冶金工程技术学科的研究现状与发展前景-轧钢

北京科技大学压力加工专业改革变化情况 钢材热轧过程中组织-性能预测技术的发展现状和趋势

轧制分学科发展

康永林

Development of Rolling Technology

Kang Yonglin

Latest progress in the field of rolling technology at home and abroad has been analyzed firstly, which includes rolling theory; manufacturing techniques and product development of plate, section, bar, wire-rod, hot and cold strips; latest progress of slab continuous casting and rolling technology; temperature control technology; recent development of strip profile and flatness control technology and equipment; development of rolling equipment; prediction and control of microstructures and properties of hot rolling products; friction, abrasion and high efficiency lubrication technology in rolling process; on line detection and control techniques of surface quality, microstructures, properties, dimension and shape as well as automatic and intelligent technologies in rolling process. The development of some new steel grades in recent years at home and abroad has also been introduced. Secondly, application and effect in

social economy development, trends and comparison of present situation at home and abroad, strategic requirement of rolling technology have been analyzed basically. Lastly, conclusions of development direction in the field of rolling technology has been proposed.

一、 引 言

轧制技术作为冶金工程技术中的重要组成部分，近年来随着中国和国际钢铁工业技术的进步，为了适应资源、能源和环境可持续发展的要求，以及汽车、家电、建筑等行业对产品质量、性能和精度需求的不断提高，在相关理论、工艺技术、装备结构与控制、新产品开发、新流程组合构成等方面不断取得新的进展，在同现代物理冶金技术、计算机与自动化技术、信息化与智能化技术、高精度快速检测技术、表面与界面工程技术等学科领域交叉、融汇过程中，通过持续创新，在不断展现其新的内涵的同时，得到充实和发展，在国民经济和社会发展中发挥着重要的作用。 从近两年轧制学科技术发展的特点和趋势可以看出：(1)新一代控制轧制与冷却控制技术取得显著进展；(2)我国薄板坯连铸连轧技术取得新进展并形成一系列具有自主知识产权的技术成果；(3)超细晶钢的研究开发在国内外产生重要影响并进行了批量应用；（4）板形、板宽和板厚控制技术进一步发展；（5）积极开发和探索与高质量板坯连铸相适应的高效连铸连轧新技术；(6)轧制过程钢材组织、性能的预测与控制进一步实用化；(7)

进一步研究开发利于环保的轧制过程摩擦、磨损与高效润滑技术；(8)轧制过程表面质量、组织性能及尺寸形状在线检测与控制技术取得新进展；(9)不断研究开发国家经济建设重点工程所需新钢种 1

并取得应用成效；(10)重视和发展轧制过程智能化技术。 下面，将对近两年国内外轧制技术领域的新进展、轧制技术学科发展特点、趋势以及在社会经济发展中的应用、成效进行具体分析，最后对轧制技术学科发展重点、趋势和前景并作简要总结。

二、近两年轧制技术的新进展

(一)轧制理论的发展

从近年出现的各种轧制新技术可以看出，轧制理论的发展进步起着重要的基础作用，日本在轧制技术上处于世界领先地位，其突出的特点是在轧制理论方面的先行进步。对于轧制过程中金属材料的流动以及产生的尺寸、形状、负荷、温度、组织等发生的复杂变化进行高精度的分析，仅依靠建立在各种假设条件下的工程解析法、上限法和滑移线法已经远远不够，随着近年计算机和信息技术的快速发展，以三维有限元法(FEM)为代表的轧制过程大型数值模拟分析方法得到迅速发展。在轧制过程三维变形分析和组织性能分析的变形解析理论方面，包括板带轧制变形分析和型材轧制变形分析，基本形成了以三维刚塑性有限元、三维弹塑性有限元分析及其热力耦合分析为主的状态。

金属板带轧制过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程。其中既有材料非线性，又有几何非线性，再加上复杂的边界接触条件，使变形机理非常复杂，难以用准确的数学关系式来进行描述。随着板带轧制技术的日益发展，人们对其在成形过程中的变形规

律、变形力学的分析越来越重视。同时，有限元技术特别是大型有限元模拟软件日益成熟和完善，有限元法作为一种有效的数值计算方法已经被广泛应用于板带轧制过程的数值模拟分析。采用大型有限元分析软件，加之对具体轧制过程条件、材料特性以及边界条件的正确运用，人们可以对板材轧制形状、凸度以及平直度进行全面的分析，同时将轧机和轧辊的弹性变形同板材的塑性变形进行联立耦合求解分析。

近年来，有限元模拟技术在板带轧制方面的应用日益广泛，不仅能揭示轧制过程中工件内的应力、应变、温度分布规律和几何形状的变化，而且能够模拟辊系变形，进而达到控制板形的目的。板带轧制过程模拟分析主要在以下几个方面：

(1)采用弹塑性大变形有限元法的轧制过程力能参数模拟分析； (2)采用弹塑性大变形热力耦合有限元法的板带轧制过程应力场、应变场和温度场模拟及影响因素分析；

(3)薄板及中厚板轧制过程板形动态模拟分析及预测； (4)精确模拟分析在板带轧制新技术中的应用。

2006年6月在法国巴黎召开的第9届国际轧钢会议上，又有一批板带轧制过程的模拟分析及应用成果发表，例如，包含各种摩擦条件的热带轧制力模型的在线应用，新的宽带钢冷轧规程模拟优化方法等。

针对棒线材和各种型材等产品尺寸形状精度分析预测，结合CAD/CAE和专家系统的轧制工艺与孔型设计优化，三维弹塑性

热力耦合分析已得到更多的应用。将轧件变形解析与工具(轧辊)耦合，将轧制过程力学解析与温度解析及组织演变解析耦合，可以对轧制过程中缺陷的形成进行较精确的分析与预测，对工艺过程及孔型进行优化设计，同时还可以对轧机和轧辊进行负荷和变形分析，以得到高精度的产品尺寸形状。

为适应对棒线材尺寸的高精度化、形状易变、低成本和高质量要求，已开发出三辊轧制、2Hi精密轧机和四辊轧机等多变量控制理论，三维刚塑性FEM已用于棒线材的孔型设计，并保证了产品的高精度。在大型H型钢生产线的实际测试分析基础上，利用三维热力耦合 2

有限元方法，计算模拟了H型钢轧制的全过程，得出了轧件各道次的变形情况和轧件三维温度场以及钢中残余应力的分布，为将来的H型钢控制轧制与控制冷却、组织与性能的演变与预测、新产品开发与工艺设计等提供仿真基础。在钢材轧制变形分析中，还建议采用计算时间短、更易理解的模拟三维解析法。在热轧方面，材质、预测控制十分重要，最近正在开发利用三维FEM对轧制加工成形建立新的解析模式，拟在超微细晶钢的开发中应用。此外，三维有限元分析方法，在轧制加工矫直过程的解析，轧件加热、冷却过程的理论解析等方面也得到应用。 在一些研究中，将低碳钢和微合金钢热轧及冷却过程中的析出规律的实验观察分析和模型的建立作为钢的组织性能分析与预报的研究重点。利用薄晶体透射和萃取复型分析技术在透射电子显微镜下对热轧低碳高强钢板进行观察发现，成品板中存在大量的、细小弥散的第二相析出粒子，热轧板中析出相的主要成分为Al2O3、MnS和AlN以及大量的碳化物。研究表明：在铁素体内析出了许多弥散沉淀粒子，粒子尺寸在30～50nm以下。 另外，通过物理化学相分析方法对低碳高强钢成品板中析出的纳米颗粒进行分析，发现电解粉末中包含碳化物、硫化物、AlN及氧化物，从分析结果来看，钢中＜18nm的颗粒主要为碳化物。纳米级碳化物在低碳高强板中具有显著的析出强化作用。尺寸小于18nm的碳化物的结构、析出规律及强化机理有待于进一步深入研究。

大量的研究表明：微合金钢中析出相的结构、形貌、数量以及分布对材料的性能有重要的影响。该类析出相具有以下特点：1)颗粒尺度通常在纳米级；2)其含量与基体含量相差悬殊，分析时基体对其干扰较大；3)在多元合金系中，即使化学成分相同，热加工工艺不同时，析出相的化学组成和空间分布具有不确定性。在众多的研究析出相的方法中，由于物理化学相分析方法可以对析出物的结构、粒度分布和质量分数作出定量分析，因而起着举足轻重的作用。

