國外軋鋼現(xiàn)狀

1、國外軋鋼技術現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài) 近年來,世界粗鋼產(chǎn)量不斷增加,2012年達15.5億t,比2011年增長1.2%,其中我國2012年粗鋼產(chǎn)量達7.17億t,占世界鋼產(chǎn)量近46,。3%,比2011年增長3.1%。全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展對鋼鐵工業(yè)在節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、生產(chǎn)先進高強鋼和高表面質(zhì)量產(chǎn)品等要求越來越高,從而也促進了世界范圍內(nèi)軋鋼技術、軋鋼設備和控制技術的進步。 1 軋制技術與設備的進步1.1 軋制技術的進步 近年來,板帶熱軋技術取得了很大進步,除傳統(tǒng)熱連軋外,緊湊式熱帶生產(chǎn)線、主要用于不銹鋼生產(chǎn)的爐卷軋機、無頭軋制以及薄帶直接鑄軋生產(chǎn)線等新工藝新技術也有了很大發(fā)展。1.1.1 無頭或半無頭

2、軋制技術 無頭軋制技術由軋機追尾控制技術、頭尾焊接技術、高精度成品軋制技術和高速卷取技術等組成。目前,日本JFE公司的無頭軋制技術可實現(xiàn)厚1mm薄板的穩(wěn)定生產(chǎn),其中關鍵的頭尾焊接采用了感應加熱焊接和激光焊接。通過對精軋第4第6機架采用小徑、單輥驅(qū)動的熱連軋機,在大壓下的同時實施出口穿水快冷工藝,獲得了較高抗拉強度、優(yōu)良的抗疲勞性、加工性和焊接性的鐵素體晶粒直徑為5255Lm的微細組織的熱軋鋼板。在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線上,除了批量軋制外,半無頭軋制和快速產(chǎn)品切換(FPC-flyingproduct change)技術也具有很好的應用前景,它可以在實現(xiàn)不同規(guī)格產(chǎn)品快速切換的同時,保證較高的尺寸精度

3、和較小的機架間的張力波動。 2005年意大利布雷西亞Alfa Acciai棒材無頭軋制作業(yè)線生產(chǎn)出第1批經(jīng)工字輪卷取的棒材大盤卷。它是世界上第1條無頭軋制工字輪卷取作業(yè)線,將達涅利最新推出的ERW無頭焊接軋制技術和工字輪卷取作業(yè)線有機地融合在一起。ERW無頭焊接軋制技術通過方坯在線自動閃光焊接,使軋機實現(xiàn)不間斷生產(chǎn)。工字輪卷取線則是通過無扭卷取,將帶肋鋼筋、棒材卷取成超緊湊/超重大盤卷,AlfaAcciai工字輪卷取作業(yè)線可生產(chǎn)58516mm、經(jīng)無扭卷取的超緊湊、重帶肋鋼筋、棒材大盤卷,最大卷重可達3t。1.1.2 先進的鋼軌軋制技術SMS Meer公司作為鋼軌軋機的主供應商在過去的6年里為鋼

4、軌軋機技術發(fā)展出了重要貢獻。SMS鋼軌軋制的前沿技術主要包括:軋機數(shù)目最小化的緊湊式布置節(jié)省了投資和生產(chǎn)運營成本;不需要獨立的精軋機;適于生產(chǎn)鋼軌和其他產(chǎn)品的緊湊式連軋機上的萬能軋制技術;帶有液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的CCS(compact cartridge stand)軋機機架便于實現(xiàn)快速換輥、快速更換產(chǎn)品規(guī)格以及減小差;RailCoolTM技術對鋼軌可以實現(xiàn)選擇冷卻,保證了鋼軌均勻冷卻以避免發(fā)生彎曲和最大程度上減小了鋼軌的殘余內(nèi)應力。該公司還開發(fā)了一種新的緊湊式鋼軌軋制技術,這種技術采用縱列式可逆軋機進行鋼軌的萬能軋制,并在韓國INI Steel公司浦項廠第1次成功應用,目前包括美國Steel Dy

