【正文】 2．超高強(qiáng)度鋼(UHSS)開發(fā) JFE公司開發(fā)了一種適于制做汽車結(jié)構(gòu)部件的1180MPa級(jí)具有優(yōu)良成形性能的超高強(qiáng)度(UHSS)冷軋鋼板，這種鋼與傳統(tǒng)的同一強(qiáng)度級(jí)別的鋼相。 氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)鋼具有較高的高溫強(qiáng)度，通常通過復(fù)雜昂貴的機(jī)械合金化和粉末冶金的方法制作。 . Misra等開發(fā)了一種770MPa級(jí)的商用熱軋NbTi微合金化鋼，并對(duì)其強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行研究，結(jié)果得出高強(qiáng)度是細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、析出和位錯(cuò)強(qiáng)化以及相變強(qiáng)化的綜合效應(yīng)，高位錯(cuò)密度和細(xì)小析出物是引起高強(qiáng)度的最主要的因素。高強(qiáng)度鋼如HSLA鋼、烘烤硬化(BH)鋼，先進(jìn)高強(qiáng)鋼指DP(dual phase)鋼、TRIP(transformation induced plasticity)鋼、TWIP(twinning induced plasticity)鋼、SIP(shear band induced plasticity)鋼以及CP(plex phase)鋼和馬氏體鋼。 從技術(shù)上看，未來鋼材熱軋過程中組織性能預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向有：(1)完善離線熱連軋電子實(shí)驗(yàn)室的功能，并使該技術(shù)與大規(guī)模定制技術(shù)和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(ERP)技術(shù)結(jié)合起來，優(yōu)化實(shí)現(xiàn)多鋼種多規(guī)格熱連軋生產(chǎn)的高效化、信息化、自動(dòng)化、柔性化、定制化和煉鋼連鑄熱軋一體化生產(chǎn)流程；(2)繼續(xù)精確、精簡(jiǎn)、精練組織性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)在線應(yīng)用模型，與軋機(jī)的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)模擬與優(yōu)化控制，提升該技術(shù)的應(yīng)用層次；(3)以組織性能預(yù)測(cè)成果為手段，開發(fā)新型的引領(lǐng)未來的鋼鐵材料。在現(xiàn)代軋制生產(chǎn)線上，大多配備有板材凸度、平直度和厚度的在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)或者型材、棒線材軋制產(chǎn)品的尺寸形狀在線檢測(cè)與控制系統(tǒng)，這對(duì)保證軋材產(chǎn)品尺寸形狀的高精度控制起到關(guān)鍵的保證作用。近幾年，我國(guó)在國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持下，一些大學(xué)和企業(yè)等進(jìn)行合作正在開展軋制過程組織性能檢測(cè)與控制方面的研究。例如，在奧鋼聯(lián)林茨鋼廠，為適應(yīng)用戶對(duì)熱軋產(chǎn)品機(jī)械性能要求的進(jìn)一步提高，把組織性能控制與檢測(cè)引入現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少檢測(cè)樣品，這已經(jīng)成為一種迫切需要。 3．軋制過程鋼材組織性能的在線檢測(cè)與控制 在帶鋼生產(chǎn)過程中，通過采用X射線或磁性測(cè)量等物理檢測(cè)方法在線檢測(cè)板材織構(gòu)參數(shù)，可以確定板材的深沖性能指標(biāo)r值，這一技術(shù)已經(jīng)取得成功，在歐洲的鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)線上已有應(yīng)用，但還沒有普及。在德國(guó)蒂森鋼鐵公司等大型鋼鐵企業(yè)的板帶熱軋和冷軋生產(chǎn)線上大部分都已安裝了板帶表面質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，我國(guó)的寶鋼、武鋼、鞍鋼等企業(yè)的板帶生產(chǎn)線上也都先后安裝了這一系統(tǒng)。 2. 