軋鋼工序的作用是將連鑄鋼坯軋制成薄板、厚板、型鋼等各種不同形狀的產(chǎn)品，并通過(guò)對(duì)軋材熱履歷的控制，使軋制產(chǎn)品具有各種不同的性能。

薄板、厚板、型鋼軋制是利用基于材料在轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥間延伸這個(gè)極簡(jiǎn)單原理的軋制技術(shù)，制造出滿足客戶(hù)要求的各種形狀的產(chǎn)品，并且與高端的加熱-冷卻技術(shù)相結(jié)合，對(duì)鋼的組織進(jìn)行控制，提高產(chǎn)品的強(qiáng)度、延性和韌性。連續(xù)退火和表面處理工序通過(guò)對(duì)鋼材連續(xù)熱履歷的控制，使材質(zhì)均勻化和具有耐蝕性和良好表面性狀，提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

為了防止地球溫暖化和滿足環(huán)境保護(hù)的要求，需要使用更高強(qiáng)度、更好韌性的鋼鐵材料。相應(yīng)地，制造省資源材料的新型制造工藝也是不可或缺的技術(shù)。而為了滿足社會(huì)對(duì)節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，鋼鐵工業(yè)也要不斷降低制造過(guò)程中CO2和廢棄物的排放。

此外，提高生產(chǎn)效率的生產(chǎn)線高速化連續(xù)化技術(shù)、以最低成本生產(chǎn)高級(jí)鋼技術(shù)、多品種小批量的柔性生產(chǎn)技術(shù)等也是十分迫切的要求。為應(yīng)對(duì)上述要求，JFE鋼鐵公司持續(xù)不斷地進(jìn)行軋制工藝新技術(shù)研發(fā)，采用創(chuàng)新型軋制新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高級(jí)鋼的穩(wěn)定生產(chǎn)。

本文概括介紹JFE鋼鐵公司成立以來(lái)軋鋼工藝的主要研究開(kāi)發(fā)成果，并對(duì)今后軋鋼技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行展望。

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薄鋼板熱軋生產(chǎn)在要求高生產(chǎn)效率的同時(shí)，還要求對(duì)坯料加熱到軋制、冷卻過(guò)程中軋材熱履歷進(jìn)行控制，以生產(chǎn)出高質(zhì)量的熱軋薄板。此外，還要求節(jié)能、生產(chǎn)穩(wěn)定以及自由軋制生產(chǎn)多品種薄板。

1970年代以后，JFE鋼鐵公司在坯料加熱方面，積極采用有效利用連鑄坯顯熱、實(shí)現(xiàn)節(jié)能和CO2減排的熱裝直接軋制工藝（HDR）。在加熱爐方面，積極推進(jìn)低NOx排放和節(jié)能的環(huán)境友好型蓄熱式燒嘴在大型加熱爐上的應(yīng)用（如圖1）。此外，加熱爐自動(dòng)燃燒控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)，促進(jìn)了軋制效率的提高和進(jìn)一步節(jié)能。

在熱軋程序方面，JFE鋼鐵公司持續(xù)不斷進(jìn)行消除熱軋順序的制約及柔性化自由軋制的研究，并且對(duì)自由軋制中的軋輥與軋材的接觸熱傳導(dǎo)行為進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。對(duì)軋輥熱膨脹（熱凸度）高精度解析方法進(jìn)行研究，提出了軋輥熱膨脹沿輥身分布、穩(wěn)定控制板形的技術(shù)措施。

在板形和尺寸控制技術(shù)方面，對(duì)鋼坯粗軋變形進(jìn)行了三維解析（如圖2），以降低帶鋼頭尾的尺寸不合。對(duì)原有精軋技術(shù)進(jìn)行總體分析，明確研究課題，開(kāi)發(fā)出了包括軋機(jī)板形控制、輸出輥道冷卻、卷取后熱應(yīng)變等影響板形的多種因素的熱軋系統(tǒng)帶鋼板形預(yù)測(cè)技術(shù)。

