钢铁轧制加工未来发展趋势

材料加工基础论文题目：钢铁轧制加工现状及发展趋势学院：材料科学与工程专业班级：冶金工程03班学生姓名：刘世焱学号：20133183指导老师：信运昌2016年10月31日-1-钢铁轧制加工现状及发展趋势近年来，大多钢材生产厂家从一味地追求产量，转至降低成本，提高经济效益，节约能耗和提高质量的方向发展。为此，一系列轧钢新工艺、新技术相继被研发并投入使用。本文针对热轧带钢、冷轧带钢等,从工艺、装备、产品等方面总结了中国钢铁轧制技术的发展情况。同时，指出了我国轧钢厂今后要大力开发节能减排、创新性和前沿性新技术、新装备,推动钢铁工业的可持续发展。关键词：热轧带钢，冷轧带钢，关键技术，可持续发展1.热轧带钢技术发展状况自1924年第一台带钢热连轧机投产以来，连轧带钢技术得到了很大的发展。热轧带钢生产工艺过程包括原料准备、加热、粗轧、卷板、焊接、精轧、冷却、飞剪、卷取等。现代热带连轧机精轧机组大多是6~8架组成，但粗轧机组组成和布置不同，由此热带连轧机主要区分为全连续式、半连续式和3/4连续式。1.1热轧工艺装备关键技术（1）无头轧制(EndlessWeldingRolling)无头轧制就是将加热到开轧温度的钢坯，在加热炉及粗轧机之间用移动式焊机将钢坯头尾焊接起来，实现钢坯在轧机中的连续轧制。无头轧制的采用是为了满足生产各种热轧薄板的需要。与常规的分批次轧制工艺相比，无头轧制是一种具有成本效益的工艺。（2）ASR技术无取向硅钢热轧板形控制的ASR技术可用来满足冷轧硅钢片日趋严苛的板形质量要求，ASR非对称自补偿工作辊偏摆控制功能开发与窜辊策略的实现是大型工业生产应用ASR技术的重要条件。在分析提出ASR板形控制技术应用要求基础上，在1700热连轧机过程控制系统MAC机新增了一系列寄存器和编制、修改梯形图程序，开发了记忆功能，实现了ASR偏摆控制功能和特定窜辊策略，可适应多种宽度无取向硅钢连续编排的大工业生产方式。（3）CVC技术(continuouslyvariablecrown）在轧机机型确定的情况下，辊形是板形控制最直接、最活跃的因素。自20世纪80年代开始，我国引进的多套热连轧、冷连轧机采用国外提供的轴向移位变凸度工作辊辊形，如三次连续变凸度进行板形控制。事实证明，对辊形的特性进行分析研究并结合实际生产情况进行改进，对提高板形控制水平尤为重要。（4）在线制造连铸板坯宽度、热轧带钢宽度及平直度的在线测量非常重要。目前，板带轧制中的在线制造已经广泛应用于热轧主传动在线监测、热轧带钢表面在线检测和热轧钢板厚度在线测量以及板带轧制在线控制等环节。-2-（5）现代建模方法通过合理的建模，我们可以对板带微观组织结构进行分析和预测。通过热轧中带钢温度的预测模型，可对生产速度和喷水压力等环节进行精确控制，并且对于加强预测轧制力模型的精确度有至关重要的作用。1.2热轧带钢产品基于新的热连轧宽带钢生产线，我国开发出了18.4mm厚X80管线钢、4mm~8mm厚屈服900MPa高强结构用钢；实现了薄板坯连铸连轧线大批量生产高精度薄和超薄规格板带，在大型油气管线工程建设、汽车、集装箱、火车车厢及工程机械轻量化制造及生产应用的减量化方面发挥了重要作用。2.冷轧带钢技术现状冷轧生产主要工序包括酸洗、冷轧、退火、平整、剪切、检查缺陷、分级分类、成品包装。冷轧带钢是以热轧带钢为坯料,经进一步冷轧制成,产品大多成卷,并且有很大一部分经加工成涂层钢板出厂。成卷冷轧薄板生产效率高,使用方便,有利于后续加工。因此应用广泛,已逐渐取代同样厚度的热叠轧薄板。我国通过引进、消化吸收、自主集成和开发，极大地提高了冷轧生产效率，大幅度提高了冷轧产品质量；运用自动化、智能化控制技术及高精度检测技术，显著提高了冷轧产品的尺寸精度和板形质量。2.1冷轧工艺特点(1)加工温度低，轧制中产生不同程度的加工硬化。(2)张力轧制，防止跑偏，保持板形，降低变形抗力，调整电机负荷。(3)冷轧过程中采用工艺润滑和冷却。