高品质钢铁材料轧制加工新技术研究进展及发展趋势

袁国　王国栋

关键词：钢铁材料；轧制技术；研究进展；发展趋势

0 引言

近10年来，我国钢铁行业在规模、裝备水平、产品质量与品种等方面跃上了新的台阶。目前我国几乎拥有了世界上钢铁领域所有的工艺流程及最先进的装备技术。作为成形成性的轧制加工领域，同样在工艺、装备、以及产品质量和品种方面均取得了显著进步。总的来看，在轧制成形领域，钢材产品尺寸高精度控制、形状控制精细化水平持续提升，除部分宽幅轧线外，自主知识产权的轧线自动控制系统已普遍应用于我国中厚板、热连轧、冷轧/连轧等各类钢材轧制生产线。在轧线产品组织性能调控领域，以在线热处理调控轧态组织为核心的新一代冷却技术取得标志性进展，自主创新技术应用于热轧板、管、型、线领域，达到或赶超国际先进水平；在热轧钢材离线热处理技术领域，以极限规格热轧钢材淬火热处理技术为代表，热轧钢材离线热处理技术达到国际先进或领先水平；在以铸-轧一体化为代表的短流程技术领域，以薄板坯连铸连轧无头轧制、薄带铸轧技术为代表，我国通过对产线或核心技术的持续全面技术引进，建成和拥有了世界上类别最全的轧制产线；在产品高质化方面，在工艺与装备技术进步基础上，大力研发新材料，产品品种全面跟上国际水平，产品质量大幅度提升。基本满足了交通、能源、装备等下游用户行业对高品质钢铁材料的全面需求。

本文对我国高品质钢铁材料轧制加工新技术的研究进展进行了综述，并对其发展趋势进行了展望。

1 热轧钢铁材料在线组织性能调控关键技术

热轧钢铁材料组织性能调控的最重要手段是控轧控冷工艺。控制轧制和控制冷却（TMCP）是把轧制形变和热处理工艺有机结合，不仅简化生产工序，而且大幅度提升钢材性能，是热轧钢铁材料开发生产的革命性技术。随着先进钢铁材料规格、组织的开发需要，传统控轧控冷技术受控冷热交换机制影响，强化机制作用和材料性能挖掘不足，亟需开展热轧钢材组织性能调控原理和技术创新。近10余年来，以新一代控轧控冷技术为代表的我国热轧钢材在线组织性能调控关键工艺与装备技术在板带、钢管、型钢等方面取得显著进步，达到国际先进或领先水平，并作为产业转型升级和结构调整的关键共性技术已被列入科技部、工信部、发改委、国资委、财政部17项产业政策文件，并入选工信部“十二五”钢铁工业重要发展成就。

1.1 中厚板

在热轧板带领域，传统控冷工艺主要采用层流冷却，由于冷却强度低、冷却均匀性不好，残余应力大导致钢板冷却后存在波浪、瓢曲等板形问题；在组织性能调控上，最大的问题表现为无法实现直接淬火工艺。

在该领域，日本、欧洲等钢铁工业发达国家率先开展了TMCP新技术的研发工作，以高冷却强度、高冷却均匀性为目标和最根本特征。1998年，日本JFE公司Super-OLAC的研发成功及应用，标志着新一代控制冷却技术相继得到应用。日本将该新冷却技术成功应用于造船、建筑、能源等系列高性能钢板的生产，并作为核心技术不对外输出。

针对该关键共性技术，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东大RAL）提出并研发成功基于倾斜射流冷却的超快速冷却技术，并相继与首钢、鞍钢、敬业钢铁、涟钢等企业产学研合作，构建了以超快速冷却为核心的热轧板带新一代TMCP工艺技术体系，开发出系列大型射流喷嘴和成套高强度均匀化冷却技术，研制成功首台套热轧板、带超快速冷却成套装备，开发出以热轧板带节约型合金成分体系为特点的UFC-F、UFC-B和UFC-M 3类核心工艺，实现了基于超快速冷却技术的新一代TMCP工艺原理—关键装备技术—产品技术一体化创新，使我国在该领域并驾齐驱国际最先进水平，并成为当前我国热轧板带领域主流工艺技术。推动了我国热轧板带减量化生产、量大面广普碳钢升级换代和高端特种钢材产品的突破。

基于超快速冷却，东大RAL开发的集层流冷却强度、超快速冷却和直接淬火功能为一体的中厚板超快冷系统，目前已在南钢5 000 mm、首钢京唐4 300 mm、沙钢3 500 mm、鞍钢4 300 mm、唐钢3 500 mm等30余条热轧中厚板生产线得到推广与应用。我国90%以上的新建产线或产线改造，均应用了该项技术，实现了加速冷却ACC、超快速冷却UFC、直接淬火DQ等多种工艺控制功能，满足了铁素体/珠光体、贝氏体、贝氏体/马氏体及马氏体等各类产品的相变过程控制，进一步挖掘了产品潜能。基于该装备开发的高品质钢材在西气东输、港珠澳大桥、国产二代破冰船等国家重大工程及核心装备成功应用，满足了我国重点领域对高端钢材的急需，提升了关键材料的自主保障能力。

进一步，将轧机和冷却装备有机结合起来，即“轧制-冷却”一体化TMCP技术，基于超快速冷却装置可对轧制道次间钢板温度进行高精度控制，实现对形变奥氏体晶粒尺寸和变形程度以及微合金元素固溶与析出的调控。结合后续水冷相变过程控制，形成钢板轧制热加工全过程的精细化“温控-形变”耦合控制，从而提高轧制变形渗透性，改善钢板心部性能，进一步提高产品质量稳定性和均匀性。工业应用表明，“轧制-冷却”一体化TMCP技术在提高板坯轧制渗透性、改善钢板内部质量、细化产品表面组织和提高生产效率等方面效果显著。

轧制道次间的高强度冷却促使轧件厚向产生大温度梯度，由于钢板近表层温度低、变形抗力较大，在相同轧制负荷条件下轧件近表层的金属更难产生形变，促使变形向心部渗透。目前，“温控-形变”耦合技术已经应用于南钢5 000 mm、唐钢3 500 mm、沙钢3 500 mm等产线。南钢5 000 mm生产线开展了基于“轧制-冷却”同步化工艺的“温控+变形”耦合技术的产品工业试制，并在厚度100 mm的EH47CBA止裂钢板生产中发挥重要作用，钢板厚向组织趋于均匀，改善了钢板内部质量。