(二)热轧扁平材、长材生产技术的发展 1. 热轧带钢生产新技术

近年来，热轧宽带钢的生产中采用了一些新的工艺设备技术，主要包括：连铸坯热送热装技术、直接轧制技术、无头轧制和半无头轧制技术、板坯定宽压力机、带坯边部加热器、热卷箱及带钢无头轧制、精轧机组前设置立辊轧机、精轧机板形控制(凸度和平直度控制)、全液压卷取机等。连铸坯热送热装轧制技术在热轧带钢生产中已经普遍采用，日本、韩国的热轧带钢轧机铸坯热装比达到60%以上，最多可达80%，热装温度达到600℃以上。例如，日本JFE福山厂1780热带轧机热装率为65%，直接轧制率为30%，热装温度达到了1000℃。目前我国平均热装率为40%，先进生产线能够达到75%以上，平均热装温度为500~600℃，最高可到900℃。直接热装和直接轧制是当代热轧带钢轧制技术的发展方向，可以进一步提高节能效果，缩短生产周期，使连铸机

和热轧机更紧密地联系在一起。国外新建的热轧带钢轧机一般优先考虑热装炉和直接热装炉工艺的实现，预留直接轧制工艺余地。为加热直接热装板坯，国外热轧带钢轧机专门采用一座加热炉进行加热。为了提高能源的利用效率，减少二氧化碳的排放，保护环境，日本的板坯热装炉技术普遍采用蓄热加热技术。 我国一些板坯加热炉也开始采用蓄热式加热炉。热轧带钢的粗轧机组的布置形式，已经由过去普遍采用的连续式或四分之三连续式回归到半连续式，粗轧机的能力大为增强，控制手段先进可靠，大幅度减少了粗轧机组的建设投资和运行费用。 无头轧制和半无头轧制技术是近年来发展的新技术。无头轧制主要应用在热轧带钢和棒线材生产中，半无头轧制主要用于薄板坯连铸连轧生产线。无头轧制技术可使板带全长的质量均匀稳定，它由轧机追尾控制技术、头尾焊接技术、高精度成品轧制技术和高速通板卷取技术等组成。无头轧制技术可以生产0.8~1.0mm带材，设备的磨损和废品率也有所下降， 3

可以降低生产成本2.5~3%。目前，日本无头轧制技术已用于1mm厚度薄板的稳定生产，其中关键的头尾焊接技术采用了感应加热焊接和激光焊接。JFE千叶厂3号2050mm热带钢轧机在世界上首次使用3卷位置热卷箱及热轧带钢无头轧制技术，主要设备包括3座步进梁式加热炉，3架粗轧机(R1为可逆式)，R3粗轧机和F1精轧机之间设3卷位置热卷箱，7机架PC精轧机，两台地下卷取机。通过对精轧第4～6机架采取小径单辊驱动的热连轧机，在大压下的同时实施出口穿水快冷工艺，获得较高抗拉强度、优良的抗疲劳性、加工性和焊接性的铁素体粒径2～5μm微细组织的热轧钢板。

在薄带生产线上，除了批量轧制外，半无头轧制和快速产品切换(flying product change, FPC)技术也具有很好的应用前景，它可以实现不同规格产品的快速切换同时保证较高的尺寸精度和较小的机架间的张力波动。半无头轧制高强度钢的最小厚度达到1.2mm，低碳钢的最小厚度可以达到0.8mm，生产宽度900~1600mm的薄带钢，双流连铸最大产量可以达到240万t。日本三菱重工向荷兰CORUS公司提供了短流程超薄钢板的轧制技术，采用此项工艺技术能生产出0.7mm以内的超薄热轧板卷。对于无头轧制中产生的轧辊热凸度，可以采用边轧制边改变交叉角度的PC轧机。为了满足半无头轧制超薄带钢的板形凸度和平直度动态控制的要求，达涅利提出了fCR轧辊交叉机架的概念，采用了包括弯辊、轧辊横移和轧辊交叉装置，以独立控制轧辊磨损、

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热凸度变化和轧制负荷对带钢板形的影响。通过在埃及Ezz板带厂带钢热轧试验表明，采用达涅利fCR轧辊交叉系统使得在带钢总长度95.45%的长度范围内，带钢凸度值可控制在距目标值±15μm的公差范围内。

在热带粗轧机组普遍采用了调宽与控宽技术，例如西马克-德马格公司新开发的无镰刀弯轧制CFR技术，通过粗轧机前的强力侧导机构、增强的粗轧能力和液压压下以及自动化控制系统有效防止了中间坯强力轧制后镰刀弯的产生。全液压的立辊调宽控宽技术，包括自动调宽的液压AWC和短行程SSC控制技术，显著提高了中间坯和板坯头尾的宽度控制精度，减少了头尾切损。机架本身，也由过去的立式除鳞机，发展为附着式立辊。板坯定宽压力机调宽是极为有效的调宽手段，已经有SMS，IHI的公司开发出来，我国已经有一些轧机采用了定宽压力机，一道次最大的侧压量可以达到350mm。

为了解决热轧板的板厚、板形和板凸度控制问题，板形控制技术如HAGC、CVC、PC、WRS等得到了很大的发展。西马克-德马格公司新建的热连轧机组均采用了液压压下厚度控制(HAGC)和连续可变凸度CVC技术，日本三菱、日立热连轧机组除了采用HAGC厚度控制技术外，还采用PC轧机(交叉角0~15°)技术。在精轧机组的前部机架，采用CVC或PC轧机，控制坯料的板凸度，为后部机架的板形和板凸度控制提供需要的断面形状，在精轧机组的后部机架，则主要采用WRS轧机，通过轧辊的

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轴向往返移动，分散热凸度和磨损，实现自由程序轧制。为了提高活套系统的控制水平，提高系统的响应性和控制精度，近年开始采用液压活套技术。为了抑制热轧带钢精轧机组的轧机振动，日本三菱在PC轧机开发的基础上，提出了高压轧制振动抑制技术，应用于热连轧生产线，取得了良好的效果。

为了减少热带坯在精轧机组前的温降，减少头尾温差，保证带钢的温度均匀性，一些热带轧机在精轧机组前配备热卷箱或补热装置，新型的“双工位无芯卷取”热卷箱用于满足带钢无头轧制的需要，热卷箱和无头轧制技术对于500万t以上规模的热带钢轧机较为合适。有的采用中间坯保温和边部感应加热技术，改善了中间坯温度的均匀性，减少了头尾温差，改善了钢坯断面温度分布和金相组织，防止薄带钢、硅钢、不锈钢等特殊品种的边部裂纹，减少轧辊的不均匀磨损。为了控制精轧温度以及实现高升速轧制，在热轧带钢精轧机组普遍采用机架间冷却技术。新建的热连轧机组层流冷却线一般分为主冷区和精冷区，可以精确控制带钢的冷却强度和速率、冷却的均匀性和卷取温度。西马克-德马格公司还开发了边部遮挡技术，以降低带钢冷却后的热应力，有效防止边浪的发生，保证了横向组织和性能的均一性。 4

目前，新型的热轧卷取机主要是采用德国SMS和日本IHI新技术的全液压三助卷辊地下卷取机。采用这种新型的全液压卷取机，钢卷塔形可以控制在40mm以内，卷筒均可以在卷取100万t后进行更换。卷取温度向低温侧发展，以生产贝氏体钢、双相钢、TRIP钢等高级钢材品种。

我国在热轧带钢轧机的消化引进和集成创新国产化方面有了明显进展，在宽带钢热连轧机板形控制系统开发、提高板形质量和降低轧辊消耗等方面取得了显著效果，如鞍钢成功实现1700及2150ASP线成套设备的开发和建设。

为了生产高强度汽车用钢板，热轧带钢层流冷却系统普遍采用了冷却路径控制，可以实现前部快冷、后部快冷、稀疏冷却、间断式冷却等多种控制冷却模式。为了加强对带钢相变过程的控制，可以在输出辊道的前部或者后部采用超快速冷却装置。目前，该项技术已经应用于热轧带钢和中厚板的轧后快速冷却，如：Arcelor/Carlam，JFE/福山，TKS等热连轧机组，对于3~4mm厚度的钢板超快速冷却装置的冷却速度可以达到400/s℃以上。通过应用超快速冷却技术，对热轧带钢轧后冷却过程进行精确控制，比利时科克利尔和日本的JFE分别成功开发了700MPa级和800MPa级高强度汽车用热轧带钢，用于制造汽车车轮轮毂。热轧带钢层流冷却系统有的采用边部遮蔽技术，以实现带钢横向温度分布的高均匀控制，这一技术对于高强钢的横向组织均匀性具有重要的意义。

为了改善IF钢的深冲性能，减少精轧机组的轧机负荷，开发了IF钢的铁素体区热轧技术。在生产中应用后，已经取得了降低轧制力以及提高热轧和冷轧深冲钢板性能的良好效果。 通过轧制和连续退火技术，目前已经可以生产440MPa级的BH钢，用作汽车面板，具有良好的抗凹陷性。为了生产汽车用的AHSS钢，对轧制和冷却过程进行控制，开发了强度级别达到1000MPa的高强热轧DP钢和TRIP钢，一些强度达到1000~1470MPa级的热轧复相超高强钢也已经开发出来，并应用于汽车结构件。 2. 中厚板轧制技术

