摘要：近年来，随着国家经济下行压力不断增大，经济面临硬着陆的风险，而在过去近20年中随着经济发展而茁壮成长起来的以钢铁、石油、煤炭为代表的国家重工业产业也不得不面对企业改革重组、产业升级的大问题。本文主要介绍分析了钢铁企业建设资源节约型企业的重要性，阐述了钢铁企业“十五”以来资源节约与综合利用的现状与意义以及和世界上的发达企业水平存在的差距，提出了钢铁企业建设资源节约型企业的思路。
关键词：节约型钢材；减量化；加工制造；技术；分析
引言：
我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》明确提出,要开发新一代钢铁生产工艺流程,实现钢铁生产的3个主要功能,即提供钢铁产品、能源转换、废弃物处理。作为钢铁材料生产流程主要环节的材料加工过程,如何实现减量化,生产节约型钢铁产品,促进我国社会经济可持续发展,值得认真思考。
1.减量化钢材的设计和生产工艺
1.1 TMCP工艺
钢铁材料的广泛应用不仅因其价格便宜,可大批量生产,而且更重要的是,通过成分设计和热处理工艺可得到性能范围极宽的不同规格特性的产品。其中在对钢材的多种强化方式中,细晶强化可同时提高材料的强度和韧性。20世纪70年代,将控制轧制和控制冷却方法结合,出现了TMCP工艺。该工艺充分利用钢铁材料的相变特点来改变材料的性能,对进一步挖掘钢铁材料的潜力,实现减量化制造具有重要意义。
1.2 400-500MPa级减量化板材的开发
新一代钢铁材料的开发,希望用尽量少的资源,在不添加或少添加合金元素的条件下,生产出高性能的钢材。例如,强度为200MPa级的普通低碳钢,通过工艺优化,强度、韧性明显提高,可达到400MPa级材料的综合性能,从而可节约大量钢材。对低碳钢静态再结晶的研究结果表明,变形温度为850-900℃、变形后保温时间在5s以内时,可保证形变奥氏体处于未再结晶的硬化状态。因此,利用好变形后几秒钟的未再结晶区,是碳锰钢和低碳钢晶粒细化的关键。可见,轧件变形后应在短时间保温后进入冷却区,实施快速/超快速冷却和冷却路径控制,通过控制冷却工艺对硬化奥氏体的相变过程进行控制,以实现细晶强化和相变强化。对于板带材热连轧和棒线材连轧,轧制阶段可改变的因素相对较少,所以把轧后控制冷却工艺作为研究的重点,采用高密度、大流量的冷却装置和低温卷取等控制措施,可实现减量化板带材和棒线材的开发。
1.3 400-500MPa级减量化线材的开发
通常高速线材轧机的终轧速度大于100m/s,由于变形热使得线材终轧温度可达1000℃。所以线材不能象板材那样实施低温终轧。线材轧制总延伸大,轧制速度高,压下方向不断变化,机架间歇时间短,这种连续大变形易形成应变积累。但同时,线材断面小,通过控制冷却,易获得均匀细小的晶粒尺寸。为开发减量化线材,东北大学进行了试验研究,试件成分为：0.22%-0.25%C、0.33%-0.42%Si、0.7%-0.8%Mn。试验得出线材轧制的技术要点：利用线材轧制的大应变连续累积变形,实现材料的加工硬化；轧后立即快速冷却,吐丝后采用水雾冷却,通过快速冷却抑制奥氏体再结晶,保持奥氏体硬化状态,并在适当的温度下终止冷却,以控制相变过程,避免产生淬火组织。通过采用这种工艺,实现了400MPa级减量化线材稳定、大规模的工业生产。
2.减量化加工制造生产及相关技术
2.1减量化加工制造的设计生产
