中國軋鋼技術(shù)進(jìn)步

中國軋鋼技術(shù)進(jìn)步

近10年來，中國的鋼鐵公司隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，先后發(fā)展了我國高質(zhì)量裝備的技術(shù)整合和開發(fā)、制藥技術(shù)的研發(fā)和高性能高強(qiáng)度鋼型的研究和開發(fā)。這些技術(shù)進(jìn)步的成果不僅在中國國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用,同時(shí)也為促進(jìn)國際軋鋼技術(shù)的進(jìn)步和交流建立了新的基礎(chǔ)。這些進(jìn)步主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1中國軋材的需求21世紀(jì)頭10年,中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn),2009年中國GDP是2000年的3.38倍。鋼鐵工業(yè)同步增長,很好地支撐了中國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。2009年中國的粗鋼產(chǎn)量增長到2000年的4.42倍。作為鋼材產(chǎn)品主要用戶的汽車、造船和鐵路等行業(yè)發(fā)展,是中國鋼鐵工業(yè)產(chǎn)能和技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。2009年中國汽車年產(chǎn)量和造船載重噸年完工量分別是2000年的6.66和16.97倍(見圖1)。2000年以來,中國各類軋材產(chǎn)量都在穩(wěn)步增加,除個(gè)別年份以外,年增長率都在20%以上,即使在受全球金融危機(jī)影響較大的2008年,軋材產(chǎn)量仍然增加了4.02%,2009年更是同比增長了18.5%。同時(shí),板管比總體上都保持了逐年增長的態(tài)勢(shì),不斷適應(yīng)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)不同品種軋材的需求。2009年由于國家拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)的刺激政策,促進(jìn)對(duì)建設(shè)用長材需求的增加,但板管比仍然保持在50.78%。雖然中國各類軋材產(chǎn)量都在穩(wěn)步增加,并且有一定的出口量,2006年以后出口量超過了進(jìn)口量,但與中國軋材總產(chǎn)量相比,最高的年份也只占鋼材產(chǎn)量的11.2%,因此中國軋材產(chǎn)量的增加,主要是滿足國內(nèi)旺盛的需求(見圖3)。另外,中國鋼材的出口,與國際經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。從2001年到2007年,全球GDP的增長率從2.27%增長到5.16%,同期中國鋼材出口量也逐年增加,而2008年和2009年,全球GDP的增長率回落到3.00%和-1.06%,相應(yīng)地中國鋼材出口量也明顯減少。因此,中國鋼材出口是應(yīng)全球經(jīng)濟(jì)增長所需。另外,中國每年還有較大的鋼材進(jìn)口量,2003年鋼材進(jìn)口達(dá)到了3720萬t,其他年份也都保持在1500萬t以上,這些產(chǎn)品滿足了國內(nèi)需求。從近10年主要軋材進(jìn)出口變化來看,2003年以后,熱軋板帶和冷軋薄板出口量不斷增加、進(jìn)口量不斷減少,分別在2005年和2006年出口量超過進(jìn)口量。寬幅軋機(jī)數(shù)量的增加對(duì)此趨勢(shì)有明顯的貢獻(xiàn)。盡管如此,2009年仍然進(jìn)口614萬t熱軋板帶和773萬t冷軋薄板。長材、無縫鋼管、鍍鋅板帶和涂層板帶的進(jìn)出口變化趨勢(shì)總體上與冷熱軋板帶類似,但鍍鋅板帶出口量從未超過進(jìn)口量,且2007年后出口量如長材出口量一樣急劇減少,其他主要品種則是在2008年后出口量明顯減少。10年來,硅鋼產(chǎn)量不斷增加,無取向硅鋼和取向硅鋼的產(chǎn)量分別在2004年后和2005年增速加快。無取向硅鋼產(chǎn)量增加,帶來了進(jìn)口量減少和一定程度的出口量增加,但取向硅鋼產(chǎn)量的增加總體上并沒有降低2009年以前進(jìn)口量增加的趨勢(shì)。10年來主要軋材進(jìn)出口變化表明,雖然中國軋線產(chǎn)能和技術(shù)水平提升降低了對(duì)進(jìn)口品種的依賴程度,但一些高等級(jí)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力還應(yīng)有較大的提升空間。近10年中國軋制技術(shù)水平的提高,大大提升了軋材的綠色制造水平。圖4為近10年間軋制工序的能耗水平和板帶軋機(jī)數(shù)量的變化。兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系極為明顯,具有新技術(shù)的新產(chǎn)線增加,不斷降低了軋制工序的能耗水平。目前中國各類軋線產(chǎn)能利用率保持在80%以上(見圖5),但隨著近幾年新的軋鋼生產(chǎn)線的建設(shè),產(chǎn)能過剩的矛盾正在凸現(xiàn)。