轧机的强力化是中厚板轧机的重要发展趋势，轧机的单位宽轧制力达到20kN/mm，电机功率达到4kW/m，为轧机的TMCP和板形板凸度控制提供了强有力的支撑。中厚板轧机的控制功能和精度水平有了很大发展，除了常规的液压AGC厚度控制、WRB板形控制技术外，还开发了多点动态厚度控制技术、平面形状控制技术、CVC+板形控制技术等新一代高精度控制技术，板材质量有了很大提高。在后续的精整工序，采用强力式矫直机、矫直机的计算机自动设定、组坯剪切等新技术，提高了产品的精度水平。通过轧制、冷却、矫直、剪切的合理匹配，开发出了低残余应力钢板的生产技术，可以提供极低残余应力的钢板，大大减轻了用户的工作量。

高效率、高均匀性加速冷却技术和相应的自动化控制系统已

经在各类中厚板轧机上普遍采用，我国已经依据各工厂的具体情况，开发了U形管层流、直管层流、水幕等不同的冷却方式，有的工厂在冷却系统的前部采用直接淬火系统。这些系统配以高精度的边部遮蔽装置、辊道速度控制系统和冷却自动控制系统，可以对中厚钢板在长度、宽度和厚度方向上进行高均匀性的控制冷却。

关于粗轧和精轧之间的待温过程，各厂采用不同的方式。有的采用交叉多坯轧制方法，有的在粗轧和精轧之间采用中间冷却，有的在主辊道旁边配置侧辊道，均可得到较好的冷却效果。日本近年开发出了高冷却能力的新一代加速冷却系统，该系统由于采用核沸腾方式，可以将冷却能力提高2~5倍，通过将淬火系统与在线回火系统组合，实现在线DQ+T，生产过去难以得到的新性能中厚板。中厚板热处理生产技术则仍以常化、调质等为主，国内有的厂已经进行热处理生产，有的在筹划建立热处理生产线。

在中厚板轧制中，TMCP、HTP和RPC等轧制技术得到了进一步的开发和应用，取得了显著进展，尤其是在高强度高性能中厚板产品的开发和生产方面。目前，国内已经可以生 5

产建筑用460MPa级中厚板和耐火建筑用中厚板、X70~X100中厚板管线钢、储油罐用钢、高级别桥梁用钢、超低碳贝氏体钢、高性能容器用钢等。但是，我国中厚板的研发生产与国外相比仍有相当差距，国外大线能量焊接厚板、表面细晶高止裂性能中厚板、LP钢板等高级别高性能钢板已经开发出来并得到了广泛应用。

3．型钢、棒线材及管材轧制技术

型钢轧制技术方面，H型钢轧制技术取得较大进展，国外已经开发出了外形尺寸一定的H型钢的轧制技术和控制冷却技术。随着建筑结构用钢的大断面化，建筑物的高层化和大型化，外形尺寸一定的H型钢制造技术又有了新的发展和进步。当初开发的外形尺寸一定的H型钢仅指腹板高度一定，产品有15个系列95种尺寸，最大可制造的H型钢腹板高度为900mm。随着用户对翼板宽度一定和尺寸系列的要求越来越多，促进了下一代外形尺寸一定的H型钢的研发。下一代外形尺寸一定的H型钢是指腹板高度、翼板宽度都与板厚无关的H型钢，通过开发出的利用偏心套筒调节孔型深度的可变轧边机，实现了翼板宽度的一定化。新一代外形尺寸一定的H型钢通过板坯的大型化和新粗成型法的开发，制造了腹板高度达1000mm的大型外形尺寸一定的H型钢，产品范围也扩大到42个系列292种尺寸。我国近年来在H型钢生产方面，实现了全线过程控制的功能优化，研发了小变形矫直、在线防锈蚀技术，形成了包括高效优质H型钢洁净钢生产技术、高效异形

坯连铸技术、万能轧机小张力连轧和控制轧制等完整的H型钢生产成套关键技术，处于国际领先水平。

在棒线材轧制方面，国际上开发了无头轧制技术，我国也引进了该技术，但是，效果不理想。最近韩国和日本合作，开发了焊接型连接技术进行无头轧制，应予关注。在棒线材高尺寸精度化轧制技术方面，除了连续无扭高速轧制技术之外，开发了自由尺寸轧制技术、高精度定径机组，达到了良好的控制精度。切分轧制技术可以大幅度提高中小规格的生产量，在我国普遍采用，目前小规格已经可以做到3切分轧制，个别企业已经在试验4切分轧制。采用高冷却速度的控制冷却系统，进行棒线材的控制冷却，可以较大幅度地全面提高钢材的力学性能，已经在带肋钢筋生产中应用，取得良好效果。棒材和带肋钢筋的大盘卷生产，适应了建筑、机加工等行业节材、高效发展的需要，已经在国内得到应用。此外，在高线生产中，通过对精轧温度和轧后冷却条件的控制进行轧材在线软化的技术倍受重视。我国新疆八一钢铁有限公司经过近10年的试验和研究，成功开发出了棒材全连续无槽轧制技术，2006年又在高速线材轧机上对无槽轧制技术进一步试验，目前已经在高速线材粗轧、中轧、预精轧机组实现了无槽轧制，在开发品种、提高产品质量、节能降耗、提高生产效率等方面取得了显著效果。

意大利布雷西亚Alfa Acciai棒材无头轧制作业线生产出第一批经过工字轮卷取的棒材大盘卷，它是世界上第一条无头轧制工

字轮卷取作业线，将达涅利最新推出的两种创新技术即ERW无头焊接轧制技术和工字轮卷取作业线有机融合在一起。ERW无头焊接轧制技术通过方坯在线自动闪光焊接，使轧机实现不间断生产。工字轮卷取线则是通过无扭卷取，可将螺纹钢棒材卷取成超紧凑/超重棒材大盘卷，Alfa Acciai工字轮卷取作业线可以生产8～16mm直径、经过无扭卷取的超紧凑、超重螺纹钢棒材大盘卷，最大卷重可达3t。

达涅利摩根沙玛公司为Stahl Gerlafingen提供了PSP型钢定径轧制新技术，这是工字钢和型钢生产领域中的一项最新技术。PSP技术将UFR超灵活的可逆式预精轧机与一个独立的单机架UF万能精轧定径机架结合起来，改善了产品质量，提高了设备生产能力和效率，降低了生产成本。

最近的无缝钢管生产技术的进步主要是由无缝钢管用坯的连铸化引起的。由于圆坯质量的改善和制管技术的进步，采用热挤压方法制造的13Cr钢和奥氏体不锈钢管已经替换为轧制方式生产，最近开发了圆坯连铸-制管-热处理的直接化技术。管坯穿孔轧制引人注目的变化是圆锥形穿孔机和交叉辊穿孔机的发展。芯棒轧管机已向大型化(最大425mm)轧机或紧凑 6

化发展。全浮动芯棒轧管机建立了轧制过程中芯棒保持在一定速度的芯棒保持技术，芯棒轧机的紧凑化使得机架数从7～9机架已降到4～5机架，穿孔、轧管所需的总能耗可减少20%。 宝钢作为世界上最后一条全浮动芯棒连轧管生产线，通过改善芯棒润滑条件，自主开发张力减径机非传统孔型，开发大规格孔型和高铬钢产品，提高生产线工艺自动控制水平，使生产线继续发挥能力，为用户提供高精度、高钢级的产品。

达涅利森特罗钢管公司近几年来开发出了先进的FQM型3辊限定芯棒无缝钢管轧制技术。FQM工艺是以连续轧制为基础，各轧制道次在恒定限速移动的芯棒上进行。采用FQM型3辊轧制技术可以生产出管壁更薄、壁厚精度和钢管表面光洁度更高的高质量无缝钢管。到目前为止，采用达涅利森特罗钢管公司FQM高质量轧制技术的钢管生产商有中国成都钢铁公司(攀钢集团)、俄罗斯Nizhnie Sergi公司、沙特阿拉伯JESCO公司和俄罗斯的TMK Seversky钢管厂，攀钢集团在2007年9月25日采用具有创新意义的FQM高质量轧制技术成功地生产出了第一批完全符合国家标准和国际标准的高质量的无缝钢管。

JFE公司知多厂成功开发了新一代电焊管生产技术HISTORY工艺，生产出具有高强度、高加工性和高尺寸精度等优良性能的HISTORY钢管，成为世界上首例通过在线中温热处理技术生产出的高性能电焊钢管。该工艺将焊管坯用JFE自行开发的薄壁管成型焊接机(CBR)制成母管后，再采用新开发的轧辊位相角为

