12月15日简报——先进冷轧、热处理和涂镀工艺及装备技术
发布人：Super User 发布时间：2015-12-16 浏览次数：1540大中小
2015年12月15日，先进冷轧、热处理和涂镀工艺及装备技术方向在知行楼634会议室举行了年度考评述职会，汇报总结会由方向首席李建平教授主持。会上，共有23位博士研究生汇报了各自在2015年度的科研工作进展、目标完成情况以及对中心建设和发展的贡献情况，主要取得的科研工作进展如下。
1、王力
针对某1450mm酸轧机组酸洗部分的工艺特点及设备组成，开发了以带钢跟踪、速度控制、张力控制为核心的自动化控制系统，实现了对带钢焊缝的全程跟踪，为生产线的全面自动化奠定了基础。提出了速度控制优化算法，使生产节奏更加紧凑，并采用了复合式张力控制方法，提高了张力控制的精度。同时为了保证改善板形的良好效果，针对延伸率控制的特点，采用参数寻优的方法，求解以误差为基础的目标函数得出适配参数，提高了延伸率控制中的参数设置精度。
2、朱晓岩
针对酸液浓度在线检测设备昂贵、维护成本高的问题，研究了基于软测量技术的酸液浓度预测模型，利用基于M估计的稳健回归进行分析建模，建立了具有在线校正功能的酸液浓度预测模型。针对酸液温度设定精度低，影响带钢酸洗质量等问题，利用大量温度控制效果良好的生产数据，结合案例推理技术，提高了温度设定精度，使温度设定模型具有随工况变化的自适应能力。针对破鳞拉矫机换辊后首卷钢的模型计算张力和实测张力存在较大误差的问题，提出了静态误差的概念，建立了带有学习项的破鳞拉矫机张力设定模型。
3、卜赫男
为了消除来料硬度波动对带钢厚度的影响，提高冷轧带钢厚度控制精度，建立了基于硬度辨识的冷连轧厚度控制模型。离线计算结果表明，各机架出口厚度波动幅值明显减小，轧制过程更加稳定，板形偏差降低。为了提高冷连轧过程控制系统中轧制力模型的设定精度，提出了一种轧制力和前滑模型综合自适应算法，通过建立综合自适应目标函数，以变形抗力和摩擦系数模型中的自适应系数作为寻优参数，使轧制力设定精度显著提高。针对冷连轧薄带钢建立了基于影响函数法的轧制规程多目标优化模型，采用优化后的轧制规程可以提高生产效率的同时改善板形质量。
4、闫注文
采用容许方向法并且按照单纯形法寻优下降容许方向对最优评价函数进行求解，获得满足板形控制精度的最优调节量。编写C语言程序仿真并应用于某1250mm五机架冷连轧机组，现场应用表明板形控制精度显著提高。设计了一种新的计算调节器最优调节量的板形控制算法，开发了该板形控制算法的TDC优化器模块，在某冷轧厂进行现场测试，结果表明控制精度显著提高。深入分析了轧辊弹性变形问题，为了研究轧辊凸度对带钢厚度的影响，开发了基于影响函数法的TDC模块，在某1450mm冷轧机对其进行测试，该模块运行稳定快速，满足精度要求。
5、尹方辰
基于滑模变结构控制策略，设计了基于双幂次趋近律的Smith预估监控AGC系统，提高了监控AGC系统的鲁棒性与响应时间。将动态矩阵预测控制引入到了活套多变量控制系统，模拟了传统控制系统和动态矩阵控制系统在不同情况下的活套角度与带钢张力控制效果。分析了干扰量发生变化时，热连轧带钢出口厚度、活套角度及带钢张力从一个稳态过渡到另一个稳态时的变化过程，建立了热连轧动态特性仿真分析平台。
6、刘元铭
基于对冷轧变形原理的深入研究，提出双曲正弦速度场和应变速度场，采用能量理论计算冷轧变形过程的能率泛函，最终得到冷轧过程所需轧制力的精确预测值，从而为获得高精度的冷轧板形奠定了基础。冷轧原料的质量对最终产品的板形有重大影响，因此利用能量法对热轧过程进行了研究，采用有限元软件ABAQUS对立轧过程进行模拟，建立了立轧正弦狗骨函数模型和流函数速度场，得到了立轧时的总功率泛函、形状参数和力能参数的解析解。根据精轧变形特点，提出指数速度场和应变速度场，得到精轧过程中的力能参数的解析解。