軋制過程板材高表面質(zhì)量的在線檢測(cè)與控制 另一方面，在熱軋、冷軋和平整工序安裝板帶表面質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)板帶生產(chǎn)全過程實(shí)施在線監(jiān)測(cè)和控制。 (八)軋制過程表面質(zhì)量、組織性能及尺寸形狀在線檢測(cè)與控制技術(shù) 1．熱軋板材氧化鐵皮研究與控制 關(guān)于熱軋板材表面質(zhì)量的研究重點(diǎn)是氧化鐵皮的演變與控制、高效除鱗系統(tǒng)的開發(fā)以及表面缺陷的在線檢測(cè)與控制。特別是在高速軋制條件下，摩擦系數(shù)的變化與潤(rùn)滑狀態(tài)開始受到廣泛關(guān)注。這需要進(jìn)一步分析熱軋潤(rùn)滑機(jī)理，研發(fā)新一代環(huán)保型軋制潤(rùn)滑介質(zhì)，如限制使用有毒化學(xué)添加劑、使用動(dòng)植物油替代添加劑、選用可生物降解的油品、乳化液破乳技術(shù)與達(dá)標(biāo)排放等，減少熱軋油燃燒物或殘留物對(duì)大氣和冷卻水的污染，同時(shí)改進(jìn)潤(rùn)滑方法與裝置，開發(fā)高效潤(rùn)滑技術(shù)和循環(huán)利用技術(shù)，提高熱軋潤(rùn)滑工藝的時(shí)序性與可操作性。21 MPa(離線)以內(nèi)。經(jīng)過對(duì)CMn鋼、IF鋼、部分X70以下級(jí)別管線鋼等1000余爐次現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和模型調(diào)優(yōu)，組織性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)的預(yù)報(bào)溫度和強(qiáng)度值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值的偏差分別在177。在鋼材組織性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)的幫助下，可以探索在熱連軋過程中各種可能的工藝參數(shù)的組合所產(chǎn)生的結(jié)果。在熱連軋過程的模擬中，層流冷卻是決定產(chǎn)品最終力學(xué)性能的關(guān)鍵過程。但是如何不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍、提高模擬精度，以及如何與優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，通過控制工藝參數(shù)來獲得最佳的微觀組織和機(jī)械性能，仍是長(zhǎng)期努力的方向?？梢岳矛F(xiàn)有的商用有限元軟件將溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)與組織性能預(yù)測(cè)結(jié)合起來，精細(xì)預(yù)測(cè)材料斷面組織、性能的分布情況。考慮到材料多樣性以及微觀組織演化及其影響因素機(jī)理的復(fù)雜性，常常依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立工藝參數(shù)與組織的關(guān)系模型及組織與性能的關(guān)系模型。從目前發(fā)表的大量模型看，CMn鋼奧氏體高溫變形行為的預(yù)測(cè)精度已經(jīng)達(dá)到較高水平，但對(duì)含多種微合金元素的微合金鋼的預(yù)測(cè)精度較低，其原因主要是鋼中的微合金元素對(duì)奧氏體的再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大及相變行為的作用十分復(fù)雜，目前尚無(wú)法用精確的數(shù)學(xué)式表達(dá)，需通過大量的實(shí)驗(yàn)來確定模型中的常數(shù)，這方面還有待于進(jìn)一步研究。在軋后冷卻過程中，主要是奧氏體向鐵素體相變和鐵素體晶粒的長(zhǎng)大模型。對(duì)于CMn鋼，常用的數(shù)學(xué)模型主要有Sellars模型，Yada和Senuma模型、Saito模型和Nanba模型，這些模型都是通過回歸試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的。 金屬在高溫變形時(shí)的再結(jié)晶模型，主要模擬在高溫軋制過程中和軋制后發(fā)生的奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶(或亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶)和晶粒長(zhǎng)大。對(duì)于熱變形過程中微觀組織的變化，尤其是γ→α相變行為的模擬和軋后材料力學(xué)性能的預(yù)報(bào)仍在不斷開發(fā)研究中。