2先進(jìn)的技術(shù)開發(fā)近年來,中國的鋼鐵企業(yè)在軋鋼裝備現(xiàn)代化方面取得了令人矚目的進(jìn)步,已經(jīng)形成了能夠自主集成開發(fā)大型現(xiàn)代化軋鋼生產(chǎn)線及裝備的能力,在現(xiàn)代化熱軋寬帶鋼生產(chǎn)線、大型冷連軋生產(chǎn)線、先進(jìn)寬厚板軋制生產(chǎn)線、三輥連軋管機(jī)組生產(chǎn)線的軟硬件技術(shù)集成與開發(fā)方面形成了具有特色的、先進(jìn)的成套技術(shù),在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)和高性能高強(qiáng)度產(chǎn)品研發(fā)方面達(dá)到了目前國際先進(jìn)水平。2.1裝備與工藝控制的整體技術(shù)開發(fā)中國近年在熱軋寬帶鋼生產(chǎn)線的建設(shè)和發(fā)展十分顯著,在2003年至2009年間,先后建設(shè)投產(chǎn)2032～2300mm熱軋寬帶鋼生產(chǎn)線11條,其中,2032mm線1條,2150mm線2條,2250mm線7條,2300mm線1條,產(chǎn)能約5000萬t/a。其中,除了2032mm線(柳鋼)為二手設(shè)備改造線之外,其余10條線均為新建生產(chǎn)線。這些新建生產(chǎn)線在軋機(jī)主電機(jī)功率配置、板帶寬度和厚度精度控制、板形控制、終軋溫度控制、冷卻速度及路徑控制、卷取溫度控制及低溫卷取能力,以及工藝控制模型等方面均達(dá)到了目前國際熱軋寬帶鋼生產(chǎn)線的先進(jìn)水平。這為大批量開發(fā)生產(chǎn)高質(zhì)量、高性能的熱軋寬帶鋼產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)減量化生產(chǎn)并提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在熱軋寬帶鋼生產(chǎn)線裝備與工藝控制的整體技術(shù)開發(fā)方面,由中國鋼鐵企業(yè)自主集成開發(fā)的中薄板坯連鑄連軋技術(shù)——ASP(鑄坯厚度100～170mm),經(jīng)過不斷的開發(fā)與完善,形成了一整套效率高、節(jié)能、規(guī)?；⑵贩N全的工業(yè)化熱軋帶鋼生產(chǎn)新流程,由產(chǎn)能240萬t的1700ASP到產(chǎn)能500萬t的2150ASP。目前,在中國鋼鐵企業(yè)已建成投產(chǎn)3條ASP線,產(chǎn)能達(dá)到980萬t。ASP線的突出特點(diǎn)是流程緊湊,連鑄工序與軋鋼工序直接相連,可以實(shí)現(xiàn)近90%利用連鑄板坯熱能一次加熱,節(jié)約能耗。其關(guān)鍵技術(shù)包括:高效化煉鋼-連鑄技術(shù)、四流合一技術(shù)、高效直軋及注中調(diào)寬技術(shù)、工作輥可變凸度控制(LVC輥,可實(shí)現(xiàn)空載輥縫由-300～+100μm的調(diào)整,一個(gè)軋制單元內(nèi)凸度控制水平達(dá)到±30μm)、粗軋前后附立輥控寬技術(shù)以及高效層流冷卻技術(shù)等。2.2厚板軋軋系統(tǒng)某大型鋼鐵企業(yè)采取國內(nèi)技術(shù)總成,引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備,通過聯(lián)合設(shè)計(jì)、制造或國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造方式于2005年建成中國第一套5000mm寬厚板軋機(jī)及熱處理線。二期工程新增粗軋機(jī)架、1號(hào)冷床等精整設(shè)施,2009年全年完成產(chǎn)能160萬t。主要產(chǎn)品為管線鋼板、造船鋼板、結(jié)構(gòu)鋼板、鍋爐容器鋼板、石油儲(chǔ)備用鋼、核電用鋼等。產(chǎn)品規(guī)格:厚度,5～400mm;寬度,900～4800mm,成品長度,最大25000mm;單重,24～45t。采用的主要技術(shù)及裝備見表1。此線的建設(shè)對(duì)中國寬厚板軋機(jī)快速發(fā)展和自主制造能力的提升發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用。2.3現(xiàn)代能源生產(chǎn)線1780冷軋線是第一次由中國國內(nèi)技術(shù)總負(fù)責(zé),通過自主研制、開發(fā)、集成建設(shè),于2005年成功投入運(yùn)行的大型寬帶鋼冷軋生產(chǎn)線。采用酸洗-冷軋聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)、紊流鹽酸酸洗技術(shù)、六輥-四輥軋機(jī)混合配置等一系列冷軋領(lǐng)域的先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)。該生產(chǎn)線設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150萬t/a,主要產(chǎn)品包括高品質(zhì)轎車板、硅鋼原板、高檔次鍍鋅原板、家電板及半工藝中低牌號(hào)無取向硅鋼等高附加值產(chǎn)品,并已成功軋制出0.18mm極薄冷軋帶鋼產(chǎn)品。該集成技術(shù)還成功應(yīng)用于1500mm冷軋硅鋼生產(chǎn)線、2130mm冷軋生產(chǎn)線和1250mm單機(jī)架可逆軋機(jī)改造項(xiàng)目中。1780寬帶鋼冷軋線酸軋聯(lián)合機(jī)組生產(chǎn)線主要工藝參數(shù)見表2。2.4steel的聚合物生產(chǎn)到2009年,中國已建成投產(chǎn)的各種不同類型的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線13條,其中SMS的CSP線7條,Danieli的FTSR線3條,中國鞍鋼(AnshanSteel)的ASP線3條,鑄機(jī)共28流,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3290萬t(見表3),2008年產(chǎn)量達(dá)到2927.3萬t。