“十三五”华夏轧钢本领提高及瞻望
康永林
(北京科技大学材料科学与工程学院，北京)
择要：在国度“十三五”筹备驱策下，华夏轧钢本领得到赶快起色提高、成果显著，浮现一多量高水准科技成绩，大数据、互联网、数字化与智能化等当代科技为高品质、高功用钢材研产临盆和科技革新供应了先进高效的权谋，钢材产量从年10.48亿t增进到年13.25亿t，高功用钢材自给率超出98.5%，为国度经济起色建造供应了关键原形材料支持。仅就“十三五”期间华夏轧钢本领的起色提高境况和代表性科技成绩做扼要讲解分化，重心讲解了华夏轧钢产物临盆整体境况和轧钢本领得到的代表性科技成绩，并从轧制工艺原形与布局调控，绿色化轧制，数字化与智能化轧制，高强度、高功用热轧产物开拓及先进热轧本领，高功用、高强度、高精度冷轧产物及先进冷轧本领等方面临代表性科技成绩的关键本领点及运用境况做了扼要讲解，着末，对来日轧钢本领的起色做了瞻望。
关键词：“十三五”筹备；轧钢；绿色化；数字化与智能化；高品质
“十三五”是华夏经济、科技起色的首要期间，在交通输送、铁路与桥梁工程、动力工程、死板装配、开拓工程等行业赶快起色需求的强力驱策下，以钢铁为代表的原形原材料产业得到赶快起色，消息通讯、大数据、互联网、数字化与智能化等当代科技为高品质、高功用钢材研产临盆和科技革新供应了首要本领原形和先进权谋。与此同时，处境爱护、节能减排、可轮回、绿色化创造，以及低落成本、节俭资本成为钢铁产物创造本领起色的必由之路。“十三五”期间，华夏轧制钢材不管从产量、种类到品质功用，从装配节制到工艺本领，从科技研发到本领革新，均取患有显著成果。年，华夏板、管、型、棒线材产物产量到达13.25亿t，超出寰球钢材产量50%，高功用钢材自给率超出98.5%，为国度经济起色建造供应了关键原形材料支持。底下，仅就“十三五”期间华夏轧钢本领的起色提高境况和代表性科技成绩做归纳性分化讲解，并对来日起色做一瞻望。1“十三五”期间华夏轧钢产物临盆整体境况
1.1钢材总产量起色改变境况
图1所示为—年华夏钢材总产量起色改变境况。年各式钢材总产量10.48亿t，频年增进1.3%，“十三五”期间整体接连增进，年钢材总产量到达13.25亿t，比上一年增进9.96%。1.2板带材产量起色改变境况
图2所示为—年华夏板带材(中厚板+热轧+冷轧板)产量起色改变境况。年各式板带材产量5.02亿t，频年增进2.76%，年产量降落至4.8亿t后，—年赶快增进，年板带材产量到达5.45亿t，比上一年增进3.64%，年产量约为5.68亿t。1.3长材产量起色改变境况
图3所示为—年华夏长材(型材+棒线材)产量起色改变境况。年各式长材产量为4.57亿t，频年降落8.27%，年产量降落至4.19亿t后，—年期间赶快增进，年产量到达5.56亿t，比上一年增进8.75%。年产量约为6.03亿t。1.4无缝钢管产量起色改变境况
图4所示为—年华夏无缝钢管产量起色改变境况。与年较量，—年产量降落显然，从万t降落至万t，—年期间赶快增进，年产量到达.4万t，比上一年增进12.71%。年产量约为万t。2“十三五”期间华夏轧钢本领得到的代表性科技成绩境况