這幾方面模型的聯(lián)合求解可獲得模擬結(jié)果。隨著物理冶金學(xué)、軋制技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)可以通過高速計(jì)算機(jī)對(duì)熱軋過程中顯微組織的變化和奧氏體鐵素體的相變行為進(jìn)行模擬，建立性能與參數(shù)的關(guān)系，使軋后鋼材力學(xué)性能的預(yù)報(bào)和控制成為可能。 CESP工藝第一次真正實(shí)現(xiàn)了軋鋼工作者長(zhǎng)期追求的高效的厚板坯連鑄連軋，完全符合 16 當(dāng)今鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)資源集約、節(jié)能減排、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，對(duì)熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。 2. CESP中國(guó)高效厚板坯連鑄連軋工藝 寶鋼研究人員最近提出的中國(guó)高效厚板坯連鑄連軋工藝(CESP)是將傳統(tǒng)常規(guī)熱軋和薄板坯連鑄連軋的基本優(yōu)勢(shì)集于一體，摒棄了兩者的主要缺點(diǎn)。 寶鋼和Arcelor Mittal法國(guó)敦刻爾克廠于2006年12月試車投產(chǎn)的雙流厚板坯連鑄機(jī)采用了達(dá)涅利最新推出的各項(xiàng)先進(jìn)的連鑄技術(shù)，如先進(jìn)的結(jié)晶器在線調(diào)寬技術(shù)、結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)、結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置、結(jié)晶器電磁攪拌和制動(dòng)裝置、扇形段自動(dòng)更換裝置等，其中還包括達(dá)涅利研制開發(fā)獲得專利的兩項(xiàng)最新技術(shù)：INMO結(jié)晶器(integral mould整體運(yùn)動(dòng)結(jié)晶器)和OPTIMUM最優(yōu)化扇形段。PCCS法是在連鑄板坯凝固末端用輥?zhàn)訉?duì)之進(jìn)行強(qiáng)壓下，使凝固組織達(dá)到?jīng)]有疏松的程度。現(xiàn)代的冷連軋機(jī)組通常采用強(qiáng)力彎輥的四輥軋機(jī)、六輥軋機(jī)、交叉軋制PC軋機(jī)以及帶竄輥的四輥軋機(jī)(如SMS的CVC軋機(jī))，通過與強(qiáng)化軋輥冷卻，潤(rùn)滑裝置以及在線測(cè)量相結(jié)合獲得高質(zhì)量高尺寸精度的產(chǎn)品。 鞍鋼2150熱帶鋼軋機(jī)在軋制高強(qiáng)度管線鋼時(shí)，上游機(jī)架F2到F4使用自主研發(fā)的LVC工作輥以及相應(yīng)的竄輥和彎輥策略，下游機(jī)架采用常規(guī)工作輥長(zhǎng)行程竄輥，支撐輥全部采用變接觸軋制技術(shù)，使得現(xiàn)場(chǎng)軋制高強(qiáng)度管線鋼的板形控制水平得到了大幅度的提高，%%。PC軋機(jī)是將工作輥軸與支撐輥軸保持平衡，使上下輥群交叉軋制的軋機(jī)。為了解決軋制負(fù)荷使軋輥撓曲從而造成鋼板發(fā)生波浪邊的板形不良和板寬方向的中凸，三菱重工和新日鐵聯(lián)合開發(fā)了HC(high crown control)軋機(jī)和PC(pair cross)軋機(jī)對(duì)板形進(jìn)行控制。通過把研發(fā)的216。 3．板帶材均勻化冷卻與板形控制技術(shù) 軋后平直的帶鋼經(jīng)過層流冷卻至室溫后，邊部與中間部分的溫差將可能造成雙邊浪，在精軋機(jī)采用微中浪軋制，即在精軋機(jī)的出口處，通過板形控制機(jī)構(gòu)的調(diào)整作用，使帶鋼發(fā)生一定程度的微中浪以抵消溫差造成的雙邊浪；超快速冷卻技術(shù)是采用連續(xù)、密布、具有一定壓力的冷卻水，噴射到鋼板表面，排除鋼板表面發(fā)生膜沸騰和過渡沸騰的可能，實(shí)現(xiàn)完全的核沸騰，對(duì)鋼板實(shí)行全面、均勻的超快速冷卻，提高了材料的性能，又不會(huì)惡化鋼板的平直度；輥式直接淬火技術(shù)采用高壓噴嘴以一定角度噴射冷卻水到鋼板表面，掃除鋼板和冷卻水之間的氣膜，得到良好的淬透性、均勻性和鋼板平直度；新一代中厚板控制冷卻SuperOLAC技術(shù)采用“帶高密度導(dǎo)管的吸入式噴水冷卻”，冷卻后鋼板表面的溫度分布均勻，與軋后鋼板溫度分布一致；帶鋼出精軋機(jī)之后橫向溫度分布不均，造成帶鋼的雙邊浪缺陷，如果對(duì)板帶材采用邊部溫度控制技術(shù)，如邊部加熱技術(shù)和邊部冷卻水遮蔽技術(shù)，保證邊部和中間部分 15 溫度一致，則可以提高帶鋼的板形質(zhì)量，保證橫向組織和性能的均一性。 