5、namics公司、印度Jindal Steel &Power公司和土耳其Kardemir鋼鐵公司等都用此技術進行鋼軌生產(chǎn)。11.3 環(huán)形軋制技術近年來人們對柔性成形技術的發(fā)展很感興趣,環(huán)形軋制工藝具有近終柔性成形潛力。T1F1Stanistreet等探討了/增量環(huán)形軋制的可能性,通過減少芯軸與輥子的接觸以及芯軸的軸向、徑向運動而獲得任意輪廓的環(huán)形截面。這種理念也被用來進行環(huán)形軋制設計優(yōu)化,并設計出一種、新的柔性環(huán)形軋機模型。J1M1Allwood和K1H1Kim等也對增量環(huán)形軋制技術的可行性和商業(yè)潛力進行了分析,通過物理模擬、有限元分析以及工業(yè)實驗,得出通過精心設計刀具的軌跡進行環(huán)形軋制,技術

6、上是可行的,并獲得了有關的工藝參數(shù)。11.4 高速軋制技術達涅利公司開發(fā)出雙模塊高速線材軋制系統(tǒng)(TMB-twin module block),結合上游DWB預精軋機組之間的微張力控制系統(tǒng),可以115m/s的高速度生產(chǎn)最小規(guī)格為5415mm的產(chǎn)品,同時產(chǎn)品的尺寸公差可控制在?011mm以內(nèi)。JFE公司在東日本制鐵所千葉第一冷軋廠對鍍錫基板冷軋機組進行了各種高速軋制技術的研發(fā),包括高速軋制控制技術以及軋輥與鋼板高效冷卻技術,最終實現(xiàn)了最高軋制速度達2813m/min,可軋制寬度為5081295mm,最薄板厚為0110mm的極薄中寬板帶的高精度高速冷軋。為實現(xiàn)高速軋制,需開發(fā)耐磨工作輥、高效潤滑軋

7、制油、高效冷卻技術和高速板形控制系統(tǒng)。12 軋制設備的發(fā)展12.1 爐卷軋機傳統(tǒng)的爐卷軋機是由可逆粗軋機和精軋機兩部分組成,即用1架可逆的精軋機架配上2個爐卷爐來取代普通的半連軋機?，F(xiàn)代軋機既需要粗軋機生產(chǎn)出板形好、凸度小的中間坯料,也需要精軋機能軋制出較厚的中間坯料,這就形成了粗、精軋合二為一的單機架爐卷軋機,可用于生產(chǎn)表面質(zhì)量要求很高的不銹鋼產(chǎn)品,能把200mm厚的板坯軋到3mm厚的帶卷。CoilPlate板卷軋機是一種單機架爐卷軋機,它利用卷板技術生產(chǎn)中板,板材質(zhì)量與傳統(tǒng)中板軋機相當,生產(chǎn)效率和收得率卻大大提高,達到了200t/h,收得率為96%97%?，F(xiàn)代的CoilPlate板卷軋機有

8、3種不同的中板生產(chǎn)模式:單張中板生產(chǎn),爐卷卷板軋板和爐卷軋卷。新一代緊湊式爐卷中板軋機既可產(chǎn)卷又可產(chǎn)板,產(chǎn)品寬度為15243124mm,厚度為2135110mm,生產(chǎn)鋼種包括管線鋼、建筑用鋼、壓力容器鋼和高強度低合金鋼。板坯生產(chǎn)采用達涅利已經(jīng)獲得專利的H2高質(zhì)量高速結晶器和動態(tài)輕壓下系統(tǒng)的薄板坯連鑄(fTSC)技術。122 冷軋機VAI Clecim公司開發(fā)了一種新的可逆式冷軋機,該軋機配備了智能凸度工作輥軸向移動、自動板形控制系統(tǒng)(AFC-1級系統(tǒng))和CorumoR數(shù)學模型的二級系統(tǒng),設計年產(chǎn)量為60萬t,可以1250m/min速度軋制寬度達1650mm的板帶。達涅利公司為Unicoil公司

