国外轧钢现状

1、国外轧钢技术现状及发展动态 近年来,世界粗钢产量不断增加,2012年达15.5亿t,比2011年增长1.2%,其中我国2012年粗钢产量达7.17亿t,占世界钢产量近46,。3%,比2011年增长3.1%。全球经济一体化的发展对钢铁工业在节能降耗、降低生产成本、生产先进高强钢和高表面质量产品等要求越来越高,从而也促进了世界范围内轧钢技术、轧钢设备和控制技术的进步。 1 轧制技术与设备的进步1.1 轧制技术的进步 近年来,板带热轧技术取得了很大进步,除传统热连轧外,紧凑式热带生产线、主要用于不锈钢生产的炉卷轧机、无头轧制以及薄带直接铸轧生产线等新工艺新技术也有了很大发展。1.1.1 无头或半无头

2、轧制技术 无头轧制技术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卷取技术等组成。目前,日本JFE公司的无头轧制技术可实现厚1mm薄板的稳定生产,其中关键的头尾焊接采用了感应加热焊接和激光焊接。通过对精轧第4第6机架采用小径、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,获得了较高抗拉强度、优良的抗疲劳性、加工性和焊接性的铁素体晶粒直径为5255Lm的微细组织的热轧钢板。在薄板坯连铸连轧生产线上,除了批量轧制外,半无头轧制和快速产品切换(FPC-flyingproduct change)技术也具有很好的应用前景,它可以在实现不同规格产品快速切换的同时,保证较高的尺寸精度

3、和较小的机架间的张力波动。 2005年意大利布雷西亚Alfa Acciai棒材无头轧制作业线生产出第1批经工字轮卷取的棒材大盘卷。它是世界上第1条无头轧制工字轮卷取作业线,将达涅利最新推出的ERW无头焊接轧制技术和工字轮卷取作业线有机地融合在一起。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,将带肋钢筋、棒材卷取成超紧凑/超重大盘卷,AlfaAcciai工字轮卷取作业线可生产58516mm、经无扭卷取的超紧凑、重带肋钢筋、棒材大盘卷,最大卷重可达3t。1.1.2 先进的钢轨轧制技术SMS Meer公司作为钢轨轧机的主供应商在过去的6年里为钢

4、轨轧机技术发展出了重要贡献。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;适于生产钢轨和其他产品的紧凑式连轧机上的万能轧制技术;带有液压调节系统的CCS(compact cartridge stand)轧机机架便于实现快速换辊、快速更换产品规格以及减小差;RailCoolTM技术对钢轨可以实现选择冷却,保证了钢轨均匀冷却以避免发生弯曲和最大程度上减小了钢轨的残余内应力。该公司还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公司浦项厂第1次成功应用,目前包括美国Steel Dy

5、namics公司、印度Jindal Steel &Power公司和土耳其Kardemir钢铁公司等都用此技术进行钢轨生产。11.3 环形轧制技术近年来人们对柔性成形技术的发展很感兴趣,环形轧制工艺具有近终柔性成形潜力。T1F1Stanistreet等探讨了/增量环形轧制的可能性,通过减少芯轴与辊子的接触以及芯轴的轴向、径向运动而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,并设计出一种、新的柔性环形轧机模型。J1M1Allwood和K1H1Kim等也对增量环形轧制技术的可行性和商业潜力进行了分析,通过物理模拟、有限元分析以及工业实验,得出通过精心设计刀具的轨迹进行环形轧制,技术

6、上是可行的,并获得了有关的工艺参数。11.4 高速轧制技术达涅利公司开发出双模块高速线材轧制系统(TMB-twin module block),结合上游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5415mm的产品,同时产品的尺寸公差可控制在?011mm以内。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了各种高速轧制技术的研发,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,可轧制宽度为5081295mm,最薄板厚为0110mm的极薄中宽板带的高精度高速冷轧。为实现高速轧制,需开发耐磨工作辊、高效润滑轧

