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1180 MPa级超高强钢冷连轧过程的厚度综合控制技术

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中国机械工程 2024年第2期35卷 347-353,370页

作者：张文军王文奇张晓东林威张燕东白振华燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛066004 中国重型机械研究院股份公司西安710018

针对超高强钢在冷轧过程中厚度波动大以及带头带尾厚度超差的问题,首先根据金属秒流量模型建立了厚度超差预测模型与辊缝调节量预估模型;随后开发了轧制过程中的厚度控制系统,并进行了辊缝调节量优化;最后建立了带钢头尾轧制过程中的轧... 详细信息

针对超高强钢在冷轧过程中厚度波动大以及带头带尾厚度超差的问题,首先根据金属秒流量模型建立了厚度超差预测模型与辊缝调节量预估模型;随后开发了轧制过程中的厚度控制系统,并进行了辊缝调节量优化;最后建立了带钢头尾轧制过程中的轧制速度与张力优化模型。以国内某冷连轧机组的第1机架为技术应用对象,选择两种典型的超高强钢进行生产测试,测试结果表明:超高强钢AR4146E1与DU6220A1的厚度超差长度分别从70.3 m、36.89 m下降到了16.85 m、16.33 m。

关键词：厚差控制系统辊缝超高强钢冷连轧

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高频直缝焊管感应加热与挤压成形过程

钢铁 2024年第4期59卷 116-126页

作者：李大龙焦毅维卢言路肖瑶邸鑫韩毅黄华贵燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

目前,中国多数焊管厂在生产加工过程中,长期依赖操作工观察电火花状态和焊缝毛刺形貌等宏观物理特征来调整焊接生产相关工艺参数,但是依靠目测观察的方式误差较大,缺乏量化、科学的理论指导,容易出现冷焊或过烧等质量缺陷。建立了直缝... 详细信息

目前,中国多数焊管厂在生产加工过程中,长期依赖操作工观察电火花状态和焊缝毛刺形貌等宏观物理特征来调整焊接生产相关工艺参数,但是依靠目测观察的方式误差较大,缺乏量化、科学的理论指导,容易出现冷焊或过烧等质量缺陷。建立了直缝焊管的感应加热模型和挤压成形模型,通过数值模拟得出焊管感应焊接成形过程中的温度场和应力场的分布,以及焊管毛刺形貌的演变过程,揭示了焊接毛刺成形宏观形貌特征随电参数和几何参数的变化关系。以金属流线角作为焊接质量评价标准,引入焊接毛刺高宽比作为特征值来描述毛刺形貌高度与宽度的内在联系。采用控制变量法逐一分析了不同焊接工艺参数对焊接毛刺成形宏观形貌特征的影响,发现金属流线角和高宽比特征值随挤压量、焊接速度、线圈距离的增大而增大,随电流频率和电流大小的增大而减小,并确定了焊接工艺参数的合理范围。最后进行了焊接过程金属流线分布的相关试验,将数值模拟结果与试验结果进行对比,结果表明数值模拟得到的金属流线角与试验值的误差在4°以内,且两者金属流线角随焊接过程中挤压量大小的变化趋于一致,这验证了模拟结果的合理性。该研究成果为进一步优化高频钢管焊接过程的工艺参数提供了理论参考。

关键词：高频焊接焊管挤压成形焊缝毛刺金属流线

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热连轧机组轧辊温度场及热辊型

钢铁 2024年第2期59卷 111-118页

作者：李子正刘芦轩尹宝良邝霜王俭辉白振华燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 唐山钢铁集团有限责任公司河北唐山063000

针对热连轧机组轧辊温度场无法精准预测引起的辊耗及板形问题。为了实现轧辊温度场与热辊型的精确预报来减少异常辊耗和避免重大生产事故的发生,运用数值解析的有限差分法和轧辊热传导方程建立了适合于热轧轧辊温度场与热辊型模型,在此... 详细信息

针对热连轧机组轧辊温度场无法精准预测引起的辊耗及板形问题。为了实现轧辊温度场与热辊型的精确预报来减少异常辊耗和避免重大生产事故的发生,运用数值解析的有限差分法和轧辊热传导方程建立了适合于热轧轧辊温度场与热辊型模型,在此模型基础上引入热轧机组的轧辊冷却水智能分段冷却控制系统,充分考虑复杂状态下冷却水的存在和冷却水流速对轧辊温度场与热辊型的直接影响。结合热连轧轧制过程中的设备参数及其工艺特点,同时考虑轧制钢卷数量递增对轧辊温度场和热辊型的循环叠加作用,编写程序将理论计算公式、模拟调控模型与现场实际工艺设备参数相结合作为分析的研究对象。首先通过现场轧辊测温设备对工作辊和支撑辊进行温度测量,并将测得的实际温度分布值与模型计算值进行对比分析,得到相近的轧辊温度和轧辊凸度变化趋势以及一致的温度和凸度数值,验证了模型计算的准确性和有效性。随后根据结果进行研究分析,得到了钢卷数量变化对轧辊温度和辊凸度的影响,发现了钢卷数增加对温升的叠加影响,同时发现10卷左右将会完成轧辊温度场的温升稳定,同时分析得出冷却水流速在3种不同速度下的轧辊温度沿辊身方向分布情况。最终实现了对工作辊和支撑辊温度场与热辊型的精确预报,并且为后续利用轧辊温度场与热辊型模型进一步调控轧辊辊温分布奠定模型基础。