中國的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線在數(shù)量、產(chǎn)能及軋機(jī)裝備水平方面都居世界前列。其中,熱軋機(jī)組的軋制能力、板形板厚及溫度控制精度、層流冷卻線的能力和控制水平方面都達(dá)到了目前國際的新水平。在薄規(guī)格軋制(≤2mm)、半無頭軋制、冷軋?jiān)嫌娩?、?xì)晶和微合金化高強(qiáng)鋼產(chǎn)品開發(fā)、針對(duì)薄板坯連鑄連軋工藝特征的軋制及冷卻過程,以及產(chǎn)品的組織性能控制等都取得了長足的進(jìn)步。2.5u3000利用在線除雜劑生產(chǎn)的連軋管機(jī)組2003年9月,中國的鋼管公司和德國SMSMeer公司合作建成了世界上第一套PQF(primequalityfinishing)三輥連軋管機(jī)組(?168),該機(jī)組投產(chǎn)后,成功地軋制出了T91、13Cr、Super13Cr、304、316等產(chǎn)品。168PQF三輥連軋管機(jī)組2008年的產(chǎn)量達(dá)到了67萬t。168PQF三輥連軋管機(jī)組的主要特點(diǎn)有:1)大大改善了金屬在軋制過程中的不均勻變形,大幅度減少了裂孔、拉凹缺陷;提高了壁厚精度和表面質(zhì)量;軋輥和芯棒消耗顯著降低、金屬收得率提高;2)采用了在線脫管/芯棒前行循環(huán)技術(shù),可提高小規(guī)格連軋管機(jī)組產(chǎn)能20%～25%;3)液壓伺服壓下系統(tǒng)功能開發(fā),實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償、咬入沖擊補(bǔ)償、錐形芯棒伺服和頭尾消薄等功能,減少了鋼管切頭尾長度;4)熱軋線配備了在線?；に囋O(shè)備和裝置,使部分套管、管線產(chǎn)品省去了離線熱處理工序,節(jié)省了大量能耗、降低生產(chǎn)成本。近年來國內(nèi)外新建和籌建的連軋管機(jī)組中大多采用了三輥連軋管工藝,目前全球已經(jīng)建成和正在建設(shè)的三輥連軋管機(jī)已超過了20套。3高質(zhì)量高性能軋材的技術(shù)保障近年中國軋鋼工藝技術(shù)研究開發(fā)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在結(jié)合軋制與控冷新裝備的研發(fā)、改造和對(duì)高質(zhì)量高性能新產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)需求,在長材軋制及在線熱處理技術(shù)、新一代控制冷卻技術(shù)、超薄規(guī)格板帶軋制技術(shù)以及軋制數(shù)學(xué)模型優(yōu)化和板形控制技術(shù)等方面取得了長足進(jìn)步,這也為高質(zhì)量高性能軋材的進(jìn)一步研發(fā)建立了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3.11dm長尺鋼軌在線熱處理通過突破高溫鋼軌在快速運(yùn)行中進(jìn)行精確導(dǎo)向和矯直、高溫鋼軌在輸送輥道上翻鋼、在中部為步進(jìn)冷床上料等技術(shù)難題,自主研究開發(fā)了2500t非標(biāo)設(shè)備及其控制系統(tǒng),建成了連續(xù)式噴風(fēng)冷卻100m長尺鋼軌在線熱處理生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線能夠按快于軋機(jī)的生產(chǎn)節(jié)奏,將萬能軋機(jī)所軋制的43～75kg/m各種規(guī)格、多種材質(zhì)的100m長尺鋼軌全部進(jìn)行在線熱處理。通過只對(duì)軋后高溫鋼軌進(jìn)行噴風(fēng)強(qiáng)制冷卻,在線熱處理后鋼軌的硬化層深度平均大于等于30mm、組織均為細(xì)珠光體,鋼軌的使用壽命提高了1倍以上,組織、性能的合格率均大于99%。有的鋼鐵企業(yè)在原有重軌生產(chǎn)線基礎(chǔ)上,采用爐外精煉、RH、大方坯連鑄、萬能軋機(jī)、平立復(fù)合矯直機(jī)和鋸鉆組合機(jī)床等設(shè)備,完成了100m鋼軌生產(chǎn)線的建設(shè),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)高潔凈度、高尺寸精度、高平直度、高表面質(zhì)量的客運(yùn)專線用100m鋼軌。所生產(chǎn)的100m長尺鋼軌分別供給鄭西、溫福、石太、武廣等線路。圖6為某鋼廠100m鋼軌萬能線主體設(shè)備——萬能軋機(jī)(a)和步進(jìn)緩冷床(b)。3.2新一代冷卻系統(tǒng)在我國的發(fā)展現(xiàn)狀通過高校與企業(yè)的合作,已經(jīng)研究開發(fā)出分別用于熱軋帶鋼、中厚板以及H型鋼軋制的新一代控制冷卻技術(shù)。針對(duì)常規(guī)熱軋帶鋼軋機(jī)層流冷卻及中厚板軋機(jī)ACC系統(tǒng)的配合與銜接存在的問題,開發(fā)了用于熱軋帶鋼的超快速冷卻裝置和噴嘴傾斜布置的壓力噴射式超快速冷卻系統(tǒng)與傳統(tǒng)集管層流冷卻系統(tǒng)混合配置技術(shù)。熱帶超快速冷卻裝置已經(jīng)用于CSP生產(chǎn)線冷卻段的后部(卷取機(jī)前),利用該套裝置已生產(chǎn)出550、600MPa級(jí)低成本雙相鋼。