11.25℃的四辊型减径轧机在650～950℃中温区进行高压下减径。目前，HISTORY钢管已应用于汽车部件如底盘减震器，节油效果显著。 4．钢轨轧制技术

SMS Meer作为钢轨轧机的主供应商在过去的几年里为钢轨轧机技术发展做出了重要的贡献，满足了现代高速铁路交通的日益发展的需要。SMS钢轨轧制的前沿技术主要包括：轧机数目最小化的紧凑式布置节省了投资和生产运营成本；不需要独立的精轧机；适于生产钢轨和其它产品的紧凑连轧机上的万能轧制技术；带有液压调节系统的CCS(compact cartridge stand)轧机机架便于快速实现换辊更换产品规格以及减小偏差；RailCool?技术对钢轨可以实现选择冷却保证了钢轨均匀冷却避免发生弯曲和最大程度上减小了钢轨的残余内应力。SMS开发了一种新的紧凑式钢轨轧制技术，这种技术采用纵列式可逆轧机进行钢轨的万能轧制，并在韩国INI Steel公司浦项工厂第一次成功应用，目前包括中国的鞍钢、包钢、武钢和美国的Steel Dynamics公司、印度的Jindal Steel & Power公司和土耳其的Kardemir钢铁公司都选用了此技术进行钢轨的生产。 5．环形轧制技术

近些年来人们对柔性成形技术的兴趣一直在增长，然而环形轧制技术近一个世纪以来却并没有获得很大进展。T.F. Stanistreet等探讨了“增量环形轧制(incremental ring rolling)”的可能性，通过

减少心轴与辊子的接触以及心轴的轴向和径向运动获得任意轮廓的环形截面。这种理念也被用来进行环形轧制设计优化，并设计出了一种新的柔性环形轧制机器模型。

J.M. Allwood等对增量环形轧制工艺的技术可行性和商业潜力进行了分析，通过物理模拟、有限元分析以及在工业环形轧制轧机上进行实验，结果表明经过精心设计刀具的轨迹进行环形轧制技术上是可行的。通过优化轧制工艺，获得了轧制过程有关工艺参数。A.K. Alfozan等在美国俄亥俄大学设计制造了一种实验室径向环形轧制轧机，并对轧制过程中的工艺参数如进给量、扩径、压力和温度等进行测量和控制。 6．铁素体轧制技术

近年来，随着轧制工艺和技术的进步，现代热带轧机利用铁素体轧制技术，已能够大规模生产50%以上0.9~2.1mm的热轧带钢产品。与冷轧产品相比，铁素体轧制能降低薄规格热轧带钢最终生产成本US$25/t。铁素体轧制能扩大热带钢轧机的产品品种，增大高附加值产品的比例，提高轧机生产的灵活性。低温铁素体轧制采用润滑轧制工艺，能够最大限度地 7

降低轧制负荷、减少轧制负荷的不稳定以及轧辊的磨损，钢板内部组织理想，带钢表面质量高。铁素体轧制时通过在最后一个精轧机架后、输出辊道前添加了一个具有高速穿钢能力的地下卷取机以及采用Slug或Pony轧机技术，实现薄规格产品轧制中恒定的秒流量控制和等温轧制。 7．高速轧制技术

达涅利高速线材轧制的最新技术，包括双模块技术(twin module block, TMB)、DWB预精轧机组前紧凑式切头剪、低温轧制工艺(LTR)、达涅利金相组织控制工艺(DSC)、闭环控制系统、最新一代吐丝机和集卷站等。达涅利高速线材轧制采用双模块轧制系统的创新概念，结合TMB双模块机组和上游DWB预精轧机组之间的微张力控制系统，可以115m/s的高速度生产最小规格为?4.5mm的产品，同时产品的尺寸公差可以控制在±0.1mm范围内。

JFE公司在东日本制铁所千叶第一冷轧厂对镀锡基板冷轧机组进行各种高速轧制技术研发，包括高速轧制控制技术以及轧辊与钢板高效冷却技术，最终实现了最高轧制速度达2813m/min板厚≤0.15mm的极薄板带高精度高速冷轧。为了实现高速轧制，需要开发耐磨工作辊、高润滑轧制油、高效冷却技术和高速板形控制系统。 8．活套控制技术

活套控制是保证稳定可靠的板带轧制过程的重要考虑因素之

一，活套控制的目的是使板带在机架间平稳运行，控制板带张力在理想的范围内。基于多参数控制的线性二次型逆问题控制理论(inverse linear quadratic, ILQ)被用来提高活套的控制能力。在薄带生产线上，除了批量轧制外，半无头轧制(semi-endless rolling)和快速产品切换技术也具有很好的应用前景，它可以实现不同规格产品的快速切换同时保证较高的尺寸精度和较小的机架间的张力波动。

德国西马克公司采用差压活套和张力计活套控制技术来检测板带宽度方向的张力分布，自动调节轧机辊缝，改善活套板带张力控制的稳定性，扩展了活套的控制功能。日本东芝公司采用PI+ILQ活套综合控制，实现了活套角度与板带张力同时闭环，使板带张力控制的稳定性有了一定程度的改善。对薄规格板带产品，产品厚度偏差小于25μm，宽度偏差小于10mm，PI+ILQ综合控制与单独采用PI控制相比，活套张力波动和高度波动分别只有后者30%和20%左右。

意大利Danieli自动化部提出了一种基于摩擦补偿的滑动控制(sliding mode, SM)模式，用于热轧板带机架间活套控制，通过在希腊Sovel SA热轧板厂精轧机组进行测试，显示出了比传统的PI活套控制更具优势和效率。 (三)冷轧带钢生产技术的发展 1．酸洗技术

在酸洗线中采用了拉伸破鳞和紊流酸洗技术。酸洗技术由硫

酸酸洗发展到盐酸酸洗，在盐酸酸洗方面，浅槽紊流酸洗技术可以提高酸洗效率，提高酸洗线的酸洗速度，节省酸液，可以回收再利用。我国已经可以自行设计制造冷轧浅槽紊流酸洗的生产线。为了提高轧制过程的效率，已经发展了大型酸轧联合机组，由于酸洗线和轧制线的连接，提高了生产效率，减少了带钢切头损失，使冷轧机组上了一个档次。近年来我国新建的宽带钢冷轧生产线一般均采用了国际上最先进的酸洗-冷轧联合机组(CDCM)，将酸洗冷轧集中在一条作业线上进行连续处理，从酸洗到冷轧完成仅需进行一次开卷和卷取，与过去工艺相比，节约了投资，降低了生产成本，提高了经济效益。达涅利公司开发了用于厚板生产的推拉式酸洗作业线(PPPL)、连续式酸洗作业线和热浸镀锌作业线。 2．冷轧技术 8

冷连轧机根据产品精度要求，可以采用4辊式和6辊式。如果轧制精度要求高，规格比较薄，应选择6辊式。六辊式轧机有HCM、HCMW、UCM、UCMW、CVC-6等不同机型，其中UCM轧机是日本三菱-日立公司开发的新一代六辊冷轧机，相比于HCM轧机增加了中间辊弯曲，其中间辊不仅能够轴向移动还设有正弯辊，工作辊则设有正负弯辊。UCM轧机增加工作辊轴向移动即成为UCMW轧机，UCMW轧机具有较好的2次和4次板形的调整功能，又可以较好的控制边部减薄，应用较多。可逆式轧机除了普通单机轧机外，还出现了双机架可逆式冷轧机，已经在我国济钢等单位得到应用。我国新建的串列式冷轧机大多采用德国SMS-DEMAG开发的6H-CVC Plus轧机或日本三菱-日立开发的6H-CVC轧机，利用中间辊的轴向移动来控制辊缝形状，具有良好的带钢板形控制能力和稳定性。最近我国中冶京诚公司开发的5机架八辊串列，拓普公司开发的5机架十四辊连轧生产线均已投入生产，一般用于年产能力60万t左右的冷轧带钢生产线。 为了提高产品的厚度精度，除了传统的AGC控制方式外，现代冷连轧机普遍配备了激光测速仪、机架间测厚仪等检测仪表。激光测速仪直接测量带钢的速度，其测量精度可以达到±0.05%，激光测速仪配合AGC控制技术可以提高出口带钢厚度控制精度，其保证值可以提高到0.8%。利用支撑辊的滚动轴承化以及高响应速度的交流调速，再配以高精度轧制技术，可以实现高速轧制技术，国外已经可以达到2800m/min。

3．连续退火技术

连续退火技术是生产优质高强钢重要的生产技术，其关键核心技术是退火后的快速冷却技术。我国已经引进快速冷却技术，目前急需国内消化引进再创新，开发具有我国特色的连续退火快速冷却技术。