9、沙特A-l Jubail廠提供了一條先進的冷軋鍍鋅生產(chǎn)線,該生產(chǎn)線冷軋部分采用了單機架四輥可逆式冷軋機,軋機頂部裝有HAGC液壓缸,底部裝有斜鎖板可實現(xiàn)軋制線自動調(diào)整。軋機還配備有E-型活動工作輥彎輥模塊、平衡液壓缸、工作輥橫移液壓缸和工作輥自動快速更換系統(tǒng)以及用于軋輥熱凸度控制的局部冷卻噴淋架帶。123 特厚板軋機為滿足造船工業(yè)和大直徑直縫焊管生產(chǎn)需要,日本、德國、俄羅斯等國先后建成了多臺5m以上特寬厚板軋機。目前,日本已能生產(chǎn)寬5350mm、厚380mm,單重達200t的特寬、特厚、大單重鋼板。國外新建的5m以上特寬厚板軋機主要采用單機架形式,原料則是大板坯或大鋼錠,有的還在軋機上附設立輥

10、軋機來齊邊和控寬,如日本水島廠5490mm立輥近接配置軋機,大分廠5500mm、鹿島5350mm+4830mm立輥非近接配置軋機。因5m以上厚板軋機產(chǎn)能較大,因此國外新建廠都考慮設置一條高能力數(shù)碼信息剪切線,主要設備有板形儀、自動劃線機、切頭剪、雙邊剪和定尺剪,從而使剪切精度大大提高,板寬偏差由+(38)mm提高到+(14)mm,長度偏差則由+(510)mm提高到+(36)mm。124 鋼梁軋機2007年4月美國Kosciusko Attla鋼鐵公司成功投產(chǎn)了一套25t/h產(chǎn)能的寬翼緣鋼梁軋機,由30t/h產(chǎn)能的加熱爐、三輥粗軋機、2架SHS-U萬能精軋機、軋邊機、冷床和精整設施組成,精軋機采

11、用達涅利的重型萬能無牌坊精軋機,其水平、垂直軋輥直徑分別為5720、5460mm。125 CCM軋機隨著短流程CSP技術的不斷進步,德國開發(fā)出與CSP技術相匹配的冷軋設備,即CCM軋機(緊湊式冷軋機)。該軋機為2機架可逆式冷軋機,可更經(jīng)濟地生產(chǎn)高質(zhì)量的冷軋板,產(chǎn)量達90萬t/a,在單機架可逆式冷軋機和串列式冷軋機之間找了生產(chǎn)成本的最佳結合點。CCM軋機帶有開卷站和2個可逆卷取機,通過多道次軋制,操作靈活,若添加適量軋機可形成串列式機組,并可與酸洗線連成全連續(xù)式PL-TCM生產(chǎn)線。13 先進的控制冷卻技術金屬帶材制造商C1D1Wlzholz和工業(yè)氣體和技術供應商Air Products共同開發(fā)了

12、一種新的Air Products冷卻軋制技術。這種技術用液氮冷卻取代常規(guī)水基冷卻液冷卻,用于冷軋最后階段或精整階段,大大提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和表面質(zhì)量,減少了廢品,提高了工作輥的使用壽命,3年來已成功應用于德國海根和巴西圣保羅的C1D1Wlzholz工廠。新日鐵開發(fā)了新一代CLC-L(CLC-continu-ous on line control process)控制冷卻工藝,并成功應用于君津厚板廠。CLC-L控制冷卻工藝采用先進的冷卻噴嘴和新的水流量控制方法,能在大的冷卻速率范圍內(nèi)對鋼板進行冷卻,明顯提高了鋼板溫度的均勻性,與傳統(tǒng)的CLC工藝相比,鋼板溫度的波動幅度減小1/2。應用CLC-L冷卻

