1、1轧制技术的新进展 王国栋 作者单位： 东北大学 文 摘： 关键词： New progress of rolling technologyWANG Guo-dong（Northeastern University）1 热轧控制冷却技术的发展1.1 Super-OLAC1998 年，JFE 西日本制铁所福山地区厚板厂对原有的冷却系统进行改造，建设了Super-OLAC(Super On-LineAccelerated Cooling 超级在线加速冷却)新型加速冷却系统。该系统的最大的特点是避开了过渡沸腾和膜沸腾，实现了全面的核沸腾。这不仅提高了钢板和冷却水之间的热交换，达到较高的冷却速率，而且可
2、以实现钢板的均匀冷却，大大抑制了钢板由于冷却不均引起的翘曲，所以可达到极限冷却速率和极高的冷却均匀性。Super-OLAC 系统既可以实现超快速冷却，又可以实现在线直接淬火，也可以进行加速冷却。一套系统兼有多种冷却功能，是新一代控制冷却系统的重要特征。1.2 CLC-新日铁于 1983 年率先采用冷却前钢材矫直和约束冷却方式的冷却系统，称之为CLC(Continuous on Line ControlProcess 连续在线控制)，并应用于生产焊接性优良的高强、高韧性钢板等产品。新日铁在 CLC 应用的基础上，开发了新一代控制冷却系统 CLC-。CLC- 继续采用约束型的控制冷却方式，但在冷却
3、喷嘴的形式和水量控制方法等方面进行了根本性改变，大大增强了冷却控制性能。它可以实现由高冷却速率到低冷却速率的极宽范围的稳定控制，冷却后钢板内的温度偏差比以往减少一半，在全部温度区间内冷却均匀性大幅增强。由于这种高水平的冷却均匀性控制，板厚方向硬度均匀性增强，钢板组织控制精度也得以大幅提高。1.3 ADCOSRAL（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点试验室，下同）针对热轧钢材冷却技术这一关键和共性技术，开发了适用于不同热轧钢材品种的轧后冷却装置( 含 UFC 和 ACC)，实施新型的控制轧制和控制冷却过程，提高产品的质量，降低产品的成本，为钢材的升级换代做贡献。这个控制冷却系统构成一个家族，统
4、称之为ADCOS(AdvancedCooling System 先进的冷却系统)。最先开发成功的是用于热轧棒材的超快速冷却系统(ADCOS-BM)，该系统安装于棒材热连轧机组之后，对正常温度轧制的轧件进行超快速冷却（20mm 圆钢，冷速可达200300 /s 的高冷速）。可以进行 DQ，也可以冷却到某一特定温度，再进行后续冷却。该技术用于钢筋，可以与常规的轧制制度相配合，减少控制轧制的难度，节省微合金元素，生产高级别的产品，不仅可以同时提高材料的强度和韧性（相应提高一个强度级别），而且产品具有低的屈强比，生产钢筋具有良好的力学性能、焊接性能、抗震性能、时效性。这项技术保持棒材连轧机高速轧制、高
5、产、高效率的优势和小规格切分轧制的特点，可以在不改造主要设备、不降低作业率、不低温轧制、不余热淬火的条件下提高产量、质量和产品的强度级别，是一项减量化、低成本、高效率的生2产工艺。该系统还应用于轴承钢的生产，可以有效地降低网状碳化物的级别，改进轴承钢的质量，已经应用于宝钢特钢公司。RAL 针对常规热轧带钢轧机层流冷却存在的问题，开发了用于热轧带钢的超快速冷却装置，第一套试验性的热带超快速冷却试验装置已经应用于包钢 CSP 生产线冷却段的后部（卷取机之前），利用该套装置已经生产出 550，600MPa 级的低成本双相钢。攀枝花钢铁公司 1450 热连轧机的精轧出口增设倾斜式喷射和垂直式喷射混合配