在1450熱連軋機(jī)的精軋出口增設(shè)傾斜式噴射和垂直式噴射混合配置的超快速冷卻裝置已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)Q235、Q345鋼的升級(jí)和部分高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)。在2250熱連軋線的控制冷卻系統(tǒng)采用了“傾斜式超快冷+ACC”的混合配置方式,該冷卻系統(tǒng)已于2009年9月熱負(fù)荷試車,陸續(xù)進(jìn)行了材料性能改進(jìn)和品種開發(fā)試驗(yàn)工作,已經(jīng)取得初步效果。在3000中厚板軋機(jī)上設(shè)置的UFC+ACC新一代中厚板層流冷卻系統(tǒng)開始投入運(yùn)行,在提高鋼材性能、改善冷卻均勻性方面發(fā)揮了作用。目前,正在4300中厚板軋機(jī)、3500中厚板軋機(jī)上裝設(shè)具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的UFC+ACC新一代控制冷卻系統(tǒng),為實(shí)施新一代TMCP創(chuàng)造了條件。通過對(duì)熱軋后對(duì)大H型鋼實(shí)施超快速、高效的噴水冷卻方法,使軋制后處于較高溫度的奧氏體組織在極短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變成細(xì)晶粒的鐵素體+珠光體及貝氏體組織,H型鋼的綜合力學(xué)性能得到提高。整個(gè)系統(tǒng)的冷卻狀態(tài)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,并利用二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型,根據(jù)軋制的鋼種和規(guī)格實(shí)現(xiàn)自動(dòng)冷卻過程控制。對(duì)試軋的Q345級(jí)別的H型鋼的組織和性能進(jìn)行檢驗(yàn)結(jié)果表明,金相組織為細(xì)晶鐵素體+珠光體+極少量貝氏體,屈服強(qiáng)度達(dá)到468MPa、抗拉強(qiáng)度570MPa,伸長率22%,與不進(jìn)行超快速冷卻的同規(guī)格、同鋼種H型鋼產(chǎn)品相比較,強(qiáng)度提高約80MPa。3.3半鉆頭制備薄規(guī)格熱軋板開發(fā)薄規(guī)格板材并實(shí)現(xiàn)部分以熱代冷是薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線的重要目標(biāo)之一。某鋼廠在第2代CSP流程工藝技術(shù)基礎(chǔ)上,通過技術(shù)集成與創(chuàng)新,建立了半無頭軋制的配套技術(shù)與爐號(hào)匹配的最佳組織模式、FGC動(dòng)態(tài)變規(guī)格、飛剪控制、半無頭軋制速度與張力控制優(yōu)化、輥縫潤滑與半無頭軋制技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用、層流冷卻及卷取控制技術(shù)等一系列工藝關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了半無頭軋制薄規(guī)格產(chǎn)品的大批量穩(wěn)定生產(chǎn)。利用半無頭技術(shù)成功將最長269m、厚70mm的連鑄坯穩(wěn)定地軋制成7個(gè)切分卷,生產(chǎn)出了平均厚度0.77mm的超薄熱軋帶卷。2007-2009年采用半無頭軋制生產(chǎn)小于等于2.0mm薄規(guī)格產(chǎn)品15萬t。圖7為半無頭軋制動(dòng)態(tài)變規(guī)格時(shí),F7出口厚度從1mm到0.77mm的厚度變化曲線實(shí)例。圖8為半無頭軋制SPHC系列產(chǎn)品規(guī)格擴(kuò)大范圍示意圖。某鋼廠在CSP線薄規(guī)格板帶生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)上解決了薄規(guī)格熱軋板生產(chǎn)常見的板形不良、軋制過程不穩(wěn)定、表面質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低等關(guān)鍵技術(shù)難題,形成了高比例薄規(guī)格熱軋板生產(chǎn)的成套技術(shù)。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼板厚度≤2.0mm的比例達(dá)到70%以上,≤1.5mm的達(dá)到35%以上。2007年生產(chǎn)≤2.0mm板材133萬t,占總產(chǎn)量的68.8%,全年產(chǎn)品的平均厚度2.27mm,體現(xiàn)了薄板坯連鑄連軋產(chǎn)線的優(yōu)勢(shì)。3.4高效冷連軋技術(shù)以2030冷連軋機(jī)控制系統(tǒng)改造為平臺(tái),自主研發(fā)與集成寬帶鋼冷連軋工藝及模型控制技術(shù),開發(fā)了調(diào)優(yōu)寬帶鋼冷連軋數(shù)學(xué)模型系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)寬帶鋼冷連軋機(jī)在連續(xù)軋制過程中最大程度的柔性軋制,開發(fā)并實(shí)施了極限規(guī)格拓展和高等級(jí)帶鋼表面質(zhì)量控制技術(shù)、0.8mm×1850mmIF鋼軋制等先進(jìn)技術(shù)。表4為2030冷連軋機(jī)板厚精度達(dá)到的實(shí)物指標(biāo)。