(4)冷轧产品须中间退火或成品退火。2.2冷轧产品(1)汽车板，如IF,BH,CQ,DQ等深冲板。(2)高强钢板，如双相钢，复相钢等。(3)电工用钢，如无取向，取向，高牌号到中低牌号硅钢片。(4)建筑用钢板，如热镀锌板，电镀锌板，彩涂板等。(5)包装用钢板，如镀锡板，有机涂层板等。(6)不锈钢板，如耐腐蚀板，装饰板，厨房用板等。(7)家电用板，如洗衣机类，冰箱空调类等。3.未来发展趋势据目前我国轧制生产的情况来看，钢铁轧制加工应该进一步优化产品结构，实现稳定、低成本、高效率地生产量大面广的板带产品，以及高强和超高强、高韧性、低屈强比、耐火、耐候及特殊用途的各类高性能钢板。形成结合中国资源特点并可持续发展的、满足低碳经济与节能减排要求的高效、优质、新型钢材产品的开发机制，使产品适应各层次、各阶段、多方面用户的要求。-3-新型塑性加工处理方法塑性加工处理方法对钢材制品的性能有极大的影响，下面就简单地介绍几种方法。1.多向锻造技术多向锻造技术是大塑性变形法中一种代表性工艺。目前大塑性变形法已被国际材料学界公认为是制备块体纳米和超细晶材料的最有前途的方法。多向锻造大塑性变形能强烈细化组织，使材料力学性能得到很大提高。同时由于外加载荷轴变化使得锻件各方向变形程度和力学性能相同，避免了挤压、轧制等其它常规成形工艺通常出现的各向异性。2.高压扭转法高压扭转法是在变形体高度方向施加压力的同时，通过主动摩擦作用在其横截面上施加一扭矩，促使变形体产生轴向压缩和切向剪切变形的特殊塑性变形工艺。高压扭转法有以下几点作用：（1）细化晶粒，改善组织（2）使变形均匀，降低性能异向性（3）产生相变，提高性能3.等通道转角挤压等通道转角挤压（ECAP）是将多晶试样压入一个特别设计的模具中以实现大变形量的剪切变形工艺，主要通过变形过程中的近乎纯剪切作用，使材料的晶粒得到细化，从而材料的机械和物理性能得到显著改善。ECAP是一种有效的制备超细晶材料的方法。它具有以下优点:（1）与高能球磨法、非晶晶化法等制备超细晶材料的方法相比，ECAP避免了研磨中可能带入的杂质以及超细微粉冷压合成法制备的超细晶材料中存在的大量的微空隙，是制备三维大尺寸的致密超细晶块体材料的有效工艺；（2）与传统金属材料塑性加工工艺相比，变形过程中不会改变材料的横截面面积和截面形状，只需较低的工作压力，可实现材料的反复定向、均匀剪切变形，在特别大的变形量下使材料获得均匀、显著细化的晶粒组织。4．微细塑性成形技术-4-微细塑性成形加工生产的零件尺寸可以达到500nm到500μm的范围，特别适于微机电系统器件的制造，而且生产成本低、效率高，零件的强度高、表面质量好、尺寸精度高、工艺简单，在微型器件的批量生产制造方面显示了巨大的潜力。目前，微塑性成形工艺和方法的研究主要集中在微体积成型和微冲压成型两个方面。微体积成形方面主要进行微连接器、弹簧、螺钉、顶杆、齿轮、阀体、泵计叶片等微型器件的精密成型研究。微冲压成型主要研究微拉伸、微冲裁、增量成形、和弯曲微冲压的方法。5.冷精锻冷精锻是在室温下进行的精密锻造工艺。室温下坯料的塑性差、变形抗力大，在冷锻时要产生变形和加工硬化，使锻模承受高的荷载，因此，需要使用高强度的锻模和采用防止磨损和粘结的硬质润滑膜处理方法。另外，为防止坯料裂纹，需要时进行中间退火以保证需要的变形能力。为保持良好的润滑状态，可对坯料进行磷化处理。在用棒料和盘条进行连续加工时，目前对断面还不能作润滑处理，正在研究使用磷化润滑方法的可能。冷锻件形状和尺寸较易控制，避免了高温带来的误差，工件的强度和硬度高，表面质量好，具有切削加工无法比拟的优点，特别适合大批量的生产，经常被用作为最终产品的制造方法。在交通运输工具、航空航天和机床等行业具有广泛的应用，也为当前的交通运输工业和机床工业的飞速发展提供原动力。6.温精锻温精锻是在再结晶温度之下某个适合的温度下进行的精密锻造工艺。温锻精密成形技术既突破冷锻成形中变形抗力大、零件形状不能太复杂、需增加中间热处理和表面处理工步的局限性，又克服了热锻中因强烈氧化作用而降低表面质量和尺寸精度的问题。