賈志雷， 任振遠(yuǎn)， 吳漢科

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063100）

1 概述

柔性軋制技術(shù)[1]指利用同一種材料，通過(guò)對(duì)軋制、冷卻過(guò)程的控制，生產(chǎn)出不同強(qiáng)度級(jí)別、不同組織和性能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)“一鋼多能”的目的。

隨著鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，面對(duì)不同客戶對(duì)產(chǎn)品的差異化要求，絕大多數(shù)企業(yè)選擇與客戶簽訂技術(shù)協(xié)議，通過(guò)增加鋼材的新牌號(hào)來(lái)滿足客戶要求。此種方式雖然可以滿足客戶使用，但鋼材煉鋼牌號(hào)的增加，給企業(yè)增加了生產(chǎn)組織難度，同時(shí)導(dǎo)致過(guò)渡材、降判品等非計(jì)劃品的產(chǎn)生，為企業(yè)增加了生產(chǎn)成本，造成效益損失。

唐山不銹鋼有限責(zé)任公司根據(jù)企業(yè)品種結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，探索熱軋高強(qiáng)鋼柔性軋制模式，研究通過(guò)優(yōu)化軋制工藝，采用成分相近品種的鑄坯軋制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能升級(jí)和降級(jí)，達(dá)到希望的產(chǎn)品目標(biāo)性能，有利于減少煉鋼牌號(hào)，降低小批量多品種鋼材生產(chǎn)成本。

1 柔性軋制技術(shù)的生產(chǎn)模型

針對(duì)不同品種鋼材的性能要求，制定柔性軋制技術(shù)的生產(chǎn)模型，如下：

1）針對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度相近的品種，通過(guò)研究組織轉(zhuǎn)變機(jī)理、材料強(qiáng)化機(jī)制，并分鋼種種類(lèi)建立熱軋產(chǎn)品性能與化學(xué)成分、熱軋工藝的回歸模型，采用回歸分析，制定熱軋工藝優(yōu)化方案，應(yīng)用控軋空冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同一鑄坯不同強(qiáng)度級(jí)別品種的軋制。

2）根據(jù)產(chǎn)品的性能要求，探索成分相近鋼種煉鋼牌號(hào)合并的可行性，制定煉鋼牌號(hào)合并標(biāo)準(zhǔn)，減少煉鋼牌號(hào)。

2 鋼種合并的實(shí)施方式

目前各大鋼廠的鋼材牌號(hào)有很多，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)客戶不同的標(biāo)準(zhǔn)要求，同一類(lèi)型的鋼種會(huì)采用不同的成分體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此選取何種鋼材牌號(hào)、采用何種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鋼種的合并是實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)的重要難題。

2.1 鋼種合并目標(biāo)的選擇與合并標(biāo)準(zhǔn)

1）鋼種合并目標(biāo)的選擇。熱軋鋼材品種多樣化，其中評(píng)價(jià)力學(xué)性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、擴(kuò)孔性能、沖擊功等。鋼材力學(xué)性能要求越多，實(shí)現(xiàn)不同鋼種合并的難度也越大。針對(duì)企業(yè)品種結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，首先將只有抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等拉伸性能指標(biāo)要求的鋼種作為合并目標(biāo)進(jìn)行研究。

2）合并標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)同一類(lèi)別的鋼種，采用相同鑄坯通過(guò)優(yōu)化熱軋工藝進(jìn)行性能的升、降級(jí)是常見(jiàn)的柔性化軋制技術(shù)。生產(chǎn)性能相近的品種比較容易，但生產(chǎn)性能差別較大的鋼種難度較大。因此，鋼種合并的標(biāo)準(zhǔn)要求是性能相同或者相近的鋼材。針對(duì)不同類(lèi)別的鋼種，也需要選擇相同或相近性能的鋼種進(jìn)行歸并，例如汽車(chē)大梁鋼510 L 與高強(qiáng)鋼S420MC。綜合分析，鋼種合并的目標(biāo)分：不同類(lèi)別相同性能級(jí)別的鋼種、同類(lèi)別相鄰性能的鋼種兩類(lèi)。

2.2 鋼種合并的實(shí)現(xiàn)方法

根據(jù)柔性制造模式，對(duì)現(xiàn)有鋼種的成分、性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選取成分、性能相近的鋼種，進(jìn)行柔性軋制的可行性分析。通過(guò)優(yōu)化熱軋工藝，實(shí)現(xiàn)使用同一種化學(xué)成分的原料軋制出不同性能級(jí)別的產(chǎn)品[2]

3 不同標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的柔性化軋制生產(chǎn)

不同標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（例如高強(qiáng)鋼S420MC 與大梁鋼510L），成分控制不同，但產(chǎn)品性能相差不大，可以采用柔性化軋制技術(shù)生產(chǎn)。

對(duì)不同系列、不同標(biāo)準(zhǔn)的鋼種，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立熱軋產(chǎn)品性能與化學(xué)成分、熱軋工藝的回歸模型，采用回歸分析的方法，對(duì)熱軋工藝進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