隨著對(duì)高強(qiáng)度鋼需求的增長(zhǎng)，添加各種合金元素的鋼種日益增多。防止這些鋼種表面缺陷是一項(xiàng)重大的研究課題。為此，對(duì)加熱爐出爐鋼坯的一次除鱗進(jìn)行了研究。查明高溫高壓下，軋輥與鋼板界面的摩擦行為是影響鋼板表面缺陷的重要因素，并弄清了熱軋潤(rùn)滑與冷軋潤(rùn)滑的重大差別。此外，對(duì)防止不銹鋼帶鋼端部發(fā)裂、防止高Ni鋼鋼坯加熱裂紋等提高高級(jí)鋼表面質(zhì)量的技術(shù)進(jìn)行了研究。

在改善鋼板組織方面，推進(jìn)了超微細(xì)鋼實(shí)用化的研究。開(kāi)發(fā)出一道次大壓下軋制技術(shù)。開(kāi)展了奧氏體晶粒微細(xì)化的基礎(chǔ)研究。該技術(shù)制作的鋼板平均晶粒直徑為1μm，成為不使用高價(jià)合金元素的、循環(huán)利用性良好的、超微細(xì)鋼制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

熱軋生產(chǎn)線的穩(wěn)定作業(yè)對(duì)提高熱軋生產(chǎn)能力具有十分重要的作用。為此，開(kāi)發(fā)出保證輸出輥道通板性穩(wěn)定化的高精度模擬技術(shù)，并對(duì)卷取機(jī)卷取行為進(jìn)行了解析研究。熱軋生產(chǎn)自動(dòng)化也是熱軋的一大課題。為此，開(kāi)發(fā)出平整精軋高速自動(dòng)化的智能控制技術(shù)。

在1950年代，JFE鋼鐵公司由于軋制高速化和酸洗-冷軋連續(xù)化，實(shí)現(xiàn)了冷軋生產(chǎn)的高效率化。此外，在2000年之前，隨著測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，已開(kāi)發(fā)出關(guān)于板厚控制、板形控制、邊降控制等多種高精度控制技術(shù)。但目前在箔材等極薄帶材和難軋鋼種方面，還存在許多尚待解決的難題。

在冷軋高效率化特別是硬質(zhì)極薄帶材高速軋制方面，存在軋機(jī)異常振動(dòng)，導(dǎo)致不能充分發(fā)揮軋機(jī)能力的問(wèn)題。通過(guò)查明軋機(jī)異常振動(dòng)的機(jī)制和潤(rùn)滑劑油膜形成行為的基礎(chǔ)研究，開(kāi)發(fā)出基于軋制油循環(huán)使用供油方法的混合潤(rùn)滑技術(shù)（如圖3），建立了高速軋制和多品種軋制系統(tǒng)。該軋制系統(tǒng)可對(duì)高強(qiáng)度、薄規(guī)格產(chǎn)品進(jìn)行高速穩(wěn)定軋制。此外，在潤(rùn)滑技術(shù)方面，還進(jìn)行了大幅度減少軋機(jī)廢液的基礎(chǔ)性研究。

在冷軋板形和尺寸控制方面，開(kāi)發(fā)出六輥軋機(jī)高精度板形控制技術(shù)，可對(duì)復(fù)合板形進(jìn)行高精度控制。此外，確定了不銹鋼箔材可軋制的最小厚度，并查明不銹鋼箔材邊裂的發(fā)生行為，以及對(duì)單側(cè)驅(qū)動(dòng)軋制鋼板的翹曲行為進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究。

為應(yīng)對(duì)薄鋼板表面質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)薄鋼板制造的最終工序平整軋制進(jìn)行了深入研究。平整軋制起著控制鋼板平坦度、力學(xué)性能以及鋼板表面微觀凸凹（表面網(wǎng)紋）的作用。直接影響到鋼板外觀和鋼板的二次加工性。因此，平整軋制是極受關(guān)注的工序。