6、置的超快速冷却装置，已经可以实现 Q235、Q345 升级和部分高强钢的生产。涟钢 2250 热连轧生产线的控制冷却系统采用了“倾斜式超快冷+ACC”的混合配置方式，其前部 10 m 左右超快冷装置，采用缝隙式幕状喷射式喷嘴和圆管喷射式喷嘴混合配置，冷却水具有一定的压力，以一定的角度沿轧件运动方向，喷射到带钢上。倾斜布置的喷嘴，可以实现高速率的超快速冷却，而且可以突破高速冷却时冷却均匀性这一瓶颈问题，实现板带材全宽、全长上的均匀化的超快速冷却，因而可以得到平直度极佳的无（低）残余应力的带材产品。该冷却系统已经于 2009 年 9 月热负荷试车，陆续进行了材料性能改进和品种开发的试验工作。利用
7、Mn 含量仅 0.34% 的材料轧制出低成本的Q345(TS500 MPa，YS400 MPa，EL%)，利用含 Nb、Ti 综合不超过 0.03%的微合金添加，生产出 700 MPa 级低成本的双相钢；利用 Ti 微合金化，生产出屈服强度 800 MPa 的低成本高强钢。针对中厚板提出了一种倾斜喷射的超快冷+ 层流冷却的新设计概念，采用斜喷缝隙式喷嘴+ 高密管式喷嘴的混合布置，将这两种冷却方式的优点结合起来，极其均匀的将板面残存水与钢板之间形成的气膜清除，从而实现钢板和冷却水均匀接触的全面的核沸腾。这不仅提高了钢板和冷却水之间的热交换效率，而且可以实现钢板的均匀冷却，大大抑制了钢板由于冷却不
8、均引起的翘曲。这一系统命名为 ADCOS-PM（PlateMill 中厚板轧机），这一系统首先在敬业公司 3000 中厚板轧机上试用，证实了晶粒细化效果和优良的板形质量。进一步对鞍钢 4300 轧机进行改造，采用倾斜式 UFC+ 管层流 ACC，已经于 2010 年 3月份投产。在首钢秦皇岛公司，在引进的4300 轧机预留 DQ 的位置上，装设了超快速冷却系统，于今年 4 月份投产，目前这两套轧机已经利用冷却系统调试的机会，进行减量化产品的开发工作，已经在 345 升级460，高强工程机械用钢方面取得明显进展。河北普阳 3500 中厚板轧机目前正在进行冷却系统( 超快冷+ACC) 的安装工作，
9、预计 10 月份投产。通过产学研的密切合作，针对 H 型钢开发了 ADCOS-HBM（H Beam Mill H 型钢轧机），可以对 H 型钢的翼缘和腹板进行均匀化的快速冷却，这种具有自主知识产权的H 型钢超快冷系统已经于去年底在马钢大型 H 型钢之际上投入使用。以 Q345B 和 55C 钢为对象，通过研究其轧后超快冷条件下的组织转变规律和细晶强化和相变强化机制，开发减量化、高效化的热轧过程和相应的工艺制度，在保证综合性能满足要求的前提下，Q345B 钢性能提高 70 MPa 以上；55C 钢强度提高 90 MPa 以上；或者强度级别不变，减少微合金元素和主要合金元素用量 20% 以上。冷却
10、后，H 型钢平直，满足轧后矫直工序的要求，其他各项性能指标也均满足国标/ 日标/ 欧标的要求。目前正在与莱钢合作，进行该公司控制冷却系统的改造工作，预计年内可以完成。2 在线与离线热处理技术与装备2.1 中厚板在线热处理(HOP) 2003 年，JFE 西日本制铁所福山厂安装了一套中厚板在线热处理设备，2004 年5 月投产。该系统被称为 HOP（Heat treatment On-line Process 在线处理），是目前世界上唯一的一套中厚板在线热处理装置，可以处理的钢板宽度达到 4.5 m。3HOP 安装于矫直机之后，为了提高加热效率，简化装置，采用巨大的感应线圈，可以对钢板进行高速率
11、的加热；采用几台高频电源并联式同步传动，钢板内部的感应发热量由通过线圈的电流精密控制，感应发热量可以方便地换算成热流量。经过Super-OLAC 淬火的钢板通过 HOP 时，利用高效的感应加热装置进行快速回火，可以对碳化物的分布和尺寸进行控制，使其非常均匀、细小地分散于基体之上，从而实现调质钢的高强度和高韧性。基于碳化物的微细、分散、均匀控制，通过最优组织设计，可以大幅度地提高材料的性能，生产的抗拉强度 6001 100 MPa 级调质钢具有良好的低温韧性和焊接性能等。2.2 应用 ADCOS 的中厚板在线热处理技术在采用 ADCOS-PM 作为中厚板的轧后冷却系统时，由于超快冷设备的采用，为