连续退火技术是重要的控制冷轧板质量的技术。近年来对退火工艺技术研究，主要集中在开发柔性退火技术，其中心思想是利用退火过程中温度的控制，改变钢材的相变过程，得到不同的组织和性能，满足用户的多方面的需求。 4．板带涂镀层及表面技术

连续式热镀锌生产技术，要点是研究热镀锌板镀层的抗粉化性能，防止材料表面氧化造成的漏镀点。对于合金化热镀锌汽车用高强钢来说，一般在钢中添加了较多硅和锰等易氧化元素，在连续镀锌机组进行再结晶退火时，这些元素会发生外部氧化，并富集在钢板表面。为了抑制再结晶退火时易氧化元素在钢板表面的富集，JFE公司开发了扩大硅和锰等合金元素添加量范围的合金化热镀锌钢板。如在退火前对钢板表面进行电镀，延缓钢板表面易氧化元素的富集；在热轧阶段即对易氧化元素的表面富集进行抑制等。针对易氧化元素在钢板表面的富集，研究了低硅成分设计和相应的退火工艺设计，采用铝代替硅，既保证了基板的性能，又改善了镀锌板的镀层质量。充分考虑连续热镀锌的镀锌温度制度，针对高强汽车用镀锌板组织要求，建立了可以兼顾热镀

锌和连续退火的工艺制度，得到需要的镀层质量和材料组织与性能。合金化镀锌已经较大幅度地提高了热镀锌钢板的涂层质量，在汽车行业得到了广泛的应用。对于汽车车身用合金化热镀锌钢板来说，当强度超过了980MPa，除了需要改善材料性能、确保镀层附着性和防锈性能外，在钢板的成形、焊接和延迟破坏技术等方面也需要不断取得进步。

热镀锌板技术今后研发的重点主要是：对锌液成分的改善和稀土等微量元素的添加对热镀锌的影响；对镀锌板表面粗糙度进行控制；对钢板的表面质量即表面缺陷状态、清洁度和表面形貌的控制；对锌锅流场进行研究，改进锌锅的加热方式和锌锭的加入位置；解决先进高强度钢 (AHSS)如双相钢(DP)、相变诱导塑性钢(TRIP)、复相钢(CP)和马氏体钢(MART)的退火热处理制度与镀锌工序之间的矛盾以及高强度钢中的合金元素与钢板可镀性之间的矛盾。

根据欧洲的禁令，涂镀钢板的钝化过程应为无六价铬涂层过程，为此国外已经生产了无 9

铬钝化钢板，但是成本比有铬钝化高得多。为了防止铅的有害作用，汽车油箱用钢板已经过渡到采用无铅钢板。功能化涂层钢板生产技术是涂层钢板的重要发展方向，国际上已经开发出耐指纹钢板，自润滑钢板，防菌钢板等功能型钢板，我国也已经开始生产。

O5面板用钢板的生产技术受到重视，并已经取得重要成果。在汽车、家电等高质量冷轧、退火、涂镀生产线上，采用表面清洗技术、乳化液过滤技术、合理的工艺润滑技术、环境清洁化技术等，保证了钢材表面的清洁度，提高了表面质量。我国宝钢、鞍钢等企业不仅可以大批量生产供应O5面板，而且在成材率和质量稳定性方面达到和保持国际先进水平。

近年来，欧、美、日等国的一些钢厂普遍采用预磷化热镀锌板，预磷化膜既可防锈，也可消除镀锌板与模具摩擦后易产生的锌层脱落、粉化等缺陷，已成为解决难冲压件开裂的一种有效手段。为了克服连续式预磷化膜的“条影”缺陷，美钢联、神户等公司采用遮盖率很低的膜重<0.6g/m的非连续式预磷化膜，不仅从根本上消除了“条影”缺陷，对预磷化镀锌板的成型性和焊接性能也没有不利的影响。为了不断提高汽车车身用热镀锌板的防腐蚀性能，还应加强对改善涂装性能的锌盐磷化技术的研究，开发出既能提高磷化膜的质量，又更加环保、成本更低、磷化时间更短的锌盐磷化技术。

目前，连续涂镀技术的开发创新主要集中在高强度汽车用钢

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的涂镀技术、特殊的功能化涂层、减量化耐腐蚀的新的金属合金涂层、绿色化的化学表面处理、绿色环保的涂镀工艺和涂层材料腐蚀的评价方法等方面。 (四) 轧制设备的发展 1．炉卷轧机

传统的炉卷轧机都由一台可逆初轧机和精轧机两部分组成，也就是用一个可逆的精轧机架配上两个炉卷炉来取代普通的半连轧机。

现代轧机既需要初轧机生产板形好、凸度小的中间坯料，也需要精轧机有一定的力矩，能轧制厚一些的中间坯料，这就形成了初、精轧合二为一的单机架炉卷轧机，用于生产表面质量要求很高的不锈钢，能够把200mm厚的板坯轧到3mm的带卷。CoilPlate板卷轧机是一种单机架炉卷轧机，利用卷板技术生产中板，板材质量与传统的中板轧机相当，生产效率和收得率却大大提高，达到了200t/h，收得率为96～97%。现代的CoilPlate板卷轧机有三种不同的特有中板生产模式：单张中板生产模式，炉卷卷板轧板和炉卷轧卷。

两机架纵列式炉卷轧机(tandem steckel mill)是一种独特形式的带钢热轧机包括两个完全相同的四辊水平轧机，轧机之间分布着立辊轧边机和活套分别用于初始几个道次和最后几道次，采用可逆式轧制，炉卷轧机机组两边各有一个卷取炉，辊道出口处有层流冷却系统，冷却后通过一个地上卷取机对带钢进行卷取。两

个机架都配有HAGC、弯辊、快速换辊装置，还可以装备窜辊或CVC+的控制，确保了中间坯料的板形和温度。炉卷轧机通常最适于轧制不锈钢，近年来产品范围逐渐扩大到耐候钢、高级别的微合金钢(如螺旋焊管钢)、高级别的晶粒取向电工钢等。 新一代的紧凑式炉卷中板轧机既可以生产板卷，也可以生产剪切后的板材，产品的宽度为1524～3124mm，厚度为2.3～51mm，生产的钢种包括管线钢、建筑用钢、压力容器钢和高强度低合金钢，板坯生产则采用达涅利已经获得专利的H高质量高速结晶器和动态轻压下系统的薄板坯连铸(fTSC)技术。 2．冷轧机

VAI Clecim开发了一种新式的可逆式冷轧机，该轧机配备了智能凸度工作辊窜辊、自动板形控制系统(AFC-1级系统)和Corum?数学模型的二级系统，设计年产量60万t，可以1250m/s速度轧制宽度达1650mm的板带。 10

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达涅利公司为Unicoil公司沙特Al-Jubail厂提供了一条先进的冷轧镀锌生产线，该生产线冷轧机部分采用了单机架四辊可逆式冷轧机，轧机顶部装有HAGC液压缸，底部装有斜锁板可以实现轧制线自动调整。轧机还配备有E-型活动工作辊弯辊模块、平衡液压缸、工作辊横移液压缸和工作辊自动快速更换系统以及用于轧辊热凸度控制的局部冷却喷淋架带。

达涅利威恩联合公司研发的先进双机架可逆式冷轧机年生产带钢能力为60~100万t，轧制镀锡板时生产能力在20~30万t。双机架可逆式轧机采用4辊或6辊形式，配备由E型块实现的工作辊和中间辊正、负弯辊系统，采用闭环回路和先进的基础自动化和过程控制系统控制的工作辊和/或中间辊横移的最优化辊型技术。 3．平整机

瑞典的SSAB Oxel?sund中厚板厂研制开发了一种新概念的钢板平整机对其H2淬火作业线处理的超高强度钢板进行平整。该平整机配备有先进精确的平整度检测系统，主要的机械设备包括主平整机牌坊、上弯曲机架、辊盒、传动系统和辊盒更换系统，可以实现上辊组倾斜和偏移的HAGC液压厚度控制，每个机械设备都进行了详细而精确的有限元分析计算，以准确判断载荷作用下的变形行为，保证达到很高的整体刚度，尽可能减小平整过程中设备的变形。

达涅利威恩联合公司为印度SAIL Bokaro钢厂提供了一架平整机用于汽车板冷轧带卷的平整。这架技术装备先进的平整机能

够处理CQ、DQ、DDQ、EDDQ、HSLA、IF和BH等钢种的冷轧和热轧罩式退火带卷，可以实现干式和湿式平整，并能够满足汽车制造业为生产外板所必需达到的伸长率、平直度和带钢表面粗糙度的要求。

