近10年日本軋鋼技術(shù)的進(jìn)步簡(jiǎn)況
近10年日本軋鋼技術(shù)的進(jìn)步簡(jiǎn)況
一、軋鋼技術(shù)的最近進(jìn)展和今后展望
??? 日本最近10年軋鋼生產(chǎn)雖受鋼產(chǎn)量起伏的影響而波動(dòng)，但技術(shù)仍在不斷進(jìn)步。隨著計(jì)算機(jī)的小型化、高速化和有限元法(FEM)的登場(chǎng)，材料三次元的解析得以應(yīng)用，對(duì)以板材為首的各種鋼材的加工壓力、荷重、扭矩和金屬流動(dòng)等均可計(jì)算出。變形阻抗作為高精度計(jì)算荷重和扭矩的物性值，現(xiàn)已進(jìn)入數(shù)據(jù)收集和模式化階段，熱變形阻抗已在細(xì)晶粒鋼開發(fā)中廣為應(yīng)用，冷變形阻抗也在高強(qiáng)度鋼的開發(fā)方面實(shí)用化?，F(xiàn)結(jié)合由“大生產(chǎn)大消費(fèi)時(shí)代”向資源循環(huán)型社會(huì)的轉(zhuǎn)變，今后軋鋼技術(shù)發(fā)展的主要方向如下：
??? (1)從主要變形向大幅提高材料性能、且以最小能耗生產(chǎn)易再循環(huán)利用產(chǎn)品的新加工技術(shù)轉(zhuǎn)變，如復(fù)合加工、多軸加工、超精密加工、工具自由化加工等和材質(zhì)控制技術(shù)。
??? (2)研究開發(fā)方面，由利用模擬技術(shù)使試驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用大幅下降的追求型向重視手工裝置和發(fā)揮人才作用的方式轉(zhuǎn)變。
??? (3)基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)重視工具特性的飛躍改進(jìn)和與環(huán)境和諧技術(shù)的開發(fā)。
??? 二、軋鋼基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)
??? 1．變形的理論解析
??? 軋鋼方面的理論數(shù)值解析已在各種鋼材生產(chǎn)上應(yīng)用。如對(duì)產(chǎn)品尺寸精度和形狀的預(yù)測(cè)，對(duì)被軋材的材料流動(dòng)、荷重、形變、溫度分布等的解析，對(duì)軋鋼變形和對(duì)產(chǎn)品影響的說(shuō)明，產(chǎn)品材質(zhì)、組織、殘留應(yīng)力等的預(yù)測(cè)以及軋制條件的最佳化和軋鋼設(shè)備的合理設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用。由于三次元FEM應(yīng)用的快速發(fā)展，日本在軋鋼技術(shù)理論方面已居世界領(lǐng)先地位。
??? 上世紀(jì)80年代后期，在軋板解析方面以三次元FEM為主，結(jié)合軋輥彈性變形解析，可測(cè)出鋼板寬邊變形的詳細(xì)情況后加以控制，對(duì)板材控制的高度化和軋機(jī)設(shè)備的高效設(shè)計(jì)作出了多方貢獻(xiàn)，迄今已經(jīng)基本實(shí)用化。對(duì)串列軋機(jī)、非對(duì)稱軋制也在試用中。在鋼板變形解析中，還建議采用計(jì)算時(shí)間短、更易理解的模擬三次元解析法。在熱軋方面，材質(zhì)、預(yù)測(cè)控制均十分重要，最近正在開發(fā)利用三次元FEM對(duì)其的軋制加工進(jìn)行的解析模式，擬在超微細(xì)粒鋼的開發(fā)中應(yīng)用。
??? 影響軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量和操作效率的表面缺陷很早即受到人們的重視。為了從理論上查明原因，從根本上解決問(wèn)題，日本鋼鐵聯(lián)盟成立了“缺陷變形系統(tǒng)開發(fā)研究會(huì)”。同時(shí)學(xué)習(xí)鋁板軋制中利用三次元?jiǎng)偹苄訤EM和結(jié)晶塑性模式結(jié)合的聚合組織預(yù)測(cè)模擬技術(shù)，用于在開發(fā)鋼鐵材料同時(shí)保證形狀和質(zhì)量的理論模式。