13、工藝使厚板金相組織的控制變得很容易,使板帶厚度方向的硬度波動減到最小。新日鐵用這種新工藝開發(fā)了一種海上施工用鋼,這種鋼能在北極-40e的條件下仍保持優(yōu)良的焊接性能。2 板形控制21 模型控制傳統(tǒng)的板帶凸度計算模型不能靈活有效且有適當精度地對多輥軋機(如二十輥Sendzimir軋機)進行計算,因而一些新的計算模型被用來預測鋼帶的橫斷面凸度,這些模型與計算機實時系統(tǒng)一起用于預測和控制板帶的凸度。T1H1Kim等提出了一個全積分的三維有限元模型,用于對四輥軋機的板帶、工作輥和支撐輥變形的耦合分析。結果表明,該模型可反映軋制過程中各工藝參數(shù)對板形的影響,通過精確過程控制可提高板帶產(chǎn)品的尺寸精度。M1A

14、bbaspour等基于有限差分法提出了用于計算瞬態(tài)工作輥溫度和熱凸度的模型,此模型可預測不同冷卻模式下工作輥周向和軸向的邊界條件,將模擬結果與Mobarakeh鋼鐵廠實測的工作輥溫度進行比較和驗證。結果表明,控制集水管長度對工作輥溫度的均勻性和熱凸度有很大影響,并直接影響板帶的板形和質(zhì)量。22 板寬控制C1J1Park等提出了一種板寬控制方案,即采用基于板寬預測模型(WPM)的簡化有限元法和基于誤差校正模型(ECM)的神經(jīng)網(wǎng)絡,通過現(xiàn)場測試,獲得了較高的板寬控制精度。此外,還提出了一種新的板寬控制系統(tǒng),由粗軋機軋制力自動板寬控制(RF-AWC)和精軋立輥軋機自動板寬控制(FVM-AWC)組成,

15、通過現(xiàn)場測試,這種新的板寬控制系統(tǒng)結合傳統(tǒng)的反饋自動板寬控制系統(tǒng)(FB-AWC)明顯提高了板寬的控制水平,粗軋部分的平均偏差和標準偏差分別降低了30%和4612%,精軋部分的平均偏差和標準偏差分別降低了611%和1215%。23 板形控制設備Won-Ho Lee等成功開發(fā)了一種新型四輥軋機用支撐輥,其由套筒、輥軸以及輥軸的相角調(diào)整系統(tǒng)組成。將研發(fā)的5530mm498mm支撐輥安裝在實驗室軋機上進行測試,結果板凸度比采用傳統(tǒng)支撐輥減小30%50%,板形的急峻度從516%降至0142%。為了解決因軋制負荷使軋輥撓曲從而造成鋼板波浪邊和板寬方向的中凸問題,三菱重工和新日鐵公司聯(lián)合開發(fā)了HC、PC軋機

16、。3 新鋼種開發(fā)3.1 高強鋼和先進高強鋼(AHSS)近年來,隨著對汽車工業(yè)減重節(jié)能、提高安全性要求的不斷提高及鎂鋁合金的挑戰(zhàn),對汽車用鋼的高強度和優(yōu)良成形性要求也越來越高。為此,高強鋼和先進高強鋼(AHSS)已研發(fā)成功并越來越多地應用于汽車業(yè)。高強度鋼包括HSLA鋼、烘烤硬化(BH)鋼;先進高強鋼包括DP鋼、TRIP鋼、TWIP鋼、SIP鋼、CP鋼和馬氏體鋼。F1Silva等研究了熱處理工藝對冷軋高強C-Mn多相鋼(由鐵素體、馬氏體、貝氏體、碳化物顆粒和少許殘余奧氏體組成)組織性能的影響。結果表明雙相區(qū)退火后快冷速度的不同會造成M/A島、碳化物顆粒的分布和形貌以及鐵素體晶粒尺寸的差異,退火條