7、王鸿雨
针对蛇形轧制，差温轧制以及复合轧制提出对应解析模型，深入分析其解析变形机理，同时给出解决实际问题所需的关键技术的解析手段。提出蛇形轧制精确等效半径以及蛇形轧制咬入区域厚度变化解析表达式，以及差温轧制中性面位置分类模型及温度梯度分层的层数解析限定。首次计算出在复合过程中的异步轧制垂直剪切应力，三层金属（软-硬-软）头部缺陷长度的精确计算，极大地提高了头部切头位置预测精度。上述问题均为解决新型轧制技术的关键问题，同时给出一种能够将轧制技术应用更加广泛的全新尝试和探索。
8、曹宇
结合宝钢特钢800H合金材料生产中的实际问题，通过研究800H合金形变热处理工艺优化及组织性能控制，为耐蚀合金材料先进冷轧和热处理工艺技术研究工作打下良好的基础。2015年度主要工作包括：基于冷轧及退火工艺800H合金晶界工程研究、动态应变时效对800H合金热变形行为影响、高应变速率下800H合金热变形行为研究、等温时效处理对800H合金热变形行为的影响。博士阶段发表论文22篇，以第一作者身份在《Materials Science and Engineering A》、《Materials Letters》、《Journal of Nuclear Materials》等期刊发表SCI论文10篇(2015年4篇)，其中JCR Q1级别文章6篇，他引次数超过50次。
9、马更生
热卷箱能够减小中间坯头尾温差，具有均热作用，建立温度预报模型具有重要意义。研究了热卷箱工作的边界条件，确定了带钢单元层各向异性等效导热系数，建立了热卷箱温度场模型。带钢热轧是热力是耦合过程，通过解耦来提高轧制的预报精度，在确定变形抗力的过程中，依据变形区出口温度收敛的条件进行迭代求解，建立了热力耦合模型。轧制力自学习优化中，设计了基于钢种变形抗力的抛物线偏差曲线，机架设备自学习系数和机架设备状态影响系数的自学习策略，此策略能提高换规格后首块钢的轧制力在线预报精度。
10、邓永刚
采用以Al代Si的成分设计思路，对DP钢冷轧连续退火工艺进行深入系统的研究，包括退火制度对双相钢组织和性能的影响，加热速率对双相钢组织和性能的影响，退火温度对双相钢组织和性能的影响及超细晶双相钢组织性能的研究，优化了工艺参数。镀层在受到拉应力和压应力时镀层粉化机理不同，镀层在受到压应力时镀层粉化更严重。基板表面的晶体学取向和织构对合金化镀层的相结构和抗粉化性能有重要的影响，基板表面存在较多的{111}–{113}–{313}取向及较多大角度晶界促进了镀层的合金化进程，而较好的基板成形能力也是促进合金化镀层抗粉化性能的重要原因。
11、黄慧强
基于工信部《产业关键共性技术发展指南（2015）》关于开发与应用超级贝氏体TRIP钢的指示，系统研究TRIP钢的强韧化机理，微观组织调控技术和成形技术，高强汽车用钢的动态变形特性研究与机理研究。研究了热轧TRIP钢的连续冷却转变行为及力学性能，退火工艺对冷轧TRIP钢的组织和力学性能的影响，获得了C-Si-Mn-Al系TRIP钢热轧板的铁素体-奥氏体两相区的范围，了解了高温区铁素体相变向奥氏体富碳的情况，残余奥氏体在变形过程中实现渐进的转变，从而TRIP效应能在较大的应变范围内发生。研究不同退火过程中，残余奥氏体形貌和分布，变形过程的TRIP效应和力学性能。
12、闫宁