近几年，美国DBI公司进行了高强度及超高强度钢板的加工新技术的开发，研制成功了Outboard辊式弯曲平整机，可以对3mm厚的屈服强度高达1550MPa的超高强度钢板进行平整。Outboard辊式弯曲平整机可以使钢板横断面各个层次屈服，完全消除钢板的“回忆”效应，提高钢板表面质量的同时确保钢板更高的平直度。通过与DBI圆盘剪、机电一体化辊式堆垛机等多种设备的联合，达到了全自动激光靠模式成型工艺对钢板无残余应力及更高平直度提出的质量标准。 4．特厚板轧机

为了满足造船工业和大直径直缝焊管生产的需要，日本、德国、俄罗斯等国先后建成了多台5m以上的特宽厚板轧机。目前，日本已能够生产出宽5350mm，厚380mm，单重达200t的特宽、特厚、大单重钢板。现在国外筹建新建的5m以上的特宽厚板轧机主要采用单机架形式，原料则是大板坯或大钢锭，有的还在轧机上附设立辊轧机齐边和控宽，如日本水岛厂5490mm立辊近接配置轧机、大分厂5500mm和鹿岛5350mm+4830mm立辊非近接配置轧机。5m以上的特宽厚板轧机产能较大，国外新建厂都考虑设置一条高能力数码信息剪切线，主要设备有板形仪、自动划

线机、切头剪、双边剪和定尺剪，剪切的精度得到大大提高，板宽偏差可由现在的+3～8mm提高到+1～4mm，长度偏差则由现在的+5～10mm提高到+3～6mm。 5．钢梁轧机

2007年4月美国Kosciusko Attla公司成功投产了一套25tph产能的宽翼缘钢梁的新轧机，该紧凑式轧机由30tph产能的加热炉、三辊粗轧机、两架SHS-U万能精轧机、轧边机、冷床和精整设施组成，精轧机采用达涅利的重型万能无牌坊精轧机，其水平和垂直轧辊直径分别为?720/460mm。 6．CCM轧机

随着短流程CSP薄板坯连铸连轧技术不断取得进步，德国的轧机制造商开发出了与CSP技术相匹配的冷轧设备，即CCM轧机(紧凑式冷轧机)，该轧机是一种两机架可逆式冷轧机， 11

可以更经济地生产高质量冷轧板，产量可以达到90万t/a，在单机架可逆式冷轧机和串列式冷轧机之间找到了生产成本的最佳结合点。CCM轧机的排列是带有一个开卷站和两个可逆卷取机，借助多道次轧制，具有很高的操作灵活性，通过添加适量的轧机形成串列式机组，并与酸洗线连接可以组成全连续式PL-TCM生产线。

三、轧制学科技术发展的新特点和趋势

(一)新一代控制轧制与冷却控制技术取得突破性进展 在标志20世纪钢铁工业最伟大成果之一的TMCP技术的基础上，国内外冶金工作者在研究新一代控制轧制和控制冷却技术方面，进一步提出和开发了采用超快速冷却(ultra fast cooling, UFC)的控制轧制技术－UFC-TMCP。东北大学等单位和有关钢铁企业合作，将所开发的超快速冷却技术先后应用于C-Mn钢、微合金钢及合金钢棒材生产线、热轧板带生产线以及中厚板生产线，通过进行冷却路径控制实现有效控制钢的奥氏体再结晶以及碳化物的微细析出，从而得到多样化的相变组织和优异的性能。 随着超快冷速技术的开发，利用现代连续轧制的大变形和应变积累，实现了以超快速冷却技术为核心的新一代控制轧制和控制冷却技术(NG-TMCP)。新一代TMCP技术的核心要点为：在现代热连轧过程提供的加工硬化奥氏体的基础上，以超快速冷却为核心，对轧后硬化奥氏体进行超快速冷却，并在动态相变点终止冷却，随后进行冷却路径的控制，获得性能优良、利于循环利用

的钢铁材料，节省了资源和能源，促进了社会可持续发展。目前，新一代的TMCP技术已经在我国的棒线材、轴承钢以及热轧带钢组织的复相化控制等方面已经得到应用。

金属带材制造商C.D. W?lzholz和工业气体和技术供应商Air Products共同开发了一种新的Air Products冷却轧制技术。这种技术用液氮冷却取代常规水基冷却液冷却，用于冷轧最后阶段或光整阶段，大大提高了产品产量和表面质量，减少了废品，提高了工作辊的使用寿命，三年来已经成功应用于德国海根和巴西圣保罗的C.D. W?lzholz工厂。

在温度控制方面，出口辊道安装可控的紧凑式冷却装置，通过采用“超快冷却”技术实现对板带的快速冷却，冷却速度比传统层流冷却高5~10倍。此冷却装置通常安装在精轧机后或者在地下卷取机之前。“超快冷”技术获得了很强的细晶强化和析出强化效果，特别提高了HSLA钢的力学性能。

比利时的CRM公司率先开发了超快速冷却UFC系统，可以对4mm厚的热轧带钢实现400℃/s的超快速冷却。日本的JFE福山厂开发的Super OLAC H(super on-line accelerated cooling for hot strip mill)系统，可以对3mm厚的热轧带钢实现700℃/s的超快速冷却。国内RAL开发出的热带超快速冷却装置已经安装于包钢CSP生产线，生产出了550MPa、600MPa级的双相钢，用于汽车厂生产车轮。

新日铁开发了新一代CLC-μ(continuous on line control process,

CLC)控制冷却工艺，并成功应用于君津厚板厂。CLC-μ控制冷却工艺采用先进的冷却喷嘴和一种新的水流量控制方法，能在很大的冷却速率范围内实现钢板的冷却，明显提高了钢板温度的均匀性，与传统的CLC工艺相比，钢板温度的波动幅度减小了1/2。CLC-μ冷却工艺的应用使得对厚板金相组织的控制变得非常容易，板带厚向的硬度波动减到最小。新日铁通过采用这种新工艺开发了一种海上施工用钢，这种钢甚至能在北极-40℃的气候条件下使焊接接头具有优良的性能。

(二)薄板坯连铸连轧及薄带铸轧技术取得新进展 12

1．薄板坯连铸连轧技术新发展

薄板坯连铸连轧是目前国际上最先进的成熟的钢铁制造短流程工艺，实践证明其在节约能源、提高生产效率和成材率、降低生产成本和投资等方面具有明显的优势。由于在薄板坯的凝固、均热及直接热连轧的热历史、组织形成和析出特征等方面同传统流程有一定的差异，因此近年对薄板坯连铸连轧技术的研究受到国内外许多专家的重视，薄板坯连铸连轧在热轧板带生产技术上已成为一个重要的领域。

截至2007年，我国已有珠钢等12家钢铁企业的13条薄板坯(包括中薄板坯)连铸连轧生产线相继投产，薄板坯连铸连轧生产线占全世界的近30%，年生产能力达到了3500多万t，产能占我国热轧板卷的30%以上。在今后的几年内，我国的薄板坯连铸连轧生产线可能达到15条，年生产能力将可能突破4000万t。 从我国13条薄板坯连铸连轧生产线的轧机配置来看，连轧机组的配置均采用了目前最先进的机型，CSP线连轧机组全部采用CVC轧机，FTSR线连轧机组采用PC轧机并在后两架采用在线磨辊系统ORG，ASP线连轧机组的后四架则采用WRS技术，先进的轧机配置和控制系统为热轧板带的板厚和板形高精度控制提供了有力保证。

近两年来，我国的薄板坯连铸连轧企业通过产学研结合，在引进技术消化吸收、工艺与组织性能控制机理研究、全流程优化控制及新产品开发等方面开展了大量的工作，进展显著，取得了

一系列创新性成果，引起了国内外专家的重视。在工艺技术上重点围绕着全流程的生产工艺稳定、产品质量稳定、新产品开发、冷轧基板性能控制、微合金化技术和充分发挥流程潜能实现高效化生产技术等方面展开。主要进展包括： (1)薄板坯连铸连轧高效化生产技术；

(2)薄板坯连铸连轧生产冷轧基板性能控制技术；

(3)薄板坯连铸连轧高强和超高强钢板（如珠钢同北京科技大学合作开发并批量生产的屈服强度大于600MPa~700MPa超高强耐候钢板）工艺技术；

(4)超薄规格板带生产及半无头轧制技术。2007年，珠钢和涟钢的薄规格产品比例已分别超过和接近50％，达到国际先进水平或领先水平。薄板坯连铸连轧线冷轧深加工产品的比例以及以热代冷的比例均有提高。

近两年，国外在薄板坯连铸连轧生产线上通过TMCP(热机械控制轧制工艺)试验和商业化生产管线钢，也已取得新的重大进展。目前CSP生产的管线钢范围已经扩大到API X70，API X80和抗氢致裂纹(HIC)钢仍在试验阶段，不久之后将进入商业化生产。俄罗斯Vyksa厂是世界上第一个利用薄板坯连铸连轧工艺流程生产北极高寒地区用API X70管线钢的厂家，其连铸连轧技术采用了达涅利H高质量高速结晶器和动态轻压下专利技术，解决了API管线钢的裂纹敏感性问题。