該項(xiàng)目的冷軋工藝及相關(guān)模型控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)在1420軋機(jī)等鋼鐵企業(yè)冷軋項(xiàng)目中得到了推廣應(yīng)用。某鋼廠聯(lián)合國內(nèi)高校和科研單位進(jìn)行了冷軋機(jī)板形控制技術(shù)與控制系統(tǒng)核心技術(shù)研發(fā)并應(yīng)用于1250六輥冷軋機(jī)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,取得了核心技術(shù)突破,開發(fā)出國內(nèi)第一套工業(yè)應(yīng)用分段接觸壓磁式板形測(cè)量輥和冷軋機(jī)板形解析模型系統(tǒng)(包括軋機(jī)輥系變形模型、軋輥溫度場(chǎng)模型、軋輥磨損計(jì)算模型以及基于板形控制的軋制負(fù)荷分配在線控制計(jì)算模型),在六輥冷軋機(jī)或多輥冷軋機(jī)上進(jìn)行板形調(diào)控執(zhí)行器控制,包括軋輥傾斜、工作輥彎輥、中間輥彎輥及竄輥、分段冷卻、軋制力前饋等功能,實(shí)現(xiàn)了板形的高精度控制,成品帶鋼板形綜合精度小于8I單位。4組織性能控制的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究近年來,通過加強(qiáng)對(duì)碳錳鋼、微合金鋼及合金鋼在軋制與冷卻過程中的晶粒細(xì)化、析出與相變等的組織性能控制的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究,在細(xì)晶高強(qiáng)鋼、高級(jí)別管線鋼、高性能高強(qiáng)度中厚板及特厚板、取向硅鋼及先進(jìn)汽車板等高性能冷軋帶鋼、新型鐵素體不銹鋼及雙相不銹鋼、高性能長材及管材等的工藝控制技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)方面取得了一大批重要的成果,為軋制鋼材的品質(zhì)提升作出了重大貢獻(xiàn)。4.1在壓延過程中，組織性能的研究和應(yīng)用4.1.1低碳鋼組織的超細(xì)化在近年的“新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目以細(xì)晶和超細(xì)晶鋼的研究開發(fā)為目標(biāo)的工作中,通過結(jié)合軋制生產(chǎn)線裝備和工藝實(shí)際,開展了大量的理論和試驗(yàn)研究與探索,其中包括:1)鐵素體+珠光體(F+P)碳素鋼或低合金鋼采用強(qiáng)力軋制、形變誘導(dǎo)鐵素體相變(DIFT,DeformationInducedFerriteTransformation)以及形變和相變耦合的組織超細(xì)化理論和技術(shù);2)結(jié)合奧氏體再結(jié)晶和未再結(jié)晶控制軋制和加速冷卻(RCR+ACC)控制的晶粒適度細(xì)化理論和技術(shù);3)基于過冷奧氏體熱變形的低碳鋼組織細(xì)化-形變強(qiáng)化相變(DEFT:DeformationEnhancedFerriteTransformation)理論和技術(shù);4)基于薄板坯連鑄連軋流程(TSCR)的奧氏體再結(jié)晶細(xì)化加冷卻路徑控制的低碳鋼組織細(xì)化強(qiáng)化理論與技術(shù);5)針對(duì)低(超低)碳微合金貝氏體鋼的中溫轉(zhuǎn)變組織細(xì)化的TMCP+RPC理論與技術(shù),等等。在這些理論與技術(shù)研究的推動(dòng)下,在長材、板帶材和中厚板的強(qiáng)度翻番或升級(jí),以及新產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮出重大的作用和顯著的效果,近年已大批量地生產(chǎn)出細(xì)晶和超細(xì)晶鋼。圖9為鋼廠生產(chǎn)(Q235-微Ti)細(xì)晶和超細(xì)晶鋼棒線材的結(jié)果。4.1.2微合金化高強(qiáng)耐候鋼鋼在形變、相變中的析出行為研究與控制是鋼的組織性能控制的一個(gè)重要方面。通過大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明,采用合理的冶金成分設(shè)計(jì)和軋制、冷卻工藝控制,可以在鋼中產(chǎn)生大量的納米尺寸粒子析出,使鋼的強(qiáng)韌性得到顯著提高。在TSCR線上通過實(shí)施高溫大變形再結(jié)晶細(xì)化和冷卻路徑控制,實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化與納米粒子析出與分布控制,進(jìn)而形成不同強(qiáng)韌化效果的組織性能柔性控制,開發(fā)生產(chǎn)出具有高成形性的低碳高強(qiáng)汽車大梁鋼510L、550L、屈服強(qiáng)度500～700MPa級(jí)Ti微合金化高強(qiáng)耐候鋼、600和700MPa級(jí)低碳貝氏體工程機(jī)械用鋼等系列高強(qiáng)韌鋼,并進(jìn)行了大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。經(jīng)分析,微合金化高強(qiáng)鋼中納米粒子析出強(qiáng)化的貢獻(xiàn)可達(dá)到150～280MPa。表5為0.19C-0.32Si-1.2Mn鋼在不同軋制及冷卻工藝條件下的力學(xué)性能。圖10為Ti微合金化高強(qiáng)耐候鋼中的納米尺寸TiC粒子(a)及其粒度分布(b)。表6為屈服強(qiáng)度600、700MPa級(jí)熱軋高強(qiáng)耐候鋼及低碳貝氏體鋼的性能。