超快冷技术采用具有一定压力的密集射流冲击冷却换热方式，其具有冷却强度高、冷却能力适用范围大、冷却均匀性好的特点。同时，配合高精度冷却工艺控制系统，可实现冷却速率和终冷温度的高精度控制。与传统ACC冷却方式相比，中厚板超快冷系统可以在低合金钢减量化、专用钢材研发和生产以及DQ产品研发等领域发挥重要的组织性能调控作用。

针对碳素结构钢板，超快速冷却技术在晶粒尺寸控制上可突破晶粒细化对合金元素的过度依赖，针对合金含量较低的C-Mn钢，依托极高的冷却速率可避开粗晶区及细晶作用区，进入极限细晶区，从而获得均匀且细小的晶粒，实现力学性能的提升及稳定化或实现合金成分的减量化。例如，已开发的节约型Q355产品，与同类产品相比Mn质量分数减少20%～30%以上，吨钢节约成本40～60元以上。

对于低碳铁素体贝氏体类产品，利用超快冷技术可以实现快冷条件下的高精度终冷温度控制，对贝氏体形态、尺寸以及析出相控制有显著优势。通过细晶强化、针状铁素体相变强化、析出强化的综合作用，在降低合金元素的同时大幅提升产品综合力学性能。采用超快冷技术开发的Q370～Q460q桥梁板、Q420GJ建筑用钢、AH32～EH36船板、Q345R压力容器板、X65～X80系列高品质管线钢板以及高韧性超厚规格管线钢板等产品均已实现大批量工业化生产。

利用超快冷系统高强度的冷却能力，在中厚板产线上还可以实现在线直接淬火，为高级别工程机械用钢Q550D～Q690D、石油储罐用钢12MnNiVR、水电钢AY610D等马氏体类产品提供了工序节约型生产模式。采用DQ+T工艺代替传统的Q+T生产模式，不仅节约了二次加热成本，同时充分利用控制轧制过程中变形能量和位错缺陷的累积，在后续大强度冷却过程中增加相变形核点，实现产品组织均匀细化，从而改善产品的力学性能。

此外，由于UFC系统具有快速冷却和控温的能力，可以让钢板厚度截面实现同步快速冷却，因此能够提高板形稳定性和厚向组织的均匀性，在提高产品合格率的同时提高了轧制节奏，无形地降低了生产成本。因此，超快速冷却设备整体工艺优势突出，不仅能保证碳素结构钢板和低碳铁素体贝氏体钢等量大面广产品的性能均匀性和稳定性，还可以解决薄规格中厚钢板板形波动和强韧性匹配等问题，实现薄规格高强钢DQ工艺的开发与应用，从而保障多品种典型中厚板产品的生产和供货，全面实现合金减量化、性能稳定化和工艺绿色化。

1.2 热连轧板带

热连轧产线具有设备紧凑、轧制速度快、对冷却均匀性要求高等特点，为满足产线对于板带组织调控的全面需求，东大RAL已开发出具有高冷却均匀性，集层冷强度、超快速冷却、直接淬火能力为一体的热连轧生产线超快速冷卻系统，并已应用至热连轧线中间坯轧制控温冷却、轧后控制冷却过程，实现了轧线轧制过程灵活控温及轧制-冷却一体化的温度控制和组织调控。目前，该系统已推广应用于我国涟钢2 250 mm、CSP产线，首钢迁钢、首钢京唐2 250 mm， 江苏沙钢1 700 mm产线，山钢日照精品基地2 050 mm产线，攀钢西昌、河钢乐亭、广西盛隆1 780 mm、2 250 mm产线，日照钢铁、天津荣程1 100 mm产线等，在提升热连轧板带组织调控能力，改善轧后冷却板形控制方面成效凸显，已成为我国宽幅热连轧产线的主流配置和工艺装备。

热连轧中间坯轧制控温冷却工艺，一是通过布置在粗轧机上的冷却装置对中间坯进行粗轧道次间即时冷却，通过冷却与轧制道次的有效结合，实现粗轧过程的即时控温，为轧制-冷却的一体化控制工艺提供支撑；二是通过布置在粗轧机后的冷却装置对粗轧后的中间坯进行冷却，减少典型钢种的摆钢待温时间，且能利用进精轧机前的时间进行有效返红，确保中间坯的心表温度均匀性；三是通过布置在精轧机组前的冷却装置，快速冷却入精轧机的中间坯。中间坯控温冷却使板坯厚度方向存在一定的温度梯度，利于实现精轧差温轧制，促进中间坯心部变形，进而改善板带心部组织；同时，有利于改善轧件表面质量，对于生产高表面质量的带钢产品具有显著的工艺优势。

根据轧后组织性能调控及工艺应用需求，轧后超快速冷却系统有前置式和后置式两种布置形式。前置式超快冷装置位于精轧机后，可单独控制使用，也可与常规层流冷却装置匹配使用，实现成分节约型热轧结构钢的开发生产，全面满足UFC-F、UFC-B、UFC-M工艺需求。后置式超快冷位于层流冷却装置与卷取机之间，其结合了前置式超快冷或常规层流冷却的优点，可以实现灵活的两阶段冷却控制，开发如双相钢、复相钢等典型产品。

针对以铁素体珠光体组织为特征的热轧结构钢，基于UFC-F工艺，开发出细晶结构钢，如普通碳素结构钢、车轮钢以及窄性能波动的热轧板卷产品。轧后通过超快冷系统快速冷却至动态相变温度以下，利用高冷却速率，使得富含“缺陷”的硬化状态奥氏体被保存至铁素体相变区间，实现了铁素体和珠光体组织细化，提高了产品强度与韧性。

采用UFC-B工艺，针对高钢级管线钢，尤其是厚规格产品，高强度冷却能力保证了钢板心部仍具有较高冷速，有利于心部获得大量细化针状铁素体组织，从而可在低碳当量成分设计条件下获得低温冲击韧性、DWTT性能稳定的管线钢产品。同时，可进一步拓展管线产品厚度范围，已实现25.4 mm厚极限规格X70管线钢的开发生产，为有效解决厚规格高钢级管线钢低碳当量成分设计和良好低温冲击韧性、DWTT性能之间的矛盾提供了工艺方法和技术支撑。同时，利用超快冷高强度均匀化冷却的特点，单独采用超快冷工艺，利用板厚方向的“温度梯度”，有效解决了常规工艺下管线钢残余应力大的难题，实现了低残余应力高钢级管线钢的开发及大批量工业化生产。