12、轧后冷却控制提供了多种可供选择的热处理方案。在轧制阶段，依据钢种的设计要求在高温轧制和低温轧制之间进行轧制温度的优化选择。终轧之后，可以采用超快冷或者ACC（层流冷却），实现从低冷速到高冷速的各种不同的冷却速度。如果采用超快冷，可以对终冷温度进行控制；如果终冷温度处于铁素体相变温度区间，可以称为UFC（超快速冷却）-F；如果终冷温度处于贝氏体相变温度区间，可以称为 UFC-B；如果终冷温度处于马氏体相变温度以下，可以称为 UFC-M，或称为 DQ。对于 UFC-F、UFC-B 和 DQ，后续还可以采用不同的热处理方式，例如不同速率的冷却、不同速率的加热、不同的加热温度区间、不同的保温时间等。通
13、过这些冷却、加热过程，可以获得多种多样的组织，因而得到多种多样的材料性能。因此，采用 ADCOS-PM 与各种不同的后续冷却、加热过程配合，会使得轧后的热处理过程变得丰富多彩，具有极大的创新空间。2.3 钢轨在线热处理技术创新与发展为了满足我国铁路对在线热处理钢轨的迫切需求，在 20 世纪 90 年代中期，攀钢在国内率先建成具有完全知识产权的一条在线热处理生产线，解决了高温钢轨精确导向、热矫直、翻钢及上料等一系列技术难题，在控制组织和稳定性能的工艺研究基础上，采用在线连续、高效风冷和自学习功能的程序控制技术，实现了轧制与热处理的连续生产，且生产线操作、维护简便，生产过程实现了程序全自动控制，所
14、生产的热处理钢轨质量稳定可靠，综合性能达到或优于国外同类产品。由于前述创新，攀钢是世界上唯一能够连续对 100 m 长钢轨进行在线热处理的企业，具备年生产 60 万 t 100m 长定尺热处理钢轨的能力。经使用，攀钢在线热处理钢轨寿命是普通钢轨 2倍以上，较好地满足铁路发展的需要。2.4 棒材在线热处理意大利 ABS Luna 棒线材厂，轧机区域后布置着 90 m 长的水冷- 淬火线(DQS)，在(DQS) 后面装设一台退火炉(ONA)。90 m 长的 DQS 线由一系列水箱组成，可以处理直径 20105 mm 的圆钢，生产能力为 130 t/h。钢材在进入退火和回火设备(ONA) 前，在 D
15、QS 冷却和控制钢材温度，可以是直接淬火，也可以是加速冷却。DQS 水箱（每个水箱有 4条线）可以根据产品的品种，进行快速更换。ONA 炉是一座可以实现退火或回火的步进梁式加热炉，燃料为天然气。根据需要，冷却或者淬火的钢材在热处理炉ONA 中进行回火等热处理。钢材进入 ONA 炉的温度范围为 100750。新型换热式燃烧器节省了燃料的消耗，气体循环系统保证了炉内温度的均匀性。ONA 炉有先进的程序控制系统 QSC（质量控制系统）和热电偶系统。通过程序，热电偶系统控制钢材的温度，并保证 ONA 炉内的温度均匀一致。控制系统 QCS 还具有统计处理控制功能。2.5 线材 DQ+ 成卷回火4新日铁的
16、室兰厂建设了一条在线的线材淬火- 回火热处理线，其设备包括淬火装置和回火炉。吐丝后的成环线材在辊道上运输，此段运输的另一层含义是控制进入线材后面淬火水槽的温度。辊道后面是淬火用的水槽，成环线材进入水槽后淬火。利用链式运输机拖动成环线材在水槽内运动，并将其拖出水槽。根据不同的钢种要求，水槽内可以选用冷水或热水。热水应用于高裂纹敏感性的合金钢，由于在线材表面形成沸水膜，所以热水提供的是软淬火条件。冷水是应用于低裂纹敏感性的中碳钢。调整冷水喷入淬火池中的方向可以得到不同的搅动方式。冷却后的线材在集卷器中集卷，然后钢卷悬挂在吊钩上，由钩式运输机送入回火炉，成卷进行回火处理。采用低温回火，以释放溶于钢中