通过将紧凑式冷却装置安装在精轧机架和卷取机之间，可以

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得到较高的冷却效率。旋转卷取机和1~2台地下卷取机布置在轧机下方很短的间距内，可实现薄规格超低碳和极低碳钢的铁素体轧制，在轧机和地下卷取机间增加飞剪，可实现半无头轧制。通过CSP冷却线精确的温度控制和稳定的冷却调节，生产用于钢管的贝氏体钢，用于特殊用途的超细晶粒钢，用于低重量高安全性汽车用先进高强多相钢以及用于高端表面质量要求的IF钢。将连铸速度提高到7m/min以上，降低能耗并改善特殊用途钢的表面质量，开发全连续的单流CSP生产线，用于生产特殊用途的产品。 近年来，薄板坯连铸连轧流程已经用于生产无取向硅钢和取向硅钢，意大利AST公司在Terni建成的CSP流程生产过普通取向硅钢和高磁感取向硅钢。实现薄板坯连铸连轧生产取向硅钢的根本技术问题在于能否稳定地实现铸坯的低温加热工艺，并保证抑制剂在低温条件下能够固溶，在高温退火时抑制初次晶粒正常长大，最终获得性能优良的取向硅钢。

我国“十一五”国家科技支撑计划也开展了薄板坯连铸连轧生产取向电工钢新技术课题 13

研究，探索适应于薄板坯连铸连轧流程的取向电工钢成分、抑制剂方案及低温加热的工艺。本溪钢铁集团有限公司薄板坯连铸连轧生产线采用达涅利最新的创新设计概念，使产品范围拓宽到质量要求严格的高级钢种，成为我国第一家利用薄板坯连铸连轧工艺流程生产硅钢的厂家。 2．ASP中薄板坯连铸连轧新技术

随着近年来鞍钢ASP产品从普通碳素结构钢向高级轿车面板和高级管线钢的发展以及ASP专有技术体系的完善，ASP技术实现了从第一代技术向第二代技术质的飞跃。鞍钢第二代ASP技术实现了中等厚度板坯连铸与常规轧制直接相连的技术集成，在无缺陷近终形断面铸坯生产、铸轧连接技术方面取得突破，形成了一系列具有自主知识产权的ASP技术体系，如多流合流技术、刚性连接与缓冲相结合的技术、无缺陷板坯生产技术、自由轧制技术以及高效生产技术等，实现了低成本、规模化、全品种、高质量地替代常规板带生产工艺的目标。 3.薄带连铸技术

近年来，薄带连铸技术日益受到关注。国外NUCOR、POSCO、新日铁等公司继续进行薄带连铸的研究，在普碳钢、不锈钢等薄带连铸方面不断取得进展。但是，截至目前仍然没有实现大规模的工业化生产。国内宝钢投入资金进行不锈钢、普碳钢薄带连铸的研究，建立了宽度1000mm的薄带连铸实验装置和较完备的控制系统、辅助设备。大学和研究院所依据国家973项目的要求正

在深入进行薄带连铸的基础研究，并在薄带连铸高P、Cu钢研究、高氮不锈钢方面取得一定成果。在利用薄带连铸技术铸轧难变形特殊材料、功能材料方面的研究也在进行，并取得进展。 （三）超细晶钢的研究开发及大批量应用

超细晶钢目前在世界范围内得到了广泛的研究和应用。超细晶钢是在传统钢的化学成分的基础上，通过先进的热机械处理工艺或大变形等方法获得高强度高韧性的微米或亚微米级超细晶钢。获得超细晶钢的主要技术方法如ECAP(equal channel angular pressing)、ARB(accumulative roll bonding;)、HPT(high pressure torsion)、SSMR(super short interval multi-pass rolling process)、热变形中的动态再结晶、应变诱导铁素体相变、双相区变形、温变形铁素体动态再结晶等。日本住友金属公司开发了在奥氏体稳定区进行轧制来生产超细晶薄钢板的超短道次间隔多道次轧制SSMR技术，成功试制了铁素体晶粒度为1μm左右的0.15%C-0.7%Mn的超细晶薄钢板

我国在超细晶钢的基础研究和应用得到世界同行的关注，翁宇庆教授等的超细晶钢英文专著《Ultra-Fine Grained Steels》于2008年由Springer出版社出版。我国细晶和超细晶钢的生产能力已超过1000万吨/年，细晶钢的国家标准和使用规范的颁布实施，对推动和提高钢材利用效率、降低生产成本和节约资源将发挥重大作用。我国开发的400MPa级的超级钢综合利用细晶化和复相化以及晶粒适度细化的思想，通过轧制过程、特别是冷却过程的

控制，生产出细晶板带产品和棒线材产品，在汽车结构件和建筑结构工程等得到广泛应用。

(四)进一步发展板形、板宽和板厚控制技术 1．模型控制

制造商们采用各种措施来控制板形，包括使用钢板平直度控制系统和优化孔型设计系统。传统的板带凸度计算模型不能灵活有效且有适当精度地对多辊轧机如20辊Sendzimir轧机进行计算，一些新的计算模型被用来预测钢带横断面凸度。最终这些模型与计算机实时系统一起用于预测和控制板带的凸度。目前，有限差分法已经非常广泛地应用于在线求解带 14

钢温度场，如加热炉内板坯温度预测、热卷箱保温过程温度计算、卷取温度控制等，获得良好效果。

对于现代轧机，钢板冷轧时有许多方式实现对板形的控制，包括调整侧压下，弯曲工作辊以及对中间辊进行轴向偏移等。Yan Peng等通过采用人工神经网络(ANN)首先识别板形模式，然后通过一种或几种控制方式结合实现对板形的控制，并在8000KN HC轧机上进行了验证，结果表明此方法可以有效减小板形误差。

T. H. Kim等提出了一个全积分的三维有限元模型用于对四辊轧机的板带、工作辊和支撑辊变形的耦合分析。结果表明所提出的模型可以反映轧制过程中各工艺参数对板形的影响，通过精确过程控制可以提高板带产品的尺寸精度。M. Abbaspour等基于有限差分法提出了用于计算瞬态工作辊温度和热凸度的模型，此模型可预测不同冷却模式下工作辊周向和轴向的边界条件，模拟的结果与Mobarakeh钢铁厂实测的工作辊温度进行比较和验证，结果表明集水管长度控制对工作辊温度均匀性和热凸度有很大影响并直接影响板带板形和质量。V. Panjkovic提出了一个热轧板带温度的预测模型，此模型考虑了辐射对流散热、轧制时的变形热、摩擦热、工作辊与板带之间的热传递以及相变热等。通过现场测试以及其它文献的对比结果表明模型预测精度很高。M. Jelali在控制系统性能监控方面做了一些工作，针对冷连轧机组控制部分的前馈/反馈板厚控制器以及板形内部模型控制器进行研

究，结果表明对反馈厚度控制器进行调节能更有利于控制板形，并且不需要对板形控制器再做调整。

实现快速精确板形控制的关键是要建立板形误差参数和板形调节参数之间的数学模型。Hong-Min Liu等提出了传递函数和传递矩阵的概念和数学模型用于板带轧机的板形控制。通过GA-BP(遗传算法-BP神经网络)网络模型建立了用于900mm HC6辊轧机的传递矩阵，成功实现了对板形的调整控制。 2．板宽及板厚控制

C.J. Park等提出了一种板宽控制方案，此方案采用基于板宽预测模型(WPM)的简化有限元法和基于误差校正模型(ECM)的神经网络，通过POSCO热轧板带一厂的现场测试，获得了较高的板宽控制精度。此外，他们还提出了一种新的板宽控制系统，该系统由粗轧机轧制力自动板宽控制(RF-AWC)和精轧立辊轧机自动板宽控制(FVM-AWC)两部分组成，通过在Pohang工厂的现场测试，表明这种新的板宽控制系统结合传统的反馈自动板宽控制系统(FB-AWC)明显提高了板宽的控制水平，粗轧部分的平均偏差和标准偏差分别降低了30%和46.2%，精轧部分的平均偏差和标准偏差则分别下降了6.1%和12.5%。

达涅利最新的板厚控制技术采用3个厚度检测装置，在整个带卷长度范围内，在轧制过程的各个阶段都能较好地控制带钢的厚度，其中包括加速、稳定轧制和减速阶段。通过3个厚度测量装置和激光速度测量仪，控制带钢速度，实现辊缝“秒流量控制”功