针对热轧双相钢等产品，利用UFC-M工艺技术，可在C-Mn成分下实现马氏体相变，在保证钢板力学性能良好、使用性能稳定的同时，实现了成分的减量化。同时，利用两阶段冷却路径灵活调控的特点，开发出具有高强韧、高延伸-凸缘性能的一钢多级双相钢产品。利用后置式超快冷，完成了厚度规格3.0～11.0 mm、强度540～800 MPa的热轧双相钢的开发生产。UFC-M工艺技术的开发实践，对推进我国高品质热轧双相钢生产工艺技术进步做出了重要贡献。

结合应用实践可以预期，在热连轧板带领域，在轧后区域取消层流冷却系统，配置7～8组以超快速冷却为特点的新一代控制冷却系统，对于实现板带轧后温度的高精度控制及组织性能的精准调控，实现高品质带钢的低成本高效开发生产，具有重要现实意义。

1.3 热轧无缝钢管

热轧无缝钢管由于其高温热轧和环形断面原因，广泛应用于板材领域的控轧控冷组织调控技术却难以应用于热轧无缝钢管生产，导致提升无缝钢管性能只能依赖添加合金元素和离线热处理，吨钢合金用量和吨钢能耗远高于板材，资源/能源消耗大，不符合钢铁行业绿色化、可持续发展的要求。40余年来，国内外相继开展了大量的钢管控冷技术开发工作，但由于无法实现钢管冷却过程的温度均匀性控制，几无成功先例，长期以来，一直是领域内的国际性工艺难题。

2013年10月，东北大学与宝钢股份产学研合作，围绕这一行业长期未解的关键共性技术难题，针对环形断面高强度均匀化冷却换热机制、管材控制冷却工业化技术与装备、热轧无缝钢管在线组织调控工艺与产品技术、高温奥氏体组织细化+控冷相变协同调控等机理机制与技术创新工作，通过开展系统的理论研究、技术开发和应用实践工作，形成了覆盖热轧无缝钢管在线组织性能调控工艺、控冷装备、产品技术、自动化控制系统在内的成套关键技术，率先开发出具有内外壁快速均匀冷却和直接淬火功能的热轧无缝钢管在线控制冷却技术与装备，并在国际上首次实现工业化稳定应用，实现PQF460机组钢管轧后全长规格（1～3倍尺，10～36 m长度）的控制冷却及直接淬火。在此基础上，进一步率先开发出高等級套管、管线管、结构管等热轧无缝钢管，基于在线控制冷却和淬火的全新成分体系及工艺技术，实现了多品种、多规格系列化产品的批量稳定化生产及应用。相比传统工艺，晶粒度平均提高1～3级，冲击韧性提高20～100 J；110 ksi级抗硫管在线控冷+离线调质相比一次离线调质抗硫指标KISSC值提升10%，达到30 MPa·m1/2以上，可完全替代传统两次离线调质工艺。所开发的基于高温变形条件和控制冷却的热轧无缝钢管一体化在线组织调控技术，为热轧无缝钢管生产提供全新的工艺手段。将钛微合金化技术引入热轧无缝钢管领域，实现“成分-高温变形-控制冷却”协同调控，获得高温终轧（950～1 100 ℃）下类同于“控轧控冷”的组织细化效果。

热轧无缝钢管在线组织调控技术的开发成功，实现了我国热轧无缝钢管控制冷却工业化装备技术的国际首创，打破了管材领域在产品工艺技术手段上过度依赖合金化和离线热处理的局面，构建了热轧无缝钢管在线组织调控平台性工艺技术，实现了典型无缝钢管产品生产工艺的流程再造，促进了我国热轧无缝钢管工艺技术的原始创新，引领了热轧无缝钢管绿色高效制造技术的发展。

1.4 热轧型钢

热轧复杂断面型钢如H型钢和角钢、L型钢等作为重要的钢材门类，以其力学性能好、承载能力大、便于机械加工和安装等优点，具有良好的经济性，在众多钢结构用钢中占据着主导地位。控制冷却同样是实现复杂断面型钢高效经济、在线实现组织性能调控的核心技术，相继引起国内外企业和科研院所的重视，在日本、德国、意大利等一些国家相继被报道。卢森堡阿贝德公司开发了QST技术，即H型钢轧后淬火+自回火控制冷却工艺。德国应用该工艺，在精轧机后设置一冷却段，H型钢出精轧后立即进行喷水冷却，型钢表面发生淬火及随后发生自回火。我国因用户原因，通常不接受采用轧后淬火+自回火工艺强化的钢材，普遍认为淬火+自回火后形成的回火层降低了钢材的使用性能，因此该工艺在薄翼缘厚度型钢上无法推广应用。

由于上述型钢断面形状复杂，其在线控冷易于在不同位置出现冷却不均现象，必将影响轧件的断面形状变形和性能均匀性，严重的可能无法进行矫直，影响轧线正常生产。东大RAL经过多年的研究，开发了复杂断面型钢的新一代TMCP装备及工艺技术，其核心同样是采用超快速冷却技术，其工艺特点是根据轧线的工艺布置情况，在精轧机出口设计开发超快速冷却系统，控制轧件在限定（通常极短）的时间内快速降温至目标温度。

对于复杂断面型钢的快速冷却，为实现冷却的均匀性，开发出复杂断面型钢快速冷却控制方法，分别对翼缘不同部位、腹板等位置进行冷却控制，开发出换热效率高、结构紧凑的热轧型钢快速冷却系统，满足了型钢轧制高效、多规格的生产需求。将开发的冷却系统，用于型钢轧制后的快速冷却及中间坯快速冷却，具有较高冷却速率而又不产生淬火组织，并具有较强温度均匀性控制能力，可以显著提高型钢的综合力学性能、使用性能以及生产效率。另一方面，由于复杂断面型钢多数为低合金结构钢，通过快速冷却可以使型钢快速降温，减少了常规生产在冷床上高温停留的时间，使得型钢的表面质量得到了明显改善。

工业应用表明，Q235钢坯采用控冷工艺生产的H型钢（规格为H600 mm×300 mm）性能均达到了345 MPa级钢的性能水平；Q345钢坯采用控冷工艺生产的H型钢（规格为H600 mm×300 mm）性能达到了420 MPa级钢的性能水平；对采用超快速冷却后H型钢的时效性能进行了检验，人工时效和自然时效25 d后H型钢的强度指标波动在10 MPa以内。H型钢快速冷却技术已应用于河北天柱钢铁公司小型和中型H型钢连轧生产线、马钢和日钢大型H型钢生产线、马钢重型H型钢产线，并取得了较好的效果。高强角钢轧后快速冷却技术在石横特钢得到成功应用，取得了显著经济和社会效益。