关键词：热连轧温度场热辊型有限差分法冷却水

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电子温控辊形描述方法及其特征调控规律

塑性工程学报 2024年第8期31卷 199-207页

作者：许志强陈启发白宇航海杨周昊男燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

从辊形电子温控技术原理及电子温控辊形构成特点出发,选取3种典型多项式拟合模型对局部辊形进行了拟合分析,确立了辊形描述基础模型;提出了两种辊形有效影响区边界评价方法,分析了辊形描述方法在不同电流参数及温控片长度参数下的普遍... 详细信息

从辊形电子温控技术原理及电子温控辊形构成特点出发,选取3种典型多项式拟合模型对局部辊形进行了拟合分析,确立了辊形描述基础模型;提出了两种辊形有效影响区边界评价方法,分析了辊形描述方法在不同电流参数及温控片长度参数下的普遍适应性;以提升预设效率为目的,采用切比雪夫多项式对辊形曲线进行划分,以特征分量作为技术应用中的预设辊形调控量,探究了调控参数对辊形曲线参数化的影响。结果表明,拟合模型阶次越高,拟合效果越好,但提升效果随阶次增高而减弱。不同有效辊形区域评价标准下,比例边界相较于定值边界表现出更稳定的评价表现,更适用于电子温控技术。以辊形二次凸度及四次凸度作为预设调控量可高效表述局部辊形,电流参数对二次凸度更具调控力,温控片长度二次凸度及四次凸度具有相似调控力。研究提供了一种电子温控辊辊形预设参量评价标准。

关键词：辊形曲线辊形电子温控技术 TEC 凸度

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冷轧带材多通道板形并行预报方法

中国机械工程 2024年

作者：段伯伟王东城徐扬欢刘宏民燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心金属成形技术与重型装备全国重点实验室

板形是冷轧带材产品质量的关键指标，工业中通过板形测控系统实现板形自动检测与控制。板形预报模型是板形控制系统的基础，建立高精度、高速度、高鲁棒性的板形预报模型对提高板形控制精度具有重要意义。本文采用集成学习方法研究一种... 详细信息

板形是冷轧带材产品质量的关键指标，工业中通过板形测控系统实现板形自动检测与控制。板形预报模型是板形控制系统的基础，建立高精度、高速度、高鲁棒性的板形预报模型对提高板形控制精度具有重要意义。本文采用集成学习方法研究一种精度高、泛化能力强的冷轧带材板形预报方法。首先，以工业大数据为基础构建模型训练所需数据集，具有数据规模大、板形多样化程度高的特点。根据轧机与板形仪间的相对位置进行时间滞后补偿处理，消除数据之间的时间不同步。利用数据挖掘技术中的孤立森林算法对数据中的异常点进行清洗，提高了训练数据质量和模型性能。其次，基于极端梯度提升算法搭建多通道板形并行预报架构，利用处理后生产数据对此架构进行训练，得到冷轧带材板形预报模型（CCFD＿M）。最后，以模型CCFD＿M为基础，提出板形通道优化算法消除预报结果的“伪板形”问题，得到实用版冷轧带材板形预报模型（CCFD＿OM）。经测试集验证，模型CCFD＿OM的预报误差指标MAE和RMSE分别达到0.4044I和0.6816I，拟合性能指标R2达到了0.83，能够满足实际生产要求。

关键词：冷轧带材板形预报时间滞后补偿孤立森林算法极端梯度提升算法

Ni和Cu合金化对Fe-Mn-Al-C奥氏体轻质钢微观组织和力学性能的影响

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机械工程学报 2024年第8期60卷 154-164页

作者：杨阳王泽奎陈晨马华杨志南张福成燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛066004 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 河北省金属产品工艺与性能综合优化实验室秦皇岛066004

为进一步提高Fe-Mn-Al-C系高强度钢的服役性能,利用Ni和Cu对80Mn20Al5奥氏体轻质钢进行合金化。通过扫描电子显微镜、透射电镜和电子背散射衍射等手段,分析对比了固溶态、冷轧后900℃和1000℃退火态的80Mn20Al5、80Mn20Al5Ni6和80Mn20Al... 详细信息

