摘要：介绍了日本中厚板轧机装备水平及其生产技术的改进与创新。重点介绍了日本中厚板轧机厚度自动控制、平直度和板凸度控制以及轧后加速冷却系统的开发与应用。同时，阐述了日本中厚板生产冷、热矫直机和热处理设备的发展，以及新产品的开发情况。

关键词：中厚板轧机；自动厚度控制；平直度控制；加速冷却系统；矫直机；热处理；产品开发

4新型强力矫直机

4．1热矫直机

    中厚板辊式热矫直技术伴随着钢铁工业的发展而成熟。一般按性能、年代粗略地将其分为3代。早期的第1代辊式矫直机为五辊式，有3个上工作辊，2个下工作辊，以及分别布置在上排中间工作辊之上(作为驱动辊)及2个下工作辊之下的3个支撑辊，共8个辊。第2代矫直机增加了矫直辊的数量，工作辊从5辊、7辊增加到9辊、11辊，支撑辊则由整体式单支撑辊改为分段式多支撑辊；上排矫直辊可前后倾斜，部分矫直机的矫直辊可进行预弯，压下机构为电动方式，矫直能力、自动化水平仍然较低。

    自1975年TMCP工艺出现并在轧制线上得到广泛应用后，终轧与加速冷却后的板材温度较低(450—600℃)，大大提高了板材的屈服强度，促进了中厚板辊式热矫直机向高负荷、高刚度方向发展，因此出现了高刚度、全液压、自动化程度很高的新一代强力矫直机，称作第3代矫直机。

    第3代中厚板辊式热矫直机依开发厂家的不同而具有不同的形式：

    1985年住友金属鹿岛厂厚板车间安装了世界第1套复合式矫直设备(也称子母式矫直机)。该矫直机由大辊径厚板矫直机和小辊径薄板矫直机构成，矫直辊布置见图3a。大辊径矫直机主要解决厚板不平度缺陷，小辊径矫直机主要解决薄板的板形不良缺陷。该矫直机配有弯辊机构，在小辊径与大辊径矫直机之间施加张力的同时，矫直辊可沿板材宽度方向发生正、负弯曲，可有效消除板材不平度缺陷。后来三菱重工对这种辊式热矫直机在结构上作了一些简化，并应用于韩国浦项公司厚板轧机，如图3c所示。

    由三菱重工制造，并于1988年在水岛厂投产使用的十五辊热矫直机，入／出口各有4个小直径矫直辊、中间主体部分为7个大直径矫直辊，见图3b，当矫直厚规格板材时，入／出口各有2个上辊抬起；当矫直薄规格板材时，15个矫直辊全部投入使用，此时小直径与大直径矫直辊之间可形成最大达1100kN的张力。

  我国宝钢、鞍钢、济钢等引进德国SMS．DMG公司生产的中厚板热矫直机，其中十一辊矫直机矫直辊布置见图3d。该类矫直机具有以下特点：(1)采用4个液压预应力立柱，增加了机架的刚度；(2)采用液压平衡系统，减小了冲击，保证了稳定性；(3)采用伺服一液压矫直辊辊缝调节系统，矫直辊可进行前后倾动、左右倾动。当过载、板材尺寸超出范围或未检测到时，矫直机辊缝将迅速打开以免矫直辊受到撞击而受损；(4)保证辊缝平行及矫直辊的正、负预弯曲，可有效消除板材平直度缺陷；(5)入／出口辊可单独调节，以保证板材矫直后的平直度精度；(6)采用辊系内部水冷系统，减小了外部冷却时矫直辊与支撑辊的磨损；(7)利用液压换辊装置，保证矫直辊的快速更换。

    总之，中厚板辊式热矫直机装备及技术的发展趋势是：在结构上应配备弯辊机构，辊距及辊径可调；在设备上应具备高刚度、高强度；在控制上应具有较高的自动化程度及液压控制，因而可兼顾冷、热矫直，矫直范围大。不过从用户使用的数量、设备的成本核算、结构的复杂程度、实现控制的难易程度以及设备维护等方面来看，十一辊、九辊等径等距热矫直机的竞争力更强。表4列出了几种典型的第3代中厚板辊式热矫直机的基本配置和参数。