此外，在热轧线材领域，鞍钢开发成功自主创新的我国首台套高速线材在线水浴韧化处理（EDC：Easy Drawing Conveyer） 技术，将线材在接近沸点的热水中持续冷却控制相变过程，并用于帘线钢、钢丝绳用钢、钢绞线用钢等高碳类品种。

2 热轧钢铁材料离线热处理技术

离线热处理是生产高等级钢铁产品的关键技术。对于性能和强度等级要求高的钢材，在强度、韧性、平直度指标上通常还需依赖离线热处理工艺技术。同时，离线热处理具有的整批产品性能稳定的优点，使离线热处理仍然是提高钢材性能，生产高等级、高性能产品的重要工序，也是板材、管材等钢材获得良好性能的最后保障。近10年来，在钢铁材料离线热处理技术领域，最为突出的技术进展为极限规格高强韧板带的淬火热处理技术，此外，无缝钢管离线淬火技术也实现了升级换代。

2.1 极限规格高强板带钢淬火热处理技术

2006年，我国自主知识产权的首台中厚板辊式淬火机开发成功，打破了我国钢铁领域连续辊式淬火技术及装备长期以来由极少数国外公司垄断供货的被动局面。2010年后，持续开展了极限规格板带钢高平直度淬火技术的研究。针对我国（极）薄规格高强工程机械用钢、特厚规格海工用钢的迫切需求，先后突破了大宽厚比钢板高强均匀淬火、高平直度板形控制、大厚度规格高强淬火等核心技术，解决了淬火性能一致性、温度敏感性和高平直度控制等系列难题，将板带高平直度淬火能力拓展至极薄2 mm级、特厚300 mm级，最宽5 m全宽幅钢板淬火核心装备和成套工艺技术，填补了多项国际空白，大幅度提升我国高端高强韧板带供货与研制能力。

针对极薄高强钢产品，东大RAL与华菱涟钢产学研合作，研发成功国际首条2～12 mm厚极薄钢板辊压式热处理线，钢板淬火后不平度不大于4 mm/m， 达到国际最高水平；针对特厚钢板，与河钢合作，研发成功国际首条300 mm级超厚特种钢板连续热处理线，钢板心部冷速和断面冷却均匀性与传统浸入式淬火相比提高2～3倍；针对超宽钢板，与鞍钢合作，研发成功国内厚度跨度最大、宽度最大重型钢板淬火生产线，实现5～200 mm厚、最宽4 850 mm钢板连续稳定生产。基于自主创新的辊式淬火技術，建立了一整套涵盖碳素钢、不锈钢和特种合金的高端中厚钢板热处理制造工艺体系，成功开发出高级别工程机械用钢、LNG储罐用钢、低合金耐磨钢、海洋平台用钢、超级双相钢、核电钢、高端不锈钢等热处理产品，并成功应用到多项国家重点工程项目以及行业骨干企业，满足了下游装备制造产业的迫切需求。

此外，宝钢围绕薄规格高强钢全流程板形控制，通过开发补偿淬火技术、淬火配方数据库、矫直自动设定与自适应压下、低内应力控制、板形自动判定等技术，成功解决了薄规格超高强钢的板形控制世界难题，极限不平度不大于1 mm/m。集成开发了在线平直度检测与智能判定系统，及自动反馈控制矫直模型，实现了高效稳定生产，最薄规格突破至2 mm。基于开发形成的热连轧超高强钢产业化关键技术，已实现800～300 MPa级别、2～14 mm厚热连轧超高强钢的开发生产。

极限规格辊式淬火装备与技术，解决了长期制约我国的极限规格特种钢板热处理装备技术国产化问题，使我国成为全球极少数能提供全规格特种热处理钢板热处理装备技术的国家。支撑了国家超大型海工装备、特种船舶、超大型石化基地、大型跨海工程、超大型工程机械装备、水电核电站等重点工程建设和重大装备制造，满足了国家重点领域急需。

2.2 热轧无缝钢管基于射流冷却的新一代淬火技术

热轧无缝钢管受工艺技术、形状、用途等影响，离线热处理尤其是淬火工艺，决定了无缝钢管产品的最终质量。因此，对于热轧无缝钢管的产品组织性能调控，目前离线热处理仍是最重要的工艺保障手段。在高强无缝钢管产品领域，目前广泛采用的钢管淬火技术方式为“外淋+内喷”的冷却形式。在淬火冷却过程中，钢管外壁冷却的外淋水为层流水，由水箱经挡水板导流流出，直接垂直自然落在钢管表面，压力通常在0.1 MPa以内，最大不超过0.2 MPa。

依靠上述层流水冷却进行淬火处理的工艺技术，无论在冷却机制上，还是在冷却装备设计上均存在一定的制约因素，导致热处理生产工序及淬火后钢管组织性能等方面存在不足。具体体现在：（1）冷却水均匀性分布差。大量的冷却水从喷嘴流出后在重力的作用下落过程中，无法避免地会出现聚集、分叉等现象，难以实现冷却水的均匀分布。（2）冷却效率低。从集管中依靠自重流出的冷却水冲击力有限，冷却水流很难有足够的冲击能力穿透钢管高温表面汽膜而直接接触到其表面，冷却换热效率较低。基于上述问题，最终导致在基于层流机制的淬火技术及装备条件下，尽管通过加大冷却水量、依赖压管装置等手段可完成淬火工序，但是由于冷却的不均匀性以及冷却速率的限制，导致钢管淬火组织不理想、全长组织性能均匀性不佳；冷却速率相对较低，淬硬层深度低，硬度波动范围大，甚至出现弯管等问题，进而影响了热处理生产效率，并限制了产品规格厚度，同时影响后续的钢管加工以及使用性能。为此，引入新的冷却机制及技术，可有效提高淬火冷却均匀性和冷却速率，对开发高品质钢管产品、扩大产品规格、提高经济效益具有至关重要的作用。

近年来，以射流冷却为特征的快速冷却在高温钢材冷却均匀性和冷却速率方面已体现出显著优势。在热轧板带钢领域的应用实践表明，同等规格钢板冷却过程中，基于射流冲击冷却的冷却速率可达到传统层流冷却的2～5倍。将射流冲击冷却技术应用于管材淬火工艺，带有适当压力的冷却水可有效提高淬火冷却强度，大大提高冷却效率。此外，有压射流冷却也可有效减少冷却水冲击至高温钢管表面的气蚀和扩散，使得冷却水可以均匀有序地落于钢管表面，显著提高冷却水均匀分布的可控性，从而大幅提高冷却均匀性。