4.22成分體系設(shè)計(jì)2007年以來,中國多家鋼鐵企業(yè)利用2250熱連軋生產(chǎn)線成功開發(fā)并大批量生產(chǎn)出18.4mm厚X80高級(jí)別管線鋼。采用低C-高M(jìn)n-高Nb-少M(fèi)o-微V,或低C-高M(jìn)n-高Nb+適量Cr-Ni-Mo-Cu的成分體系設(shè)計(jì),結(jié)合優(yōu)化的TMCP軋制工藝和低溫或超低溫卷取控制,獲得以針狀鐵素體為主的高鋼級(jí)管線鋼復(fù)相組織,確保了厚規(guī)格產(chǎn)品的高強(qiáng)韌性和耐蝕性,保證了帶鋼全長組織性能的均勻性及良好的板形。2008年,中國的3條2250熱連軋生產(chǎn)線共生產(chǎn)了73.5萬tX80管線鋼,在中國的西氣東輸二線管線工程建設(shè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。表7為在2250熱連軋線采用低C-高M(jìn)n-高Nb+適量Ni-Mo-Cu的X80鋼成分設(shè)計(jì),軋制過程控制+軋后快冷+低溫卷取控制技術(shù)試制的18.4mm厚X80鋼的力學(xué)性能。4.3高性能厚板標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)4.3.1特厚板及船板鋼近年,鋼鐵企業(yè)采用TMCP技術(shù)開發(fā)了滿足高強(qiáng)度、較低屈強(qiáng)比、焊接性、耐候性及低溫沖擊韌性要求的系列新型橋梁用鋼,并應(yīng)用于南京大勝關(guān)長江大橋等幾十座跨江、跨海、鐵路和公路橋梁建設(shè)。開發(fā)生產(chǎn)的WNQ570、WNQ690、14MnNbq橋梁鋼的特點(diǎn)是:高強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度≥420MPa;高韌性,-40℃AKV≥120J;良好焊接性,60mm以上厚鋼板埋弧焊不預(yù)熱;耐候性,WNQ570鋼與09CuPCrNi相當(dāng);最大板厚68mm;WNQ570鋼12～68mm不區(qū)分板厚效應(yīng);屈強(qiáng)比≤0.88。京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋建造采用了WNQ570鋼1.3萬t,應(yīng)用于打撈“南海一號(hào)”的亞洲最大的起重工程船懸臂梁采用了WNQ690鋼制造。另外,通過將FH550級(jí)TMCP超高強(qiáng)船板制造技術(shù)成功用于80mm厚高強(qiáng)度橋梁鋼Q420qE、Q500qE制造,其主要特點(diǎn):1)通過超低碳微合金化成分設(shè)計(jì)(0.045%C-Mn-Mo-Nb-0.75%Cu-Ni),實(shí)現(xiàn)特厚板連續(xù)冷卻組織均勻并提高耐大氣腐蝕性能,增加鋼板的低溫韌性;2)全均質(zhì)貝氏體鋼組織有利于提高耐大氣腐蝕性能;3)Cu在連續(xù)冷卻和等溫過程中納米析出控制能夠強(qiáng)化特厚超高強(qiáng)橋梁板的芯部性能;4)通過TMCP軋制工藝調(diào)控使原奧氏體晶粒尺寸細(xì)化到20～50μm。通過3階段TMCP軋制工藝,實(shí)現(xiàn)了特厚橋梁板原奧氏體晶粒細(xì)化,進(jìn)一步保證了1/2t處的強(qiáng)韌性要求。4.3.2超細(xì)貝氏體組織生產(chǎn)工藝結(jié)合2300中板機(jī)組和4300厚板機(jī)組的特點(diǎn),采用超低碳貝氏體鋼成分設(shè)計(jì)和中溫組織超細(xì)化技術(shù)(TMCP+RPC技術(shù)),獲得各種形態(tài)的超細(xì)貝氏體組織,生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度500、550、620、690和800MPa5個(gè)強(qiáng)度級(jí)別系列超低碳貝氏體鋼中厚板,板材厚度為16～60mm。主要應(yīng)用于工程機(jī)械和煤機(jī)等領(lǐng)域,工藝路線為:超低碳—潔凈鋼質(zhì)—微合金化—控制軋制—控制冷卻(中溫轉(zhuǎn)變組織超細(xì)化)—厚板回火。使高性能鋼由調(diào)質(zhì)處理向不調(diào)質(zhì)、不回火、降低貴重合金元素使用量方向發(fā)展。4.3.30400rtc級(jí)高層建筑結(jié)構(gòu)鋼開發(fā)的屈服強(qiáng)度390～460MPa(Q390～Q460)級(jí)高層建筑結(jié)構(gòu)鋼先后應(yīng)用于國家游泳中心、國家體育場(chǎng)鳥巢等奧運(yùn)工程以及中央電視臺(tái)新臺(tái)址、國家大劇院工程等大型建筑工程。1沖擊值含量分析①成品板最大厚度達(dá)到135mm,晶粒細(xì)化、組織均勻性高;②-40℃低溫韌性遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值,最大厚度135mm時(shí)的沖擊值富余量較大;③Z35抗層狀撕裂性能均超過了35%,保證安全性能;④低碳當(dāng)量(Ceq=0.44%～0.48%)保證焊接性能;⑤低屈強(qiáng)比(Rp0.2/Rm≤0.80)保證抗震性。2基本性能及焊接性能①獨(dú)特的微合金化成分設(shè)計(jì)及潔凈鋼冶煉保證了大厚度鋼板的內(nèi)部質(zhì)量、各項(xiàng)力學(xué)性能及焊接性能;②特有的大鋼錠無缺陷澆鑄工藝保證了110mm厚Q460E-Z35的成功開發(fā);③采用獨(dú)特的熱處理設(shè)備(?；?控冷)突破了原有設(shè)備的厚度熱處理極限,保證了鋼板的抗震性能。