由于平整軋制對(duì)鋼板施加的應(yīng)變非常小，所以傳統(tǒng)的軋制理論不能對(duì)平整軋制行為進(jìn)行高精度預(yù)測(cè)。為此，對(duì)極輕壓下時(shí)的軋材與軋輥的接觸變形行為進(jìn)行了詳細(xì)的解析研究（如圖4）。

研究查明了包括軋輥表面形狀向鋼板表面復(fù)制行為在內(nèi)的鋼板表面的形貌，并對(duì)表面處理鋼板的復(fù)制行為進(jìn)行了試驗(yàn)研究。為了防止鋼板表面網(wǎng)紋的變化，要求平整軋輥保持良好的粗度。為此，對(duì)于平整軋輥新型硬質(zhì)皮膜方法進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，并對(duì)硬質(zhì)皮膜的剝離強(qiáng)度進(jìn)行了研究。

為應(yīng)對(duì)以能源用鋼為代表的耐疲勞鋼、高止裂性鋼等高性能厚鋼板制造需求，JFE鋼鐵公司的厚板軋制技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。利用獨(dú)有的TMCP技術(shù)，制造出具有特色的厚板產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)，由于對(duì)軋材進(jìn)行溫度控制，使軋制負(fù)荷增大，因此，在厚板板形、尺寸控制方面產(chǎn)生了問(wèn)題。為此，對(duì)厚板平面形狀控制、板頭局部翹曲、復(fù)合板頭尾變形行為等課題進(jìn)行了研究。

JFE鋼鐵公司還開(kāi)發(fā)出對(duì)非穩(wěn)定軋制狀態(tài)進(jìn)行控制、軋制縱向變截面鋼板（LP鋼板）的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)（如圖5）。促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的減重和焊接量的下降。此外，將特厚鋼板鍛造-軋制工藝與新型水槽浸漬設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了大單重厚鋼板的熱處理。

在精整的切斷作業(yè)線上，使用了激光厚度計(jì)，以保證鋼板全長(zhǎng)的厚度合格。為了保證鋼板輸送的穩(wěn)定化，使用多體動(dòng)力學(xué)（mul tibody dynamics）進(jìn)行鋼板輸送的模擬。此外，對(duì)可在任意位置，測(cè)定鋼板平坦度的三維掃描器的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

在能源用鋼方面，為了從遠(yuǎn)距離大量輸送石油、天然氣，對(duì)大厚度、高性能鋼板的大口徑焊接鋼管的需求不斷增加。為此，JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)出對(duì)壓力彎曲后，可對(duì)鋼板形狀進(jìn)行精確控制的、高效率制造世界最厚的高強(qiáng)度鋼管的生產(chǎn)技術(shù)（如圖6）。

在型鋼軋制方面，為應(yīng)對(duì)建筑用鋼的高強(qiáng)度化和建筑物大跨度的需求，擴(kuò)大了定外型尺寸（外緣尺寸固定）H型鋼的尺寸規(guī)格。

此外，還開(kāi)發(fā)出土建用大斷面帽形鋼板樁的制造工藝和鋼材混凝土合成結(jié)構(gòu)件用內(nèi)面凸起的H型鋼制造工藝。

JFE鋼鐵公司在型鋼等復(fù)雜三維變形行為的解析技術(shù)開(kāi)發(fā)方面也取得了很大進(jìn)展。其中，對(duì)H型鋼的通用軋制變形行為，進(jìn)行了詳細(xì)的解析研究，對(duì)T型鋼通用軋制法進(jìn)行了基礎(chǔ)研究，并且將三維變形行為解析技術(shù)用于槽鋼、不等邊、不等厚角鋼（如圖7）的軋制解析。在型鋼等非對(duì)稱(chēng)斷面軋材的軋制中，有時(shí)會(huì)發(fā)生翹曲、彎曲等不穩(wěn)定的軋制情況。為此，對(duì)鋼板樁的翹曲行為進(jìn)行了解析研究。