“十三五”期间华夏钢材产量接连增进。与此同时，产物布局继续优化，品质及功用继续擢升，餍足国度经济建造需求的高品质、高强度、高功用钢材新种类继续研发运用，这与轧钢本领的接连提高密不行分。“十三五”期间华夏轧钢本领畛域干系的国度科学本领奖及华夏钢铁产业协会、华夏金属学会冶金科学本领奖绝顶奖和一等奖的获奖项目境况，这些获奖项目原形也许代表“十三五”期间华夏轧钢本领畛域得到的科技提高境况详见表1。底下将从轧制工艺原形与布局调控本领、绿色化轧制临盆工艺本领、数字化、智能化轧制本领、高强度、高功用钢材热轧及冷轧本领等方面别离对“十三五”期间华夏轧钢本领的起色提高境况做简略讲解。3轧制工艺原形与布局调控本领
3.1轧制塑性变形理论与数值摹拟分化
3.1.1全轧程三维热力耦合数值摹拟分化优化，多场、多标准摹拟策画分化
在轧制经过三维变形分化和布局功用分化理论及模子方面，包含板带轧制、型钢轧制、钢管穿孔及轧制变形分化，产生了对全轧程施行三维热力耦合数值摹拟分化优化和多场、多标准摹拟策画分化，对轧制工艺及产物布局功用、尺寸形态节制表现了首要效用。3.1.2高强钢轧材中的残剩应力推断分化
在全轧程热力耦共策画的原形上，对大型H型钢冷却后的残剩应力场施行数字化推断分化，得到轧后H型钢内部残剩应力散布，为H型钢节制轧制与节制冷却供应理论原形；哄骗三维热力耦合有限元办法摹拟钢轨冷却的全经过，得到不同冷却工夫的温度和残剩应力散布，推断钢轨的委曲变形，为钢轨的预弯供应了牢靠的根据；创造了中厚板在矫直经过中横向残剩应力策画的分化模子并施行了数值求解。3.1.3热轧、冷轧板形分化与节制理论国内学者创造的板形分化理论，也许完成策画灵敏态设定轧制规程；创造了轧件和轧辊一体化仿真模子，经过现场理论考证了模子的正确性，为在线策画出口辊缝供应了根据；在退火平坦板形分化上，创造了VC辊系静力学仿真模子，协商了弯辊力、VC辊油压、辊径和辊套厚度对继续退火平坦机板形节制才略的影响；采取自适应的朦胧神经网络节制、老手系统最优节制等取患有精良的节制结果；将影响冷轧板形的轧制工艺、轧机装配和轧件材料3方面要素有机关连起来，以正确地施行冷连轧机板形预告与板形在线预设定及节制。3.2基于M3布局调控的钢铁材料原形理论与高功用钢本领
针对汽车、开拓、管线、桥梁、船舶等畛域用钢的高平安性请求，钢研总院等开展高功用钢布局调控理论和本领原形协商。提议“多相(Multiphase)、亚稳(Metastable)和多标准(Multiscale)”相贯串的M3布局调控理论，系统协商了临盆过程中的干系局面、规律和机理，产生第三代汽车钢和第三代低合金钢的原形钢本领。提议中锰钢经过逆相变得到超细晶铁素体+奥氏体的标的布局、哄骗马氏体相变不匀称性节制残留奥氏体量、TWIP+TRIP叠加效应擢升强塑积等多个革新理论与本领，开拓了第三代汽车钢。在抗拉强度为～MPa级别时，强塑积不小于30GPa·%，不光擢升了高强度钢的冲压成形功用，还擢升了车辆的碰撞平安性。经过奥氏体状况调控，获很多相基体布局及析出相状况。经过在线回火多相布局调控与析出相的协同析出开拓了低屈强比、高匀称延长的降服强度MPa级及以上的第三代低合金钢板卷，断后伸长率不小于25%，屈强比不大于0.8，为低屈强比高塑性钢临盆供应了理论与本领原形。产业范围临盆中板的降服强度在MPa级时，-40℃V型缺口打击值不小于J。3.3新一代控轧控冷理论与本领