目前国内已有钢管企业应用射流冷却淬火工艺，在淬火后组织、淬硬层深度、硬度均匀性以及管直度等方面改善和提升效果显著。此外，从组织性能调控角度，高冷却强度可减少合金元素的添加，降低碳当量，对于提高产品使用性能也具有良好的促进作用。淬火作为提升钢铁材料强度的最有效工艺手段，推动和实现我国钢管企业离线淬火工艺的技术迭代和提升，对于提升无缝钢管产品档次和质量稳定性，开发高质化无缝钢管产品具有重要意义。因此，面向热轧无缝钢管高质化发展需求，推广和应用基于射流冷却的新一代淬火技术，在降低企业的生产成本、提高经济效益的同时，还可促进企业的产品结构调整，助力企业在高端钢管生产中的快速发展。

3 铸轧一体化短流程技术

热轧过程最大的能源消耗工序即是连铸坯入加热炉加热工序或连铸坯补热工序。连铸后应尽可能减少热量损失，把连铸和轧制两种工艺结合起来，实现铸-轧一体化，对于降低能源消耗，降低生产成本，增加金属收得率，开发生产极限规格产品，具有重要意义。近10年来，我国钢铁行业铸-轧一体化短流程工艺技术取得长足进步，铸轧界面相关技术、无头轧制、薄带铸轧等技术已相继落地实施，拥有了几乎当前世界上最齐全的铸轧短流程技术。

3.1 铸轧界面技术发展

传统冶金流程中铸坯再加热轧制必然增加能源消耗，加剧环境污染。重新加热后连铸坯的温度分布为“外热内冷”，与连铸后的“外冷内热”状态恰好相反，这就失去了利用铸坯心部1 250～1 450 ℃高温粘塑性区的变形改善内部质量的机会。在连铸凝固点附近进行轧制等高温粘塑性变形，并尽量防止连铸坯散热，减少连铸坯的温降，则完全可实现免加热直接轧制，这是节能减排、提高质量的重要措施，行业内对连铸与热轧的衔接即铸轧界面技术的研究和应用也逐渐深入。

铸轧界面技术的发展按照衔接方式可大致分为铸坯热送热装技术、直接轧制技术、无头轧制技术3个阶段。铸坯热送热装技术的目标是降低铸坯加热炉燃耗，降低加热烧损，提高产品成材率，从而降低生产成本。在此阶段同时发展出了方坯定重供坯技术，即根据产品的不同规格，通过优化铸坯的质量（重量），实现定重供坯，来提高棒材的定尺率。当铸坯送达加热炉入口的温度达到900 ℃以上时，免预热直接轧制技术具备可行性。该技术彻底取消了轧钢加热炉，铸坯从连铸机直接送到轧机进行轧制，进一步降低了燃耗成本，并且显著降低了废气排放。但是铸坯直轧生产流程中没有了加热炉的缓冲作用，连铸坯在铸-轧界面的衔接过程容易出现送坯节奏与轧钢不匹配、低温铸坯剔坯较多、铸坯头尾温差大等问题，造成产品质量的不稳定，使得铸坯直轧工艺的产品适应性较窄，影响了该技术的推广和应用。随着冶金装备技术的不断进步，高拉速连铸机、新型高刚度轧机的出现为直接轧制、无头轧制技术的实际应用奠定了基础。连铸机和轧机直接衔接，中间钢坯不切断，最大程度地降低了连铸-轧钢流程的能耗、减少了废气污染、彻底消除了非定尺产品、可实现全定尺交货，显著降低了生产成本。

东北大学朱苗勇教授团队结合大断面连铸方坯生产实际，从压下量、压下区间、凝固末端位置检测、装备控制等方面进行系统研究，开发形成凝固末端重压下集成技术。生产实践表明，采用重压下技术生产轴承钢连铸坯及轧材质量改善明显，其中轧制棒材中心疏松从2.0～2.5级降至1.0级以内。在宽厚板坯方面，在唐钢建成并投产国际首条连续、动态重压下宽厚板坯生产线，解决了高端大断面连铸坯中心偏析与疏松严重的技术难题，首次实现轧制压缩比1.87∶1条件下 150 mm厚高建用钢大批量的稳定生产。进一步，首钢京唐公司应用宽厚板坯连铸大辊径大压下设备，对不同拉速条件下400 mm宽厚板坯在连铸凝固末端以及300 mm宽厚板坯连铸完全凝固后，进行了大辊径大压下装备工艺及4 300 mm轧机特厚板轧制技术开发和生产应用实践，通过连铸坯大辊径大压下+优化轧制工艺获得了以低压缩比、低成本、短流程生产的组织性能优异的高质量特厚板。

3.2 热轧板带无头轧制（ESP）工艺

薄板坯连铸连轧工艺具有流程短、投资少等特点。自1989年7月，世界首条薄板坯连铸连轧生产线在美国阿肯色州纽柯钢铁公司Crawfordsville厂投产以来，薄板坯连铸连轧技术历经3代技术革新，历经单坯轧制→半无头轧制→无头轧制阶段的演变过程。随着薄板坯无缺陷连铸技术的发展，促进了薄板坯无头轧制技术的快速发展。2009年意大利Arvedi公司率先开发了第3代薄板坯连铸连轧—无头轧制（ESP）技术，迅速实现工业化生产。至此，以高速连铸、无头轧制为主要特征，将薄板坯连铸连轧技术推向了新的高峰。目前，全球已经投入工业化生产的薄板坯連铸连轧无头轧制产线共13条，年产1 964万t钢材，其中9条分布在中国。

2009年6月，世界首条薄板坯连铸连轧无头轧制生产线在意大利Arvedi的克雷莫纳2厂正式投产，建立了真正的无头轧制带钢生产线。产线布置紧凑，总长度为180 m， 采用单流铸机，早期阶段通钢量达到5.5 t/min， 第1阶段年生产能力为200万t， 产线生产钢种不断拓展的同时，保持了非常低的漏钢率和堆钢率。2021年，意大利克雷莫纳厂对其ESP产线从设备和自动化方面进行升级，通过增加扇形段长度和应用“弯曲段防鼓肚”控制系统等新工艺措施，通钢量创造了7.1 t/min的记录，相当于每年可生产300万t， 主要生产2.0 mm以下薄规格热轧产品和花纹板等。2011年，浦项在原有ISP产线的基础上，自主开发了CEM工艺技术，可以实现两种轧钢模式（无头轧制模式和单坯轧制模式）随时切换，生产薄板时采用无头轧制模式；生产厚板或特殊钢时采用单张轧制模式，年产200万t以上，实现了连铸工序与热轧工序的直接耦合。CEM工艺采用电炉炼钢，因在韩国电炉原料成本负担加剧，生产过程只能采用鱼雷罐车运输高炉铁水，设备利用率低，浦项于2019年关停CEM生产。

