我国轧制技术的主要技术发展方向

来源：世界金属导报

1热轧钢材控制轧制与控制冷却技术

1.1新一代超快冷为核心的全热加工过程（轧制与冷却）控制冷却技术

钢铁材料的组织调控主要是对材料组织发生剧烈改变的再结晶、析出、相变过程进行控制。为此，需要建立具有超快冷功能的全程冷却系统。在需要保持温度、令相关组织演变过程顺利发生的区间，可以关闭超快冷系统；而在需要抑制某一过程发生的温度区间，可以采用超快冷进行冷却。由于各个不同品种，有不同的组织演变规律，所需要的进行冷却控制的温度区间是不同的。所以，为了应对各个不同钢材品种需要，需要开发理想的、开闭和冷速调整灵活的超快速冷却控制系统。

1.2轧制工艺设计

材料轧制工艺设计：对全过程的变形温度、变形程度、变形速度（针对钢种进行个性化的开发）进行控制，实行合理的、节能的、高效的全轧程轧制负荷分配。

变形向高温粘塑性区发展，研究并利用粘塑性区中材料变形、流动、扩散、再结晶的特点，进行压下制度的设计，达到节能减排、提高产品质量的效果。

1.3基于大数据的物理冶金学模型参数自适应计算

物理冶金学模型参数自适应计算是热轧钢材组织性能预测与控制的最主要的部分。它依据材料的化学成分、工艺参数、设备约束，通过一系列的温度、力学、物理冶金模型，来预测材料的组织与力学性能。其中，各类模型的一些关键参数，非常重要而又难以通过试验准确确定，必须基于已有的在线和离线获得的大数据，来进行智能化的建模与预测，从而得到高精度的数学模型，实现材料组织和力学性能的高精度预测和控制。这种基于大数据的物理冶金学模型参数自适应计算，是材料实现组织性能高精度预测的核心。在此过程中，现场采集数据的处理十分重要，需给予特别的关注，并采用最适宜的技术进行处理。

1.4中厚板“温控-变形”耦合高渗透性轧制技术

中厚板轧制过程中，应采用轧制-冷却一体同步化的控制轧制。若采用超快速冷却处理轧件的冷却，则可以实现“温控-变形”耦合的高渗透性轧制，使钢板表层经历“激冷-变形-返温”复杂热履历过程，可以获得表面超细晶及心部组织的改善，从而获得钢板的高强韧性能。故需探究轧制-冷却一体同步化控制轧制的物理冶金学规律和最优的工艺制度，进行高强韧钢板生产工艺与产品的开发。

1.5热轧无缝管超快冷技术开发与应用

在热轧无缝钢管领域，传统上材料组织性能调控依赖于化学成分高合金设计及离线热处理工序，这都是“增量化”的方法。因此，需引入控制轧制与控制冷却技术，挖掘材料潜能，降低生产成本，工艺产品升级，实现钢管生产的低能耗、绿色化。当这一过程应用于各种不同的无缝钢管生产过程时，必然彻底改变现行钢管生产的化学成分设计和生产工艺设计，从而带来整个钢管行业技术进步、转型升级的革命。

1.6热轧氧化铁皮控制技术与工艺

氧化铁皮的成分、厚度、组成等对于材料的表面质量和耐腐蚀性能有重要的影响。传统生产过程采用“低温、慢轧”工艺，氧化铁皮厚，以充分氧化的Fe2O3为主，铁皮易碎，恶化表面质量与耐腐蚀性能。因此，必须基于大数据技术，预测氧化铁皮的组织和性能在热轧过程中的演变规律，建立合理的钢材成分设计和“高温、快轧”为特征的氧化铁皮控制工艺，获得适宜厚度的氧化铁皮厚度、组织结构，优化钢材的表面质量。

1.7复杂体系长流程多相变的组织调控与合金设计

热轧钢材组织、性能演变的预测与控制也可以基于“基因组学”的观念进行研究。复杂体系长流程多相变的钢铁材料，合金体系、工艺过程、相变/组织十分复杂，传统上采用试错法进行研究和开发，试验效率低，设计精度差。因此，急需开展钢铁材料的集成计算设计。如果针对此过程，采用第一性原理、分子动力学等理论，并与相场模型、晶体塑性有限元相结合，通过热力学与相图计算、相变动力学计算，研究组织演化规律和组织/性能关系。借此提炼全流程中的核心要素，集成相关定量计算模型，实现钢铁材料组织调控与合金设计。这一过程也应当与大数据等新一代信息技术结合，才能从理论走向实用。