3見圖11和表8生產(chǎn)厚板的主要設(shè)備和產(chǎn)品特點(diǎn)在國家體育場(chǎng)鳥巢和中央電視臺(tái)新臺(tái)址的結(jié)構(gòu)建設(shè)中大量采用了開發(fā)生產(chǎn)的Q390～Q460級(jí)特厚高強(qiáng)鋼板。4.4冷帶技術(shù)和品種開發(fā)4.4.1熱軋板邊裂斷帶已形成了取向硅鋼的冶煉、連鑄、熱軋、冷軋及熱處理等工藝與質(zhì)量控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了取向硅鋼制造技術(shù)的工程化與產(chǎn)業(yè)化,主要技術(shù)進(jìn)步包括:1)復(fù)吹工藝和轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)自動(dòng)控制等技術(shù)研究,使取向硅鋼冶煉成分命中率達(dá)到98%以上;2)連鑄技術(shù)研究,建立一套完整的取向硅鋼連鑄工藝,提高了生產(chǎn)效率和鑄坯質(zhì)量;3)熱軋技術(shù)進(jìn)步,重點(diǎn)是加熱爐溫度制度和輥形制度,解決了爐內(nèi)斷坯、粗軋帶坯斷裂、精軋邊裂斷帶事故,使熱軋板邊裂提高到5～20mm/邊,成材率提高3.5%;4)硅鋼廠酸洗線HiB?；癄t改造及工藝,有效控制了AlN等抑制劑的合適尺寸及分布,提高了HiB鋼的牌號(hào)合格率5%以上;5)森吉米爾軋機(jī)HGO鋼高溫軋制技術(shù),研究出了HGO鋼高溫軋制的典型工藝,基本全部實(shí)現(xiàn)高溫軋制,提高了HGO鋼牌號(hào)率5%以上;6)冷軋工藝,提出改進(jìn)軋制規(guī)程和提高生產(chǎn)率的方法;7)串聯(lián)式退火脫碳工藝,發(fā)明了中間完全脫碳退火技術(shù)、成品厚度鋼板初次再結(jié)晶、脫碳退火技術(shù)及改善取向硅鋼涂層質(zhì)量的工藝技術(shù)等。2007年,某鋼廠取向硅鋼產(chǎn)量達(dá)27萬t,牌號(hào)幾乎覆蓋所有級(jí)別,產(chǎn)品性能與質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平,產(chǎn)品用于小浪底工程、三峽工程、青藏鐵路工程、北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)工程、神六載人飛船工程等國家重要工程項(xiàng)目。還有的鋼廠在經(jīng)歷了10年自主研發(fā)取向硅鋼技術(shù)之后,已自主集成生產(chǎn)線,成功實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)高品質(zhì)取向硅鋼產(chǎn)品。2008-2009年,普通取向硅鋼(CGO)、高磁感取向硅鋼(NSGO)、薄規(guī)格(0.27mm以下)激光刻痕高磁感取向硅鋼等高等級(jí)取向硅鋼產(chǎn)品投產(chǎn),目前已經(jīng)具備20余個(gè)取向硅鋼牌號(hào)的批量生產(chǎn)能力。其取向硅鋼產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。1品種開發(fā)開發(fā)出采用低溫板坯加熱技術(shù)的高磁感、低鐵損取向硅鋼;23鋼渣成分高精度控制技術(shù),關(guān)鍵元素含量按10-6級(jí)控制;3邊裂及高精度控制低溫板坯加熱技術(shù);低溫降控制技術(shù);帶鋼邊裂控制、高精度厚度及板形控制技術(shù);采用適應(yīng)硅鋼生產(chǎn)的板坯異步裝爐與交叉軋制技術(shù),建立適應(yīng)交叉軋制的高精度控制模型等;4冷焊工藝高精度板形控制技術(shù);滲N控制技術(shù)、高精度爐溫控制技術(shù);5細(xì)化磁斷,降低鐵損在涂敷絕緣涂層的取向硅鋼板表面,采用激光器對(duì)硅鋼板進(jìn)行刻蝕,細(xì)化磁疇,降低硅鋼片的鐵損。取向硅鋼產(chǎn)品已成功應(yīng)用于500kV、48萬kVA及以上電壓等級(jí)大型交流變壓器和直流換流變壓器制造,高磁感產(chǎn)品已供應(yīng)30家大中型變壓器廠。4.4.2超高強(qiáng)系列汽車板2009年中國汽車產(chǎn)銷分別完成1379.10萬輛和1364.48萬輛,同比分別增長48%和46%。近年來,國內(nèi)一些大型鋼鐵企業(yè)為滿足快速增長的汽車發(fā)展需求,開發(fā)生產(chǎn)出冷軋深沖及超深沖系列、鍍層系列、高強(qiáng)及超高強(qiáng)系列汽車板。通過解決超低碳、氮、氧冶煉技術(shù)和潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)、高質(zhì)量板坯連鑄技術(shù)、熱軋、冷軋及退火技術(shù)、高強(qiáng)及超高強(qiáng)鋼的冶金工藝控制技術(shù)、表面質(zhì)量及板形控制技術(shù)、鋼板質(zhì)量性能穩(wěn)定化技術(shù)等,形成了高品質(zhì)汽車板大批量穩(wěn)定化生產(chǎn)和冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼的高水平研發(fā)平臺(tái)。表9為某大型鋼鐵企業(yè)目前冷軋汽車板的主要品種范圍。中國第一條高水平的冷軋超高強(qiáng)鋼板生產(chǎn)、研發(fā)專用線于2008年開發(fā)建成,其主要特點(diǎn):1)強(qiáng)度級(jí)別為CR1500,GI980;2)多功能性,超高強(qiáng)度鋼板、連續(xù)退火和熱鍍鋅共用生產(chǎn)線;3)核心冷卻技術(shù),高氫氣濃度冷速超過140℃/s;水淬冷速超過500℃/s;4)UHSS的碳當(dāng)量低,可悍性良好。