围绕中锰钢在实验和工业生产中出现的问题，设计并开发一种全新的中锰钢，研究加工工艺和成型性能，以改善性能以及提高生产效率为目的。研究逆相变退火控制基体晶粒度、残余奥氏体含量及位错密度、位错滑移与马氏体相变的关系以及在变形过程中残余奥氏体的增塑机制。首次尝试从热力学角度对全新的中锰的化学成分进行设计，并对计算出的理想态中锰钢的化学成分进行数值模拟分析，结合全自动相变仪、SEM和EBSD等检测手段，分析了设计的全新中锰钢的相变行为以及微观形貌的特征，初步实现了预定目标，为后续的研究打下了良好的基础。
13、赵安石
先进高强钢高效气压热成形技术是在热态金属气压成形技术（HGMF）基础上形成和发展起来的超高强钢快速成形技术。设备调试的技术要点主要包括高温润滑、高压气体供给系统的改进、密封方式的改进、加热温度及保温时间的控制、轴向推杆的选取、轴向进给的控制方式、加热和通气的顺序。本课题开展了气压热成形工艺试验研究，对成形过程中的加热温度、保温时间、气压值、轴向进给方式等工艺参数对试验的影响进行了研究。后期准备开展先进高强钢管、板的气压热成形工艺试验研究。
14、胡智评
含Al系中锰钢中残余奥氏体的TRIP效应对加工硬化行为及延伸率均有影响，足够含量且稳定的残余奥氏体对保证实验钢的强塑性至关重要。块状的残余奥氏体较板条状的残余奥氏体拥有更积极地TRIP效应，且更好的提高了实验钢的加工硬化率，使实验钢拥有更好的抗拉强度。3Mn-1.5Al实验钢经过深冷轧制及临界区热处理工艺，得到组织为细化的先共析铁素体及块状的临界区铁素体和残余奥氏体的复相组织，抗拉强度为940MPa，断后延伸率为30%左右，体现了良好的强塑性配合。7Mn-3Al实验钢经过快速加热及临界区热处理工艺后，实验中得到抗拉1010MPa, 延伸率31%的优异的强塑性能结合。
15、刘连骞
提高渗碳温度是提高齿轮渗碳效率的最有效手段，传统齿轮钢提高渗碳温度会发生晶粒粗化，恶化性能，尤其是弯曲疲劳性能不足。本研究提出一种提高齿轮钢渗碳温度的新的细化晶粒技术：临界区渗碳。在现有齿轮钢中加入强铁素体稳定元素Al，提高合金全奥氏体化温度，当提高渗碳温度至930-1100℃时仍有少量铁素体与奥氏体共存，利用稳定的铁素体在奥氏体晶界处限制奥氏体晶粒长大，替代普通齿轮钢中利用微合金碳氮化物抑制奥氏体长大。20CrMn和20CrMnTi齿轮钢中加入一定质量的Al元素后，在930~1050℃临界区伪渗碳后获得晶粒细小的组织和良好的力学性能。
16、庞佳琛
轴承钢因其高耐疲劳性能以及高耐磨性的使用需求，要求其具有高硬度以及高强度。52100轴承钢已应用了上百年，但其存在几方面的缺点：网状碳化物影响均匀性；Ms温度点较低，韧性及抗氢脆能差。新设计的轴承钢“1.2C-1.5Cr-5Al”在提高硬度的同时，弥补了52100轴承钢的不足。“1.2C-1.5Cr-5Al”轴承钢：密度降低8%、消除网状碳化物、增加马氏体体积分数。这种轴承钢在经过热处理之后轴承钢的硬度值64±0.2HRC，压缩强度值3.22±0.02GPa。淬火钢在200℃保温144h进行贝氏体相变，奥氏体中的碳含量4.3~4.91wt.%。回火贝氏体相变获得奥氏体的薄膜厚度为10~50nm。实验证明了该残余奥氏体在压缩变形过程中未发生TRIP效应。
17、常智渊
对比分析4类1800MPa级热冲压成形用钢国际同行牌号钢种的优势及潜在问题，提出新型PHS1800钢的设计与开发。针对新型1800MPa级热冲压成形用钢实验室开发流程、相图计算和基本参数测量、热冲压工艺及组织性能研究等方面的工作进行了汇报。创新地采用（V,Ti）C析出设计思路，结合最佳热冲压工艺，获得了超细晶1800MPa热冲压成形用钢。新型PHS1800热冲压后其力学性能达到设定目标屈服强度≥1200MPa、抗拉强度≥1800MPa、延伸率≥5%，为新一代汽车板的应用开发提供理论基础与工艺参考。
18、才贺龙
