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1、年月第卷第期 轧 钢 国外考察 日本热轧带钢技术的发展和现状 随中国金属学会代表团访问日本观感之一 王国栋，刘相华 （东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳） 摘要：介绍了日本热轧带钢轧机机型与布置型式的演变。热轧带钢轧机与连铸机的热连接方式，以及超 级钢、钢板、钢板等新产品的开发。同时以住友金属鹿岛厂的改造为例，介绍了日本 热轧带钢生产技术不断改进、不断进步的历史，并指出，借鉴日本的历史。对于我国热轧带钢生产技术的 改造和创新，对于我国钢铁工业的发展有重要意义。 关键词：热轧带钢轧机；产品开发；改造；创新 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（） 。 （ ； ， ） ： ，
2、， ， ， ， ， 一， 一 ， 、 岫： ； ； 年月日，作者随以殷瑞钰院 在之内，板坯短、单重小。限于当时的轧机 士为团长的中国金属学会代表团参加在日本福冈 装备水平，轧机的轧制速度、压下量等均受到限 召开的亚洲钢铁大会，并访问了日本几个大钢铁 制。因此，当时日本采用机架数目多、轧制周期公司的钢铁厂，收获颇丰。现把日本热轧带钢技 短的全连续轧机居多。但垒连续轧制方案基建投 术的发展和现状予以介绍。 资大，设备运行费用高。随着连铸技术的发展， 热轧带钢轧机机型与布置型式的演变 板坯单重达到以上，长度相应增加；同时， 作者在日本访问了家热轧带钢厂，基本情 轧机设备的制造能力增强，可以方便地制造
3、强 况如表所示。 。 力、大功率的轧机，因此，粗轧机组向连续 粗轧机组的布置 和半连续布置的方向发展。时至今，具有强力 日本的热轧带钢轧机大多建于世纪 式粗轧机的半连续布置已成为热带轧机发展的主 年代，当时钢坯主要由初轧机提供，为单重 流。但由于日本热带轧机建设历史条件的限制， 不足的板坯，随后虽然单重有所增加，但也 本目前基本还是维持原来的布置方式，即采用 ” 收稿日期： 作者简介：王国栋（一）， 男（汉族），辽宁大连人，教授，中国工程院院士。 万 方数据 轧 钢 年月出版 全连续式和连续式轧机。图为福山 厂热轧带钢粗轧机组的布置情况。 表 日本家热轧带钢厂的基本情况 注：一立辊除鳞机。 精
4、轧机组的布置和选型 精轧机组轧机的选型十分重要。建设初期， 日本各厂精轧机基本是机架连续式轧制，且为 普通的四辊轧机，未装备液压系统和有效 的板凸度控制系统，也没有应对轧辊磨损的措 施。 随着轧制技术的进步和自动控制技术的发 展，日本各厂逐步进行了轧机的改造，增设了板 厚、板形和板凸度的控制手段。在厚度控制系统 方面，主要在后部机架（个机架）采用液 圈 福山厂热轧带钢轧机租轧机组 压系统，而不是全部机架采用液压， 这是老厂改造的局限所致。在板形与板凸度的控 目前，半连续式布置的粗轧机组依产量的 制方面，有的厂改造采用六辊轧机，例如新 需求，可以采用不同的机架数目。如果年产量超 日铁的八幡厂、日
5、新吴厂等，但是由于工程复 过万，粗轧机组一般宜采用台轧机，并 杂、庞大，需要整体更换机架，投资费用很高， 采用或的道次分配。如果轧机的年产 停产时间较长，同时热轧机与冷轧机不同，对六 量低于万，可采用台粗轧机。应注意， 辊轧机的板形控制能力需求不大，故后续多数厅 这时粗轧机组将成为进一步提高轧机产量的瓶 采用更加务实、简便的轧机。其核心是后 颈。 部机架（一般。，）采用，分散比较严 新一代的半连续式轧机在功能上已有极大改 重的轧辊磨损，实现自由程序轧制。为了弥补板 进，轧机的允许轧制力、轧制速度、电机额定功 形控制能力的不足，采用强力弯辊，有的还采用 率、轧机刚度都有较大提高，这是目前日本采用
