王國棟
減量化工藝技術(shù)是一項重要的技術(shù)，它要求我們必須根據(jù)當(dāng)前的問題，從鋼鐵工業(yè)發(fā)展的大視野出發(fā)，努力實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，開發(fā)特色的、與眾不同的、綠色化的新一代工藝、裝備和技術(shù)，實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的中國化的大改造，走出一條減量化、節(jié)約型、低成本的發(fā)展道路。
我國鋼鐵科技工作者在減量化生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展方面做出了巨大的努力，通過產(chǎn)學(xué)研合作，已經(jīng)有一批減量化技術(shù)研究成果開發(fā)并應(yīng)用于生產(chǎn)，發(fā)揮了重要作用。
資源減量化：新一代控軋控冷技術(shù)
控制冷卻技術(shù)：東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室（ral）針對熱軋鋼材冷卻技術(shù)這一關(guān)鍵共性技術(shù)，開發(fā)了適用于不同熱軋鋼材品種的軋后冷卻系統(tǒng)，實施新型的控制軋制和控制冷卻過程，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了減量化生產(chǎn)。
采用新一代tmcp技術(shù)，可以在提高強度、塑性和韌性的同時有效降低微合金元素的用量，實現(xiàn)節(jié)約型減量化生產(chǎn)。該技術(shù)應(yīng)用于普通c-mn鋼的大批量工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)結(jié)果表明，在熱軋工藝不需要采用低溫軋制的條件下，采用以超快冷為核心的新的tmcp工藝可有效實現(xiàn)細晶強化、析出強化、相變強化，從而使鋼材強度提高100mpa~200mpa以上，合金元素的用量與常規(guī)產(chǎn)品相比降低30%以上，取得節(jié)省資源和能源、減少排放的效果。研究超快速冷卻條件下熱軋鋼材顯微組織控制關(guān)鍵技術(shù)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是實現(xiàn)熱軋產(chǎn)品升級換代、由“資源消耗型”向“資源節(jié)約型”轉(zhuǎn)化的合理技術(shù)途徑。
ral針對中厚板首先提出的是超快冷＋層流冷卻的設(shè)計概念，在現(xiàn)有的層流冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)超高速冷卻系統(tǒng)，實現(xiàn)了鋼材成分減量化和生產(chǎn)工藝減量化。特別是管線鋼的生產(chǎn)，不僅成分減量化，而且解決了高強鋼板的板形質(zhì)量問題。2011年，新型軋后冷卻系統(tǒng)又被推出，全部冷卻集管采用冷卻速度無級可調(diào)的傾斜噴射式噴嘴，可進行超級柔性化的冷卻路徑控制，已經(jīng)應(yīng)用于某公司2800中板軋機改造，取得了良好的減量化效果，板形質(zhì)量和表面質(zhì)量有明顯改進。采用同樣系統(tǒng)的該公司4700中厚板軋機正在建設(shè)中。
該技術(shù)應(yīng)用于熱軋帶鋼軋機，也取得了良好的效果。最近某公司2160熱帶軋機和2250熱帶軋機正在利用改進型的超快速冷卻系統(tǒng)進行改造，將分別在今年底和明年初投產(chǎn)。h型鋼軋機采用該技術(shù)后，產(chǎn)品升級效果明顯。目前已有一套軋機采用，其余幾套h型鋼軋機正在立項中。