??? 為適應(yīng)對(duì)棒、線材尺寸的高精密化、形狀易變、低成本和高質(zhì)量化的要求，已開發(fā)出三輥軋制、2Hi精密軋機(jī)和四輥軋機(jī)等多變數(shù)控制理論。三次元?jiǎng)偹苄訤EM亦用于棒、線材的孔型設(shè)計(jì)，并保證了產(chǎn)品的高精度?？刂撇馁|(zhì)的棒、線材軋制技術(shù)正在研發(fā)之中，通過(guò)增設(shè)緩冷、快冷裝置以使工序簡(jiǎn)化。FEM還用于結(jié)晶粒徑的預(yù)測(cè)，有利于確定最佳生產(chǎn)條件。
??? 對(duì)于H型鋼軋制的三次元?jiǎng)偹苄訤EM在推廣應(yīng)用，關(guān)于萬(wàn)能軋機(jī)應(yīng)用三次元?jiǎng)偹苄訤EM預(yù)測(cè)材料流動(dòng)和應(yīng)力分布的研究亦在進(jìn)行中。在H型鋼的三次元?jiǎng)偹苄訤EM解析時(shí)，對(duì)軋輥和被軋材的接觸區(qū)、V形軋輥無(wú)驅(qū)動(dòng)等均應(yīng)作為解析時(shí)的注意事項(xiàng)，還應(yīng)考慮被軋材的內(nèi)部溫度分布對(duì)材料流動(dòng)的影響。今后隨著建筑物的大型化和提高抗震性的要求，H型鋼的控軋、控冷技術(shù)將被廣泛采用。
??? 穿孔軋制由于對(duì)鋼坯中心部的穿孔效果所產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象及芯棒和軋輥間的復(fù)雜變形致解析不易，加上完全三次元FEM時(shí)的要素分割和計(jì)算時(shí)間尚有問(wèn)題，因此多使用一般化平面形變的近似三次元解析法。比穿孔效果更重要的是芯棒前端使坯開裂時(shí)將產(chǎn)生管內(nèi)部缺陷，為抑制開裂應(yīng)選定合適的軋制條件，即應(yīng)從軋輥的傾角到交叉角、鋼坯加熱溫度、穿孔速度等綜合考慮。
??? 總之，近年來(lái)由于個(gè)人計(jì)算機(jī)性能的提高，加上各種軋鋼模擬器和解析軟件的普及，均推動(dòng)了日本軋鋼技術(shù)發(fā)展。
??? 2．塑性加工時(shí)的摩擦學(xué)進(jìn)展
??? (1)冷軋中的超高速軋制。進(jìn)入上世紀(jì)90年代，為生產(chǎn)0．2mm以下罐頭包裝用薄板，開發(fā)成功2800m／min超高速軋制法，并開發(fā)成功高潤(rùn)滑油、高耐磨工作輥和防止軸承燒壞等配套技術(shù)，更重要的是防止燒損的摩擦學(xué)理論。
??? (2)塑性產(chǎn)品表面的超鏡面加工。材料表面凹處停留的潤(rùn)滑油，當(dāng)產(chǎn)生和周邊部面壓大致相同的靜水壓時(shí)，通過(guò)中等速度的相對(duì)滑動(dòng)，凹處的潤(rùn)滑油將向周邊的接觸面流出，這將使全部接觸面處于微型塑性流體潤(rùn)滑狀態(tài)。此時(shí)的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)比一般工具和材料間同等厚度油膜下的摩擦系數(shù)低。不銹鋼板的鏡面冷軋便利用此原理大幅度提高了生產(chǎn)效率。
??? (3)減輕環(huán)境負(fù)荷的潤(rùn)滑劑。主要有對(duì)地球無(wú)害的、不需洗凈的、用量很少的和無(wú)潤(rùn)滑的等4種。冷鍛加工用反應(yīng)油系和高粘度油系潤(rùn)滑劑及乳膠系水系潤(rùn)滑劑均不加重環(huán)境負(fù)擔(dān)。板成形加工用潤(rùn)滑劑采取了硫系添加劑、磷系添加劑、有機(jī)金屬化合物和固體潤(rùn)滑劑后也達(dá)到了對(duì)地球環(huán)境無(wú)害。目前還在開發(fā)陶瓷模具和鍍膜模具，以實(shí)現(xiàn)無(wú)潤(rùn)滑加工。