17、的氢，并降低线材的硬度，防止线材的延迟断裂。回火温度需要控制，以防止钢卷在回火中变形。2.6 离线调质热处理技术与装备调质热处理是高强度级别、高档中厚板产品重要生产设备，调质线的核心设备和技术多年来一直依靠进口。东北大学与太钢合作，解决了高效率、高均匀性喷嘴、高可靠性升降结构、高精度控制系统、模型及软件等技术难题，掌握了制造中厚板辊式淬火设备及开发中厚板辊式淬火生产工艺的关键技术和操作诀窍，开发出 3 000 mm 中厚板淬火机，用于不锈钢和 9Ni 钢等高附加值产品的生产，实现了该项重大冶金技术及核心设备的国产化。此后，又推广到宝钢特钢、唐钢、新余、酒泉、南钢等热处理生产线，应用于普碳、低合
18、金钢、合金钢、不锈钢、特钢的热处理。目前已经可以处理最薄 6 mm 的高强板，正在建设中的南钢调质线可以处理板材的最小厚度为 4 mm。3 板带轧制技术3.1 ESP2009 年 6 月，在意大利克雷蒙纳市的 Acciaieria Arvedi 的无头带钢生产线ESP(Endless Strip Production) 上，开始启用无头轧制模式。生产线全长 190 m，年生产能力超过 200 万 t，生产带钢宽度可达 1 600 mm，最小厚度为 0.8 mm。可以生产所有标准级别的碳钢、HSLA 钢和多相钢。电弧炉炼钢厂送来的钢水在连铸机上经过浇注、液芯压下、动态辊缝轻压下，可以获得良好的铸
19、坯内部质量。拉速可达 3 m/s 以上。铸出的厚度 100 mm 的板坯，经过 3 机架高压下轧机压下后的轧件进入感应炉，保持温度在 111001 200 范围内。然后进入 5 机架的精轧机组，轧制成成品厚度的带钢经过层流冷却并经高速飞剪切断，最后在地下卷取机卷取。单个带卷重量达 32 t。因为薄板坯连铸机生产的热轧薄板坯连续不断地送入轧机，所以能耗大幅降低，是传统连铸连轧生产线能耗的 45%。当然，CO2 的排放也显著降低。3.2 热带无头轧制POSCO-EHSM1996 年采用焊接式无头轧制技术的日本川崎( 现 JFE) 千叶 3 热带投产。该机组在粗轧机组的后面，安装一台“剪切- 焊接”
20、设备，将中间坯头尾焊接起来，在精轧机组实现无头轧制。由于这样做可以实现稳定的连续轧制，因此可以得到稳定、均匀的质量，提高生产效率，并可以轧制厚度 1 mm 的极薄带钢。浦项制铁抓住了无头轧制的思想，但是在实施方法上，进行创新性的改进。因此当年与日本三菱公司（现三菱- 日立制铁机械）合作，开发新型的无头轧制技术。经历 10 年的艰苦研发，利用切断钢板时的热量，对钢板进行机械压合并焊接，终于试验成功“机械剪切- 连接”式的中间坯连接装置，于 2006 年 8月 7 日在浦项第二热轧车间进行工业试验，取得成功，并于 2007 年开始投入运行。由于在高速剪切过程中实现钢材的焊接，所以与焊接式连接装置不
21、同，这种连接装置无需随轧件一起运动，机械结构和设备可以简化，投资可以降低，焊接质量也非常好。至 2009 年，浦项 2 5热轧每月用无头轧制过程生产 10 万 t 板卷，并创造了 1 h 轧制 45 块钢（超过 1 000 t）的生产记录。3.3 VCL 轧辊- 板形控制技术北京科技大学开发了变接触长度支撑辊技术，用于改善热带板形，取得明显效果。该技术全部机架采用 VCL(Variable Contact Length) 支持辊技术，自动消除“有害接触区”，将“低横向刚度辊缝”转化为“高横向刚度辊缝”，改善轧机的板形控制性能；上游机架采用 HVC 工作辊技术，在继承 CVC 技术优点的同时，增