用于熱軋棒材的超快速冷卻系統(tǒng)安裝于棒材熱連軋機組之后，對正常溫度軋制的軋件進行超快速冷卻。該技術(shù)用于鋼筋，可以與常規(guī)的軋制制度相配合，減少控制軋制的難度，節(jié)省微合金元素，生產(chǎn)高級別的產(chǎn)品，不僅可以同時提高材料的強度和韌性，而且產(chǎn)品具有低的屈強比。目前，該技術(shù)存在軋后銹蝕問題，在一些企業(yè)通過終冷溫度控制可以得到一定的緩解，此問題還在解決中。該系統(tǒng)還可應(yīng)用于軸承鋼的生產(chǎn)，可有效降低網(wǎng)狀碳化物的級別，改進軸承鋼的質(zhì)量，已經(jīng)有1套軋機進行了改造，尚有2套正在改造中。
新一代tmcp技術(shù)目前正在拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，向管材、線材、窄帶鋼等品種推廣應(yīng)用，可望得到很好的減量化效果。在管材生產(chǎn)中，改變了過去單純依靠添加合金和離線熱處理的傳統(tǒng)思路，通過冷卻控制實現(xiàn)減量化。在線材生產(chǎn)中，著力推廣線材的在線汽霧冷卻，代替離線的dlp處理，得到超細的索氏體組織，實現(xiàn)工藝減量化。
目前，在普通碳鋼的應(yīng)用方面，已經(jīng)進行了超快冷應(yīng)用的基礎(chǔ)研究。通過超快速冷卻迅速冷卻到共析溫度一下，可以抑制高碳鋼的先共析滲碳體的析出，并促進碳化物由網(wǎng)狀轉(zhuǎn)化為粒狀。對于亞共析鋼，也可以促進碳化物由片狀結(jié)構(gòu)的珠光體向粒狀滲碳體轉(zhuǎn)化，對于提高這一類鋼材的力學(xué)性能非常有利。這一技術(shù)在應(yīng)用到特鋼方面具有獨特的優(yōu)勢，從目前已經(jīng)進行的工作來看，在軸承鋼、彈簧鋼、不銹鋼、硅鋼等方面已經(jīng)顯示出良好的應(yīng)用效果。特別在析出控制方面，利用超快速冷卻技術(shù)，可以做到對不利析出的抑制和有利析出的促進，對組織的改進和性能提高有極大的拓展空間。
如今，新一代tmcp技術(shù)被列入《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南（2011年）》、《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》和《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）》等政策中，并已有一批項目列入國家科技示范項目，正在“十二五”期間實施。
控制軋制技術(shù)：控制軋制是tmcp技術(shù)的重要方面，其核心在于進行控制冷卻的組織準(zhǔn)備，即獲得硬化狀態(tài)的奧氏體，以便在隨后的奧氏體向鐵素體相變的過程中形成大量的鐵素體的核心，從而細化鐵素體的晶粒。
大變形軋制是獲得硬化奧氏體的重要手段，大變形還有利于變形深透到板材芯部，有利于改善鋼板芯部的質(zhì)量，可以采用楔形軋制法和咬入返回法等避開頭部沖擊載荷，提高道次軋制壓下量。
溫度控制對控制軋制十分重要。因此，在軋機上，為了按照控制軋制要求，實現(xiàn)各道次溫度的即時、精確控制，粗軋機和精軋機均可安裝機架式超快冷裝置，實現(xiàn)控溫軋制。這一措施對于提高控軋質(zhì)量和提高軋機的生產(chǎn)效率，十分有效。機架式超快冷裝置的另一個作用是實現(xiàn)板坯表面－芯部的差溫軋制。所謂差溫軋制是在軋制過程中邊軋制，邊快冷，溫度來不及深入到軋件內(nèi)部，形成上下表面低溫，板坯中間芯部維持原來的較高溫度。這樣在軋制時，上下表面溫度低于芯部，變形抗力大，不易變形，而芯部溫度高，容易變形。這就會促使變形深入到軋件芯部，有利于消除芯部缺陷提高芯部質(zhì)量，同時減少由于板坯表面變形引起的雙鼓形缺陷，甚至邊部折疊，提高成材率。
工藝減量化：在線熱處理和集約、復(fù)合生產(chǎn)技術(shù)
在線熱處理技術(shù)：近年來，在線熱處理技術(shù)受到普遍重視，這是因為其利用軋制余熱對鋼材進行熱處理，可以省去離線熱處理的二次加熱工序，因而達到節(jié)省能源、簡化操作、縮短產(chǎn)品交貨期的目的。同時，在線熱處理可以利用材料熱軋過程中積累的應(yīng)變硬化，因此有些情況下可以得到比離線熱處理更優(yōu)的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。