4．2冷矫直机

    一般说来，冷矫直机的弯曲应变越大，则矫直后钢板的残余应力越小。与传统的加速冷却相比，采用Super—OLAC冷却后钢板的残余应力有所降低，所以即使用较小的矫直弯曲应变，也可以得到较小的残余应力。基于这种思想，JFE公司在仓敷地区水岛厂使用了新功能的冷矫直机，开发了极低残余应力钢板。这种新功能矫直机的特点是：

    (1)基于液压动态控制的纵向挠度补偿。依据矫直中的实测矫直力，计算矫直机的特性变形量，动态地修正压下位置，补偿纵向的挠度。

    (2)基于楔形控制的横向挠度补偿。计算矫直辊的挠度量，利用斜楔使板宽方向的挠度量均匀化，实施横向挠度补偿。

    (3)使用下压导辊的互联控制功能。采用下压导辊，导入互联功能，修正由于轧辊磨损等引起的压下精度的降低。

    这种新型冷矫直机，可以对世界最大宽度5350mm的钢板进行均匀的强压下冷矫直，确立了均匀强压下冷矫直技术。

5  中厚板的热处理设备

    中厚板热处理是生产高强度、厚规格产品的重要手段，因此各中厚板厂均配备相应的热处理设备，实现常化、调质、回火等热处理工艺。

    常化是一种最老的细化钢材晶粒、改善钢材性能的热处理方法。其特点是在专用的热处理炉内将钢板加热到Ac₃。温度以上20～50℃，令材料发生a→γ相变，但晶粒不长大，然后将材料空冷至室温。从而得到细小、均匀的结晶组织。

    调质工艺是生产优质板的重要手段。目前生产调质钢板主要有3种工艺；一是传统的离线淬火+离线回火工艺；二是在线淬火+离线回火工艺；三是在线淬火+在线回火工艺。工艺一在专用的调质生产线上进行。工艺二利用布置于加速冷却装置后面或前面的淬火装置进行在线淬火，然后送到专用的离线回火炉中进行回火热处理。工艺三在目前世界上仅JFE公司有一套，调质过程完全在轧线上完成。这套设备命名为HOP(Heat treatment On-1ine Process)。

    HOP是目前世界上唯一的一套中厚板在线热处理设备，于2003年开始安装于JFE公司西日本制铁所福山厂，2004年5月投产，可以处理的钢板宽度达到4．5m。

    HOP采用几台高频电源并联式同步传动，钢板内部的感应发热量由通过线圈的电流精密控制，感应发热量可以方便地换算成热流量。由感应加热产生的热，其热通量约为10⁵～10⁷W／m²，而这一数值比煤气加热高约100倍，因此可以实现极大能量密度的加热。

    该系统安装于矫直机之后，见图4。为了提高加热效率，简化装置，采用巨大的感应线圈，可以对钢板进行高速率的加热。经过Super—OLAC淬火的钢板通过HOP时，利用高效的感应加热装置进行快速回火，可以对碳化物的分布和尺寸进行控制，使其非常均匀、细小地分散于基体之上，从而实现调质钢的高强度和高韧性。通过最优组织设计，可以大幅度地提高材料的性能，生产抗拉强度为600～1100MPa级低温韧性和焊接性能均好的钢材等。

    HOP与super—OLAc组合在一起，可以灵活地改变轧制线上冷却、加热的模式，组织控制的自由度大幅增加。利用HOP生产的钢板，组织均匀，屈强比低，特别适于生产在寒冷地区和酸气环境中使用的高强度、高韧性管线钢。JFE 已经完成了多批耐酸气的X65、X70管线钢的供货任务。利用这种热处理装置开发的610MPa级容器板，可以不进行预热，实行大热输入量焊接，从而降低客户的施工成本。在工程机械领域，用于大型阻尼屏及其加强件的780MPa级钢材可以保证一40℃下的低温韧性，同时又具有优良的弯曲加工性能，焊接预热温度也可以大幅度降低。吊车用的抗拉强度1100MPa级的超高强钢，可以提高其耐氢脆特性，为用户合理设计和降低施工成本创造了条件。