6、 大凸度支撑辊。进行轧机的改造利用大修 的老式粗轧机难以比拟的。 期间就可完成，所以是一个简便可行的方案。万 方数据 第卷第期 王国栋等：日本热轧带钢技术的发展和现状 目前国际上新建轧机的发展趋势是在前部机 卷取温度为控制目标的控制方式相比，实施冷却架（）采用强力的凸度调整手段，例如 路径控制难度很大。对于生产钢，日本机架或机架，目的是对轧件的断面形 采用种冷却控制措施；一是采用带钢分段、冷状进行必要的调整。但在轧辊磨损成为主要矛盾 却系统分区的控制方式，以提高控制系统的控制的后部机架（。，），不论前部机架采用何种 精度；二是添加一定的合金元素，扩太钢材的工方式，均采用轧机，如有可能再配以强力
7、 艺控制窗口，减少钢材对冷却路径改变的敏感弯辊和大凸度支撑辊。的横移距离一般为 性，降低冷却控制的难度。目前，对一些重要的士，弯辊力一般大于，力图满足 高强钢种，日本各厂均可生产，这表明日本热轧板形调整的需要。由于日本建厂阶段处于轧制技 带钢冷却控制的水平是比较高的。术发展的探索阶段，所以在机型的选择上有的厂 轧件温度均匀性的控制也走了一些弯路，例如有的厂在后部机架采用 精轧机组的温度控制十分重要。作者参观的轧机，这实际上与轧机的发展趋势相悖。 个厂均在粗、精轧机组之间安装边部加热器等轧机能力的合理确定 补热装置，以控制轧件横向温度的均匀性。温度 由于日本的热轧带钢轧机建设时间早，一般 均匀分
8、布对材料性能的均匀分布以及提高带钢板轧机能力较现代轧机弱。近年建设的轧机，特别 形质量有重要意义。对硅钢等产品，边部加热对是我国建设的轧机，均增大了电机功率和允许轧 防止边部裂纹具有重要作用。近年西方国家提出制力，提高了轧机的刚性，这对于提高产品尺寸 高强钢横向温度控制的边部遮蔽方法，日本早年精度、轧制高变形抗力的合金钢和钢是 也提出过，但参观的几个厂均无此措施。有利的。但是，日本通过制定合理的轧制规程， 此外，精轧机组普遍采用机架间冷却，以适利用相对较弱的轧机，再配以先进的轧后冷却系 应升速轧制条件下带钢全长温度控制和终轧温度统，也轧制出了各种高强钢种。这表明，轧机并 控制的要求。在控制方式
9、上，采用穿带后立即大非是决定产品强度等级的唯一因素。对于钢铁材 加速度升速，此后维持轧制速度恒定，为维持恒料来说，由于在冷却过程中会发生复杂的相变， 定的精轧温度，需相应调整机架间冷却水量。升如果加强对控制冷却系统的控制和优化，可在不 速轧制与机架间冷却配合，增加带钢轧制速度稳提高轧机能力的条件下，利用对冷却过程的控制， 定区段的长度，可较好地控制冷却路径，提高带来提高钢材的强度，达到生产高强钢的目的。 钢全长温度控制的稳定性和产品性能的均匀性。轧后加速冷却系统的发展情况 热带轧机与连铸机的热连接 与国际上大多数热轧带钢轧机相似，日本的 直接轧制（）热轧带钢厂多数采用管层流系统进行轧后冷却过
10、世纪年代，新日铁坍制铁所首先实程的控制。但少数厂家例外，如住友金属鹿岛 现直接轧制，此后，直接轧制技术在日本风靡一时，厂，在年改造时，采用水幕冷却系统；近 各厂纷纷采取措施以实现直接轧制。八幡制铁所年，福山厂通过改造，采用超快速冷却系统 比率曾达到万月，但现已不采用； （ 福山制铁所比率曾达到。图 ），据介绍，对 号连铸机厚的热轧带钢其冷却速度可达，为目前世界最高冷却速度。该冷却系统可对钢板实行全面、均匀的快速冷却，其位于精轧机出口处。 对冷却路径的控制是生产汽车用钢的重要手段。由于日本热轧带钢轧机均为传统轧机，未采用短流程技术和热卷箱技术，为了消除头尾温差，必须采用升速轧制。冷却路径的控制要