達(dá)涅利最新的板厚控制技術(shù)采用3個(gè)厚度檢測(cè)裝置，在整個(gè)帶卷長(zhǎng)度范圍內(nèi)，在軋制過程的各個(gè)階段都能較好地控制帶鋼的厚度，其中包括加速、穩(wěn)定軋制和減速階段。 2．板寬及板厚控制 . Park等提出了一種板寬控制方案，此方案采用基于板寬預(yù)測(cè)模型(WPM)的簡(jiǎn)化有限元法和基于誤差校正模型(ECM)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過POSCO熱軋板帶一廠的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，獲得了較高的板寬控制精度。HongMin Liu等提出了傳遞函數(shù)和傳遞矩陣的概念和數(shù)學(xué)模型用于板帶軋機(jī)的板形控制。M. Jelali在控制系統(tǒng)性能監(jiān)控方面做了一些工作，針對(duì)冷連軋機(jī)組控制部分的前饋/反饋板厚控制器以及板形內(nèi)部模型控制器進(jìn)行研究，結(jié)果表明對(duì)反饋厚度控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)能更有利于控制板形，并且不需要對(duì)板形控制器再做調(diào)整。V. Panjkovic提出了一個(gè)熱軋板帶溫度的預(yù)測(cè)模型，此模型考慮了輻射對(duì)流散熱、軋制時(shí)的變形熱、摩擦熱、工作輥與板帶之間的熱傳遞以及相變熱等。結(jié)果表明所提出的模型可以反映軋制過程中各工藝參數(shù)對(duì)板形的影響，通過精確過程控制可以提高板帶產(chǎn)品的尺寸精度。Yan Peng等通過采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)首先識(shí)別板形模式，然后通過一種或幾種控制方式結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)板形的控制，并在8000KN HC軋機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明此方法可以有效減小板形誤差。目前，有限差分法已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用于在線求解帶 14 鋼溫度場(chǎng)，如加熱爐內(nèi)板坯溫度預(yù)測(cè)、熱卷箱保溫過程溫度計(jì)算、卷取溫度控制等，獲得良好效果。傳統(tǒng)的板帶凸度計(jì)算模型不能靈活有效且有適當(dāng)精度地對(duì)多輥軋機(jī)如20輥Sendzimir軋機(jī)進(jìn)行計(jì)算，一些新的計(jì)算模型被用來預(yù)測(cè)鋼帶橫斷面凸度。我國(guó)開發(fā)的400MPa級(jí)的超級(jí)鋼綜合利用細(xì)晶化和復(fù)相化以及晶粒適度細(xì)化的思想，通過軋制過程、特別是冷卻過程的控制，生產(chǎn)出細(xì)晶板帶產(chǎn)品和棒線材產(chǎn)品，在汽車結(jié)構(gòu)件和建筑結(jié)構(gòu)工程等得到廣泛應(yīng)用。日本住友金屬公司開發(fā)了在奧氏體穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行軋制來生產(chǎn)超細(xì)晶薄鋼板的超短道次間隔多道次軋制SSMR技術(shù)，%%Mn的超細(xì)晶薄鋼板 我國(guó)在超細(xì)晶鋼的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用得到世界同行的關(guān)注，翁宇慶教授等的超細(xì)晶鋼英文專著《UltraFine Grained Steels》于2008年由Springer出版社出版。獲得超細(xì)晶鋼的主要技術(shù)方法如ECAP(equal channel angular pressing)、ARB(accumulative roll bonding。 （三）超細(xì)晶鋼的研究開發(fā)及大批量應(yīng)用超細(xì)晶鋼目前在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。大學(xué)和研究院所依據(jù)國(guó)家973項(xiàng)目的要求正在深入進(jìn)行薄帶連鑄的基礎(chǔ)研究，并在薄帶連鑄高P、Cu鋼研究、高氮不銹鋼方面取得一定成果。但是，截至目前仍然沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。 