高品质钢铁板带轧制关键装备与技术研究进展

摘要:高品质钢铁板带是航空航天、武器装备、核电能源、轨道交通、石油化工、建筑桥梁等国家重大工程的基础材料,其生产装备与制备技术代表着工业基础水平,是支撑我国经济发展的中流砥柱和维护国防安全的重要保障。面向未来国家经济主战场与战略必争领域,以高品质钢铁板带为对象,对宽厚板轧制、热连轧、冷连轧等具有代表性的生产过程进行关键装备与技术研究进展综述,将国家需求和创新引领作为主线,提出以“极限化、复合化、智能化、绿色化”为导向的技术路线和发展方向,进一步健全创新体系、攻克关键技术、突破关键材料、提高产品质量、促进产业升级和降低能源消耗,以期对钢铁产业绿色可持续发展有所裨益。

钢铁材料基础研究的评述

摘要:钢铁材料是不断发展的新材料,这获益于持续不断的基础研究。钢铁研究总院结构材料研究所是国内外在钢铁材料研发领域最完全的研发机构,它重视钢铁材料的基础研究工作。评述了近年来钢铁材料基础研究的发展,包括提高钢材强度的基础研究、改善钢材寿命的基础研究和提高钢制部件服役安全性的基础研究等。通过这些基础研究,形成了创新性的微合金化技术、变形诱导相变理论、晶粒细化技术、在线软化退火技术、耐延迟断裂技术、抗疲劳破坏技术、氮合金化奥氏体钢技术、高韧性超高强度钢技术、热成形马氏体钢技术、核电用钢技术等。基础研究将会促进新一代钢铁材料的不断涌现。

钢的高性能化理论与技术进展

摘要:高强度化始终是钢的发展主题,同时还需要解决高强度化后导致的韧塑性降低、疲劳破坏和延迟断裂敏感性增加等问题。在获得高的力学性能之后,实际应用时还需要材料具有良好的工艺适应性与服役性能,达到合适的材料生产-零件制造-服役评价的技术匹配。本文以耐候钢、合金结构钢、紧固件用钢、高氮奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢为案例,回顾并展望了与耐腐蚀、高强度、高品质等相关的材料发展动向。

基于深度学习的图像板形检测方法研究

摘要:智能制造是钢铁行业转型升级的关键方向,过程参数与产品质量的精准数字感知是基础与重点。板形是带材的重要质量指标之一,板形在线检测技术是生产高级精品带材的必然选择。目前国内板形仪配备率低,进口设备成本高昂,多数企业仍依赖人工判断,质量稳定性与智能化水平不足。为此,需要对板形检测机理进行创新研究,旨在保证检测精度的条件下,降低检测设备成本,提升检测技术的通用性。目前,新形式的机器视觉理论与技术(深度学习)取得了快速发展,采用机器视觉技术实现板形检测具有理论可行性,也是一种必然趋势。为研究基于机器视觉的冷轧带材板形检测方法,通过一系列理论和技术创新,建立了多层次的智能模型,实现了带材位置区域检测、图像板形(图像)及应变板形(应变)深度表征、表征因子定量映射,最终实现了图像板形至应变板形之间的精准映射。研究结果为推进板形检测技术智能化的落地提供了思路和具体方案,有助于行业实现转型升级。

轧机辊系装配结构服役精度研究

摘要:轧机系统装配结构精度制约装备服役稳定性提升,其中辊系装配结构服役精度是影响轧机装配刚度的关键。针对四辊热连轧机存在的冲击振动问题,基于能量法建立考虑辊系交叉的辊间接触刚度模型,基于接触力学与统计学理论建立衬板间接触配合刚度模型,进而考虑工作辊准静态轴心位置与刚度关系建立辊系动力学模型,研究辊系装配结构刚度对动特性的影响规律;提出一种轧机辊系服役精度监测系统,结合轧机辊系标定和轧制过程数据获取轧机辊系不同服役阶段的两侧间隙和刚度状态;构建以辊间交叉状态和载荷为变量的轧机刚度数据集,根据正、反转标定过程的实测刚度和刚度梯度进行匹配,获取辊系交叉状态变量,理论计算初始偏差与匹配值相对差在20%以内,建立离线和标定过程辊系装配状态关联性;最后开展轧制试验,分别获取调整前后轧制过程辊系间隙状态,将辊间交叉弧度由120 μrad 调整到20 μrad,衬板公差引起的配合弧度由13 μrad 调整到5 μrad,工作辊水平振动抑制60%以上,建立的动力学模型较好模拟辊系冲击振动。研究表明,考虑衬板配合和辊系交叉的装配结构刚度模型可预测轧机辊系装配结构服役精度,通过厘清辊系离线数据与标定、轧制过程服役精度关联关系,可实现有效的离线调控抑振策略。