   在提高高强厚板质量的同时，由于淬火—回火处理的连续化，制造工期可以缩短到20天左右，高强厚板的供货能力每月也可以超过1万t，在交货期和数量等方面满足客户需求。

6  中厚板产品开发情况

   为了满足经济和社会发展的要求，中厚板产品的开发在日本受到很大重视。表4是1977年以来日本JFE公司产品开发的情况:

6．1大入热量焊接钢板

    新日铁近年开发了大入热量焊接用钢板THUFF，其允许的最大入热量可达800～1000kJ／cm，为世界最高水平。与传统的通过TiN、Ti₂O₃粒子防止热影响区晶粒长大的思路不同，THUFF是在钢中形成Mg和Ca的氧化物或者硫化物微细颗粒，并让其均匀分散于基体上。这些颗粒尺寸为几十到几百纳米，即使在1400℃的高温下，既不发生团聚，也不发生溶解，稳定地存在于钢中。这样，在钢液凝固的过程中，这些颗粒可以成为奥氏体形核的核心，细化奥氏体的晶粒。而在焊接过程中，这些颗粒可以钉扎热影响区的奥氏体晶粒边界，阻止奥氏体晶粒长大，提高热影响区的性能。这种大人热量焊接钢板可以应用于造船、桥梁、容器等，为用户提高生产效率提供强有力的手段。

6．2 LP钢板

    LP(Longitudinal Proffle Plate)钢板实际上是纵向变厚度钢板，是在高精度厚度多点动态控制技术的基础上开发的。这种钢板用于桥梁、造船等领域，可以依据构件实际承载情况，设计各个部分的厚度，形成纵向变化的断面。生产中，通过轧制速度和辊缝的协调控制得到需要的断面形状。除桥梁外，LP钢板在造船行业中应用也有极好的效果，一艘17万t的船只，由于使用LP钢材2500t，可减少焊缝长度700m，减少钢材用量218t。

6．3   新S-TEN1钢板

    在燃烧重油、天然气、煤的过程中，由于含有硫，所以烟气中含有三氧化硫，烟气在烟囱中凝固形成硫酸。为了防止硫酸腐蚀烟囱，新日铁开发了含有Sb、Cu、Ni的“S—TENl”钢。但是，近年由于焚烧垃圾废物和塑料等，烟气中含有大量的氯化物。同时，因节省能源的要求，排烟的温度大幅度降低，所以在烟囱中又出现盐酸凝结腐蚀的问题。为了应对这一问题，NSC对“S—TENl”钢的化学成分进行了调整，开发了“新S—TENl”钢，这种钢板在满足室温力学性能和高温蠕变性能要求的同时，具有良好的焊接性能，既可以耐硫酸腐蚀，又可以耐盐酸腐蚀，应用于各种废物焚烧设备的烟囱，取得很好的节材和环保效果。

6．4高止裂性钢板

    为确保大型焊接构件的安全，防止脆性断裂是极其重要的。同时，像船只、低温贮槽等大型结构件若发生脆性破坏，则材料必须具有防止脆性裂纹扩展的功能，即具有高止裂性(HighCrack—Arrestabmty)。这样可阻止脆性破坏的扩大，保证设备的安全。日本利用细晶化的冶金原理，通过控制轧制，开发了具有表层细晶组织的钢板，即高止裂性钢板，如图5所示。

    厚度为25mm的钢板，其上、下表层晶粒尺寸约为2μm，厚度约为4mm；中间层的晶粒尺寸约为10μm。在阻止脆性断裂扩展方面，Shear-lip组织的形成具有重要的作用。高止裂性钢板在裂纹刚刚开始传播就立即形成Shear-Iip组织，其韧脆转变温度较同成分的传统钢板低80 ℃以上，所以具有良好的止裂性能。