2017年，我国日照钢铁公司全面引进意大利Arvedi技术，第1条ESP产线（1#线）顺利投产，单流连铸机通钢量达到了6 t/min， 年产量达到250万t。在1#线顺利投产的基础上，截止2022年，日照钢铁共建立5条ESP产线，形成了世界规模最大的高质量薄宽带钢生产基地，可批量轧制0.8 mm超薄热轧钢卷，最薄可轧0.5 mm厚带钢，居于国际先进水平。目前，日钢ESP生产线产品主要包括7类：汽车用钢产品、高碳钢产品、耐候钢产品、普通热轧产品、冲压用酸洗产品、冷成形产品和镀锌产品，设计总产量达1 110万t。2019年首钢京唐通过引进达涅利关键技术，建设了MCCR-DUE无头轧制生产线，是世界首创的多模式全连续铸轧生产线，可实现单块、半无头、全无头交叉切换的多模式铸轧形态，设计产能210万t/a， 产品定位以薄规格为主。2019年唐山全丰从品种需求、投入产出比及节能方面对薄板坯连铸连轧技术进行综合分析，通过引进关键技术与国内配套集成，建设无头轧制DSCCR产线，年产210万t/a。2021年4月，福建鼎盛和普瑞特冶金签署ESP产线建设协议，设计产能240万t/a。2021年太行钢铁集团ESP产线开工建设，设计产能200万t/a。

无头轧制作为第3代薄板坯连铸连轧技术的典型特征，板坯厚度通常为90～130 mm， 截止目前，通过全面引进或关键核心技术引进，拥有了多种形式的薄板坯无头轧制产线。

3.3 薄带铸轧工艺

薄带铸轧作为板带领域铸-轧一体化短流程工艺的代表之一，其为将快速凝固与轧制变形融为一体的短流程、近终形成形工艺，取消了常规流程中的连铸、粗轧、热连轧和相关加热等重要工序。与板坯常规连铸、轧制工艺和薄板坯连铸连轧工艺相比，薄带铸轧产线流程更短（不大于60 m），长期以来一直受到钢铁领域科技工作者的广泛关注。自20世纪40年代由英国冶金学家Henry Bessemer提出后，至今已实现产业化和特色创新阶段。近年来，随着材料、机械、自动化等领域的不断发展和钢铁行业绿色转型升级的迫切需求，薄带铸轧技术经世界各大钢铁集团和冶金装备企业的不懈努力，已突破工业化技术应用。

2009年美国纽柯在阿肯色州的布莱斯维尔厂（Blytheville）建设了CASTRIP生产线，2013年授权墨西哥钢铁企业Tyasa在位于韦拉克鲁斯（Veracruz）中部建设年产能50万t CASTRIP生产线。中国宝钢与三菱重工合作，2003年在上海钢研所建成薄带连铸中试线，2013年在宁波建成薄带连铸工业化生产线Baostrip， 主要生产低碳钢热轧卷，2014年投入试生产，2015年轧制出集装箱板、高速公路护栏板等产品。实际生产表明，机组实现了稳定连续浇铸和轧制，产品的表面质量、板形和力学性能均满足要求。美国纽柯在普碳钢生产、韩国浦项在双相不锈钢领域取得突破。2016年中国沙钢成套引进美国纽柯薄带连铸技术与装备，以生产薄规格碳素结构钢为主，于2019年3月投产，引进的薄带铸轧产线在工艺、装备、产品生产等方面技术成熟，在生产效率、产品质量、装备水平及生产成本等方面均实现大幅度提升。2016年5月，东北大学与河北敬业集团签订了薄带连铸技术产业化应用技术协议，2017年开始实施我国具有完全自主知识产权的电工钢短流程薄带铸轧产线建设。截止目前，该项目已实现薄带铸轧关键技术突破，目前正处于持续的质量提升和品种开发阶段。在碳达峰、碳中和的大背景下，宝武集团拟在新疆巴音郭楞蒙古自治州筹建“绿电+电炉+薄带连铸连轧”世界首个新能源钢铁短流程“零碳工厂”示范产线，预计2023年下半年建成投产。2022年8月，中钢国际与山西宏达钢铁签订绿色低碳薄带铸轧项目，双方拟在山西运城市建设一条年产100万t热轧卷的薄带铸轧产线。此外，2014年美国Nanosteel公司报道了利用薄带连铸技术开发出强度为1 200 MPa， 伸长率为50%的第3代汽车用纳米晶钢，实现强度和塑性的良好匹配。

随着低碳钢铁和相关技术快速发展，尤其是在特殊钢方面的独特优势，薄带铸轧技术再次掀起热潮，也为金属材料加工领域提供一个新的低碳、超低碳的加工路径及方法，必将在钢铁行业得到持续关注和发展。

3.4 热轧长材连铸连轧技术

轧钢工序能耗约占钢铁工业总能耗的10%，是整个生产流程绿色化制备过程需要突破的一个重要环节。为了在长材生产过程中实现节能、减排、降成本，人们把目光转向连铸坯余热的合理利用，以实现连铸坯的直接轧制。根据轧前是否需要连铸坯在线补热，直接轧制工艺可分为传统意义上的连铸直接轧制工艺和免加热直接轧制工艺。

连铸直接轧制工艺中，连铸坯被切断后不经过加热炉，在输送过程中通过在线补热装置进行补热即可直接送入轧线进行轧制。国外在棒线材生产中探索取消传统加热炉，但仍需要对铸坯进行在线补热，例如意大利ABS-Luna厂、美国纽柯公司等产线。我国冶金行业近年来也在积极寻求节能减排的途径，唐钢、邢钢等曾尝试用焊接法进行棒线材的无头轧制，台湾某钢厂也在研发直接轧制技术，以及有钢厂尝试棒线材的低温轧制，取得了一些节能效果，但是一直未能成为主流轧制技术。棒线材免加热轧制工艺中，合理提高铸坯温度，高温铸坯切断后，经专门快速辊道直接送入轧线进行轧制，铸坯不经加热炉，也无须补热，完全省去了加热炉的燃料消耗，可以大幅度节省能源，降低二氧化碳等污染物的排放。但免加热直接轧制工艺中失去了加热炉对产能的调节作用，连铸与轧机工序的刚性衔接，生产管理难度加大，降低开轧温度将导致轧制力升高，轧机的电耗增加，必要时应对轧制负荷分配进行优化。钢铁研究总院等通过绿色化低能耗铸轧衔接技术优化了长型材连铸与轧钢两个工序之间的衔接生产方式，取消了传统加热炉，采用直接轧制、感应补热轧制、补热炉短时间均热等方式，实现长型材制备过程的流程创新，使能源消耗降低，并减少了气体排放，做到长型材的绿色化生产。