宽幅热轧带钢高效集约生产与质量精益管控研究进展

摘要:宽幅热轧带钢作为现代制造业的关键原材料,其高效集约生产与质量精益管控是支撑产业升级的关键。然而,热连轧生产过程影响因素多变量、强耦合,同时存在物料信息感知缺失、数据孤岛壁垒及关键环节自动化薄弱等难题,严重制约了质量控制、轧制稳定性、制造成本的协同优化。系统梳理了近些年技术突破,聚焦以下核心领域的研究进展:热连轧物料多维信息感知领域,基于机器学习与深度学习算法构建的鲁棒性感知系统,有效攻克高温强干扰环境下特征提取的技术瓶颈,显著提升复杂工况下的信息获取能力;多区作业信息互联和端边协同领域,通过多源异构数据融合与动态资源调配机制,打通库区-轧线-磨辊间的业务断点,实现跨区域作业协同优化;热连轧多区域集约化生产领域,依托智能检测与高精度混合建模方法,开发以少人化控制为目标的智能轧制技术,强化生产流程的紧凑性与响应速度;热连轧多业务协同领域,基于信息物理系统深度融合框架,建立在线预判、实时监控与异常诊断的精益化管控平台,推动多业务下生产管控方式变革。最后对宽幅热轧带钢高效集约生产与质量精益管控技术发展进行了总结和展望。

锌铝镁涂层钢研究现状与发展趋势

摘要:锌铝镁涂层钢作为一种革命性的金属防护材料,凭借其卓越的耐腐蚀性能、自我修复能力和良好的加工性能,已成为传统镀锌材料的升级替代品。文章系统综述了锌铝镁涂层钢的国内外研究现状、市场分析、技术进展与发展趋势。首先,重点分析了锌铝镁涂层的成分设计与性能优化、耐腐蚀机理与寿命预测模型、焊接与加工技术突破、环保型表面处理技术等关键技术进展。其次,探讨了锌铝镁涂层钢在光伏、汽车、建筑等领域的应用现状,并针对行业面临的技术标准不统一、成本压力等挑战,提出了未来向高强度轻量化、环保化、智能化方向的发展趋势。最后,对我国锌铝镁涂层钢产业的健康发展提出了建议。

T22钢无缝管顶管过程壁厚精度分析

摘要:应用Simufact 软件对典型规格荒管顶管过程中的壁厚不均问题进行三维弹塑性有限元模拟,研究顶管过程中轧件的金属流动、应力-应变、横向及纵向壁厚分布规律,并对模拟结果进行了物理验证。在分析壁厚不均产生原因的基础上,对4 个可调机架旋转30°改善荒管的横向壁厚不均,并通过辊缝压下对荒管头尾壁厚进行削减。结果表明:荒管横向壁厚分布为孔顶处到侧壁30°处壁厚值逐渐增大,侧壁30°处到辊缝处壁厚值逐渐减小;荒管纵向壁厚分布为头部壁厚偏薄,中段壁厚值相对平稳且略微增大,尾部壁厚增厚;可调机架旋转30°后,荒管侧壁30°处最大壁厚值减薄明显,孔顶和辊缝处最小壁厚值有所增加,横向壁厚不均度明显改善,由原工艺的6. 98%下降到4. 04%;当辊缝压下0. 2 mm 时,荒管头尾壁厚削减值分别为0. 22 和0. 13 mm,横向壁厚不均度分别为3. 71%和4. 84%;当辊缝压下0. 5 mm 时,荒管头尾壁厚削减值分别为0. 35 和0. 26 mm,横向壁厚不均度分别为3. 24%和4. 36%。本研究可为顶管机组实施荒管头尾壁厚削尖工艺提供科学依据。

离心铸造球墨铸铁管的研究和生产现状及发展趋势

摘要:离心铸造球墨铸铁管强度高、塑性和耐蚀性好、使用寿命长,被广泛应用于市政管网建设。介绍了离心铸造球墨铸铁管的发展历程,离心铸造球墨铸铁管的熔炼、球化与孕育处理、离心铸造、热处理、防腐等生产工艺和生产装备的发展及存在的问题,以及我国离心铸造球墨铸铁管的应用。指出研发微合金强化或固溶强化等高性能球墨铸铁管和推广应用C级管是未来的发展方向。

低合金高强度钢低屈强比调控研究进展

摘要:低合金高强度钢以其优异的综合性能和成本优势等被广泛应用于建筑桥梁、油气输送管线、船舶及海洋平台等领域。屈强比是低合金高强度钢开发应用过程中的关键指标。首先,概述了铁素体钢、珠光体钢、马氏体钢等单相组织钢及含铁素体/奥氏体复相组织钢不同强度水平下的屈强比;不同显微组织钢的屈服强度较高时,屈强比也较高,钢中铁素体或奥氏体相的引入有利于其屈强比的降低。随后,讨论了高强度低屈强比钢多相显微组织设计及轧制与热处理工艺控制研究现状。最后,介绍了机器学习和人工智能辅助研究低合金高强度钢力学性能的进展。实现低屈强比、高韧性及高塑性的优异匹配是低合金高强度钢的重要发展趋势,构建多相、亚稳、多尺度及多形态的显微组织为高强韧、低屈强比钢的开发提供了有效手段,物理冶金学与数据科学融合正成为实现该类钢种显微组织设计的关键路径。