22、强了对窄规格的板形控制能力；下游机架采用 WRS 工作辊的特殊窜辊策略，在追求板形质量的同时实现了自由规程轧制。采用功能齐全的板形控制模型，实现了高精度的板形自动控制。该模型兼顾了不同的辊形配置、平坦度与凸度的解耦控制、厚度与板形的解耦控制、轧后冷却的补偿策略等重要控制方法。该技术已经应用于鞍钢 1700CSP 和济钢1700CSP 生产线。3.4 冷轧板形控制系统鞍钢联合国内高校和科研单位进行了冷轧机板形控制技术与控制系统核心技术研发，并应用于鞍钢 1250 六辊冷轧机工业生产实践，取得了核心技术突破，开发出国内第一套工业应用分段接触压磁式板形测量辊作为板形测量设备，采用当前世界最先进的数字
23、信号处理系统 DSP(Digital Signal Processing) 对板形辊测量信号进行处理，采用基于板形调控功效法进行多执行器板形闭环控制系统及相应的在线控制系统软件开发，开发出冷轧机板形解析模型系统（包括轧机辊系变形模型、轧辊温度场模型、轧辊磨损计算模型、基于板形控制的轧制负荷分配在线控制计算模型），在六辊冷轧机或多辊冷轧机上进行板形调控执行器控制，包括轧辊倾斜、工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊窜辊、分段冷却、轧制力前馈控制等功能，实现了板形的高精度控制，成品带钢板形综合精度小于 8I 单位。3.5 氧化铁皮控制技术东北大学 RAL 与鞍钢合作，从 2005 年开始，在中薄板坯连铸连
24、轧(ASP)生产线上，开发热轧带卷表面氧化铁皮控制技术，掌握了抑制 Fe2O3 生成的轧制、冷却和卷取等关键工艺和技术，使氧化铁皮的结构改善、可塑性增强、厚度减少，从而提高了热轧带钢的表面质量，解决了后续加工冲压时起粉和脱落等问题，满足了后续加工对钢材性能和环保的要求。免酸洗钢（氧化铁皮中的 Fe3O4超过 85%）用于生产汽车梁等结构件，无需酸洗，可直接冲压成形，改善了汽车厂的生产环境，降低了生产成本。供冷轧用减酸洗钢（氧化铁皮以 FeO 为主）可提高酸洗速度约 20%，减少废酸排放。这一技术进一步推广应用于宝钢梅山 1425、攀枝花 1450、太钢 2250、首钢迁安 2250、通钢 FT
25、SR、涟源 CSP 等生产线，均取得明显的效果。在热轧氧化铁皮控制技术的基础上，目前国内一些单位正在开发无酸洗冷轧技术，旨在取消某些产品冷轧前的酸洗工序，以期改善冷轧工序的环境、降低生产成本。3.6 集约化轧制技术我国钢铁企业普遍存在钢种过多的问题，造成炼钢和连铸工序的管理压力，引发产品质量下降、生产效率降低。为解决这一问题，在炼钢连铸工序通过钢种归并实现大规模生产；在轧制阶段优化轧制和热处理工艺，实现针对用户需求的“定制生产”模式。这种生产方式的转变，在简化炼钢、连铸生产和降低管理难度的前提下，通过集约化生产方式实现“一钢多能”的目标，较少钢种的数量和种类。该技术以组织性能预测技术为基础，同
26、时应用人工智能技术进行调优，进行轧制过程参数的反向优化。该技术包括钢种归并规则、“同系列相邻级别”钢种集约化生产规则、“跨系列同级别”钢种集约化生产规则等集约化生产的原则和具体实施、优化方法，并建立钢种归6并的智能化系统。将这种方法应用于宝钢梅钢公司，到目前为止通过优化精简掉近 40 个出钢记号，精简比例约 20%，取得了显著的经济效益。3.7 厚板坯制造技术大厚度大单重钢板是低合金高强度宽厚板的重要组成，是中厚板生产的重要核心技术。河北钢铁舞钢在钢板厚度、钢板单重方面不断开发，采用了冶炼、浇铸、电渣重熔、加热、轧制、热处理的工艺路线，解决了钢锭大型化、钢质纯净化和均质化的难题，目前已能够满足
27、厚度在 400 mm 级、单重在 35 t 级的优质特殊钢厚板的需求，内部质量能够满足国内外严格的探伤标准要求。此外，我国的多家中厚板厂与高校和研究机构合作，在连铸坯轧制复合、定向凝固等方法制造超厚板坯等方面进行探索，已经取得阶段性的成果。板坯复合生产中厚板技术日本首先由 JFE 公司开发应用。轧制复合制造厚板的工艺是：首先对作为坯料的连铸板坯进行表面处理，利用酸洗、喷丸、铣削等方法除去氧化铁皮、油渍和其他不洁物。然后将处理后的板坯叠合，装入到大型真空室，每个真空室抽真空后对组合板坯四周进行电子束焊接。然后加热组装板坯，通过低速强压下轧制技术将钢板复合焊接在一起，从而生产出无缺陷的超厚钢板。R