??? 三、鋼板軋制技術(shù)的進(jìn)步
??? 1．軋鋼設(shè)備
??? (1)熱連軋。突出的是在1996年實(shí)現(xiàn)的無(wú)頭軋制技術(shù)，它可使產(chǎn)品全長(zhǎng)的質(zhì)量均勻穩(wěn)定，現(xiàn)已用于1mm厚度薄板的穩(wěn)定生產(chǎn)。它由軋機(jī)追尾控制技術(shù)、頭尾焊接技術(shù)、高精度成品軋制技術(shù)、高速卷取技術(shù)等組成。關(guān)鍵的頭尾焊接技術(shù)目前采取了感應(yīng)加熱焊接和激光焊接。
??? 2000年投產(chǎn)的對(duì)精軋第4～6機(jī)架采取小徑單輥驅(qū)動(dòng)的熱連軋機(jī)，在大壓下的同時(shí)實(shí)施出口穿水快冷工藝，使抗拉強(qiáng)度、屈服應(yīng)力提高的同時(shí)，抗疲勞性、加工性、焊接性亦具佳的鐵素體粒徑2～5μm的微細(xì)組織的熱軋鋼板問(wèn)世。
??? 其它新技術(shù)還有軋輥在線研磨機(jī)，可提高產(chǎn)品尺寸精度和延長(zhǎng)軋輥使用時(shí)間；軋機(jī)穩(wěn)定器可減少板坯進(jìn)入軋機(jī)時(shí)引起的振動(dòng)，有利于薄尺寸產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)；還有板坯定寬壓力機(jī)可使板卷兩端的切頭減少，并有利于連鑄機(jī)增產(chǎn)，從1986年開始用于熱連軋，2004年已有8臺(tái)生產(chǎn)。
??? (2)冷軋。為保證板厚、板形和成材率等產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的不斷提高而開發(fā)新技術(shù)，特別是鍍錫用板的高速冷軋時(shí)確保邊部和板形質(zhì)量的技術(shù)較為出色。即在1995年，由于備用軋輥的輥?zhàn)虯C電機(jī)使速度可控性提高等因素，實(shí)現(xiàn)了鍍錫用板的2800m／min高速軋制，在長(zhǎng)度方向的尺寸精度除加減速部分＜2％外，其余均＜1．0％，邊部的缺陷亦得到相應(yīng)控制和減少，軋輥磨耗明顯下降。
??? 2000年日本首臺(tái)和酸洗連結(jié)的冷連軋機(jī)投產(chǎn)。它的工作輥比同類軋機(jī)小，但除鱗效果好，尺寸精度等亦好，可生產(chǎn)0．8mm×1600mm產(chǎn)品。此外，在特殊鋼和≤0．1mm極薄產(chǎn)品的生產(chǎn)方面，還采用了小工作輥的多輥冷軋機(jī)。
??? 2．加熱、冷卻技術(shù)
??? 為提高鋼材質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保持生產(chǎn)穩(wěn)定和設(shè)備小型化及節(jié)能，各工藝均開發(fā)成功不少新的加熱和冷卻技術(shù)。
??? (1)加熱技術(shù)。首先是在板坯加熱爐和冷軋板連續(xù)退火爐上，節(jié)能型自身蓄熱式燃燒器開發(fā)成功并得到了廣泛應(yīng)用。由于在排煙溫1300℃下可將空氣預(yù)熱到1100℃，大型板坯加熱爐可節(jié)能25％，連續(xù)退火爐用輻射管燃燒器可節(jié)能29％。為防止空氣溫度提高后NOx相應(yīng)上升，開發(fā)成功低氧燃燒技術(shù)，即在空氣預(yù)熱溫1150℃下，將氧濃度由15％降到2％后仍可穩(wěn)定燃燒，NOx由750ppm降到40ppm。
??? 在熱連軋的精軋工序?qū)嵤o(wú)頭軋制時(shí)，對(duì)頭尾焊接采用了感應(yīng)加熱的連續(xù)在線焊接，亦有采用CO2激光連續(xù)焊接的，對(duì)提高質(zhì)量和成材率均有所貢獻(xiàn)。此外，TMCP生產(chǎn)線亦在應(yīng)用感應(yīng)加熱技術(shù)，使調(diào)質(zhì)鋼的連續(xù)淬火、回火得以實(shí)現(xiàn)。