17、件不會使力學性能(微區(qū)硬度有很大變化。P1C1Chakraborti等通過對含V的Fe-Mn-C微合金鋼進行雙相區(qū)罩式退火,開發(fā)了一種抗拉強度達950MPa左右的鐵素體-馬氏體雙相(DFM)鋼。32 超高強度鋼(UHSS)JFE公司在連續(xù)退火機組上,開發(fā)出具有世界最高冷卻能力(1000e/s)的WQ-CAL冷卻技術,由此生產(chǎn)出了具有高成形性的抗拉強度為7801470MPa級超高強度鋼板,并使之商品化30。JFE公司還開發(fā)了用于汽車車身外覆蓋件的高強度、高使用性能的SFG-HITEN(super finegrain)鋼和UNI-HITEN(uniform unique univer-sal)鋼以

18、及用于汽車懸掛件和底盤的NANO-HITEN鋼和440MPa級BHT鋼。SFGHITEN鋼通過細晶強化來獲得高強度;UNI-HITEN鋼具有優(yōu)良的表面質(zhì)量,通過沖壓成形后的涂漆烘烤獲得高的抗凹陷性能;NANOHITEN鋼是一種析出硬化型鋼,其具有鐵素體單相基體,基體上分布著尺寸只有幾納米的超細碳化物顆粒,因而可滿足高強度和擴孔性能要求;BHT鋼則通過固溶氮原子的時效作用來大幅提高抗拉強度。33 高強韌中厚板開發(fā)331 集裝箱船用厚板新日鐵和三菱重工聯(lián)合開發(fā)了YP460MPa級大型集裝箱船用高強度厚鋼板,鋼板厚度為6070mm。這種高強度鋼板的開發(fā)基于新日鐵的TM-CP技術,其結構性能通過了80

19、00t超大拉伸試驗機的驗證,由于其具有高強度、高韌性,因而在減重節(jié)能的同時能保證船只結構的可靠性、安全性。JFE公司則采用/JFE EWEL0技術也開發(fā)了YP460MPa級高強度厚鋼板,通過控制TiN粒子最小化粗晶熱影響區(qū)(HAZ)及加B、Ca細化HAZ組織來提高基體韌性,并采用超級-在線加速冷卻(Super-OLAC)和最新的TMCP工藝生產(chǎn)這種厚板。31312 超高層建筑物用高強韌厚板為了滿足超高層建筑物用鋼板的高韌性要求,根據(jù)/低碳多方位貝氏體0的全新概念,神戶制鋼開發(fā)了建筑結構用板厚分別達到80、100mm的KCL A235、SA440鋼板,即使在焊接線能量為100kJ/mm超大能量焊

20、接的條件下,也能確保熱影響區(qū)(HAZ)的韌性;同時可降低小線能量焊接部位的硬化,有助于提高建筑結構件的施工效率和建筑結構物的安全性。新日鐵研發(fā)了HAZ(熱影響區(qū))細晶粒高韌性化技術-HTUFF,并在君津、名古屋、大分鋼鐵廠進行了大規(guī)模試驗。研制成功的HTUFF厚板,即使在熱影響區(qū)超過1400e的超高溫狀態(tài),也能使納米級氧化物、硫化物粒子高密度分散,抑制結晶晶粒的成長,大幅度提高了HAZ的韌性。333 橋梁用中厚鋼板JFE公司通過對超低碳貝氏體鋼進行Super-OLAC處理,開發(fā)出新型的具有高強度和良好焊接性能的橋梁用YP500MPa BHS500中厚板,該鋼具有優(yōu)良的使用性能,完全可滿足造橋的

21、新需求。34 高強韌、高等級管線鋼俄羅斯鋼管冶金公司目前正在開發(fā)壁厚達40mm、具有內(nèi)外涂層的X100級天然氣輸送管道用大口徑(550851420mm)直縫鋼管,年產(chǎn)能達75萬t,預計2008年7月投入工業(yè)化生產(chǎn)。JFE公司利用控軋和快速冷卻及冷卻后立刻進行在線熱處理工藝獲得了超高強度X120管線鋼,該鋼具有鐵素體-貝氏體雙相組織并具有大變形能力,屈強比低,均勻伸長率高,試生產(chǎn)的X120#56#軋 以UOE工藝制作的mm、壁厚19100mm鋼管,不僅拉伸性能優(yōu)良,而且其夏比沖擊特性及DWTT性能都完全滿足設計要求,所開發(fā)的X120級鋼管完全能適應在寒冷、地震等環(huán)境惡劣地區(qū)鋪設。除此之外, JF