2、热轧与冷轧一体化控制技术

2.1超级板形-板凸度控制

超级板形-板凸度控制是通过热轧-冷轧过程的协调控制，实现板凸度-板形-边部减薄综合控制，包括热轧过程断面轮廓精准控制、冷轧过程上游机架边部减薄在线控制、冷轧过程下游机架薄带板形精准控制等。

2.2热轧-冷轧-退火一体化组织及性能控制技术

通过热轧与轧后冷却过程的控制，为后续的冷轧与热处理过程，提供改进组织与性能的基础与条件，以发掘材料的潜力，实现性能提高的最大化。

3、先进冷轧、热处理/涂镀工艺与装备技术

3.1冷轧板形智能控制

板形数学物理模型存在大量假设，精准建模困难极大；板形控制多变量、非线性、强耦合，过程复杂。因此，现有的控制方法和控制策略，难以满足高精度板形控制的需求。基于工业大数据的人工智能方法，在冷热轧板形控制中有广阔应用前景。综合应用遗传算法和向量机等智能技术，可以实现带钢板形/板凸度预测与优化的高精度控制。

3.2冷轧薄带钢快速加热技术及工业化应用

冷轧薄带钢快速加热技术包含直燃火焰快速加热、纵向磁通感应加热、横向磁通感应加热等。这些技术应用于冷轧高强带钢连退与镀锌线的快速加热、高硅钢的温轧加热、以及热轧、冷轧硅钢的边部加热等特殊需要的情况。直燃火焰加热技术可在居里点之上对薄规格产品进行快速高效加热，应给予更大的关注。

3.3薄带钢无氧化快速冷却技术

在连退线、热镀锌线上已经应用H2、H2O、H2+N2、汽雾等多种冷却介质，以实现快速冷却。喷射戊烷（C5H12）的无氧化快速冷却技术是重要的新型冷却技术，冷却速率可达200-400℃/s ，可应用于厚规格、高强钢等要求强冷的钢种，且解决了水淬、汽雾等带来的表面氧化问题，适用于高强、超高强带钢热处理线、热镀锌等产线。

4、增材制造与复合材料

4.1轧制复合工艺、装备

利用“真空制坯+轧制复合”的方法，已开发出轧制复合海洋用钢、复合管线钢及特厚复合钢板等产品，例如可以获得高界面复合强度的容器钢等高端产品。但是，复合方法、复合界面的优化和处理等方面仍有许多亟待解决的问题，需要加强开发。

4.2板带坯连铸与增材制造

航空、航天、能源、交通等行业对难变形、易偏析、低塑性、高合金钢铁和有色金属材料的低成本、高性能加工制造技术需求强烈。利用快速、亚快速、较快速凝固技术可以得到一定厚度的组织均匀、无偏析或极小偏析、夹杂或析出细小或保持固溶的连铸薄带、连铸薄板坯、热轧中厚板等板材。利用此为原料，采用固相复合-增材制造的办法，可以制造轧制坯、锻造坯、挤压坯等，再经过热轧、热锻和热挤，可以得到均匀、少/无偏析、析出细小而组织均匀的钢材，并提高材料的性能。至于是选择连铸薄带，还是连铸坯，还是中厚板作为复合原料，则视复合坯的质量要求确定。

4.3耐腐蚀复合带肋钢筋生产工艺与装备

利用不锈钢管与普碳钢棒材固相复合后制坯热轧、在碳钢铸坯表面激光熔覆不锈钢粉末后热轧等方法，制备耐腐蚀复合带肋钢筋，后一种方法更经济。

4.4内生陶瓷粒子增强复合材料

通过合理的合金成分设计，利用连铸过程制备高强韧性、低密度、高杨氏模量、内生TiB2陶瓷粒子增强的汽车用高强钢。