钢材热轧过程中组织-性能预测技术的发展现状和趋势

叙述了热轧钢材组织和性能预测技术的国内外的发展情况.总结了我国近年在该领域取得的重要进展和存在的问题,指出这项技术的发展重点是:与自动化学科结合,实现组织性能的在线优化和控制;以组织性能预测成果为手段,开发新型的引领未来的钢铁材料;以组织性能预测与控制技术为基础,在炼钢-连铸-热轧生产流程中实现柔性轧制.     

2007热轧钢材组织性能预报与质量控制学术研讨会即将召开

近年来，随着我国钢铁工业的迅猛发展，各行各业对成品钢材的质量和品种要求愈来愈高，而钢铁企业本身也面临着开发新产品，提高热轧钢材组织性能命中率，提高生产组织灵活性和降低生产成本的巨大挑战。随着计算机技术及对金属材料内在演变规律的深入研究，热轧生产过程中组织性能预报技术已逐渐成熟，并应用于实际生产，目前已有离线和在线性能预报系统在部分钢铁企业运行使用。[第一段]     

TMCP技术的新进展一柔性化在线热处理

近年来，在线热处理技术受到普遍重视，这是因为在线热处理利用轧制余热对钢材进行热处理，可以省去离线热处理必须的二次加热，因而节省能源，简化操作，缩短了产品的交货期。同时，在线热处理可以利用材料轧制过程中积累的应变硬化，在有些情况下可得到比离线热处理更优良的产品性能和质量。     

应用控制轧制和控制冷却技术开发研制新产品

控制轧制和控制冷却技术是一项节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢技术.它能通过工艺手段充分挖掘钢材潜力,大幅度提高钢材综合性能,给冶金企业和社会带来巨大的经济效益.由于它具有形变强化和相变强化的综合作用.所以既能提高钢材强度又能改善钢材的韧性和塑性.控制轧制与普通热轧不同,其主要区别在于它打破了普通热轧只求钢材成形的传统观念,不仅通过热加工使钢的高温变形充分细化钢材的晶粒和改善其组织,以便获得通常需要经过热处理才能达到的综合性能.     

热轧钢材一体化组织性能控制技术

钢铁材料先进热轧-冷却-热处理一体化组织性能控制技术是针对热轧钢材关键生产工艺进行的一系列原始技术创新。开发"轧制-冷却"同步化工艺装备,研制"温控+变形"相耦合的新一代控制轧制技术,结合轧后超快速冷却技术,充分发挥细晶、析出、相变综合强化作用,获得理想的微观组织形态,提升产品综合力学性能。在此基础上,针对高端产品研发先进热处理技术,满足高强度高均匀性淬火工艺需求。通过对热轧-冷却-热处理一体化组织性能控制技术创新,可实现热轧钢材生产流程系统控制,促进热轧钢铁材料性能的全面提升,保证钢铁材料性能稳定性,减少合金元素用量、降低钢材生产成本。     

热轧带钢组织与性能预测和控制模型及其应用前景

预测和控制热轧带组织与性能的关系目的在于利用物理冶金模型对热轧生产中的各种金属学现象进行计算机模拟，从而实现对钢材性能质量的控制和工艺及组分的优化设计。作者在阐述预测和控制热轧带钢组织与性能关系的概念的基础上，总结了包括物理冶金模型和人工智能技术在内的计算机模型的建模、结构及其最新进展，介绍了此项技术在国内外的应用情况及其所带来的经济效益，并对其发展前景作出展望。     

迅速发展的控制轧制技术

控制轧制（TMCP）技术是取代离线热处理生产高性能钢材的一种生产技术，它的核心包括：（1）控制轧制温度和轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度；（2）轧制变形量的控制；（3）钢材的成分设计和调整。     

基于神经网络的轧制力预报系统开发

为解决利用传统方法难以解决的轧钢过程控制,开发出基于BP神经网络的钢材轧制力预报系统软件.该预测程序是基于VC++6.0,Matlab和数据库混合编程技术基础上完成的,程序设计的核心是应用BP网络预报钢材的变形抗力,然后结合轧制力数学模型计算轧制力,最后提出了该系统在热轧生产中的在线应用方案.     