28、AL 与企业合作，借鉴 JFE 的复合轧制方法，通过大量的试验室研究和实际中厚板轧机的现场试验，开发出低速强压下轧制技术、防止复合部位氧化的高真空技术、复合表面处理和高洁净化技术、EBW 参数控制和优化技术、复合界面的控制技术等系列技术，轧制复合得到的厚钢板有良好的整体性和力学性能，可以满足重要工程的需要。目前正在进行超厚钢板生产车间建设，预计在 2010 年底建成新的年产 20 万 t 超厚钢板复合钢坯的车间。4 汽车用钢的新进展4.1 高强 DP 钢面板2006 年浦项在建成了光阳厂的 No.6 热镀锌生产线，并成功地生产了 490 MPa 级双相钢汽车面板。在 2010年 6 月初召开的
29、汽车用钢研讨会上，又报道了浦项开发 590 MPa 级双相钢汽车面板的最新进展。报道称，POSCO 世界上第一次开发成功 590 MPa 级双相钢外面板，与传统的 340 MPa 汽车面板相比，强度提高 70%，钢板厚度由 0.7 mm 减少到 0.55 mm，重量减少约 20%。实际冲压发动机外盖板的结果表明，这个钢种的成形性、表面质量得到极大改进。目前浦项正在与用户合作进行 590 MPa 级双相钢汽车面板的应用研究。4.2 HPF为了减轻汽车重量，减少燃料消耗，汽车结构件向高强的方向发展。汽车结构件从其使用要求出发，可以分为两大类，一类是需要具有高强度的同时，具有高变形能吸收能力，例如汽
30、车的抵抗纵向冲击的零件，Side Member ,Side,Sill 等，这类材料要求有高的变形抗力和高的塑性。由于加工方面的困难，通常这一类零件的变形抗力不应超过 1 000 MPa。另一类是在需要高强度的同时，要求具有高的抗横向冲击弯曲的能力，例如 BPillar Reinforcement、Door Beam、FrontBamper 等。这类零件主要是要求高的变形抗力，通常达到 1 4702 000 MPa。由于变形抗力太高，考虑加工方便，近年来这一类零件都采用热冲加工。热冲用的材料通常是 22MnB5，钢中添加一定量的 B，所以淬透性大大提高，即连续转变曲线明显右移。即使用 2030
31、/s 这样比较低的冷却速率，也可以实现淬火。热轧态的 22MnB5 变形抗力控制在 600 MPa 左右。冲压之前，在专用炉中气氛保护加热到 880950，保温 510 min。然后用机械手将工件移送到冲压机进行冲压，冲压变形温度 600800 。工具通水冷却，温度保持在 50 以下，在进行高速、低压力7冲压的同时，工件被淬火。变形、淬火后的零件由压力机中取出，进行喷丸处理，以提高表面质量（一些产品表面覆以 Al-Si 合金涂层，可以免喷丸处理）。变形温度下，材料的变形抗力不足 300 MPa，延伸率高达 60% 以上，所以冲压操作极容易进行。淬火后的工件，变形抗力可达 11470 MPa 以
32、上。目前 1 000 MPa 以上的高强防止横向冲撞的零件，均采用热冲压方法生产。我国已经建立了 5 条这样的生产线。由于其容易进行高质量成形的优点，用户十分偏爱这种成形方式。4.3 管材 HPF近年汽车结构件有一种向管材发展的趋势，以期通过工件断面结构的优化，提高抗弯能力，减轻结构重量。在这种情况下，管材的热压成形应运而生。例如文献介绍，使用一种含 B 钢(0.2%C-0.25%Si-1.25Mn-0.04%Ti-0.001%B) 热轧带，热轧后抗拉强度 590MPa，属于铁素体- 珠光体组织，通过辊弯成形和焊接制成钢管，经过加热、淬火、回火后，抗拉强度可以达到 1 600MPa，为回火马氏