??? 在連續(xù)退火爐的明火加熱工序，使用高溫預(yù)混合煤氣的還原燃燒器亦在應(yīng)用。由此，在空氣預(yù)熱溫400℃下加熱到1350℃時(shí)，比老式爐可節(jié)能20％的同時(shí)，爐長(zhǎng)亦可以縮短。
??? (2)冷卻技術(shù)。熱軋生產(chǎn)中以水冷控制鋼材組織而提高性能的TMCP技術(shù)，早在上世紀(jì)80年代日本即率先采用，現(xiàn)已成為一般技術(shù)。它在鋼材出口輥道的上下部裝有多個(gè)水噴頭，利用水沸騰傳熱使鋼材快速冷卻。上世紀(jì)90年代，又開發(fā)成功無(wú)遷移沸騰區(qū)的在線快冷法，進(jìn)一步提高了冷卻的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性。
??? 冷軋工序?yàn)橄摪寮庸び不褂眠B續(xù)退火爐，其冷卻方式多采用爐內(nèi)還原氣噴向鋼板的冷卻。通過(guò)對(duì)噴頭間距、直徑和噴速的合理設(shè)計(jì)，提高了冷卻的均勻性。在軋輥冷卻方面，90年代初采取了使鋼板和軋輥均勻接觸的吸氣式冷卻輥，效果顯著。
??? 在高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)中，常規(guī)冷卻法已難適應(yīng)，于是采取了氫噴射冷卻法，導(dǎo)熱率比過(guò)去的HN氣提高了1倍。
??? (3)今后展望。為進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，今后的加熱、冷卻技術(shù)應(yīng)實(shí)施更嚴(yán)格的控制技術(shù)和節(jié)能環(huán)保技術(shù)，除提高原有技術(shù)的水平外，還可考慮應(yīng)用電磁場(chǎng)等新技術(shù)。
??? 3．工藝技術(shù)
??? 盡管近年來(lái)隨著產(chǎn)品出口上升和汽車、家電等內(nèi)需興旺下薄板產(chǎn)量在上升，但新投產(chǎn)的包括老設(shè)備的更新在內(nèi)，僅有熱連軋2件和冷軋1件。
??? (1)熱軋薄板的工藝技術(shù)。突出的為通過(guò)無(wú)頭軋制使熱軋板的厚度由1．2mm下降到0．9mm，提高了成材率，降低了生產(chǎn)事故。在極薄板軋制時(shí)為確保尺寸精度，裝在機(jī)架間的撐套器控制效果較好。
??? 在板厚尺寸控制技術(shù)方面，重要課題是開軋時(shí)非正常狀態(tài)的板厚精度提高。因?yàn)檫@受裝備精度的影響較大，諸如軋制荷重、變形阻抗、溫度等理論模式的誤差和軋機(jī)的剛性、軋輥間隙等的設(shè)定誤差重合等。據(jù)此，在提高各理論模型精度的基礎(chǔ)上，根據(jù)咬入推論從動(dòng)態(tài)上提高了裝置精度，并據(jù)此提高軋機(jī)荷重的精度以進(jìn)行控制后有明顯進(jìn)步。此外，還在精軋機(jī)組的機(jī)架上設(shè)板厚儀也較為有效。
??? 在板寬控制方面，過(guò)去多在精軋機(jī)組進(jìn)行，自從推廣板坯定寬壓力機(jī)后得到了明顯改進(jìn)；另在精軋機(jī)組的機(jī)架間和出口輥道通過(guò)漲力控制，對(duì)提高板寬精度亦發(fā)揮了作用。
??? 熱軋板的分品種生產(chǎn)計(jì)劃受到了多種因素的限制，但為適應(yīng)近年來(lái)小批量訂貨的增加和減少庫(kù)存，采取了以下各種技術(shù)：在線工作軋輥研磨技術(shù)，在線軋輥側(cè)部檢測(cè)技術(shù)，采用耐磨軋輥和熱潤(rùn)滑劑等。
??? 從環(huán)保出發(fā)，不用加入合金以生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼的晶粒微細(xì)化軋鋼法已實(shí)用化。通過(guò)精軋機(jī)組的小徑輥不同速的低溫大壓下軋制，粒徑已達(dá)3μm。粒徑1μm的超微細(xì)晶粒作為日本國(guó)家項(xiàng)目正在開發(fā)中。