11、求温度演变历程（即温度与时间的关系）在升 图 福山厂热轧厂的热连接速轧制过程中保持不变。与传统的以精轧温度、万 方数据 轧 钢 年月出版 为福山厂的热连接路径。在采用直接轧制 的道次调宽，这种大能力的调宽对 的时候，利用连铸机出口直接对准轧制线的有利 于实现连铸和热轧的衔接极为重要。作者参观的 条件，直接轧制非常方便，但现已不采用浦项 套热带轧机有套（福山、住友鹿 钢铁公司光阳制铁所的条热带生产线曾设计采 岛）采用了调宽压力机。 用技术（通过感应加热来补热），但目前 在日本热轧带钢轧机发展的过程中，曾尝试 已不再用。 采用多种措施解决连铸与轧钢在铸坯宽度方面的 作者参观的各厂，尽管原来有很好的
12、直接轧 衔接问题。新日铁大分厂对原初轧机进行了改 制措施，但目前均不再采用直接轧制技术，究其 造，采用架平辊架立辊布置的连轧机组， 原因，主要有以下几方面：（）采用高速连铸 进行板坯宽度的调整，可以轧制宽 后，铸坯温度显著降低，不再适于直接轧制； 板坯。尽管通过这种方式可较大幅度地 （）铸坯表面质量要求高，经常需要下线清理； 提高热轧带钢轧机的产量，但是由于其两火成材 （）直接轧制导致轧制生产刚性过高。 能耗高，且新建厂设备投资大，所以目前仅限于 直接热装轧制（） 该厂使用，没有推广。 直接热装轧制利用加热炉补热，铸坯装炉温 热轧带钢轧机的产品开发 度，可以大幅度节省能源，缩短工 超级钢的开发
13、思路 艺流程，因此目前日本各厂普遍采用该工艺。 在亚洲钢铁大会上，日本学者牧正志教授在 直接热装轧制的基本条件是：（）具备设备 大会发言中详细总结了技术的发展，强 和平面布置条件（铸坯输送、连铸一热轧间距离 调了通过晶粒细化、析出强化、相变强化、固溶 合理等）；（）具备无缺陷铸坯生产技术（铸坯 强化等不同的强化机制，利用轧制和冷却两种手 无清理率）；（）生产适宜的钢种（某些 段，提高材料强度的重要意义和工艺实现的方 钢种不适宜高温热装轧制）；（）具备连铸一热 法。目前，日本企业、研究单位和学校在晶粒细 轧生产一体化（同期化）管理技术。 化方面有不同的观点和思路：企业着眼于现有设 直接热装轧制的
14、难点有：（）交货期缩短， 备可以生产，晶粒细化是适度的，一般在 合同批量减少；（）炼钢一连铸一热轧之间钢 ；研究单位则希望将晶粒细化到肛以 种、规格的匹配组织工作。 下，追求晶粒细化的极限。 新日铁大分厂利用调宽轧制，直接 热轧钢板的开发 热装率高达，热装温度达到以上。 汽车用热轧钢板主要品种是钢和 连铸坯的尺寸 钢，其生产工艺最重要的特点是在输出辊 连铸坯的厚度是普遍关心的问题。作者所考 道上进行冷却路径控制。图为热轧、 察的日本各厂连铸坯厚度基本为种：（）如果 、贝氏体钢热轧后的冷却路径控制原理。 连铸坯仅供应热轧带钢轧机，则铸坯厚度相对薄 精轧 控制冷却 一些，约为一；（）如果铸坯同时供
15、 卷取温度 应热轧薄板和中厚板轧机，则铸坯相对厚一些， 约为。增大铸坯厚度，会增加连铸坯冶 钢 一残余 金半径，增大连铸机的建设投资，要慎重处理。 改进延伸和 宽度的衔接 扩孔性一口十声 晕 世 连铸坯宽度的衔接也是极为重要的问题。在 赠 双相钢 早期的热连轧机上，连铸坯的宽度控制在立辊除 一口口 时间 鳞机（）上进行，基本没有控制手段，控宽 质量很差。在世纪年?璧脑?图高强钢的冷却路径控制原理 采用附属立辊进行控宽和调宽，装备和 对于钢，终轧后应立即快冷到铁素体相 ，效果很好。参观的热带厂均采用了此技 变区域，随后空冷，给铁素体析出足够的时间。 术。世纪年代开发的调宽压力机可以实现 当达到需要的铁素体比例后，立即快速冷却到马万 方数据 第卷第期 王国栋等：日本热.