7、制油、高效冷却技术和高速板形控制系统。12 轧制设备的发展12.1 炉卷轧机传统的炉卷轧机是由可逆粗轧机和精轧机两部分组成,即用1架可逆的精轧机架配上2个炉卷炉来取代普通的半连轧机。现代轧机既需要粗轧机生产出板形好、凸度小的中间坯料,也需要精轧机能轧制出较厚的中间坯料,这就形成了粗、精轧合二为一的单机架炉卷轧机,可用于生产表面质量要求很高的不锈钢产品,能把200mm厚的板坯轧到3mm厚的带卷。CoilPlate板卷轧机是一种单机架炉卷轧机,它利用卷板技术生产中板,板材质量与传统中板轧机相当,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

8、3种不同的中板生产模式:单张中板生产,炉卷卷板轧板和炉卷轧卷。新一代紧凑式炉卷中板轧机既可产卷又可产板,产品宽度为15243124mm,厚度为2135110mm,生产钢种包括管线钢、建筑用钢、压力容器钢和高强度低合金钢。板坯生产采用达涅利已经获得专利的H2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。122 冷轧机VAI Clecim公司开发了一种新的可逆式冷轧机,该轧机配备了智能凸度工作辊轴向移动、自动板形控制系统(AFC-1级系统)和CorumoR数学模型的二级系统,设计年产量为60万t,可以1250m/min速度轧制宽度达1650mm的板带。达涅利公司为Unicoil公司

9、沙特A-l Jubail厂提供了一条先进的冷轧镀锌生产线,该生产线冷轧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。123 特厚板轧机为满足造船工业和大直径直缝焊管生产需要,日本、德国、俄罗斯等国先后建成了多台5m以上特宽厚板轧机。目前,日本已能生产宽5350mm、厚380mm,单重达200t的特宽、特厚、大单重钢板。国外新建的5m以上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

10、轧机来齐边和控宽,如日本水岛厂5490mm立辊近接配置轧机,大分厂5500mm、鹿岛5350mm+4830mm立辊非近接配置轧机。因5m以上厚板轧机产能较大,因此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,从而使剪切精度大大提高,板宽偏差由+(38)mm提高到+(14)mm,长度偏差则由+(510)mm提高到+(36)mm。124 钢梁轧机2007年4月美国Kosciusko Attla钢铁公司成功投产了一套25t/h产能的宽翼缘钢梁轧机,由30t/h产能的加热炉、三辊粗轧机、2架SHS-U万能精轧机、轧边机、冷床和精整设施组成,精轧机采

11、用达涅利的重型万能无牌坊精轧机,其水平、垂直轧辊直径分别为5720、5460mm。125 CCM轧机随着短流程CSP技术的不断进步,德国开发出与CSP技术相匹配的冷轧设备,即CCM轧机(紧凑式冷轧机)。该轧机为2机架可逆式冷轧机,可更经济地生产高质量的冷轧板,产量达90万t/a,在单机架可逆式冷轧机和串列式冷轧机之间找了生产成本的最佳结合点。CCM轧机带有开卷站和2个可逆卷取机,通过多道次轧制,操作灵活,若添加适量轧机可形成串列式机组,并可与酸洗线连成全连续式PL-TCM生产线。13 先进的控制冷却技术金属带材制造商C1D1Wlzholz和工业气体和技术供应商Air Products共同开发了

12、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精整阶段,大大提高了产品的产量和表面质量,减少了废品,提高了工作辊的使用寿命,3年来已成功应用于德国海根和巴西圣保罗的C1D1Wlzholz工厂。新日铁开发了新一代CLC-L(CLC-continu-ous on line control process)控制冷却工艺,并成功应用于君津厚板厂。CLC-L控制冷却工艺采用先进的冷却喷嘴和新的水流量控制方法,能在大的冷却速率范围内对钢板进行冷却,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1/2。应用CLC-L冷却

13、工艺使厚板金相组织的控制变得很容易,使板带厚度方向的硬度波动减到最小。新日铁用这种新工艺开发了一种海上施工用钢,这种钢能在北极-40e的条件下仍保持优良的焊接性能。2 板形控制21 模型控制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(如二十辊Sendzimir轧机)进行计算,因而一些新的计算模型被用来预测钢带的横断面凸度,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。T1H1Kim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,该模型可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提高板带产品的尺寸精度。M1A

14、bbaspour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,将模拟结果与Mobarakeh钢铁厂实测的工作辊温度进行比较和验证。结果表明,控制集水管长度对工作辊温度的均匀性和热凸度有很大影响,并直接影响板带的板形和质量。22 板宽控制C1J1Park等提出了一种板宽控制方案,即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,通过现场测试,获得了较高的板宽控制精度。此外,还提出了一种新的板宽控制系统,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)组成,

