案等。通过冷却曲线温度模型和现场实测数据相结合,可以有效指导H型钢的控冷工艺实施,在很大程度上减少H型钢冷却的不均匀性,保证产品在长度方向上形状和性能的均匀性,避免H型钢在冷却过程中出现腹板浪和裂纹等缺陷,提高H型钢综合力学性能,降低生产成本,可以有效指导H型钢的工业生产。

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。

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。

为制定和优化18Ni(200)马氏体时效钢的热加工工艺,利用MMS-200热模拟试验机研究了18Ni(200)马氏体时效钢的热变形行为,建立了18Ni(200)马氏体时效钢的热加工图,并对其组织演变规律进行了分析。结果表明:在变形温度T=850~1 100 ℃、应变速率=0.01~10 s^-1、最大变形量ε=0.6的条件下,18Ni(200)马氏体时效钢的流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而减小,而能量耗散率逐渐升高,动态再结晶进行得更充分;当真应变为0.2,流动失稳区面积最小,流动失稳区主要分布于高温高应变速率区域;18Ni(200)马氏体时效钢发生完全再结晶的变形条件为T=950 ℃、≤0.1 s^-1;T=1 000 ℃、≤10 s^-1;T=1 050 ℃、≤10 s^-1;T=1 100 ℃、≤10 s^-1。

为进一步优化含Ti奥氏体不锈钢加热工艺,利用Gleeble 3800热模拟试验机,研究了含Ti奥氏体不锈钢不同应变速率和变形温度下的高温热变形行为,并利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、ZWICK 600拉伸试验机、ZBC 2602冲击试验机和BRIN 400 D布氏硬度仪等设备,分析了固溶热处理工艺对钢板组织形貌和力学性能的影响。结果表明:对连铸坯在加热过程中不同位置处温度变化规律进行数值模拟研究,得出加热过程中连铸坯的上表面中心处最容易产生热裂纹;分析含Ti奥氏体不锈钢的动态再结晶行为可知,其变形抗力与变形温度呈近似直线关系;在1 080~1 150 ℃、保温15~120 min系列固溶热处理工艺下,随着固溶温度的升高和保温时间的延长,含Ti奥氏体不锈钢晶粒粗化,其平均晶粒尺寸与保温时间呈幂函数关系,与固溶温度符合指数函数关系;在1 050 ℃、保温时间1 min/mm固溶热处理工艺下,含Ti奥氏体不锈钢奥氏体晶粒度为4~6级,综合力学性能优异。

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Fe^m+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Fe^m+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。

十八辊单机架轧机在轧制高强薄规格带钢时极易出现斜纹浪缺陷,分析认为斜纹浪产生的机理为带钢存在一定的切应力和不均匀的张应力,使带钢在轧制过程中产生不均匀塑性变形而导致。为解决斜纹浪板形问题,运用有限元ABAQUS软件建立了十八辊轧机轧制过程三维弹塑性仿真模型,分析了中间辊弯辊、轴向横移等手段的板形调控能力。结果表明:随着带钢宽度的增加,十八辊轧机中间辊弯辊、轴向横移对承载辊缝二次凸度、四次凸度调控功效逐渐增大,中间辊轴向横移调控功效要优于常规冷连轧机,而中间辊弯辊调控功效较常规冷连轧机要弱,十八辊轧机对承载辊缝四次凸度的调节能力明显高于常规冷连轧机,但对二次凸度的调节能力要弱于常规冷连轧机;当带钢发生跑偏时,轧机两侧出现轧制力偏差,且带钢跑偏量对十八辊轧机两侧轧制力差值的影响大于常规冷轧机。因此,相对于常规冷连轧,十八辊单机架轧机更容易产生斜纹浪板形缺陷。针对十八辊轧机生产带钢斜纹浪问题,提出减少末道次轧制力F(F＜5 MN),提高末道次前、后张力(提高30%)的措施,实现了斜纹浪缺陷的有效控制。