??? 為支持汽車輕量化以節(jié)油減污的高強(qiáng)度鋼板在開發(fā)中，現(xiàn)已達(dá)100kg／mm2級(jí)。為解決板卷前后端質(zhì)量不均勻問(wèn)題，采取了對(duì)進(jìn)入精軋機(jī)組前的半成品補(bǔ)加熱和對(duì)成品機(jī)架出口快冷等措施。
??? (2)冷軋的工藝技術(shù)。冷軋板作為最終產(chǎn)品對(duì)尺寸精度極為重視，經(jīng)多年研發(fā)在解決板厚分布精度方面有很大進(jìn)展。效果突出的為在冷連軋前加單錐度工作輥?zhàn)兯俚募夹g(shù)，還有其它在熱軋方面有效的技術(shù)擴(kuò)展應(yīng)用于冷軋。在形狀控制方面有合理咬入技術(shù)和自動(dòng)控制軋輥冷卻技術(shù)。
??? 在板厚控制方面，除預(yù)測(cè)外部變化的觀測(cè)控制和咬入強(qiáng)力控制等已實(shí)用化外，還在連軋機(jī)的各機(jī)架間裝板厚儀、速度表以進(jìn)行反饋、正饋控制，使板厚精度得以大幅提高。
??? 飲料罐用冷軋鋼板為和鋁板競(jìng)爭(zhēng)，采用了2800m／min的高速連軋機(jī)，并配套開發(fā)出專用潤(rùn)滑油、模擬軋機(jī)振動(dòng)技術(shù)和優(yōu)質(zhì)軋輥，保穩(wěn)定生產(chǎn)。
??? 總之，在薄板軋制方面的板厚、形狀和側(cè)邊控制等關(guān)鍵技術(shù)已基本解決，并在利用近代控制理論分別解決復(fù)雜因素造成的誤差。但為了保證控制和操作的穩(wěn)定性，機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性和反饋控制信息用測(cè)頭的可靠性仍十分重要。
??? 四、條鋼軋制技術(shù)的進(jìn)步
??? 1．型鋼軋制
??? 型鋼軋制技術(shù)、設(shè)備的進(jìn)步以鋼軌、鋼矢板和H型鋼等大型型鋼較為顯著。過(guò)去鋼軌的一部分用萬(wàn)能軋機(jī)生產(chǎn)，但大部分用復(fù)二重式軋機(jī)生產(chǎn)。現(xiàn)為提高尺寸精度和降低軋輥成本，在中間和精軋工序又以萬(wàn)能軋機(jī)為主。
??? 鋼矢板的尺寸在大型化。過(guò)去以400mm寬的U型鋼矢板為主，以連鑄坯生產(chǎn)需經(jīng)8～10道次軋成。一般需3～4臺(tái)二重式軋機(jī)反復(fù)軋制，現(xiàn)開發(fā)成功用H型鋼軋機(jī)只更換軋輥便可生產(chǎn)鋼矢板的技術(shù)。對(duì)過(guò)去靠焊接制成的非對(duì)稱鋼矢板，現(xiàn)在可用軋機(jī)生產(chǎn)。為適應(yīng)工程的大型化，U型鋼矢板的寬度已擴(kuò)大到600mm，而非對(duì)稱型的寬度則達(dá)900mm。
??? H型鋼過(guò)去主控內(nèi)型尺寸，現(xiàn)保外型尺寸的軋制技術(shù)已開發(fā)成功，即利用了寬度可在線調(diào)整的軋輥和對(duì)內(nèi)幅擴(kuò)大的斜軋機(jī)。還有可生產(chǎn)內(nèi)型尺寸一致，但規(guī)格不同的偏芯修邊型軋機(jī)，這樣可代替過(guò)去靠焊接法生產(chǎn)的H鋼品種。
??? H型鋼軋機(jī)多采取BD－UR／E／UF布置方式，所用坯料為連鑄異形坯。但此軋機(jī)不能用于同時(shí)生產(chǎn)鋼矢板等型鋼，為此又開發(fā)成功通過(guò)更換部分軋輥實(shí)現(xiàn)通用化的新軋機(jī)，甚至可生產(chǎn)角鋼等產(chǎn)品。
??? 關(guān)于型鋼軋制設(shè)備的開發(fā)方面，萬(wàn)能軋機(jī)的新型式采取了油壓方式，軋機(jī)緊湊化，換輥時(shí)機(jī)架可分割，使換輥時(shí)間大為縮短。另?yè)?jù)用戶對(duì)建筑鋼材高性能化的要求，推廣了在中厚板方面行之有效的TMCP技術(shù)，再加入Nb、V和Ti等以提高鋼材強(qiáng)度，現(xiàn)已在H鋼生產(chǎn)中應(yīng)用。