本课题拟通过合理成分设计，利用动态碳配分提高热冲压成形钢的塑性。获得了抗拉强度超过1650MPa、延伸率超过10%的热冲压成形钢，其延伸率与传统热冲压成形钢比较提高了3%。设计开发的Q&DP热冲压成形钢为马氏体与残余奥氏体混合组织，残余奥氏体由碳配分富集得到。利用残余奥氏体在塑性变形阶段发生的TRIP效应，提高加工硬化率，从而提高材料的延伸率。由碳配分富集得到的残余奥氏体体积分数约7%左右，残余奥氏体以薄膜状稳定存在于马氏体板条间，尺寸为25~70nm。由此验证利用碳动态配分提高热冲压成形钢塑性的可行性，此材料有较好的工业前景。
19、许宝玉
基于鞍钢项目《新一代低密度超高强韧性汽车钢设计及机理研究》，开发低密度超高强韧性汽车钢，密度降低至7.5-7.3g/cm3，力学性能达到：δ-TRIP980（UTS≥980MPa，TEL≥30%）、δ-TRIP1180（UTS≥1180MPa，TEL≥20%）。提出铁素体基体的超高延性机理，片状高机械稳定性奥氏体以高强韧性相的双相效应的强韧性贡献，提出结合拉伸过程各相间应力应变配分及块状奥氏体TRIP的效应建立完善的低密度TRIP钢强韧性物理模型。同时研究δ-TRIP钢中铁素体织构和第二硬质相对n值和r值的影响，残余奥氏体的TRIP效应产生加工硬化提高n值，而δ铁素体的{001}/<110>织构严重降低r值。
20、侯泽然
本课题基于对中锰钢工艺的研究，结合中锰钢以及Q&P钢的工艺优势，来进行新一代高强钢的成分设计，在1.5C-5Mn的中锰钢中加入1.5%Al来扩大两相区，以及抑制碳化物的析出，从而首次提出两相区Mn&QP工艺，结合两相区退火与QP工艺，将淬火温度降至100℃以下，可通过水淬精确控制淬火温度以及力学性能，可结合水淬连退技术，直接应用于工业生产，并且使强度大于1100MPa，延伸率高于15%。通过合理的成分设计，设计出能应用于热镀锌的1800MPa热成型钢，使得相变点降低到720℃左右，Ms点降到140℃，并得到良好的高温成形性能和高强度。
21、邹英
以高强韧超低碳中锰钢中厚钢板的热处理工艺及组织性能调控为课题，提出了适用于中锰钢中厚钢板的新型两步ART（奥氏体逆相变）退火工艺，显著提高了钢板屈服强度及低温冲击韧性两项关键力学性能指标，最优工艺下屈服强度达到635MPa，-80℃低温冲击韧性超过100J。建立了中锰钢中厚钢板的韧化机制，以有目的、有途径的调控强韧性匹配。研究了中锰钢中超细晶板条状亚稳残余奥氏体与冲击韧性之间的关系，提出了韧化机理的一种新思路，即亚稳残余奥氏体转变机制抑制裂纹扩展。
22、焦海涛
揭示了薄带连铸无取向硅钢退火板中Cube织构的演变机理，分析了其对产品磁各向异性的影响，并制备出横、纵向磁感差几乎为0的高磁感无取向硅钢，具有巨大的市场应用潜力。针对铸轧硅钢直接冷轧时铁损较高的问题，通过分析薄带连铸特有的物理冶金规律，提出了“三次析出法”来调控退火板组织和性能，并利用此方法成功使得Fe-1.3%Si磁性能达到4.07W/kg，磁感1.77T，与宝钢B50A600相比，铁损下降约0.23W/kg，磁感提高0.06T。Fe-3%Si的铁损降为3.0W/kg，磁感达到1.73T。
23、王青龙
基于国内某1450mm酸洗冷连轧机组项目，研究建立了UCM冷轧机轧制带钢过程的三维弹塑性有限元模型。解决了影响模型计算收敛与精度的关键问题，包括带有原始凸度的热轧原料坯横截面形状的数学描述，质量缩放技术影响模型计算时间和精度等。根据模型得到以下结果：UCM轧机稳定轧制时，不同弯辊调节机构对接触区轧制压力分布、辊间压力分布影响；不同弯辊机构对带钢横向厚度分布的影响，其中包括对带钢凸度、边降及楔形。基于FEM研究，分析了UCM冷轧机不同板形调节机构的调控功效系数。