它同时具有冷锻和热锻的优点，克服了二者的缺点。但是温精锻工艺锻造温度低、锻造温度范围狭窄且对其锻造范围要求较为严格，需要高精度专门的设备，而且对模具结构和模具材料有较高的要求。7.热精锻锻造温度在再结晶温度之上的精密锻造工艺称热精锻。有塑性变形过程引起的变性硬化效应被再结晶过程的软化作用所抵消，使材料保持了良好的塑性状态，锻件的变形抗力低，容易成形比较复杂的工件，但是因高温的而强烈氧化降低了工件的表面质量和尺寸精度。-5-高性能汽车用钢的研发近年来，为应对地球温暖化引发的CO2减排要求，既保证车体安全性又提高燃料利用率的技术研发成为汽车行业的一项最重要的研究课题；另外，降低汽车制造成本的各种技术也在不断地进步。基于此，钢铁企业就必须进一步开发延性、拉伸凸缘性、焊接性优良的高强度薄钢板，冷锻性优良的中、高碳钢棒。这些高强度钢的成型新技术、焊接接头性能提高技术及以焊接区为重点的耐腐蚀技术、超高强度钢氢脆抑制技术都将是钢铁业重点研究的领域。1汽车相关的技术开发1.1提高车体安全性和燃料利用率技术1.1.1提高燃料效率和提高冲撞安全性技术影响汽车燃料效率的因素很多，除了提高发动机效率和采用新的动力系统，减轻车体重量在任何情况下对提高燃料效率都是有效的。因此，一方面扩大铝合金、树脂等低比重材料在汽车上的应用，一方面通过提高强度，实现汽车用钢的减薄化。汽车抗冲撞能力的大小主要是由汽车的骨架结构件来决定的。钢板的成型性可以按4种变形方式的成型性进行分析：钢板的厚向异性指数（r值）决定的深冲成型性、延性（加工硬化率）决定的胀出成型性、与局部变形能有关的拉伸凸缘成型性和弯曲成型性。钢的高强度化一般会导致这些成型性下降，从而降低了部件形状设计的自由度。因此，迫切要求开发出不降低成型性的高强度钢板。一般来说，提高高强度钢板的r值是比较困难的，所以以延性、拉伸凸缘性和弯曲性为重点，对提高高强度钢板的特性开展了研究。前后冲撞安全性所要求的塑性变形吸收冲击能随钢材强度提高而增大，但另一方面，钢材强度越低，冲压成型性越好。因此，要求钢板在冲压时柔软，在使用时刚硬，即要求这种钢板的强度具有较大的应变速率依赖性。钢板强度对应变速率依赖性随强度升高而降低，但软质铁素体作为变形主体的复相钢，其强度对应变速率依赖性大于析出强化等传统钢。软质铁素体和硬质第2项的复合化有利于延性的提高。因此，这种钢适于制作形状复杂的承受前后冲撞的部件。对于侧面冲撞安全性部件的要求是具有很高的强度。这些钢板要求具有良好延性的同时，还要求有良好的拉伸凸缘性，良好的拉伸凸缘性可使钢板切断断口部位具有良好的成型性和弯曲性。提高拉伸凸缘性最重要的是钢板微观组织的均匀性。对于复相组织钢来说，减少各相间的硬度差是有效的，这一点与提高延性相反。此外，高强度钢板用于车体下部部件时还要求具有良好的耐蚀性。为满足这一要求，对上述各种高强度钢板进行合金化镀锌以提高耐蚀性。对于侧面冲撞安全性部件和保险杠等要求更高强度的部件，采用模压硬化技术，将钢板加热到奥氏体化温度，冲压入模具并进行淬火，以提高部件强度。采用这种成型方法，为使成型后的部件硬度波动小，在钢的成分设计时，应注意选-6-用适宜的成分，使部件部位不同造成冷却速度的差异不会对硬度产生影响。此外，由于是在模具拘束状态下进行的马氏体相变，残余应力得到释放，在高强度条件下使部件仍具有很高的形状稳定性，这也是模压硬化技术的一个优点。1.1.2高强度钢板的应用技术在将高强度钢板用于冲撞安全性部件时，要求有高精度冲压成型技术和良好的接合技术。为了弥补高强度化导致的成型性下降，在提高钢板延性和拉伸凸缘性方面不断地努力，由于部件形状稳定性与变形应力和弹性模量有很大关系，所以从高强度钢板材质方面避免成型性下降有一定困难。提高部件形状稳定性的技术有以下五点：（1）过调整模具间隙量和凸模圆角，利用间隙内发生的反弯曲的技术；（2）在冲压成型后期，利用可变刚性筋冲头