基于析出相控制的热轧本质细晶钢技术及应用

针对热轧厚钢板、管型材等产品在高温轧制或焊接条件下组织难以均匀细化的共性问题，开展了基础理论-关键技术-产品工艺的系统研究，通过对已有技术的发展和探索创新，提出基于析出相控制的新型本质细晶钢技术路线。通过“冶炼→连铸→轧制→冷却→焊接”全流程一体化工艺控制，调控钢中高热稳定性微-纳米析出相粒子分布，结合加工工艺优化控制，促进基体和焊接组织均匀细化，突破传统组织性能调控手段及工艺条件限制，显著提升材料综合服役性能，推动实现先进钢材的高性能绿色化制造。采用热力学计算软件分析了低合金钢中部分氮化物和氧化物的析出规律，利用电子探针显微镜和扫描电镜表征了钢中典型高温析出相的结构特征，从析出物的热稳定性及其与基体的交互作用角度说明复合析出相的设计思路。讨论了第二相诱导晶内铁素体形核的贫锰区机制和共格界面机制，采用高温原位表征技术研究了晶内铁素体转变行为，阐述了基于多类型、多尺度复合析出相体系设计的晶界、晶内多重组织细化机制。技术应用于大线能量焊接用钢板、热轧结构钢高温高效轧制、热轧无缝钢管在线组织调控、低成本热轧抗震钢筋等产品和工艺的开发，取得良好应用效果，并在更多产品领域展现出广阔的应用前景。     

新一代TMCP技术发展及应用

针对传统控制轧制和控制冷却(TMCP)技术存在的问题,提出了以超快速冷却为核心的新一代TMCP工艺。通过介绍TMCP发展状况,对比传统与新一代TMCP技术特点,分析了新技术的工艺原理及对产品组织性能的影响。这一新技术必将有助于我国实现热轧钢材绿色生产,推动轧钢工艺全面进步。     

热连轧钢材力学性能在线预报的研究与应用

 传统的产品力学性能检测是一种建立在统计学随机抽样理论基础上的检验方法,即在实验室中对取样板卷的头尾部切割样品进行检测,检测结果代表整批产品的力学性能。由于钢材生产流程长,生产过程控制参数存在一定的波动,传统力学性能检测方法不能反应每一卷带钢的力学性能,所检测样品的代表性不够充分。随着工业互联网、大数据和人工智能技术的飞速发展,特别是工业大数据相关技术的发展和应用,为这一问题的解决提供了新的途径。以实现山东钢铁集团日照有限公司热连轧产品力学性能在线预报为试验对象,以热连轧产品生产全流程关键控制工艺参数为基础,采用神经元网络、随机森林等算法建立碳素结构钢、低合金高强度结构钢的力学性能预报模型,构建了一种基于工业大数据为基础的热轧产品力学性能预报系统,包括数据采集、数据清洗、模型训练、结果分析、再现性试验和在线应用。力学性能在线预报系统已成功运行2年多时间,系统的预测精度高、稳定可靠。预测结果精度在±6%以内的比例达到90%以上,MAPE(平均绝对百分误差)不大于4%,均低于再现性检测水平,预测结果完全可以取代检测试验;提高了生产效率,缩短了产品的检测周期,轧后即可掌握产品的力学性能,降低了生产成本,已成为生产运行过程不可缺少的环节。     

控轧控冷工艺对SCM435钢盘条组织和性能的影响

试验钢SCM435（/%:0.33~0.38C,0.15~0.35Si,0.60~0.85Mn,≤0.025P,≤0.025S,0.90~1.20Cr,0.15~0.30Mo）盘条的生产流程为80t BOF-LF-280 mm×325 mm铸坯-160 mm×160 mm热轧坯-热连轧成Φ16 mm盘条。试验研究了160 mm×160 mm热轧坯由常规轧制工艺（开轧1060℃,精轧930~950℃,吐丝860~900℃,冷却速度0.5~0.6℃/s）和控轧控冷工艺（开轧1060℃,精轧820~850℃,吐丝780~820℃,冷却速度0.4~0.5℃/s）对SCM435钢热轧盘条组织和力学性能的影响。结果表明,随着精轧温度的降低和冷却速度的减小,钢热轧盘条的组织得到改善,抗拉强度明显降低;常规工艺轧制SCM435钢热轧盘条的抗拉强度平均952 MPa,组织为铁素体+珠光体+贝氏体+马氏体,控轧控冷工艺轧制的SCM435钢热轧盘条的抗拉强度平均817 MPa,组织为均匀的铁素体+珠光体。结合控轧控冷工艺原理对钢的组织和性能变化进行了分析。     

38MnSiVS非调质钢的相变模型

 对于热轧非调质钢棒材,轧后相变组织对最终产品的力学性能有着重要影响。为了准确预测38MnSiVS非调质钢棒材热轧后的组织演变和性能,利用热膨胀与定量金相方法,在Gleeble-3500热模拟机及Dil805淬火变形膨胀仪上分别测定了试验钢动态连续冷却转变(CCT)和动态等温转变(TTT)曲线。研究分析了冷却速率对试验钢相变及珠光体片层间距的影响,基于Esake and Pietrzyk和Zener and Hillert模型,分别建立了铁素体晶粒尺寸d_α、珠光体片层间距S_P关系式。结合动态等温转变曲线数据和Scheil叠加原理对铁素体体积分数进行了理论计算,为实际热轧生产中的组织性能控制提供理论依据。     