15、通过现场测试,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4612%,精轧部分的平均偏差和标准偏差分别降低了611%和1215%。23 板形控制设备Won-Ho Lee等成功开发了一种新型四辊轧机用支撑辊,其由套筒、辊轴以及辊轴的相角调整系统组成。将研发的5530mm498mm支撑辊安装在实验室轧机上进行测试,结果板凸度比采用传统支撑辊减小30%50%,板形的急峻度从516%降至0142%。为了解决因轧制负荷使轧辊挠曲从而造成钢板波浪边和板宽方向的中凸问题,三菱重工和新日铁公司联合开发了HC、PC轧机

16、。3 新钢种开发3.1 高强钢和先进高强钢(AHSS)近年来,随着对汽车工业减重节能、提高安全性要求的不断提高及镁铝合金的挑战,对汽车用钢的高强度和优良成形性要求也越来越高。为此,高强钢和先进高强钢(AHSS)已研发成功并越来越多地应用于汽车业。高强度钢包括HSLA钢、烘烤硬化(BH)钢;先进高强钢包括DP钢、TRIP钢、TWIP钢、SIP钢、CP钢和马氏体钢。F1Silva等研究了热处理工艺对冷轧高强C-Mn多相钢(由铁素体、马氏体、贝氏体、碳化物颗粒和少许残余奥氏体组成)组织性能的影响。结果表明双相区退火后快冷速度的不同会造成M/A岛、碳化物颗粒的分布和形貌以及铁素体晶粒尺寸的差异,退火条

17、件不会使力学性能(微区硬度有很大变化。P1C1Chakraborti等通过对含V的Fe-Mn-C微合金钢进行双相区罩式退火,开发了一种抗拉强度达950MPa左右的铁素体-马氏体双相(DFM)钢。32 超高强度钢(UHSS)JFE公司在连续退火机组上,开发出具有世界最高冷却能力(1000e/s)的WQ-CAL冷却技术,由此生产出了具有高成形性的抗拉强度为7801470MPa级超高强度钢板,并使之商品化30。JFE公司还开发了用于汽车车身外覆盖件的高强度、高使用性能的SFG-HITEN(super finegrain)钢和UNI-HITEN(uniform unique univer-sal)钢以

18、及用于汽车悬挂件和底盘的NANO-HITEN钢和440MPa级BHT钢。SFGHITEN钢通过细晶强化来获得高强度;UNI-HITEN钢具有优良的表面质量,通过冲压成形后的涂漆烘烤获得高的抗凹陷性能;NANOHITEN钢是一种析出硬化型钢,其具有铁素体单相基体,基体上分布着尺寸只有几纳米的超细碳化物颗粒,因而可满足高强度和扩孔性能要求;BHT钢则通过固溶氮原子的时效作用来大幅提高抗拉强度。33 高强韧中厚板开发331 集装箱船用厚板新日铁和三菱重工联合开发了YP460MPa级大型集装箱船用高强度厚钢板,钢板厚度为6070mm。这种高强度钢板的开发基于新日铁的TM-CP技术,其结构性能通过了80

19、00t超大拉伸试验机的验证,由于其具有高强度、高韧性,因而在减重节能的同时能保证船只结构的可靠性、安全性。JFE公司则采用/JFE EWEL0技术也开发了YP460MPa级高强度厚钢板,通过控制TiN粒子最小化粗晶热影响区(HAZ)及加B、Ca细化HAZ组织来提高基体韧性,并采用超级-在线加速冷却(Super-OLAC)和最新的TMCP工艺生产这种厚板。31312 超高层建筑物用高强韧厚板为了满足超高层建筑物用钢板的高韧性要求,根据/低碳多方位贝氏体0的全新概念,神户制钢开发了建筑结构用板厚分别达到80、100mm的KCL A235、SA440钢板,即使在焊接线能量为100kJ/mm超大能量焊