對于中厚板的在線熱處理，考慮到新置在線熱處理設(shè)備巨量電力需求和投資帶來的困難，國內(nèi)正在研究利用超快冷設(shè)備進行在線熱處理的可能性。采用超快速冷卻系統(tǒng)作為中厚板的軋后冷卻系統(tǒng)，為軋后冷卻控制提供了多種可供選擇的熱處理方案。在軋制階段，依據(jù)鋼種的設(shè)計要求在高溫軋制和低溫軋制之間進行軋制溫度的優(yōu)化選擇。終軋之后，可以采用超快冷或者acc（層流冷卻），實現(xiàn)從低冷速到高冷速的各種不同的冷卻速度，并對終冷溫度進行控制。通過冷卻及后續(xù)加熱過程的控制，可以獲得多種多樣的組織，因而得到多種多樣的材料性能。因此，采用超快速冷卻系統(tǒng)與各種不同的后續(xù)冷卻、加熱過程配合，會使得軋后的熱處理過程變得豐富多彩，具有極大的創(chuàng)新空間。
對于線材來說，由于制品要求的強度不同，線材軋制后的“調(diào)整冷卻”有多種形式?？梢圆捎帽卣值壤鋮s速度慢的“緩冷設(shè)備”實現(xiàn)線材的緩冷。在sbbbmor冷卻線上，通過吹送常溫空氣進行較快速冷卻的“空冷”，吹送空氣的壓力和流量不同，則可以實現(xiàn)不同的冷卻速度。dlp（鹽浴冷卻）是將鹽加熱成液體（約550℃）線材在其中通過，并進行一定冷卻速度的冷卻，冷卻速度可以終止在550℃。線材通過沸水的edc（熱水冷卻）也可以實現(xiàn)線材的快速冷卻。
dlp設(shè)備對于調(diào)整高碳鋼（要求高強度）的強度和韌性是有效的。dlp技術(shù)將高溫奧氏體在導(dǎo)熱性良好的恒溫金屬液體中進行快速冷卻，得到鐵素體－滲碳體片層間距細小、均勻的珠光體組織。片層間隔越小，強度越高。由于使用無鉛等金屬的鹽類，熱傳導(dǎo)性好，附著在線材上的鹽容易回收再利用，比用鉛減少環(huán)境負荷。目前，國內(nèi)是在用戶廠家進行dlp處理。如果這一工序在線材廠利用線材軋制余熱完成，則用戶省略dlp處理工序，節(jié)省一火熱處理成本，是減量化的生產(chǎn)方法。
在線材軋制之后，進行汽霧冷卻，可以替代dlp工藝，進一步實現(xiàn)工藝減量化。采用汽霧冷卻，原始奧氏體晶粒比lp線材小。由于冷卻能力強，相變在低溫區(qū)進行，珠光體片層間距比sc線材小，可在高強度化的同時高延性化。據(jù)報道，這一技術(shù)已經(jīng)用于高碳鋼線材的高強化、高延性化、中碳u形螺栓用線材省略熱處理加工過程，以及低碳彈簧鋼線材的新鋼種開發(fā)等。
取向硅鋼的減量化生產(chǎn)技術(shù)和裝備：取向硅鋼低溫加熱生產(chǎn)技術(shù)是一項重要的減量化生產(chǎn)技術(shù)。寶鋼歷經(jīng)十余年的艱苦開發(fā)，突破了低溫高磁感取向硅鋼的關(guān)鍵技術(shù)，成為世界上第三個掌握這項技術(shù)的企業(yè)。寶鋼利用自主研發(fā)的從冶煉到成品的全套模擬實驗設(shè)備，開發(fā)了滲氮技術(shù)的兩項關(guān)鍵核心技術(shù)，即穩(wěn)定滲氮控制技術(shù)和抑制劑穩(wěn)定控制技術(shù)，開發(fā)出以（si，al）n和（si，mn）n為主要組分的抑制劑體系，形成抑制劑控制技術(shù)。他們研究開發(fā)了組織織構(gòu)控制技術(shù)和硅鋼底層形成技術(shù)，實現(xiàn)了底層的質(zhì)量的有效控制。在上述核心技術(shù)形成的基礎(chǔ)上，寶鋼自主集成硅鋼生產(chǎn)線，在產(chǎn)線模塊化、高效化、高精度、節(jié)能化等方面取得多項關(guān)鍵技術(shù)突破，并實現(xiàn)了高等級取向硅鋼產(chǎn)品牌號的全覆蓋，其中有10個牌號的產(chǎn)品填補了國內(nèi)空白。武鋼也在低溫高磁感取向硅鋼的開發(fā)方面取得突破，新建產(chǎn)線年內(nèi)可以投產(chǎn)，成為同時掌握高溫路線和低溫路線的硅鋼生產(chǎn)廠家。最近，國內(nèi)有關(guān)單位采用獨特的抑制劑設(shè)計，開發(fā)中溫加熱硅鋼生產(chǎn)技術(shù)，既不需要高溫加熱，也不需要脫碳退火過程中滲氮，已經(jīng)在實驗室試制出hib硅鋼，也許會發(fā)展成新的減量化硅鋼生產(chǎn)方法。