新一代控轧控冷本领是经过采取合适控轧+超赶快冷却+后续冷却门路节制来完成资本节俭、节能减排的钢铁产物创造经过。东北大学等连合国内多家钢铁企业连年在新一代控轧控冷本领的工艺旨趣、装配与节制方面做了洪量办事，经过工艺理论革新动员装配革新。在系统协商并阐述超快冷前提下热轧钢铁材料布局蜕变规律及强韧化机理的原形上，开拓出热轧中厚板、带钢超快冷成套本领装配和高功用射流喷嘴、高密快冷喷嘴及喷嘴摆设本领；开拓出热轧板带钢材完备超赶快冷却才略的可完成无极调速的多功用冷却装配(ADCOS-HM，PM)及主动节制系统；基于所摆设的超赶快冷却系统，开拓出UFC-F、UFC-B、UFC-M等灵敏的冷却门路节制工艺，完成节俭型高钢级管线钢、低合金普碳钢、高强工程死板用钢、热轧双相钢及减酸洗钢等热轧产物的批量化临盆，首要合金元素低落20%～30%，成本大幅度低落。已推行运用于华夏钢铁企业30余条中厚板、热连轧及型钢临盆线，在低成本高功用热轧钢铁材料开拓方面得到显著成果。3.4薄板坯连铸连轧钢中纳米粒子析出加强与节制理论
针对薄板坯连铸连轧过程的微合金化本领题目，武钢、北京科技大学等协商了微合金化元素在过程各工序的固溶析出、布局蜕变规律和加强机理、临盆本领，并在产物运用得到成绩。协商讲明，经过公道的微合金化策画和热轧工艺节制，在热轧带钢的晶内、晶界和相界等地方均也许生成洪量的纳米尺寸析出粒子，尺寸多在数纳米到几十纳米，粒度小于18nm粒子的积累频度也许到达40%~60%，在钢中起沉没加强效用的析出相首要为纳米TiC、NbC粒子和铁碳化物粒子。由纳米粒子析出加强产生的降服强度擢升可达MPa以上，并且钢板具备精良的综协力学功用和成形功用。薄板坯连铸连轧钛微合金钢经过公道的成份策画和严酷的工艺节制，也许有用节制TiC的析出经过，在CSP线开产临盆了钛微合金化薄规格高强度热轧集装箱板等；采取Ti-Nb微合金化本领开拓出降服强度为~MPa级低碳高强布局用钢及MPa级低碳贝氏体高强工程死板用钢，钢板不光具备高的强韧性，并且成形焊接功用精良；完成降服强度MPa级厚度1.2~1.4mm高强超薄规格板带批量临盆及运用，产物用于汽车及物流等行业，在以热代冷、节能减排方面结果显著。3.5钢材布局功用详细预告、监测与节制理论本领
当今可通太高速策画机对热轧经过中显微布局的改变和奥氏体铁素体的相变做为施行全程摹拟，创造钢的功用和参数关联，使轧后钢材布局功用的预告和节制成为或者。东北大学等的办事首要包含：(1)形变与相变及布局调控理论：开拓出了轧制经过的物理冶金模子；(2)布局功用推断模子、监测与节制本领：在布局蜕变摹拟中，按协商的标准不同，时常可分为宏观、介观和宏观标准。宏观标准摹拟时常协商材料加工经过显微布局蜕变的宏观特色，时时采取有限元法等办法；宏观标准摹拟时常协商材料的晶体布局、电子布局、热力学性质等，其典范的建模办法包含第一性旨趣、分子动力学办法等；介观标准摹拟则介于宏观标准摹拟和宏观标准摹拟之间，罕用的办法包含元胞主动机、相场法、蒙特卡洛法等。策画机本领的起色，为从宏观、介观、宏观以及纳观标准上了解材料在制备与成形经过中宏观布局的衍化经过供应了有用的权谋。跨(多)标准策画机摹拟(multi-scalesimulation)也许直觉明晰地反响出材料的制备和创造工艺、合金成份、显微布局及布局、功用等参数之间的关联，是完成合金成份与工艺优化的有用办法。4绿色化轧制临盆工艺本领
4.1热带无头轧制及超薄带钢临盆本领