33、体组织。该钢管两端焊接到固定板上，即成为车门抗撞梁等汽车零件。5 三辊限动芯棒连轧技术天津钢管公司与 DANIELI 公司合作，联合开发三辊连轧管机组的工艺、装备、自动化技术，并独立开发了在线脱管/ 芯棒前行循环技术、液压伺服压下系统、在线常化工艺等功能，于 2003 年 9 月首先建成了世界上第一套三辊连轧管机组。该机组均匀变形，大幅度减少了裂孔、拉凹缺陷，提高了壁厚精度和表面质量；可轧制变形抗力更高、变形难度更大的金属；可轧制径壁比更大的钢管；轧辊消耗显著降低、芯棒的保有量大幅的减少；金属收得率提高。该机组投产后，成功地轧制出了如T91、13Cr、超级 13Cr、304、316 等高难度产
34、品。近年来国内外新建和筹建的连轧管机组绝大多数采用了三辊连轧管工艺，目前全球已经建成和正在建设的三辊连轧管机已超过了 15 套。6 薄带铸轧技术双辊薄带铸轧技术是当今世界上薄带生产的前沿技术，由液态钢水直接制出厚度为 15 mm 的薄带坯，其特点是金属凝固与轧制变形同时进行，在短时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程。同传统的薄带生产工艺相比，降低设备投资约 80%，降低生产成本 30%40%，能源消耗仅为传统流程的 1/8，工艺更加环保（例如，CO2 排放仅为传统流程的 20%）。位于克劳福兹维尔镇的美国纽柯公司印第安纳厂的 Castrip 设备是世界上首套采用双辊带钢浇铸法生产超薄浇铸带
35、钢(UCS) 的工业设备。该设备自 2002年投产以来已生产了普通低碳薄钢板和 HSLA 薄钢板。生产产品厚度为 0.91.5mm 的带钢，因此扩大了热轧带钢产品用的带钢厚度范围，并取代了冷轧带钢产品。韩国浦项的 poStrip 薄带连铸技术主要用于生产奥氏体不锈钢，目前已经达到年产 40 万 t 奥氏体不锈钢的实绩。我国宝钢建设薄带连铸机配备了轧辊横移式 4 辊轧机，加速冷却系统和卷取机，以及全套自动化系统，可以连续浇铸重 10 t 的带卷。目前正在建设生产线。RAL 的研究工作重点在于探索哪些材料应用铸轧技术可以提高材料的性能，可以得到用普通方法得不到的高性能和新性能。基于这一定位，RAL
36、 在973 项目、自然科学基金的支持下，开展探索性研究工作，取得了一些新的研究成果，发现了一些新的冶金学现象，对开发适合于薄带铸轧特点的产品和工艺具有明确的指导作用。6.1 铸轧铁素体不锈钢的开发在国家重点基础研究发展规划项目(973) 的支持下，探索通过薄带铸轧中亚快速凝固过程消除 bcc 合金柱状晶凝固组织和成分偏析的原理和技术途径。在研究工作中8发现，等轴晶组织比率与浇注过热度及铸轧速度密切相关，通过采用控制浇注温度和铸轧速度的方法，在试验室条件下得到了具有不同凝固组织的铁素体不锈钢铸轧薄带，而且通过优化浇注温度和铸辊转速，可以得到完全等轴晶、晶粒尺寸相对细小且成分分布均匀的铁素体不锈钢
37、铸轧薄带。铸带经过后续热处理和冷轧变形后，其成品的力学性能指标为屈服强度 280 MPa、抗拉强度 415 MPa、延伸率 27%，成品纵向 r 值达到1.38，与日本的 JIL 优质铁素体不锈钢相当，比采用传统工艺生产的产品的平均 r 值(1.10) 高出近 40%。这些结果显示，铸轧工艺在控制铁素体不锈钢凝固组织方面具有天然优势，采用铸轧技术具有生产优质铁素体不锈钢的潜力，是提高铁素体不锈钢薄带成型性能的极佳途径。6.2 硅钢薄带连铸RAL 与钢研总院等单位合作，承担国家自然科学基金重点项目，针对无取向和取向硅钢重点研究在“快速凝固+铸轧”的独特方式下，硅钢薄带连铸坯织构和组织的形成原理及