2

1990年代中后期，降低NOx排放并節(jié)能的環(huán)境友好型蓄熱式燒嘴在JFE鋼鐵公司熱軋加熱爐上實(shí)用化以后，又不斷向大型加熱爐擴(kuò)大應(yīng)用。此后，開(kāi)發(fā)出連續(xù)退火爐用的超低排放NOx的排氣再循環(huán)型輻射管燒嘴，減少了燃燒氣體用量，降低了CO2排放量。

JFE鋼鐵公司還積極推進(jìn)將電磁感應(yīng)加熱技術(shù)用于熱軋生產(chǎn)的研究，實(shí)現(xiàn)了在粗軋與精軋之間，用電磁感應(yīng)加熱器對(duì)薄板坯進(jìn)行全長(zhǎng)加熱。因此，提高了熱軋鋼板熱履歷的自由度，大幅度降低了溫度波動(dòng)引起的鋼板組織和性能的波動(dòng)。2004年，JFE鋼鐵公司厚板生產(chǎn)線的在線感應(yīng)加熱裝置HOP?實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。利用該裝置，使過(guò)去淬火-回火制造的高強(qiáng)度鋼板改變?yōu)樵诰€熱處理制造（如圖8）。

JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)出新型冷卻技術(shù)Super-OLAC?并實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軋材的超快速冷卻和均勻冷卻，成為T(mén)MCP技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。Super-OLAC?用于西日本制鐵所福山廠和倉(cāng)敷廠、東日本制鐵所京浜廠等三個(gè)厚板廠。制造出超大焊接線能量用鋼和抗震鋼管用鋼等高性能厚鋼板。Super-OLAC?也用于熱帶軋機(jī)和型鋼軋機(jī)，取得了大幅度降低合金元素用量、提高焊接性和加工性的良好效果。2011年開(kāi)發(fā)出Super-OLAC?的改進(jìn)型冷卻裝置Super-OLAC?-A，以應(yīng)對(duì)近年來(lái)對(duì)鋼材高性能的需求。

JFE鋼鐵公司開(kāi)發(fā)并實(shí)用化使TMCP關(guān)鍵技術(shù)控制軋制連續(xù)化的Super-CR技術(shù)。該技術(shù)于2009年在東日本制鐵所京浜廠應(yīng)用，與Super-OLAC?組合，可進(jìn)行兩階段冷卻，提高了TMCP的自由度（如圖9）。

JFE公司在上述冷卻技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了高水量密度冷卻基本特性的研究。對(duì)熱軋輸出輥道的管層流冷卻柱狀水穩(wěn)定性，進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究。此外，還研究了水溫、軋材表面粗度、氧化鐵皮組成和厚度對(duì)噴淋冷卻特性影響，查明了軋材沸騰冷卻的基本特性。

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JFE鋼鐵公司對(duì)高精度預(yù)測(cè)連續(xù)退火和表面處理的氣體噴射冷卻能力進(jìn)行了研究，該研究成果用于冷卻噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了退火處理的生產(chǎn)效率和退火鋼板的力學(xué)性能，并降低了合金元素的用量。此外，還開(kāi)發(fā)出連續(xù)退火線自動(dòng)操作優(yōu)化系統(tǒng)，消除了退火速度的波動(dòng)，提高了退火鋼板質(zhì)量的穩(wěn)定性。

表面處理鋼板用于汽車(chē)、機(jī)電產(chǎn)品和建筑材料等方面，要求具有良好的耐蝕性。特別是表面處理鋼板用作汽車(chē)車(chē)體外板時(shí)，對(duì)鋼板的表面質(zhì)量要求尤為重要。為此，JFE鋼鐵公司積極進(jìn)行提高表面處理鋼板質(zhì)量的技術(shù)開(kāi)發(fā)。