一是TMCP工艺技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在日常生产生活，钢铁材料能够得到批量生产且应用范围非常大，可以通过对钢铁材料铁碳等主要成分的设计，得到适用于不同工作环境的各种钢铁材料。而细晶强化作为生产钢铁材料的各种加强方式之一，可以起到同时提高材料的强度与韧性的绝佳功效。自二十世纪七十年代出现了TMCP工艺，这种工艺主要将控制轧制和控制冷却两种方法相结合，使得利用钢铁材料的相变性能，进而改变材料性能，对于实现减量化工艺技术的提升，深层次开发钢铁材料应用能力具有重要意义。二是400-500MPa级减量化板材等的开发。在钢铁材料的生产过程中，我们越来越希望能够在不使用合金元素，而且用低量资源的情况下生产出大量高性能钢。生产中的实例如下:通过工艺优化，使得200MPa级的普通低碳钢达到400MPa级别的强度韧性，从而在提高结构强度刚度稳定性的条件下，最大化地节省钢材用量，从而节约资源。三是低成本管线钢的开发。自从20世纪末开始，我国对管线钢开发重视起来。依据不同级别性能要求，对于X70级以上的管线钢，采用TMCP技术，使其形成各种不同微观结构，另一方面则广泛采用各种合金元素。从1999年始，有关国际公司通过合作，开发出以Nb代Mo高铌成分系列管线钢和相应的生产技术，且目前X80级管线钢等运用此技术已经实现量产。
2.2减量化生产新流程
一是TSCＲ工艺生产双相钢和TＲIP钢TSCＲ工艺即薄板坯连铸连轧工艺，其在轧制、冷却过程中的恒稳性为主要特点。这种工艺区别于常规热带轧制升速轧制，工艺生产中的冷却路径控制极其重要。二是短流程硅钢TSCＲ生产工艺钢铁生产部门在取向硅钢生产过程中为了形成抑制剂，通常会把材料加热至1350-1400摄氏度，既耗能又增加企业碳排放量，另外也增加钢铁材料工艺难度。近些年，硅钢生产工艺主要有：一是生产取向硅钢采用TSCＲ工艺。二是低温加热工艺，在生产过程中，所需温度仅为1200摄氏度，而在后续退火过程中，采用NH3对钢铁材料进行充分渗氮，之后会产生一些微细沉淀，而这些沉淀就是作为抑制剂的AIN。TSCＲ生产工艺是将熔融状态下的钢液浇注到连铸结晶器，之后将其直接装入均热炉保温均热，最后送入轧机进行程序化轧制，在这种特殊钢液中有完全溶解的MnS和AlN。需要指出的是，由于TSCＲ工艺具有无需加热到高温的优势，可大幅降低煤耗，降低生产设备损耗及其维护频率，是一项具有发展前景的新生产工艺。三是柔性生产工艺。现代化的大生产趋势是大规模定制生产方式，钢铁企业根据客户要求进行大规模定制性的钢铁生产。因此在生产过程中柔性为重点关注的部分。我们主要针对同一种材料，通过对各生产环节中各种生产条件的不同条件不同情况的控制，生产出组织性能各有特色、强度不同的定制化产品，从而实现柔性轧制技术的开发与实现。通过简化炼钢、连铸等过程的生产工艺操作，有利于组织生产和与精度控制，为实现定制化、规模化生产奠定坚实基础。
总结：
随着我国经济发展进入深水区，建设资源节约型环境友好型节约型可持续发展的钢铁行业势在必行，因此我们对于钢铁材料及其减量化加工制造技术的相关研究具有重大积极作用。本文主要对钢铁材料及其减量化加工制造技术相关的企业发展现状以及发展减量化钢铁材料生产技术进行了有益的总结与探讨，希望为广大从业者提供一些思路，同时也希望我国的钢铁行业能够持续良好的发展，为祖国建设事业持续不断贡献力量。
参考文献：
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[4]张永生.基于节约型减量化的钢铁材料加工过程理论及实践研究[D].东北大学,2009.
论文作者:黄红英
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/9/29
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