到年，中公有7条热带无头连铸连轧临盆线投产，产能为余万t，此中ESP线5条(日照钢铁)，MCCR线(首钢京唐)及DSCCR线(唐山东华)各1条，再有几条线在建造或筹备中。热带无头轧制是继续、不变、多量量临盆高品质薄和超薄规格宽带钢的前沿本领，也是短过程、绿色化钢材临盆的典范代表本领。首要起色包含：(1)多量量临盆热轧超薄规格板带(厚度不大于1.2mm)，最薄厚度为0.6mm；(2)无头轧制超薄低碳/微碳钢工艺与布局功用、加强时效机理与工艺节制本领；(3)高精度板厚、板形节制；(4)布局功用一致性节制本领；(5)高成材率及低工序能耗临盆本领；(6)系列热带高强钢种类开拓本领；(7)无头轧制薄宽带钢产物运用本领。无头轧制高精度节制本领首要包含：(1)辊形策画优化与板形节制；(2)轧辊材质筛选；(3)温度阅历设定；(4)负荷优化分派；(5)轧辊氧化膜节制；(6)轧辊冷却及政策；(7)轧制光滑本领等。日钢ESP线不大于1.2mm薄规格例最高到达月产超出40%；典范浇次规格散布到达厚度不大于1.2mm占比65.7%，不大于1.5mm占比80.2%；ESP临盆的2.5mm规格REMC钢卷长度方位功用，降服、抗拉强度摇动不大于20MPa，伸长率摇动不大于2%；产物及格率超出98%；与惯例产线比拟，节能40%~50%；无头轧制产物宽泛运用于汽车、交通输送、农机、开拓、五金等畛域，尤为仰仗热轧高强超薄规格厚度不大于1.5mm的私有才略完成以薄代厚、“以热代冷”等绿色化创造。4.2热轧板带材表面氧化铁皮节制本领
东北大学等针对多要素耦合的热轧氧化理论、氧化皮厚度和布局蜕变里程精确节制等题目开展了系统协商。针对理论临盆中典范弊端，详细氧化弊端产生-蜕变-遗传的规律和氧化皮布局调动方位，产生热轧全过程多工序的调解节制本领，仰仗用户对钢材表面状况需求对热轧工艺施行优化策画，建造多要素耦合的热轧理论并开拓出具备完整自助学识产权的成套节制本领。本领运用于鞍钢、河钢等多家钢铁企业，种类遮蔽碳锰钢、低碳钢、低合金高强钢、高碳钢、无取向硅钢及低温用钢等，完成氧化做为动态跟踪与最优节制。开拓出的“免酸洗”钢和“易酸洗”钢，吨钢酸用量缩小20~40kg，加热温度低落近50℃、加热工夫收缩约30min，使烧损缩小近0.01%，吨钢临盆缩小粉尘排放约0.6kg、缩小SO2排放约0.6kg。热轧板带材表面氧化铁皮节制本领所开拓的系列产物在为下游用户完成干净临盆供应了原材料保险的同时，也为推进绿色创造向下游用户的延长做出进献。4.3长型材绿色化低能耗铸轧继续本领
轧钢工序能耗约占钢铁产业总能耗的10%，是全体临盆过程绿色化制备经过需求打破的一个首要次序。钢铁协商总院等经过绿色化低能耗铸轧继续本领优化了长型材连铸与轧钢两个工序之间的继续临盆方法，打消了保守加热炉，采取直接轧制、感受补热轧制、补热炉短工夫均热等方法，完成长型材制备经过的过程革新，使动力损耗低落，并缩小了气体排放，做到长型材的绿色化临盆。关键本领：(1)开拓出连铸方坯高温恒温恒量出坯本领，完成铸机布局、浇铸速率、铸坯切割协同策画的工程化，钢坯的头部和尾部温度差不超出50℃、出坯温度大于℃；(2)创造了多留恋铸机在不同工艺下的连铸坯列队模子，开拓出长型材铸-轧界面钢坯列队节制本领，使典范临盆线产量擢升了7.9%；(3)开拓出长型材绿色化铸-轧继续本领。针对连铸机与轧机不同安排，别离采取直接轧制、感受补热、高温钢坯均温等不同方法，完成多种现场工艺安排高效继续，典范临盆线的直轧率到达了99%；(4)开拓出直接轧制的长型材功用不变性节制本领，完成统一浇次钢筋降服强度的摇动低于12%。该成绩大幅度低落了长型材轧钢工序的吨钢动力损耗，典范临盆线能耗低落30kg/t，本领在中冶华天公司、粤北连合钢铁公司等企业运用，经济社会效力显著。4.4薄带铸轧本领