??? 2．棒、線材軋制
??? 棒鋼、線材多經(jīng)過(guò)鍛造和拉絲進(jìn)行再次加工，現(xiàn)日本年產(chǎn)量分別達(dá)1000萬(wàn)t和700萬(wàn)t左右。近年隨著汽車等機(jī)械部件的高質(zhì)化，特殊鋼線材的產(chǎn)量逐年上升，現(xiàn)特鋼比已達(dá)56％。
??? 日本上世紀(jì)80年代線材年產(chǎn)量曾達(dá)800萬(wàn)t，后由于發(fā)展中國(guó)家的趕超和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激化，使其棒、線材的產(chǎn)量均略降至現(xiàn)有水平，但競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了新技術(shù)、新工藝的開發(fā)，主要情況如下：
??? (1)軋機(jī)的高速化和高生產(chǎn)效率。線材軋機(jī)速度由上世紀(jì)80年代的60～80m／s已提高到目前的約120m／s，對(duì)方坯焊接以實(shí)現(xiàn)無(wú)頭軋制技術(shù)的正研究中。彈簧
??? (2)高尺寸精度產(chǎn)品的生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)棒、線材后加工的簡(jiǎn)略化和自動(dòng)加工機(jī)械的采用，對(duì)其尺寸精度、真圓度和表面性能的要求日益嚴(yán)格。如棒、線材的尺寸公差與直徑之比在JIS中為±1．5％，現(xiàn)有些用途竟縮小到±1．0％和±0．5％，個(gè)別的竟為±0．10mm。為適應(yīng)這一要求，開發(fā)成功自動(dòng)尺寸和多變數(shù)控制系統(tǒng)的棒線材超高速軋制。特別是棒材的成品軋機(jī)由過(guò)去的二輥式改為三輥式為主，四輥式正在開發(fā)中。
??? (3)依靠控制、控冷的新功能創(chuàng)新技術(shù)。由在軋制、冷卻工序內(nèi)進(jìn)行熱處理，使棒線材強(qiáng)韌化或軟化以及使金屬組織微細(xì)化的技術(shù)正在開發(fā)中。生產(chǎn)軟化材的目的是為了在2～3次加工中提高效率、簡(jiǎn)化工序以降低成本。例如通過(guò)高碳鋼的拉絲加工技術(shù)和成分調(diào)整可生產(chǎn)出4000MPa的高強(qiáng)度輪和子午線鋼絲，通過(guò)低溫軋制、緩冷和成分調(diào)整可生產(chǎn)出冷鍛時(shí)保沖模壽命長(zhǎng)的非調(diào)質(zhì)鋼螺栓用線材。
??? (4)利用FEM對(duì)棒、線材軋制的解析和材料組織預(yù)測(cè)。棒、線材軋制關(guān)鍵技術(shù)之一的孔型設(shè)計(jì)需要正確的軋制變形解析。盡管有關(guān)三次元變形解析于上世紀(jì)80年代后期發(fā)表，但到最近才廣為應(yīng)用。有關(guān)三次元FEM的軟件開發(fā)、軋制中的溫度解析、軋材材料組織預(yù)測(cè)等均在進(jìn)行中。
??? 除以上技術(shù)外，環(huán)保問(wèn)題也十分重要，如降低以鉛為首的有害金屬含量、可減排CO2的節(jié)能、生態(tài)項(xiàng)目和高效的物流管理等，均待今后進(jìn)一步推進(jìn)。
??? 五、鋼管生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步
??? 鋼管生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步一方面在用戶需求的推動(dòng)下不斷進(jìn)行了新產(chǎn)品開發(fā)，從生產(chǎn)企業(yè)的高效低成本化出發(fā)促進(jìn)了新技術(shù)開發(fā)。精密彈簧