高强度热轧镀锌用钢开发

介绍了高强度热轧镀锌用钢的开发工艺,成分设计中要保证最终产品的镀锌质量要保证钢中Si含量要低,采用控轧控冷工艺保证热轧产品指标以满足镀锌后产品性能。分析得出了"Mn偏析使得钢中带状组织级别高是镀锌产品屈服低的主要原因"的结论。通过采取二冷水缓冷、轧后提高冷却强度等工艺减轻带状组织,使产品满足使用要求。     

Prediction of Rolling Load in Hot Strip Mill by Innovations Feedback Neural Networks

  Because the structure of the classical mathematical model of rolling load is simple, even with the self adapting technology, it is difficult to accommodate the increasing dimensional accuracy. Motivated by this fact, an Innovations Feedback Neural Networks (IFNN) was presented based on the idea of Kalman prediction. The neural networks used the Back Propagation (BP) algorithm and applied it to the prediction of rolling load in hot strip mill. The theoretical results and the off line simulation show that the prediction capability of IFNN is better than that of normal BP networks, namely, for the prediction of the rolling load in hot strip mill, the prediction precision of IFNN is higher than that of normal BP networks. Finally, a relative complete rolling load prediction system was developed on Windows 2003/XP platform using the OOP programming method and the SQL server2000 database. With this system, the rolling load of a 1700 strip mill was calculated, and the prediction results obtained correspond well with the field data. It shows that IFNN is valid for rolling load prediction.     

本钢保险柜用BG600BC热轧卷板生产实践

介绍了本钢保险柜用BG600BC热轧高强度钢板的成分设计、冶炼和轧制工艺及产品性能。表明BG600BC热轧高强度钢板除强度大幅度提高外,同时又具有良好的延伸性能、冷弯性能、焊接性能和抗冲击性能,是保险柜用钢的首选用材。     

基于热轧全流程氧化铁皮控制的耐蚀性工艺

 针对热轧生产流程实际工况,系统研究了热轧、卷取阶段的三次氧化铁皮演变规律,旨在不增加生产成本的前提下,通过调整热轧生产工艺控制氧化铁皮结构,利用热轧后生成的氧化铁皮作为防护屏障,提高钢材耐蚀性能。结果表明,在不同轧制温度下,三次氧化铁皮结构从外到里分别为Fe₂O₃、Fe₃O₄和FeO,由于FeO中的阳离子空位密度大,导致其比例最大,并且随着轧制温度增加,氧化铁皮中的FeO层厚度逐渐增厚,并且其比例也逐渐增加。通过模拟连续冷却试验发现氧化铁皮结构转变关系呈现出“C”曲线的形式。在450～550 ℃温度范围内卷取时,FeO发生共析反应程度达到峰值,同时可以看出在高温下卷取可以有效抑制共析转变的发生。通过大量的试验研究表明,获得以先共析Fe₃O₄为主的完整氧化铁皮的结构类型,是有效提高热轧钢材耐蚀性的主要控制方向。因此在国内某钢厂热连轧生产线进行了基于氧化铁皮控制的耐蚀性工艺试轧试验和盐雾试验,结果表明,氧化铁皮完整致密,并且其结构类型主要为先共析Fe₃O₄,因此利用轧制工艺调整改变钢板表面氧化皮结构,钢材耐蚀性能得到显著提高。     

济钢1700 mm热带钢轧机的板形设定控制模型

济钢1700 mm热连轧是新建投产的宽带钢生产线,其F2-F6精轧机组装备有工作辊弯辊和窜辊技术.针对这种典型机型,在大量有限元模拟计算的基础上,开发了相应的板形设定控制模型,包括工作辊综合辊形(初始辊形、磨损辊形和热辊形之和)计算模型、支承辊综合辊形计算模型、窜辊设定计算模型和弯辊力设定计算模型等.在经历了系统设计、程序编写、离线调试、在线调试后,板形设定控制模型投入稳定运行,所有考核规格的凸度控制精度超过96%.在同宽轧制长度超过70 km的轧制单位内,各机架弯辊力设定结果能够自动适应带钢厚度和钢种的变化,且凸度控制精度超过95%.     

川威Nb-Ti微合金化热轧带钢的开发及生产

本文介绍了川威集团微合金化热轧中宽带钢的开发情况,论述了Nb、Ti微合金化钢冶炼、轧制的难点及技术措施。通过对微合金钢的研究,川威已较好地掌握了微合金钢的生产和质量控制技术,探索出了具有川威特色的铌、钛微合金化热轧中宽带钢生产工艺。     

400 MPa超级钢热连轧过程中再结晶及流变应力的预测

开发了描述低碳钢软化行为的再结晶模型，并对奥氏体再结晶动力学和微观组织演变进行了模拟计算。在此基础上建立了计算机精轧过程应力-应变模型，根据现场数据预测了400MPa级超级钢细晶化轧制的轧制力，预测结果与实验值吻合，这项研究可广泛用于钢种开发，轧制规程设定和优化以及轧制过程的在线控制。