4 轧制过程自动控制技术

在轧制成形技术领域，早在2000～2010年，我国学者通过开展轧制过程钢铁材料弹塑性行为与屈曲变形机理、非稳态/非均匀变形过程参数耦合关系、复杂工业流程建模理论与方法、柔性约束条件下的多机构协调优化控制等基础理论研究，开发出三维尺寸控制、轧制稳定性控制、温度控制、数学模型与自适应、自动化系统集成等系列化成套技术，已相继在中厚板、热连轧、冷连轧等领域开发出自主知识产权的轧制过程工艺与自动控制系统，覆盖了高控制精度要求的板带钢领域，实现了我国轧制技术自主保障能力和高端钢铁材料制造水平。10年来，我国持续提升钢材轧制过程尺寸、形状的精细化控制水平，以获得极限规格产品、提高成材率和实现稳定的轧制生产过程。目前，除部分宽幅轧线外，自主知识产权的轧线自动控制系统已在我国各类轧线得到普遍应用。

“十三五”期间，我国钢铁行业实施了“扁平材全流程智能化制备关键技术”、“长型材智能化制备关键技术”等项目，通过全流程智能化关键技术研发，实现多工序、系统级、全局性的产品质量和制备流程优化。在产品外形尺寸控制精度方面提升多工序精准协调控制水平，提高控制稳定性和目标控制精度。在扁平材领域，针对我国扁平材制备尚未形成全流程的一体化控制与各层次的协调优化，面临产品外形尺寸与内部性能控制稳定性差、高端供给能力不足、劳动生产率低等问题，在轧制过程多工序协调优化与质量精准控制方面提出了多工序协调优化控制信息物理系统（CPS：Cyber Physical Systems）方案，项目参与单位中厚板典型产品矩形化率提升至94.5%；ESP产线非计划过渡材比例降到25.6%。在长型材领域，围绕长型材智能化制造基础研究、棒线材直接轧制智能化负能制造关键技术、多品种小批量棒线材智能化定制、复杂断面型材智能化生产等方面通过开展系统研究。参与单位建成棒线材直接轧制智能化負能制造生产线，并投产稳定运营，轧钢工序能耗降低至10.55 kgce/t， 炼钢-轧钢全流程实现负能生产。直轧温度控制稳定，直轧率不小于90%，棒线材同条性能差小于15 MPa； 构建了大型厂万能线轧辊全寿命管理信息系统、面向轧辊的全生命周期数据分析应用平台和轧辊全寿命周期预测及轧辊车削优化模型和轧辊磨损模型；实现了万能线轧辊孔型高精度测量与数据自动转化及传输。

此外，在轧制成形方面，近年来重要的进展是宽幅超薄精密不锈带钢工艺关键技术取得重大突破。超薄不锈精密带钢生产难度大，宽度w≥400 mm的宽幅薄带生产中存在板形及厚度精度难以控制、钢质洁净度低导致的轧制穿孔等技术难题和长线退火过程中的抽带、断带及折印等生产难题，无法满足高平整度（不平度不大于0.1 mm/m）、高表面质量使用需求和稳定生产。太钢与相关科研单位产学研合作，在板形、张力控制等方面进行研究开发，在辊系配置、轧辊设计和多轧程板形动态控制等方面形成成套轧制技术，实现宽幅超薄不锈精密带钢的高精度轧制，实现厚度为0.02 mm、宽度为640 mm的产品国际首发。在退火工艺方面，开发出多点转矩平衡补偿、螺旋芯轴型展平辊设计和非线性卷取张力动态调整的热处理线张力精准控制技术等关键技术，解决了宽幅超薄不锈精密带钢长线退火断带、折印及塌卷等难题，实现了大卷重（2 t以上）超薄带高效连续稳定生产。此外，结合冶炼控制，实现了高表面质量产品的稳定开发生产。产品应用于下游柔性显示屏、储能电池、军工核电等制造业，引领了国际超薄不锈精密带钢的发展方向。

近年来，随着智能化、数字化技术的创新发展，在板带、型材等领域，轧制领域新技术不断得到开发应用，如高精度复杂断面型钢轧制数字化技术，以孔型参数化为基础将三者集成一体，实现数据直接传输的数字化型钢设计制造CAD-CAE-CAM系统，实现了高精度复杂断面型钢轧制数字化技术在钢轨高精度轧制及孔型优化方面得到实际应用。随着智能化技术的开发深入，基于大数据采用机器学习和智能化方法进行轧制参数预测用于提高轧制过程控制精度，目前已得到在线应用。依托邯郸2 250 mm热连轧线，采用大数据方法，构建了基于仪表数据、数值模拟数据、机理模型、机器学习模型等多源数据与多模型融合的数字孪生模型体系和CPS反馈优化模块软件，提高了轧制力和三维尺寸的设定精度。应用表明，在换规格后首卷轧制力设定精度、产品宽度、厚度等三维尺寸控制精度得到显著提高。

5 展望

轧制工序衔接冶炼和连铸工序，是钢材产品的关键工艺，高品质成形成性，开发绿色减排、环境友好的工艺和产品，始终是轧制工序技术创新和发展的方向。

5.1 铸-轧界面高效高质技术

改善铸坯内部质量，减少铸坯表面缺陷，提高连铸工序向轧制的运行效率，实现铸-轧工序高效衔接，进而使轧件在轧制过程高质高效成材，具有重要意义。因此，铸-轧工序间提高铸坯心、表质量，利于高效运行匹配的相关技术愈发受到重视。在提高铸坯质量方面，针对改善连铸坯疏松、偏析等问题，实施超高温心部粘塑性大变形，在连铸凝固末端重压下技术或凝固后大压下技术改善连铸坯内部质量，已在国内部分钢铁企业取得了良好应用效果；对于部分低碳微合金钢，为避免铸坯热送时产生表面裂纹，连铸坯表面淬火控制铸后表面裂纹技术已在部分国内外钢铁企业得到应用。在提高工序间输运效率方面，高效组坯、优化连铸-轧钢工序衔接的技术，以减少铸坯补热，提高铸坯进入轧制工序的温度，提高热送热装率，实现连铸连轧及至直接轧制。