制造熱鍍鋅鋼板時(shí)，利用氣刀對(duì)鍍鋅層厚度進(jìn)行控制。根據(jù)鋼板的用途，控制鍍層量和保證鋼板全長(zhǎng)鍍層的均勻性十分重要。

在熱鍍鋅作業(yè)中，要防止鋅液內(nèi)的浮渣（金屬間化合物）附著在鍍鋅板上，形成浮渣缺陷和氣刀噴吹時(shí)鋅液飛濺引起的氣刀縱痕等表面缺陷。為此，JFE鋼鐵公司利用流體力學(xué)，進(jìn)行查明氣刀噴吹基本特性的研究，并對(duì)浮渣生成機(jī)制以及浮渣在鋅液內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行研究。這些研究成果已經(jīng)用于鍍鋅作業(yè)。此外，開(kāi)發(fā)出利用電磁鐵抑制鋼板振動(dòng)的技術(shù)（如圖10），對(duì)提高鍍鋅效率和鍍鋅質(zhì)量起了很大作用。

JFE鋼鐵公司為保證鍍鋅板的質(zhì)量，開(kāi)發(fā)出獨(dú)有的鍍鋅板表面檢測(cè)技術(shù)。利用該技術(shù)保證了將高質(zhì)量鍍鋅鋼板提供給用戶(hù)。

市場(chǎng)對(duì)具有絕緣性、耐蝕性、潤(rùn)滑性的高端冷軋鋼板和表面鍍層鋼板的需求不斷增加。將薄皮膜涂敷在連續(xù)移動(dòng)的基材上，滾筒涂敷機(jī)廣泛用于各種基材的涂敷加工。在進(jìn)行滾筒涂敷時(shí)，會(huì)發(fā)生起因于滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒周向條紋缺陷。為了獲得均勻的涂敷外觀，必須了解滾筒間微小區(qū)域（彎液面）內(nèi)的涂敷料的流動(dòng)狀態(tài)。為此，JFE鋼鐵公司對(duì)涂敷技術(shù)進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究，并將研究成果用于高質(zhì)量涂敷鋼板的制造。

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在進(jìn)行軋制技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，闡明軋制過(guò)程中發(fā)生的物理、化學(xué)現(xiàn)象，并提升到理論上，對(duì)于計(jì)算機(jī)高效率自動(dòng)控制軋制過(guò)程、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、縮小質(zhì)量波動(dòng)以及降低生產(chǎn)成本都具有重要作用。因此，今后應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)這方面的研究。在高強(qiáng)度、薄規(guī)格產(chǎn)品快速發(fā)展的同時(shí)，低延性材料和易產(chǎn)生缺陷材料等所謂難軋材料的數(shù)量將會(huì)增多。為此，應(yīng)在研究提高軋制能力的同時(shí)，查明軋制行為和冷卻特性對(duì)軋材質(zhì)量的影響，并進(jìn)行機(jī)制原理方面的研究十分重要。

由于日本高齡少子化社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)，今后熟練操作者的人數(shù)將會(huì)減少。因此，立足于人工智能（AI）和機(jī)器人，建立高度自動(dòng)化軋制系統(tǒng)也非常重要。此外，為了抑制軋制對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)環(huán)境友好型、可制造具有用戶(hù)要求價(jià)值的新產(chǎn)品的軋制技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，將變得越來(lái)越重要。

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本文概括介紹了JFE鋼鐵公司成立以來(lái)軋制技術(shù)的開(kāi)發(fā)情況。目前，日本鋼鐵業(yè)的經(jīng)營(yíng)環(huán)境發(fā)生了很大變化，為了在包括海外軋鋼廠在內(nèi)的大競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代中，持續(xù)不斷地向用戶(hù)供給高質(zhì)量的鋼鐵產(chǎn)品，必須堅(jiān)持不懈地進(jìn)行與產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定生產(chǎn)有直接關(guān)系的軋制技術(shù)的研發(fā)。