20、接的条件下,也能确保热影响区(HAZ)的韧性;同时可降低小线能量焊接部位的硬化,有助于提高建筑结构件的施工效率和建筑结构物的安全性。新日铁研发了HAZ(热影响区)细晶粒高韧性化技术-HTUFF,并在君津、名古屋、大分钢铁厂进行了大规模试验。研制成功的HTUFF厚板,即使在热影响区超过1400e的超高温状态,也能使纳米级氧化物、硫化物粒子高密度分散,抑制结晶晶粒的成长,大幅度提高了HAZ的韧性。333 桥梁用中厚钢板JFE公司通过对超低碳贝氏体钢进行Super-OLAC处理,开发出新型的具有高强度和良好焊接性能的桥梁用YP500MPa BHS500中厚板,该钢具有优良的使用性能,完全可满足造桥的

21、新需求。34 高强韧、高等级管线钢俄罗斯钢管冶金公司目前正在开发壁厚达40mm、具有内外涂层的X100级天然气输送管道用大口径(550851420mm)直缝钢管,年产能达75万t,预计2008年7月投入工业化生产。JFE公司利用控轧和快速冷却及冷却后立刻进行在线热处理工艺获得了超高强度X120管线钢,该钢具有铁素体-贝氏体双相组织并具有大变形能力,屈强比低,均匀伸长率高,试生产的X120#56#轧 以UOE工艺制作的mm、壁厚19100mm钢管,不仅拉伸性能优良,而且其夏比冲击特性及DWTT性能都完全满足设计要求,所开发的X120级钢管完全能适应在寒冷、地震等环境恶劣地区铺设。除此之外, JF

22、E公司还生产高强韧性的厚壁管线(ERW管线)和高耐蚀的12Cr马氏体不锈钢管线(SML)39-42。新日铁君津钢管厂通过对连铸机的改造和采用新一代CLC-L控制冷却工艺,以及使用高精度管材成形方法、新型高强度焊接材料、点焊、自动尺寸测量装置等新技术新材料,于2008年3月进行了X120 UOE管线钢的商业化生产,从而使君津厂成为世界第1家商业生产X120管线钢的钢管厂。X120管线钢具有优良的低温韧性和变形能力、高破断强度等。通过2004年加拿大建造的一条1英里长X120示范管线试验,证实了X120管线在各种需求条件下的商用可行性。35 超细晶钢目前国内外对超细晶钢进行了广泛研究。该钢是在传统

23、钢的化学成分基础上,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亚微米级超细晶钢。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时间间隔多道次轧制技术(SSMR),成功试制了铁素体晶粒为1Lm左右的0115%C-017%Mn超细晶薄钢板。4 轧钢智能化技术随着全球竞争的加剧,对钢铁制造业的产量、灵活性和产品质量(包括尺寸精度、力学性能和表面质量)的要求越来越高,传统的轧制力计算公式已不能适应更高精度的要求,数学模型方法则是一种较理想、用于轧制过程控制和轧机设备设计的方法。由于轧制过程影响因素众多,如应变硬化、摩擦、轧辊压扁、温度等及其之间的相互作用,使得轧制过

24、程的模型理论分析变得困难复杂,神经网络等方法在轧制过程中的应用提高了预报精度和生产的控制水平。通过建模以及对工艺过程定量和定性方面的优化,为钢铁工业提供了低成本的优化策略。另外,软计算作为一门新兴技术也应用于轧制系统设计优化,主要包括进化计算、模糊逻辑、神经计算和概率计算、软计算把人类知识和求解方法论相结合,为处理现实中问题的不确定性和模糊性提供了途径。主要的软计算方法有:模糊逻辑+遗传算法、神经网络+遗传算法、神经网络+混沌理论、神经计算+模糊逻辑和模糊逻辑+概率推理等。5 结语近年来国外在轧钢技术、设备和新钢种开发等方面发展很快。主要发展趋势如下:(1)在轧制技术与理论方面,高精度轧制、高速轧制、无头轧制、柔性轧制,轧制过程中的形变、相变与析出的综合控制理论与技术,现代轧制过程分析、控制及应用等技术越来越广泛地应用在轧钢生产中;(2)在轧制设备方面,除了大型化、高刚度化、高效率以及更加灵活精确的板形、板厚和板宽控制方式外,设备的紧凑化、灵活方便的换辊系统开发等也取得了较大的进步;(3)在冷却技术方面,超快速冷却、选择冷却、在线热处理等技术的开