對(duì)于汽車(chē)鋼等特定用途的高強(qiáng)鋼產(chǎn)品與要求較寬泛的普通鋼種相比，其柔性化制造難度較大，應(yīng)用上述回歸分析的方法，確定熱軋工藝調(diào)整方案，在產(chǎn)品通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后才能批量應(yīng)用。

4 熱軋高強(qiáng)鋼柔性化軋制試驗(yàn)及結(jié)果討論

4.1 軋制工藝參數(shù)對(duì)性能的調(diào)控作用

產(chǎn)品的力學(xué)性能與終軋溫度、卷取溫度及冷卻策略密切相關(guān)，通過(guò)降低終軋溫度控制軋制可以提高鋼材的強(qiáng)度，反之，提高終軋溫度能夠降低鋼材的強(qiáng)度。通過(guò)降低卷取溫度和提高冷卻速度能夠細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度，相反提高卷取溫度和降低冷卻冷卻速度可降低強(qiáng)度，通過(guò)冷卻路徑的調(diào)節(jié)可以控制鐵素體轉(zhuǎn)變比例和晶粒度，提高延伸率，改善加工性能。

4.2 柔性軋制的數(shù)學(xué)建模研究

利用歷史生產(chǎn)鋼種成分和軋制工藝參數(shù)大數(shù)據(jù)回歸分析，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，見(jiàn)圖1 和圖2。

圖1 抗拉強(qiáng)度的多元回歸建模

圖2 屈服強(qiáng)度的多元回歸建模

4.3 不同成分鋼種軋制相同性能的試驗(yàn)

4.3.1 歷史S420MC 與510L 的對(duì)比

唐山不銹鋼有限責(zé)任公司高強(qiáng)鋼S420MC 與大梁鋼510L 主要以熱軋卷狀態(tài)交貨，兩鋼種的成分對(duì)比，如表1 所示。

表1 510L 與S420MC 平均成分對(duì)比 %

與S420MC 相比，510L 鑄坯成分Mn 含量高，Nb含量低。

兩鋼種的熱軋工藝對(duì)比，如表2 所示。

表2 510L 與S420MC 原軋制工藝對(duì)比 ℃

兩鋼種的實(shí)際性能及目標(biāo)性能對(duì)比，如表3 所示。

表3 S420MC 與510L 標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)要求、實(shí)際性能對(duì)比

對(duì)比歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)：S420MC 實(shí)際性能比用戶目標(biāo)要求性能強(qiáng)度偏高；如果將S420MC 判定為510L，其伸長(zhǎng)率偏低。故采用S420MC 鑄坯軋制510L 產(chǎn)品，為達(dá)到510L 產(chǎn)品目標(biāo)性能要求需調(diào)整軋制工藝參數(shù)和冷卻模式。

4.3.2 匹配目標(biāo)性能控制的軋制工藝研究

通過(guò)參照含Nb、Ti 微合金鋼卷取溫度與強(qiáng)度的關(guān)系（見(jiàn)下頁(yè)圖3），研究其卷取溫度與伸長(zhǎng)率歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行回歸分析（見(jiàn)下頁(yè)圖4），研究表明：卷取溫度在610 ℃左右伸長(zhǎng)率存在低谷，在570 ℃和650 ℃伸長(zhǎng)率較高。

采用S420MC 鑄坯分別軋制S420MC 及510L鋼種，為達(dá)到510L 產(chǎn)品性能要求，保證延伸率指標(biāo)，選擇570 ℃卷取溫度，冷卻策略采用兩段冷卻的熱軋方案試驗(yàn)軋制510L，以提高鐵素體轉(zhuǎn)換比例，提高延伸率。S420MC 材質(zhì)采用提高終軋和卷取溫度，降低冷卻速率的工藝方案進(jìn)行試驗(yàn)。S420MC、510L試驗(yàn)方案如表4 所示。

圖3 含Nb、Ti 微合金鋼卷取溫度與強(qiáng)度關(guān)系

圖4 Nb 含量與卷取溫度的回歸分析圖

表4 試制軋制工藝參數(shù)和冷卻模式 ℃

S420MC、510L 試驗(yàn)性能結(jié)果，如表5 所示。

通過(guò)調(diào)整軋制工藝，使用S420MC 鑄坯軋制的510L 產(chǎn)品和窄強(qiáng)度區(qū)間S420MC 目標(biāo)力學(xué)性能完全達(dá)到性能要求。試驗(yàn)證明通過(guò)優(yōu)化軋制工藝，強(qiáng)度調(diào)控區(qū)間可達(dá)30~50 MPa，達(dá)到相近和相鄰強(qiáng)度級(jí)別鋼種目標(biāo)性能要求。

表5 采用S420MC 鑄坯試制S420MC 和510L 熱卷性能結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，優(yōu)化熱軋工藝，可以實(shí)現(xiàn)相近或相鄰強(qiáng)度級(jí)別熱軋高強(qiáng)鋼產(chǎn)品的柔性制造，為解決汽車(chē)鋼多品種小批量生產(chǎn)組織困難和非計(jì)劃品增加帶來(lái)的巨大效益損失的問(wèn)題探索了一個(gè)新的途徑。