22、E公司還生產(chǎn)高強韌性的厚壁管線(ERW管線)和高耐蝕的12Cr馬氏體不銹鋼管線(SML)39-42。新日鐵君津鋼管廠通過對連鑄機的改造和采用新一代CLC-L控制冷卻工藝,以及使用高精度管材成形方法、新型高強度焊接材料、點焊、自動尺寸測量裝置等新技術新材料,于2008年3月進行了X120 UOE管線鋼的商業(yè)化生產(chǎn),從而使君津廠成為世界第1家商業(yè)生產(chǎn)X120管線鋼的鋼管廠。X120管線鋼具有優(yōu)良的低溫韌性和變形能力、高破斷強度等。通過2004年加拿大建造的一條1英里長X120示范管線試驗,證實了X120管線在各種需求條件下的商用可行性。35 超細晶鋼目前國內(nèi)外對超細晶鋼進行了廣泛研究。該鋼是在傳統(tǒng)

23、鋼的化學成分基礎上,通過先進的熱機械處理工藝或大變形等方法獲得高強度高韌性的亞微米級超細晶鋼。日本住友金屬公司開發(fā)了在奧氏體穩(wěn)定區(qū)進行軋制來生產(chǎn)超細晶薄鋼板的超短時間間隔多道次軋制技術(SSMR),成功試制了鐵素體晶粒為1Lm左右的0115%C-017%Mn超細晶薄鋼板。4 軋鋼智能化技術隨著全球競爭的加劇,對鋼鐵制造業(yè)的產(chǎn)量、靈活性和產(chǎn)品質(zhì)量(包括尺寸精度、力學性能和表面質(zhì)量)的要求越來越高,傳統(tǒng)的軋制力計算公式已不能適應更高精度的要求,數(shù)學模型方法則是一種較理想、用于軋制過程控制和軋機設備設計的方法。由于軋制過程影響因素眾多,如應變硬化、摩擦、軋輥壓扁、溫度等及其之間的相互作用,使得軋制過

24、程的模型理論分析變得困難復雜,神經(jīng)網(wǎng)絡等方法在軋制過程中的應用提高了預報精度和生產(chǎn)的控制水平。通過建模以及對工藝過程定量和定性方面的優(yōu)化,為鋼鐵工業(yè)提供了低成本的優(yōu)化策略。另外,軟計算作為一門新興技術也應用于軋制系統(tǒng)設計優(yōu)化,主要包括進化計算、模糊邏輯、神經(jīng)計算和概率計算、軟計算把人類知識和求解方法論相結合,為處理現(xiàn)實中問題的不確定性和模糊性提供了途徑。主要的軟計算方法有:模糊邏輯+遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡+遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡+混沌理論、神經(jīng)計算+模糊邏輯和模糊邏輯+概率推理等。5 結語近年來國外在軋鋼技術、設備和新鋼種開發(fā)等方面發(fā)展很快。主要發(fā)展趨勢如下:(1)在軋制技術與理論方面,高精度軋制、高速軋制、無頭軋制、柔性軋制,軋制過程中的形變、相變與析出的綜合控制理論與技術,現(xiàn)代軋制過程分析、控制及應用等技術越來越廣泛地應用在軋鋼生產(chǎn)中;(2)在軋制設備方面,除了大型化、高剛度化、高效率以及更加靈活精確的板形、板厚和板寬控制方式外,設備的緊湊化、靈活方便的換輥系統(tǒng)開發(fā)等也取得了較大的進步;(3)在冷卻技術方面,超快速冷卻、選擇冷卻、在線熱處理等技術的開