??? 1．無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)技術(shù)
??? 對(duì)日本無(wú)縫鋼管生產(chǎn)廠來(lái)說(shuō)，這10年間乃是擺脫慢性虧損的階段，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下出現(xiàn)了外商合資和兩廠合并等重大變革。近年來(lái)由于油氣開發(fā)轉(zhuǎn)向深海和CO2、H2S濃度高的惡劣環(huán)境，促進(jìn)了13Cr等高合金鋼管的開發(fā)。
??? (1)穿孔。有兩項(xiàng)成果：一是交叉穿孔機(jī)的穿孔技術(shù)，二是擴(kuò)管穿孔技術(shù)。前者為適應(yīng)以13Cr為中心的高合金鋼管的生產(chǎn)而開發(fā)成功，有利于抑制穿孔時(shí)伴生的剪斷形變而為多數(shù)廠所采用。并配套開發(fā)出高溫強(qiáng)度高的芯棒，今后考慮開發(fā)含Ti、Zn、Mo合金的超長(zhǎng)壽命芯。后者亦開發(fā)很久，因用曼內(nèi)斯曼穿孔機(jī)穿孔時(shí)管端質(zhì)量不佳，致擴(kuò)管率(穿孔外徑／管坯外徑)僅達(dá)1．2～1．3，而交叉穿孔則可達(dá)1．4～2．0，使壁厚／外徑比由7％變薄至3％，對(duì)下道工序的軋管十分有利，使軋管機(jī)架由原來(lái)的7臺(tái)減為5臺(tái)，對(duì)簡(jiǎn)化軋管工序和節(jié)約設(shè)備投資均有利。
??? (2)連續(xù)軋管。由于回程連續(xù)軋管技術(shù)可產(chǎn)出表面性能好、壁厚精度高的超大徑無(wú)縫鋼管，逐步代替了芯棒軋管機(jī)。加上穿孔機(jī)的工作負(fù)荷加大，為連續(xù)軋管減少道次創(chuàng)造了條件，更加速了節(jié)約投資的5～4機(jī)架的連續(xù)軋管機(jī)的推廣。加之機(jī)架配置亦由X式改為VH式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了緊湊化和節(jié)約設(shè)備投資。彈簧廠
??? 作為提高產(chǎn)品形狀精度的技術(shù)，除不斷提高計(jì)算機(jī)的高精度控制外，并出現(xiàn)了高精度的三輥軋機(jī)。為下工序的拉伸減徑軋制時(shí)減少管端切頭損失，又開發(fā)成功通過(guò)軸壓下和計(jì)算機(jī)控制的薄壁管端連續(xù)軋管技術(shù)。
??? (3)拉伸減徑軋制使過(guò)去長(zhǎng)期存在的兩個(gè)問(wèn)題均基本得到解決。首先是長(zhǎng)度方向管端壁偏厚問(wèn)題，由于連續(xù)軋管薄壁化和速度控制已基本解決；其次是外徑壓下時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部張力問(wèn)題，通過(guò)研究軋輥形狀和張力的影響，采取了15°配置的斜輥機(jī)和4輥減徑機(jī)的解決方案。
??? (4)今后技術(shù)開發(fā)的主要方向是生產(chǎn)高合金管、降低設(shè)備費(fèi)用、提高壁厚和外徑的精度及其及搞好節(jié)能。
??? 2．焊管的生產(chǎn)技術(shù)
??? (1)電焊管。近10年來(lái)的主要技術(shù)進(jìn)步如下：(a)生產(chǎn)范圍擴(kuò)大。2003年建成可生產(chǎn)管線用高強(qiáng)度、高變形焊管的14″電焊管機(jī)組，為生產(chǎn)厚壁管的26″電焊管機(jī)組的改造亦已完成；(b)提高焊接可靠性技術(shù)方面，除對(duì)已開發(fā)的焊接控制系統(tǒng)高精度化外，還開發(fā)成功氣體保護(hù)焊技術(shù)；(c)在提效降本方面的重大突破是開發(fā)成功柔性成型軋機(jī)(簡(jiǎn)稱FF軋機(jī))，已用于中小徑管的生產(chǎn)。它通過(guò)對(duì)軋輥和管坯接觸點(diǎn)的依次最佳控制而實(shí)現(xiàn)了柔性成型，使換輥和調(diào)整時(shí)間大幅縮短，同時(shí)由加工產(chǎn)生的形變亦得到了控制；(d)激光焊接在合金管和厚壁管的生產(chǎn)上得到了應(yīng)用；(e)復(fù)合成型管在汽車部件上的應(yīng)用和電焊管生產(chǎn)上應(yīng)用了高頻加熱減徑并進(jìn)行在線熱處理技術(shù)。