近年來，薄帶連鑄技術(shù)日益受到關(guān)注。 2．ASP中薄板坯連鑄連軋新技術(shù) 隨著近年來鞍鋼ASP產(chǎn)品從普通碳素結(jié)構(gòu)鋼向高級(jí)轎車面板和高級(jí)管線鋼的發(fā)展以及ASP專有技術(shù)體系的完善，ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從第一代技術(shù)向第二代技術(shù)質(zhì)的飛躍。 我國(guó)“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃也開展了薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)取向電工鋼新技術(shù)課題 13 研究，探索適應(yīng)于薄板坯連鑄連軋流程的取向電工鋼成分、抑制劑方案及低溫加熱的工藝。 近年來，薄板坯連鑄連軋流程已經(jīng)用于生產(chǎn)無(wú)取向硅鋼和取向硅鋼，意大利AST公司在Terni建成的CSP流程生產(chǎn)過普通取向硅鋼和高磁感取向硅鋼。通過CSP冷卻線精確的溫度控制和穩(wěn)定的冷卻調(diào)節(jié)，生產(chǎn)用于鋼管的貝氏體鋼，用于特殊用途的超細(xì)晶粒鋼，用于低重量高安全性汽車用先進(jìn)高強(qiáng)多相鋼以及用于高端表面質(zhì)量要求的IF鋼。 通過將緊湊式冷卻裝置安裝在精軋機(jī)架和卷取機(jī)之間，可以得到較高的冷卻效率。目前CSP生產(chǎn)的管線鋼范圍已經(jīng)擴(kuò)大到API X70，API X80和抗氫致裂紋(HIC)鋼仍在試驗(yàn)階段，不久之后將進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)。薄板坯連鑄連軋線冷軋深加工產(chǎn)品的比例以及以熱代冷的比例均有提高。主要進(jìn)展包括： (1)薄板坯連鑄連軋高效化生產(chǎn)技術(shù)； (2)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)冷軋基板性能控制技術(shù)； (3)薄板坯連鑄連軋高強(qiáng)和超高強(qiáng)鋼板（如珠鋼同北京科技大學(xué)合作開發(fā)并批量生產(chǎn)的屈服強(qiáng)度大于600MPa~700MPa超高強(qiáng)耐候鋼板）工藝技術(shù)； (4)超薄規(guī)格板帶生產(chǎn)及半無(wú)頭軋制技術(shù)。 近兩年來，我國(guó)的薄板坯連鑄連軋企業(yè)通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在引進(jìn)技術(shù)消化吸收、工藝與組織性能控制機(jī)理研究、全流程優(yōu)化控制及新產(chǎn)品開發(fā)等方面開展了大量的工作，進(jìn)展顯著，取得了一系列創(chuàng)新性成果，引起了國(guó)內(nèi)外專家的重視。在今后的幾年內(nèi)，我國(guó)的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線可能達(dá)到15條，年生產(chǎn)能力將可能突破4000萬(wàn)t。由于在薄板坯的凝固、均熱及直接熱連軋的熱歷史、組織形成和析出特征等方面同傳統(tǒng)流程有一定的差異，因此近年對(duì)薄板坯連鑄連軋技術(shù)的研究受到國(guó)內(nèi)外許多專家的重視，薄板坯連鑄連軋?jiān)跓彳埌鍘a(chǎn)技術(shù)上已成為一個(gè)重要的領(lǐng)域。新日鐵通過采用這種新工藝開發(fā)了一種海上施工用鋼，這種鋼甚至能在北極40℃的氣候條件下使焊接接頭具有優(yōu)良的性能。CLCμ控制冷卻工藝采用先進(jìn)的冷卻噴嘴和一種新的水流量控制方法，能在很大的冷卻速率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)鋼板的冷卻，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(dòng)幅度減小了1/2。國(guó)內(nèi)RAL開發(fā)出的熱帶超快速冷卻裝置已經(jīng)安裝于包鋼CSP生產(chǎn)線，生產(chǎn)出了550MPa、600MPa級(jí)的雙相鋼，用于汽車廠生產(chǎn)車輪。 比利時(shí)的CRM公司率先開發(fā)了超快速冷卻UFC系統(tǒng)，可以對(duì)4mm厚的熱軋帶鋼實(shí)現(xiàn)400℃/s的超快速冷卻。此冷卻裝置通常安裝在精軋機(jī)后或者在地下卷取機(jī)之前。lzholz工廠。lzholz和工業(yè)氣體和技術(shù)供應(yīng)商Air Products共同開發(fā)了一種新