连年，华夏宝武团体和沙钢团体在薄带铸轧本领完成了工程化。宝钢自助开拓了薄带连铸连轧工艺、装配与节制工程化本领及系列产物临盆本领。关键本领：(1)薄带连铸连轧工艺本领：无引带主动开浇、凝集止境节制、表面裂纹及驳杂物节制、在线变钢级及变规格节制本领；(2)薄带连铸连轧装配本领：直径为mm结晶辊系统、侧封布流系统、双辊铸机AGC/AFC节制、全线跑偏及张力节制等；(3)薄带铸轧系列产物创造本领：首要钢种为超薄规格低碳钢、耐大气侵蚀钢、微合金钢等。产生了相对不变的客户群，完成装配模块化、高效化、高精度节制。浇铸厚度规格为1.6~2.6mm，单机架最大压下率为45%，轧后产物厚度为0.9~2.0mm，表面和边部品质精良。沙钢团体薄带铸轧经过引进消化汲取及自助革新，完成资产化不变临盆，年产量到达43万t，年将完成年产50万t薄带及超薄带钢的单条产线策画标的。沙钢开拓出崭新的双辊铸轧薄带钢临盆关键本领：(1)完成超薄带钢继续不变临盆，开拓出预警、节制模子及侧封板新式材料，继续不变浇注工夫擢升到7.7h；(2)完成0.8~1.0mm超薄带高比例临盆；(3)开拓出合金减量化高强钢、外面件用“以热代冷”产物及多种非凡钢产物，拓展了薄带铸轧产物种类及运用范畴；(4)完成铸区后装配全体国产化，开拓出合用于薄带铸轧的CERI四辊轧机、超强气雾冷却装配及双剪刃飞剪等成套装配。完成不变临盆最薄0.8mm、最大宽度为mm的超薄宽带钢。由于不需求铸坯火焰切割、加热炉及热连轧机组，燃耗、水耗、电耗别离缩小95%、80%、90%，节能减排结果非常显著。4.5高鲜映性免中涂汽车外板创造本领
汽车涂装工序是全体创造过程最大的VOCs排放源，占比超出60%。保守的涂装工艺包含3次涂漆和2次烘烤，被称为3C2B工艺。免得中涂为首要特色的新式涂装工艺打消了中涂段及以后的一次烘烤，称为2C1B工艺。首钢在机理协商上，详细了表面涟漪度概括的丈量办法，节制了表面涟漪度与涂装鲜映性的定量关联，找到成形零件表面涟漪度的影响规律；在材料临盆上，经过工艺和装配革新，处分了钢板表面涟漪度节制和表面“零”弊端节制。关键本领：(1)提议赶快不变评估涟漪度描摹的Wa1-5参数及其丈量办法，处分了钢板表面粗劣度和涟漪度协同节制的困难，完成难度最大的IF钢汽车外板免中涂工艺涂装下的鲜映性节制；(2)集成开拓了热镀锌钢板表面渺小点状弊端节制关键装配，产生热镀锌汽车外板高鲜映性节制的成套本领；(3)开拓出高鲜映性免中涂汽车外板的关键本领和装配，产生自助学识产权的SmooSurf高鲜映性免中涂汽车外板系列产物。高鲜映性免中涂汽车外板创造关键本领和装配完成不变批量供货，免中涂汽车外板在汽车用户免中涂涂装产线上得到宽泛运用，零件表面DOI值不变节制在88以上，在国内免中涂产线的占领率处于高水准，产生绿色化高品质汽车外板先进创造本领。4.6铁素体轧制本领
铁素体轧制工艺也许显著低落加热炉能耗及精轧轧制力，缩小氧化烧损及辊耗，擢升热轧产线成材率并改良带钢成形功用和表面品质，延续遭到钢铁企业的