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。

为揭示塑性增强型复相钢组织在退火过程中的演变规律,采用热模拟实验机和电子探针(EPMA)、电子背散射衍射(EBSD)、X 射线衍射 (XRD)等组织表征手段,开展了实验钢贝氏体相变动力学的研究,揭示了均热温度、过时效温度和过时效时间等退火工艺参数对组织演变的影响规律。结果表明:贝氏体保温相变过程中,当过时效温度为350~400 ℃时,发生贝氏体相变,相变完成时间为84~131 s;当过时效温度大于450 ℃时,基本不发生贝氏体相变,在保温结束后冷却过程中发生马氏体相变。在模拟连续退火过程中,随着均热温度的升高,实验钢贝氏体含量增加,铁素体和残余奥氏体的含量逐渐减少;随着过时效温度的提高,贝氏体含量减少,残余奥氏体的含量先增加后保持不变,晶粒尺寸在0~1.5 μm之间,主要集中在1 μm以下;随着过时效时间的增加,实验钢贝氏体含量基本没有变化,残余奥氏体含量增加。当连续退火工艺为均热温度880 ℃、过时效温度400 ℃、过时效时间600 s时,实验钢中残余奥氏体体积分数最大为10.83%。

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。

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。

随着汽车用钢向薄规格、高强度方向发展,磷元素作为强化元素被添加到钢中以提升其强度。相比于普通钢,含磷钢由于磷元素的加入使得钢的力学性能发生改变,进而使得轧制力发生改变。为了探究磷含量对含磷钢轧制力的影响,在充分考虑含磷钢性能特点的前提下,利用Zwick拉伸试验机对同一压下量不同磷含量含磷钢进行拉伸试验,并对大量实际生产数据进行回归分析,得到DN0160E4含磷钢碳当量的计算公式,建立了其变形抗力模型及其磷含量与冷连轧轧制力关系模型。最后,以某钢厂1 420 mm冷连轧机组第1机架为例,将实际轧制参数代入模型进行了计算分析。结果表明:添加磷元素,使钢的抗拉强度、屈服强度升高,伸长率下降;在相同压下量的情况下,DN0160E4含磷钢所需的轧制力要比普通钢更大,且轧制力随含磷钢磷含量的增加呈线性增加。

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。

海工钢中第二相析出物的类型、析出量、尺寸大小、形貌特征和分布对其综合性能有较大影响。基于复合析出相在奥氏体中的固溶析出计算和经典析出动力学理论,系统研究了复合析出相在E690海工钢奥氏体中的析出行为,并探讨了轧制过程中奥氏体形变储能对复合析出相在奥氏体中析出动力学的影响。结果表明:E690海工钢中MC碳化物在1 184.5 ℃开始析出,主要为(Nb,Ti,Mo,V)C;在奥氏体相区,MC碳化物最大析出质量分数为0.057 4%,最大析出体积分数为0.000 727%,主要为NbC和TiC;复合碳化物(Nb,Ti,Mo,V)C在不同形核机制下的临界形核尺寸随温度的降低而减小,发生晶界形核的临界形核功小于位错形核和均匀形核,(Nb,Ti,Mo,V)C最先在晶界形核,发生均匀形核、晶界形核和位错形核时的最快沉淀析出温度分别为820.5、908.7、818.3 ℃;随着形变储能的增加,复合碳化物(Nb,Ti,Mo,V)C相对形核率呈增加趋势,析出孕育期明显缩短,复合析出相的沉淀强化作用增强。

为提高厚规格海工钢低温冲击韧性,使其获得良好的强韧性匹配,对某钢厂生产的80 mm厚EH36钢板的轧制与水冷工艺进行研究,实现对钢板组织的调控,达到优化厚规格海工钢强韧性匹配,提升低温冲击韧性的目的。试验采用了7种不同轧制与水冷工艺,并对试制钢板进行了拉伸性能试验、冲击性能试验以及金相组织观察。结果表明:在低碳微合金化的化学成分体系下,粗轧阶段至少2道次压下率大于10%、中间坯厚度为2h以上(h为成品钢板厚度),控制精轧终轧温度小于800 ℃、终冷温度小于300 ℃,可获得细化的针状铁素体、贝氏体组织,钢板强韧性匹配良好。进一步,将钢板在冷却前进行弛豫处理,再水冷至300 ℃以下,析出一定比例的先共析铁素体,并使组织得到进一步均匀与细化,使钢板冲击韧性得到了进一步提升。