能，减少在轧制初始阶段出现的超厚。 3．板带材均匀化冷却与板形控制技术

轧后平直的带钢经过层流冷却至室温后，边部与中间部分的温差将可能造成双边浪，在精轧机采用微中浪轧制，即在精轧机的出口处，通过板形控制机构的调整作用，使带钢发生一定程度的微中浪以抵消温差造成的双边浪；超快速冷却技术是采用连续、密布、具有一定压力的冷却水，喷射到钢板表面，排除钢板表面发生膜沸腾和过渡沸腾的可能，实现完全的核沸腾，对钢板实行全面、均匀的超快速冷却，提高了材料的性能，又不会恶化钢板的平直度；辊式直接淬火技术采用高压喷嘴以一定角度喷射冷却水到钢板表面，扫除钢板和冷却水之间的气膜，得到良好的淬透性、均匀性和钢板平直度；新一代中厚板控制冷却Super-OLAC技术采用“带高密度导管的吸入式喷水冷却”，冷却后钢板表面的温度分布均匀，与轧后钢板温度分布一致；带钢出精轧机之后横向温度分布不均，造成带钢的双边浪缺陷，如果对板带材采用边部温度控制技术，如边部加热技术和边部冷却水遮蔽技术，保证边部和中间部分 15

温度一致，则可以提高带钢的板形质量，保证横向组织和性能的均一性。

4. 板形控制设备的进步

Won-Ho LEE等开发成功一种新型的供四辊轧机用支撑辊，此支撑辊由套筒、辊轴以及辊轴的相角调整系统组成。通过把研发的?530mm×498mm支撑辊安装在实验室轧机上进行测试，表明了新研发的支撑辊能有效地控制轧制中的板形。为了解决轧制负荷使轧辊挠曲从而造成钢板发生波浪边的板形不良和板宽方向的中凸，三菱重工和新日铁联合开发了HC(high crown control)轧机和PC(pair cross)轧机对板形进行控制。HC轧机是在支撑辊和工作辊之间有可沿轴向移动中间辊的6辊轧机，由于轧辊横向刚性提高，轧出的钢板平直度好，即使小直径工作辊也能确保大的横向刚性，满足了控制钢板中凸和板形的要求，所以可以通过工作辊的小直径化减少轧制负荷而节能。PC轧机是将工作辊轴与支撑辊轴保持平衡，使上下辊群交叉轧制的轧机。PC轧机板形和中凸控制能力要强于HC轧机和PC轧机，故PC轧机主要用作热轧串列式轧机，HC轧机则被用作冷轧机板形控制。

鞍钢2150热带钢轧机在轧制高强度管线钢时，上游机架F2到F4使用自主研发的LVC工作辊以及相应的窜辊和弯辊策略，下游机架采用常规工作辊长行程窜辊，支撑辊全部采用变接触轧制技术，使得现场轧制高强度管线钢的板形控制水平得到了大幅度的提高，全长凸度控制合格率从原来的18.79%提高到96.27%。

为了更好地控制板带板形精度，强力弯辊技术(WRB)、工作辊窜辊技术(结合WRB) 和对辊交叉(PC)技术被广泛用于精轧机的控制。现代的冷连轧机组通常采用强力弯辊的四辊轧机、六辊轧机、交叉轧制PC轧机以及带窜辊的四辊轧机(如SMS的CVC轧机)，通过与强化轧辊冷却，润滑装置以及在线测量相结合获得高质量高尺寸精度的产品。

（五）开发和探索与高质量板坯连铸相适应的高效连铸连轧新技术

1．高级厚板坯连铸新技术

为生产高级厚板用板坯，住友金属进行了疏松、气孔低减工艺(PCCS法)和利用铸坯表层控冷的横裂防止工艺(SSC法)的开发，并在其鹿岛制铁所2号铸机上进行了实用化。PCCS法是在连铸板坯凝固末端用辊子对之进行强压下，使凝固组织达到没有疏松的程度。SSC法利用冷却时纳米尺寸细小粒子的析出，进行表层组织控制，从而消除脆化现象和铸坯横裂。

宝钢和Arcelor Mittal法国敦刻尔克厂于2006年12月试车投产的双流厚板坯连铸机采用了达涅利最新推出的各项先进的连铸技术，如先进的结晶器在线调宽技术、结晶器漏钢预报系统、结晶器液压振动装置、结晶器电磁搅拌和制动装置、扇形段自动更换装置等，其中还包括达涅利研制开发获得专利的两项最新技术：INMO结晶器(integral mould整体运动结晶器)和OPTIMUM最优化扇形段。达涅利最优化扇形段从1号扇形段到最后一个扇形

段，全部配备采用LPC(液芯长度控制)模型的动态轻压下功能，以最大限度地提高铸坯内部质量。 2. CESP-中国高效厚板坯连铸连轧工艺

宝钢研究人员最近提出的中国高效厚板坯连铸连轧工艺(CESP)是将传统常规热轧和薄板坯连铸连轧的基本优势集于一体，摒弃了两者的主要缺点。CESP工艺实现了与薄板坯连铸连轧一样全部板坯不下线直接装炉的完全意义上的连铸连轧，具备了与薄板坯连铸连轧相近的中间坯温度均匀；具有与传统常规热轧工艺一样的产品覆盖面宽、品种钢开发能力强的优势，更擅长生产高强、超薄、极限规格的产品；和传统常规热轧一样具备轧机产能达到完全释放的能力，改进了薄板坯连铸连轧无法克服的产线刚性太强的缺点，具备了与传统常规热轧工艺产线同样的柔性。

CESP工艺第一次真正实现了轧钢工作者长期追求的高效的厚板坯连铸连轧，完全符合 16

当今钢铁行业实现资源集约、节能减排、环境友好、可持续发展的战略目标，对热轧带钢生产工艺技术的发展有着深远的现实意义。

(六)轧制过程钢材组织、性能的预测与控制进一步实用化 轧制过程组织性能预报需要建立精确的再结晶模型、相变模型、析出模型、组织性能关系模型等，需要进一步搞清金属的强化机制。随着物理冶金学、轧制技术、控制技术和计算机技术的发展，目前已经可以通过高速计算机对热轧过程中显微组织的变化和奥氏体-铁素体的相变行为进行模拟，建立性能与参数的关系，使轧后钢材力学性能的预报和控制成为可能。 1．组织演化与性能预报数学模型

热轧过程的计算机模拟主要由四个方面的模型来完成：1)温度模型；2)轧制力能参数模型；3)组织变化模型；4)性能预报模型。这几方面模型的联合求解可获得模拟结果。对前两个方面的模型，各国学者已做了大量的研究工作，目前已进入实用化阶段。对于热变形过程中微观组织的变化，尤其是γ→α相变行为的模拟和轧后材料力学性能的预报仍在不断开发研究中。

板带的控轧控冷生产过程的组织-性能预测模型主要包括：加热模型、再结晶模型、相变模型和组织-性能对应关系模型，通过考虑描述钢材各种强韧化机制的组织参数，分别计算了细晶强化、相变强化等强韧化机制对钢材强度和韧性的影响。 金属在高温变形时的再结晶模型，主要模拟在高温轧制过程

中和轧制后发生的奥氏体动态再结晶、静态再结晶(或亚动态再结晶)和晶粒长大。描述晶粒演变过程的数学模型应包括以上过程的晶粒尺寸模型和相应的再结晶动力学模型。对于C-Mn钢，常用的数学模型主要有Sellars模型，Yada和Senuma模型、Saito模型和Nanba模型，这些模型都是通过回归试验数据得到的。尽管不同研究者归纳得出的数学模型不同，但又存在着明显的相似性，对于C-Mn钢，这些模型的预报结果基本一致。在轧后冷却过程中，主要是奥氏体向铁素体相变和铁素体晶粒的长大模型。此外，对微合金钢在热轧过程中碳氮化物析出及长大行为的研究及数学模型的开发也取得了很大进展。从目前发表的大量模型看，C-Mn钢奥氏体高温变形行为的预测精度已经达到较高水平，但对含多种微合金元素的微合金钢的预测精度较低，其原因主要是钢中的微合金元素对奥氏体的再结晶、晶粒长大及相变行为的作用十分复杂，目前尚无法用精确的数学式表达，需通过大量的实验来确定模型中的常数，这方面还有待于进一步研究。 2．组织性能数值模拟与预测

轧制过程中钢铁材料的组织性能模拟与预测方法主要是有限元法、元胞自动机方法(modified cellular automaton)和人工神经元网络方法，并逐步建立适合于多尺度模拟满足宏观与微观相结合要求的模拟计算方法。考虑到材料多样性以及微观组织演化及其影响因素机理的复杂性，常常依据实验结果建立工艺参数与组织的关系模型及组织与性能的关系模型。为此，建立合理的计算

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