??? (2)UOE鋼管。隨著主用途管線的變化不斷開發(fā)成功提高效率和保證質(zhì)量的技術(shù)和設(shè)備。近年由于天然氣開發(fā)轉(zhuǎn)向邊遠(yuǎn)地區(qū)和深海，為節(jié)約管線投資而實(shí)現(xiàn)高壓化和小型化，從而促進(jìn)了UOE鋼管的高強(qiáng)度化和極厚壁化。為保超高強(qiáng)度化，在開發(fā)成功相關(guān)的煉鋼技術(shù)和中厚板生產(chǎn)應(yīng)用TMCP新技術(shù)的基礎(chǔ)上，UOE管亦開發(fā)成功配套的成型技術(shù)，使X80～X100、X120等產(chǎn)品陸續(xù)量產(chǎn)。在厚壁化方面，為防止在深海敷設(shè)彎曲時(shí)出現(xiàn)折損，針對(duì)確保焊縫處的韌性進(jìn)行了有關(guān)材料和焊接技術(shù)的開發(fā)。
??? (3)爐焊管和螺旋焊管。10年來(lái)變化不大。
??? 六、其它加工技術(shù)的進(jìn)步
??? 1．鍛造
??? 作為塑性加工的大量生產(chǎn)方法，近10年來(lái)的主要技術(shù)進(jìn)步如下：(a)冷鍛技術(shù)的開發(fā)和擴(kuò)大應(yīng)用，使鍛造部件的切削加工量大幅簡(jiǎn)化甚至省去；(b)通過(guò)板材成形和鍛造加工的組合以生產(chǎn)復(fù)雜形狀的產(chǎn)品；(c)多品種、小批量高效生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)；(d)減輕環(huán)境負(fù)荷的摩擦學(xué)技術(shù)開發(fā)。
??? 2．鋼板成形
??? 作為廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)電和航空部件及家電和炊具的加工技術(shù)，為適應(yīng)用戶的要求和高強(qiáng)度鋼板的擴(kuò)大應(yīng)用(汽車已達(dá)車重的30％～50％)，主要進(jìn)行了以下的技術(shù)開發(fā)：(a)在高強(qiáng)度鋼板的高精度加工方面，從成型模擬預(yù)測(cè)、模具設(shè)計(jì)加工和溫度控制成形等進(jìn)行了技術(shù)開發(fā)，已可適應(yīng)生產(chǎn)的要求；(b)正在實(shí)用化中的技術(shù)還有液壓成形、專用坯料和沖壓成形等技術(shù)；(c)今后將開發(fā)納米級(jí)超微細(xì)、超精密加工等技術(shù)。
??? 3．金屬鑄造
??? 作為金屬、機(jī)械產(chǎn)業(yè)的骨干技術(shù)，近年來(lái)針對(duì)高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性和長(zhǎng)壽功能材料的要求，陸續(xù)開發(fā)成功沖擊造型法、新壓鑄法、半熔半凝固法、復(fù)合鑄入法和表面改質(zhì)法等新工藝。為適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)環(huán)保的日益嚴(yán)格，將重點(diǎn)開發(fā)輕型薄壁技術(shù)、復(fù)雜部件的高精度鑄造技術(shù)、高強(qiáng)度、高功能材料和清潔熔化、鑄造工藝的開發(fā)。
??? 在提高材質(zhì)方面，最近開發(fā)成功沖擊強(qiáng)度大幅提高的C－Ni系低合金鑄鋼件。在鑄造方法方面又開發(fā)成功利用纖維涂模的泡沫塑料實(shí)型鑄造法和生產(chǎn)各種新材質(zhì)鑄鋼件的鑄造技術(shù)。