集約化軋制技術(shù)：我國鋼鐵企業(yè)普遍存在鋼種過多的問題，造成煉鋼和連鑄工序的管理壓力，引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量下降、生產(chǎn)效率降低。為解決這一問題，可在煉鋼連鑄工序通過鋼種歸并實現(xiàn)大規(guī)模定制化生產(chǎn)。這種生產(chǎn)方法利用同一種坯料，在軋制階段優(yōu)化軋制和熱處理工藝，實現(xiàn)針對用戶需求的“定制生產(chǎn)”模式。這種生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，在簡化煉鋼、連鑄生產(chǎn)和降低管理難度的前提下，通過集約化生產(chǎn)方式實現(xiàn)“一鋼多能”的目標(biāo)。該技術(shù)以組織性能預(yù)測技術(shù)為基礎(chǔ)，同時應(yīng)用人工智能技術(shù)進行調(diào)優(yōu)，進行軋制過程參數(shù)的反向優(yōu)化。該技術(shù)包括鋼種歸并規(guī)則、“同系列相鄰級別”鋼種集約化生產(chǎn)規(guī)則、“跨系列同級別”鋼種集約化生產(chǎn)規(guī)則等集約化生產(chǎn)的原則和具體實施、優(yōu)化方法，并建立鋼種歸并的智能化系統(tǒng)。這種方法被應(yīng)用于寶鋼梅鋼，到目前為止通過優(yōu)化精簡掉近40個出鋼記號，精簡比例約20%，取得了顯著的經(jīng)濟效益。
厚板坯制造技術(shù)：大厚度大單重鋼板是低合金高強度寬厚板的重要組成，是中厚板生產(chǎn)的重要核心技術(shù)。厚板生產(chǎn)需要的厚板坯是首先必須解決的問題。目前關(guān)于厚板坯有鑄錠法、厚板坯連鑄法、水冷模鑄法、電渣重熔法、電子束真空焊接法五種厚板坯生產(chǎn)工藝。其中，鑄錠法鑄坯質(zhì)量差、成材率極低（約65％）。水冷模鑄法優(yōu)于鑄錠法，但是鑄錠固有的問題難以解決。電渣重熔法雖可以保證鑄坯的質(zhì)量，但是生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)成本高，適于生產(chǎn)量小、附加值高、不適于連鑄的高端產(chǎn)品。厚板坯連鑄法厚度有限，不能滿足要求。
板坯復(fù)合生產(chǎn)中厚板技術(shù)由日本首先開發(fā)應(yīng)用，其工藝是：首先對作為坯料的連鑄板坯進行表面處理，利用酸洗、噴丸、銑削等方法除去氧化鐵皮、油漬和其他不潔物。然后將處理后的板坯疊合，裝入到大型真空室，每個真空室抽真空后對組合板坯四周進行電子束焊接。然后加熱組裝板坯，通過低速強壓下軋制技術(shù)將鋼板復(fù)合焊接在一起，從而生產(chǎn)出無缺陷的超厚鋼板。這種方法板坯成材率高，復(fù)合質(zhì)量高，是減量化的厚板坯制造技術(shù)。
國內(nèi)借鑒jfe的復(fù)合軋制方法，通過大量的實驗室研究和實際中厚板軋機的現(xiàn)場實驗，開發(fā)出低速強壓下軋制技術(shù)、防止復(fù)合部位氧化的高真空技術(shù)、復(fù)合表面處理和高潔凈化等系列技術(shù)，軋制復(fù)合得到的厚鋼板有良好的整體性和力學(xué)性能，可以滿足重要工程的需要。電子束焊接法已經(jīng)在濟鋼應(yīng)用，用250mm厚度的板坯2塊，焊接后復(fù)合軋制，可以生產(chǎn)310mm厚的厚板，探傷1級合格，各項質(zhì)量均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
信息來源：中國冶金報
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