针对采用连铸坯生产Cr、Ni含量较高的304L奥氏体不锈钢中厚板时易出现表面和内部裂纹的问题,研究了304L奥氏体不锈钢中Cr、Ni含量和热轧铸坯加热工艺对热轧钢板组织和高温热塑性的影响。结果表明:Ni元素含量的增加使得304L奥氏体不锈钢中铁素体向奥氏体转变更困难,从而使热轧态钢板出现较多的与轧制方向呈一定角度、连续分布的大尺寸铁素体相,钢板热塑性变差且出现了内部裂纹。Cr元素含量的降低使钢板中铁素体含量及与轧制方向呈一定角度、连续分布的大尺寸铁素体尺寸和数量减少,进而改善了钢板的热塑性。较高的铸坯加热温度和保温时间会加快热轧过程中残余铁素体向奥氏体的转变,从而减少热轧态钢板中出现与轧制方向呈一定角度、连续分布的大尺寸铁素体,进而改善钢板的热塑性。

在传统二十辊轧机轧制硅钢过程中进行极薄规格扩展时,设备能力的评估与工艺参数的选取采用经验与现场试验摸索的方式,缺少理论支撑使得设备损坏风险大、试错成本高,同时规格扩展后产品质量无法保证。针对以上问题,充分考虑二十辊轧机的设备和工艺特征,结合现场实际轧制数据,兼顾轧制稳定性与带钢表面缺陷控制,建立了一套二十辊轧机轧薄能力评估模型与技术,并开发了相应的轧薄能力核算软件。使用该软件可以实现对二十辊轧机硅钢轧薄能力的准确核算,将其应用于某钢铁企业冷轧硅钢厂,通过对核算最小产品厚度与实际出口产品厚度的对比分析发现,在保证小时产量,考虑轧制稳定性与缺陷控制能力的前提下,核算的最小产品厚度比实际产品厚度更小,产品厚度规格具有向更薄方向的扩展空间,为后续高牌号无取向硅钢和取向硅钢向更薄规格扩展的产品质量控制和轧制工艺的开发奠定了理论基础。

对称导板广泛应用在无缝钢管斜轧穿孔变形工序中,而服役环境恶劣的导板表面经常出现结瘤、粘钢或局部熔融现象,进而引起钢管产品外表面螺旋形划伤、内表面内折等缺陷。为此,采用理论计算与有限元仿真相结合的方法,设计了一种新型的非对称导板。非对称导板总体设计思想遵循传统对称导板的设计基本原则,但非对称导板的结构除了上下结构的非对称性之外,其水平方向的几何曲线也在对称导板的基础上作了调整。改进后的非对称导板有效地增大了导板与轧件的接触区域,减小了导板与轧件的接触应力、等效应力和受力值,对提升轧制产品质量和导板寿命都有积极作用。工业实践结果表明:锥形辊穿孔机非对称导板入口锥结构的设计使用,大幅度减少了导板入口锥表面的撞伤熔融现象,从而减少了毛管被导板表面划伤导致的螺旋外折缺陷;非对称导板出口锥结构的设计使用,基本消除了钢管尾部内表面内折、内翘皮缺陷,且改善了导板出口锥段的小结瘤缺陷,改善毛管外表质量和归圆效果,降低穿孔工序卡轧风险;非对称导板上下非对称差量结构的设计使用,使导板磨损区域居于正中,解决了导板上下表面“崩边”问题,同时改善了毛管尾部“鱼尾”缺陷。

针对汽车用钢冲压开裂的问题,以1.5 mm厚度DP780带钢为研究对象,采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验机等设备,对其在冲压成形过程中出现开裂的原因进行了研究,并提出了改善措施。结果表明:DP780带钢在冲压过程中剪切间隙为0.3 mm时,其剪切面冲压光亮带占比为30%,剪切边无缺陷,冲压质量最优;带钢组织中铁素体、马氏体体积分数比为7∶3,且带钢屈强比不高于0.6时,铁素体、马氏体双相组织的协同变形能力对DP780双相钢成形性更有利;提高退火温度,可降低DP780双相钢奥氏体中的C浓度,提高铁素体组织占比,降低马氏体强度;提高过时效温度,可以促进淬火马氏体中位错的回复,降低马氏体硬度。当退火温度提高20 ℃,过时效温度提高40 ℃时,DP780带钢屈服强度均值降低了30 MPa,n值提高了0.02,r值提升了0.15。经剪切间隙调整、退火工艺优化后,DP780带钢冲压零件剪切面质量显著提升,断面未发现有明显的撕裂带,零件不发生开裂,冲压成材率由82%提升到98%以上。