除部分棒线材产品采用免加热直轧外，连铸坯进入轧制工序，均需通过加热炉加热或采用感应加热装置补热。加热炉是轧钢工序中能耗最大的设备，约占轧钢工序能耗的60%～70%。提高加热炉加热能效，开发加热炉节能新技术，仍将是轧钢领域技术攻关的重要方向。近年来，随着电磁感应加热技术在薄板坯连铸连轧无头轧制领域得到良好应用，采用感应加热方式给连铸坯或中间坯轧机补热技术受到更多关注。电磁感应加热是利用交变电流在线圈内产生磁场，从而在金属工件通过时产生涡流，金属的电阻相对较小，较低的电动势就可以产生很强的涡电流，这样就在金属工件内部产生了很大的焦耳热，使金属温度升高，从而达到加热的目的。高效高均匀化加热是感应加热方式重点关注的内容。

5.2 轧制过程高效均质化技术

轧制过程中轧件均质化技术是热轧钢材的共性问题，对于板带材主要包括厚规格钢板厚向的性能均质化和薄规格板材全断面范围组织的均质化。传统的提高厚板均质性的手段，在于通过改进合金设计，增加微合金元素如高V、高Nb等来实现高温变形组织调控从而改善钢材组织性能均匀性；或者通过强化控轧控冷工艺，如采用低温控轧的方式，生产厚规格钢板。

在钢铁行业提质增效的环境下，降低合金成本成为迫切需求，另外，厚板低温轧制对轧机装备能力要求高，对轧制生产效率影响显著。因此，在高效、低成本的条件下实现厚规格钢材的均质化生产成为行业的重要研究任务。日本JFE公司曾提出高渗透轧制工艺，通过布置在机架上的快速冷却装置对轧件进行强制冷却，从而改善厚板产品断面组织均匀性，这种工艺可以改善传统轧制过程中变形渗透性差、心部韧性不足等问题。国内相关单位提出的特厚板材差温轧制工艺，在轧机前增加差温冷却装置，可以在轧制过程中实现边轧制边冷却，控制表面冷却向板坯内部深入，在板坯厚度方向上形成梯度温度，从而提高特厚钢板的均匀性。东大RAL通过研究和实践提出：提高终轧温度进行高温高效轧制，通过引入第二相粒子诱导相变，同时配合控制冷却工艺，实现厚板组织和性能的均质化调控，这是厚规格热轧钢材的一个发展方向。

针对薄规格板材全断面范围均质化的要求，主要通过控制减少在热轧过程中产生的带状组织来提高其组织均匀性。带状组织的控制主要从轧制过程中奥氏体细化以及轧后控冷两个方面入手，如通过改善其轧制工艺以及引入第二相粒子从而细化奥氏体晶粒尺寸，以及引入超快冷工艺抑制先共析铁素体从而控制带状组织的产生。

5.3 铸轧短流程高质化技术

以薄板坯连铸连轧无头轧制、薄带铸轧为典型产線流程代表的铸轧短流程工艺技术，在我国钢铁行业取得了非常大的进步，最为突出的特点是发挥了其大规模生产薄/超薄宽带钢的能力。但与常规流程产线相比较，铸轧短流程产线产品种类、表面质量、投资与生产成本等方面还存在差距。发挥铸轧短流程产线工艺特点，实现产线高质化产品定位和特色化升级提升是短流程产线的最重要的技术创新方向。

在薄板坯无头轧制领域，国内目前已有9条薄板坯无头轧制生产线，大部分以薄规格为代表的汽车结构钢、集装箱板、高强建筑结构钢、冷热成型酸洗板等产品为主，产品同质化问题已日趋凸显。充分发挥薄板坯高拉速冷却速度快，组织细化；铸坯外冷内热，逆向温度分布；轧制过程稳顺、组织调控利于实现精准调控等工艺特点，系统结合企业定位、产线布局以及产线工艺与装备条件，开发满足用户需求的高附加值产品；另外，持续开展一定碳含量范围的包晶钢高拉速连铸技术研究，拓展产品范围和种类，以支撑产线高质化特色化发展。

在薄带铸轧方面，因其产线特殊的工艺方式，决定了产线产量小、厚度规格偏薄等特点。目前国内外建设的薄带铸轧产线产品主要以薄规格低碳、低碳微合金等结构钢为主。薄带连铸固有的亚快速凝固过程可以显著提高基体固溶能力、抑制相变或者偏析过程，后续加工后的快速冷却，将抑制较低温度的二次析出，维持其固溶状态。后续适当环节工艺参数的控制会将二次析出物控制在最优的状态。薄带连铸与常规流程有很强的互补性。常规加工过程难以加工，或者无法加工的材料，适合采用薄带连铸工艺。因此，结合薄带铸轧工艺特点，选择合理的产品定位，是薄带铸轧进一步高质化发展的重要方向。

5.4 轧制加工过程数字化技术

随着人工智能、大数据等信息技术的发展，钢铁产业正向智能化、数字化转型。经过近30年的高速发展，我国钢铁工业已经完成机械化和自动化建设，钢铁企业轧钢生产线自动化水平相对较高。在此基础上，我国钢铁企业重点开展了岗位机器人替代、设备无人化、集中管控等工作，并取得显著成效。从技术层面看，在一定程度上这些属于自动化和信息化层面的工作，但通过该项工作，钢铁企业将此前相对独立的系统整合，为实施全生产流程智能制造提供了支撑条件。

作为最典型流程工业，聚焦到以钢铁材料加工过程的“物料”本身（铁矿石→铁水→钢水→铸坯→轧件），无法测得加工过程中物料内部的工艺参数，钢铁行业全流程各工序实质上均为“黑箱”，为多场、多相、多变的巨系统，具有复杂相关关系和遗传效应等。传统技术开发手段在钢铁材料新工艺、新产品开发过程中的效率和经济性正在逐步下降。这是因为基于经验积累、分段探索的物理冶金规律适用性在由局部向整体的拓展应用过程受到极大限制。因此，这些不确定性带来了巨大的挑战。但挑战和机遇并存，这些不确定性提供了智能化和数字化技术的应用场景资源；钢铁行业极为丰富的大数据提供了挖掘其中蕴含客观规律的数据資源；现代的数据科学、智能技术为解决不确定性问题提供了强大的手段。具体到轧制过程，轧制过程的全流程数字整合，包含了实时全信息数据的坯料，蕴含着生产过程中的全部规律。利用机器学习、深度学习等现代数据挖掘技术为计算工具，对这些数据资源进行处理、分析、计算，将数据转换为高保真度模型，可以得到具有“原位分析能力”的数字孪生模型。以数字孪生模型为核心，组成信息物理系统，构建起基于数据自动流动的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系，解决生产制造、应用服务过程中的复杂性和不确定性问题，赋能材料与工艺创新。这将是轧制及钢铁全流程领域最重要的发展方向。

本文摘自《轧钢》2022年第6期