38、全流程控制和系统优化方法。对中牌号和高牌号无取向硅钢采用了 3 种不同的工艺，即，1）铸带+ 直接冷轧+ 成品退火；2）铸带+ 常化+ 冷轧+ 成品退火；3）铸带+ 热平整+ 冷轧+成品退火。得到的铸带组织中晶粒呈等轴状，晶粒尺寸在 50250 m。薄带连铸工艺制备的无取向硅钢成品板基体为均匀的等轴晶，晶粒平均尺寸为 3540m。从铸带至退火成品，晶粒取向随机分布。铸带织构较弱，各组分随机漫散，取向密度低，形成少量的 和 织构。热平整后形成位向准确的 和 织构，成品退火后 织构强度较低。薄带连铸无取向硅钢铸带的析出粒子均为弥散析出，形状基本上为圆形或椭圆形，析出粒子的尺寸在 50 nm 左右。
39、性能测量表明，最大铁损 P15/50(W/Kg) 明显低于常规流程生产硅钢的实物性能，而最小磁感 B50(T) 则明显高于常规流程生产硅钢的实物性能，薄带连铸技术在无取向硅钢的制备方面表现出明显的优势，研究前景看好。对薄带连铸取向硅钢的研究正在进行中。6.3 高锰 TWIP 和 TRIP 钢和 Mg 合金薄带铸轧技术的研究为解决新一代汽车结构材料高锰 TWIP 和 TRIP 钢的难变形问题，探索了采用铸轧技术制备这类钢的薄带。试验结果表明，铸轧技术不仅可以解决热轧过程中出现的边裂问题，而且具有良好的力学性能，是解决这类难变形钢材生产的较好途径。镁合金为密排六方晶体结构，很难进行冷加工塑性变形，
40、生产镁合金冷轧薄板一直是我国材料界攻关的课题。为解决这一难题，探索了采用双辊铸轧工艺直接制备 1.53.0 mm 的镁合金薄带的技术。对铸带的组织观察发现，铸轧镁合金薄带的具有细小的等轴晶组织。由于铸带组织减少或消除了柱状晶，极大地提高了镁合金薄带的变形能力，单道次压下量达 40% 时未出现裂纹，实现了铸带的直接冷轧。7 现代轧制过程中试研究创新平台7.1 轧制过程中试研究创新平台的发展经过 20 世纪后半叶的飞速发展，世界钢铁工业实现了大型化、连续化、自动化，轧制过程实现了精准化、稳定化、智能化、柔性化。现代化的生产轧制过程，对轧制技术、工艺、装备、产品的研究工作提出了严格的要求。一方面，我
41、们不能用一炉几百吨的钢水做试验，也不能用一块几十吨的钢坯做试验。在现代化的生产线上进行研究开发是不现实的。人们期望用几十公斤，甚至十几公斤重量的试样代替几十吨重的板坯，用小规模的试验设备代替庞大的轧制和冷却设备，将巨大的冶金厂浓缩到一个试验装备平台上，用这种小规模的平台来反映大规模的现场的真实情况。另一方面，考虑到产品质量对生产过程参数的极端敏感性以及由此提出的对轧制过程控制精度的严格要求，轧制过程研究平台必须具有现场水平9的控制精度、高度稳定性和柔性。这一点决定了轧制过程中试研究创新平台的装备和自动化必须可以与现场相媲美，甚至超过现场的水平。为了对取得的试验数据进行管理、分析、处理，试验研究
42、平台尚应当具有网络化、智能化的数据收集、处理系统。利用这样一个研究平台，我们可以以小试样，在严格控制的试验条件下，进行模拟工业条件的轧制试验，从而向企业提供可以应用于现场的研究结果，迅速实现研究成果的转化。这个过程必然大幅节省试验量，加速研究进程，缩短研究周期，迅速提升企业的核心竞争力。7.2 现代化轧制过程中试研究创新平台的特色1）模拟和再现现代化轧制过程。2）超越现有轧制过程的创新研究平台。3) 多功能、组合型的研究设备。工艺和装备的改变和创新，能够带来产品的本质性的变化，赋予产品新的性能。不同用途的钢铁产品需要不同的性能组合，因而需要不同强韧化方式，有必要采用不同的工艺方法和工艺路线。因此，针对不同的产品组织结构和性能需要，将不同的装备和功能组合起来，点菜式应用，可以更灵活、柔性地集成和组合成新的轧制过程，实现工艺、技术和产品的创新。依据这一要求，现代轧制过程中试研究创新平台应当是多功能、组合式，具有高度的灵活性。4) 高精度、工业化的计算机控制系统。5）功能强大的局域网和智能化的数据处理系统。（节选自2010 年全国轧钢生产技术会议文集 ）