4.5不銹鋼材料的力學(xué)性能在特鋼廠,已自主開發(fā)出了鐵路貨車車體用不銹鋼—T4003,該材料Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)約12%,C質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,添加有少量Ni、Mn,及微量的Nb、Ti,焊接接頭熱影響區(qū)具有M+F兩相組織結(jié)構(gòu),不僅具有足夠的強(qiáng)度、良好的耐濕磨性和滑動(dòng)性,而且在耐蝕性和周期壽命成本方面優(yōu)于高強(qiáng)度耐候鋼。表10為6.0mm厚T4003不銹鋼的力學(xué)性能、腐蝕性能和焊接性能。2006-2008年已累計(jì)生產(chǎn)新型鐵路貨車用不銹鋼15萬t,用于大秦鐵路23000輛C80B不銹鋼運(yùn)煤車的制造,出口10000余t。目前鐵路貨車用不銹鋼材料在國內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)95%以上。通過采用不銹鋼材料增加車體耐蝕性能,車輛設(shè)計(jì)壽命由25年提高到35年,檢修周期由8年提高到12年。此外,還通過系統(tǒng)研究開發(fā)雙相不銹鋼板材的制造工藝,突破冶煉、熱加工、熱處理、酸洗、焊接等多項(xiàng)關(guān)鍵難題,實(shí)現(xiàn)包括低合金的S32304、S32101,中合金的S31803(S32205)以及高合金的超級(jí)雙相不銹鋼S32750等不同性能級(jí)別雙相不銹鋼板材的產(chǎn)業(yè)化,滿足石化、造船、核電、海水淡化、真空制鹽、水利工程等領(lǐng)域的需求。4.6高性能材料和材料的制造技術(shù)和開發(fā)4.6.1研究開發(fā)f型鋼根據(jù)用戶使用要求,設(shè)計(jì)并軋制出了符合要求的F型鋼和H軌枕鋼產(chǎn)品,使F型鋼及軌排成功應(yīng)用于中低速磁懸浮試驗(yàn)線。主要技術(shù)包括:1)根據(jù)中低速磁浮列車線運(yùn)行的需要,設(shè)計(jì)了中低速磁浮列車軌道專用F型鋼;2)通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬、中試模擬軋制等研究工作,解決了F型鋼不對(duì)稱軋制、冷卻變形等難題,自主開發(fā)出世界上首套代替焊接—退火—機(jī)械加工成形的軋制F型鋼成套熱軋工藝;3)完成了F型鋼50m半徑和100m半徑正反向側(cè)彎軌設(shè)備研究開發(fā);4)發(fā)明了熱軋F(tuán)型鋼的定半徑和三次緩和曲線彎曲設(shè)備和工藝,實(shí)現(xiàn)了中低速磁浮列車軌排的高精度批量化加工;5)采用了低成本的耐候鋼設(shè)計(jì),并在軋制工藝中采用了細(xì)晶鋼軋制,使鋼材屈服強(qiáng)度達(dá)到400MPa以上,抗拉強(qiáng)度達(dá)550MPa,沖擊功100J。所生產(chǎn)的F型鋼、H型鋼軌枕及軌排已成功配套使用在唐山1.5km試驗(yàn)線上,經(jīng)過近一年20000多km的運(yùn)行證明,批量化生產(chǎn)的熱軋F(tuán)型鋼及軌排能完全滿足中低速磁浮列車的運(yùn)行要求。圖12為熱軋F(tuán)型鋼產(chǎn)品照片,圖13為試驗(yàn)中的中低速磁浮列車。4.6.3tp系列油套管生產(chǎn)技術(shù)通過不懈的努力,中國鋼管公司不僅能夠?yàn)橛脩籼峁┤緼PISPEC5CT標(biāo)準(zhǔn)鋼級(jí)的油套管,而且能夠提供滿足特殊使用條件的非API標(biāo)準(zhǔn)鋼級(jí)系列油套管(TP系列油套管),以及非API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的油套管和特殊扣油套管。攀鋼成都鋼管公司開發(fā)出CS-95S抗H2S腐蝕石油套管、L80-1大口徑高品質(zhì)石油套管和大口徑非調(diào)質(zhì)N80-1石油套管生產(chǎn)技術(shù)并進(jìn)行了批量生產(chǎn)和應(yīng)用。TP系列油套管的主要技術(shù)包括:1)設(shè)計(jì)開發(fā)出了超高強(qiáng)度高韌性油井管用鋼新品種系列。用于以V150為主,及140KSI、160KSI、170KSI等4個(gè)不同強(qiáng)度級(jí)別的材料;2)充分發(fā)揮了C、Mo、V等元素在鋼中的細(xì)化晶粒、強(qiáng)化晶界、抑制二類回火脆性等,使材料獲得了優(yōu)異的強(qiáng)韌性能匹配和良好的抗氫致斷裂能力;3)運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模優(yōu)化技術(shù)建立了新鋼種合金元素對(duì)套管力學(xué)性能影響模型,提出了關(guān)鍵工藝控制和鋼種的改進(jìn)措施;4)通過優(yōu)化鋼管軋制比來減輕材料的各向異性,超高強(qiáng)度V150套管材料整體性能優(yōu)良,橫向沖擊功≥80J,平均高達(dá)110J,橫縱沖擊比≥0.8。2008年,鋼管公司向美國Schlumberger公司、伊朗MSPKALANAFTCO.TEHRAN公司以及國內(nèi)油田提供各種高性能高強(qiáng)度套管13000多t。5低碳經(jīng)濟(jì)與碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)系軋鋼生產(chǎn)過程既是鋼材冶金生產(chǎn)過程中的最后工序,也是能源與資源消耗的重要方面,更是直接面向用戶使用、關(guān)系產(chǎn)品應(yīng)用質(zhì)量、效能與產(chǎn)品