为进一步提高Fe-Mn-Al-C系高强度钢的服役性能,利用Ni和Cu对80Mn20Al5奥氏体轻质钢进行合金化。通过扫描电子显微镜、透射电镜和电子背散射衍射等手段,分析对比了固溶态、冷轧后900℃和1000℃退火态的80Mn20Al5、80Mn20Al5Ni6和80Mn20Al5Cu2钢的微观组织和常规力学性能。结果表明:三种试验钢在固溶态下均为单相奥氏体组织,平均晶粒尺寸均约为80μm,强塑性能相近。经过冷轧和900℃退火处理后,三种试验钢强度都得到了提高,而延伸率基本不变,其中80Mn20Al5钢为单一奥氏体组织,而80Mn20Al5Ni6钢的组织为奥氏体与细小的B2-AlNi相,并且保留了部分冷轧变形组织特征,形成了层状混晶,这都促使其获得了最优的强塑性搭配。80Mn20Al5Cu2钢的组织为奥氏体与弥散分布的富铜相,晶粒尺寸细化显著,约为8μm,细晶强化与富铜相弥散强化的共同作用提高了试验钢的强度同时保持了较高的塑性。而经冷轧和1000℃退火后,三种试验钢的奥氏体晶粒也得到细化,强塑性能仅略有提升。

关键词：奥氏体轻质钢合金化 B2-AlNi相富铜相强塑性

锂离子电池极片辊压异质微结构演化与性能相关性研究进展

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1809-1829页

作者：张俊鹏孙静娜黄华贵苑振革安徽建筑大学机械与电气工程学院合肥230601 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 邢台纳科诺尔精轧科技股份有限公司邢台054000

在力争实现“碳达峰、碳中和”的“双碳”战略目标背景下,电池储能技术已成为我国汽车产业转型和经济可持续增长的重要发展方向。极片作为锂离子电池(LIB)的核心部件,决定了电池能量密度和服役安全性,而辊压工序是确保极片达到所需压实... 详细信息

在力争实现“碳达峰、碳中和”的“双碳”战略目标背景下,电池储能技术已成为我国汽车产业转型和经济可持续增长的重要发展方向。极片作为锂离子电池(LIB)的核心部件,决定了电池能量密度和服役安全性,而辊压工序是确保极片达到所需压实密度、提高电池综合性能的关键。然而,由于极片为“涂层-集流体-涂层”的典型层状复合结构,具有异质性特征,其中涂层为多孔可压缩结构,在辊压时涉及活性颗粒间和颗粒-集流体间的相互作用,因此,辊压变形机理极为复杂,厚度控制难度大,对后续性能表现影响显著。本文概述了极片辊压工艺基础理论、基本机理及性能的研究进展,有助于深入理解正负极片辊压-微结构-性能表现之间的相关性,为预测极片正向性能、设计极片反向工艺与微结构、完善辊压工艺设定和提高极片产品质量提供指导。

关键词：电池极片辊压微结构性能工艺建模

贝氏体轨道钢连铸凝固过程中溶质微观偏析模型及分析

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金属学报 2024年第7期60卷 990-1000页

作者：高新亮巴文月张正席仕平徐东杨志南张福成燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 洛阳轴承研究所有限公司洛阳471039 河北工程大学河北省高品质冷镦钢技术创新中心邯郸056038 华北理工大学冶金与能源学院唐山063210

为揭示贝氏体轨道钢凝固过程中的溶质再分配规律,本工作综合考虑钢液凝固过程中δ/γ相变和枝晶粗化的影响,建立了贝氏体轨道钢凝固过程中溶质元素微观偏析模型,分析了冷却速率、C含量、Mn含量、S含量、P含量对钢液凝固过程中枝晶间溶... 详细信息

为揭示贝氏体轨道钢凝固过程中的溶质再分配规律,本工作综合考虑钢液凝固过程中δ/γ相变和枝晶粗化的影响,建立了贝氏体轨道钢凝固过程中溶质元素微观偏析模型,分析了冷却速率、C含量、Mn含量、S含量、P含量对钢液凝固过程中枝晶间溶质元素微观偏析行为、零强度温度(ZST)和零塑性温度(ZDT)的影响。结果表明,枝晶间S、P元素偏析严重;在不同固相率时,冷却速率对溶质元素微观偏析的影响存在一定差异。C含量主要影响钢的凝固方式,进而影响凝固过程钢中溶质元素的微观偏析行为;Mn、P、S含量对其余溶质元素微观偏析影响不大。C、Mn含量的增加导致ZST和ZDT均降低;随冷却速率、S和P含量增加,ZST变化不大,ZDT明显降低。

关键词：贝氏体轨道钢凝固微观偏析连铸

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考虑摩擦因素的辊间法向接触刚度模型

钢铁 2024年第1期59卷 91-98页

作者：王瑾彭艳赵向阳王梦寒李爱民马斌燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 邯钢集团邯宝钢铁有限公司邯宝热轧厂河北邯郸056000

随着板带产品不断提高的质量需求,对板带轧机装备精度的要求也日益严格,轧机装备的精度是保证产品质量的基础。板带轧机辊间接触刚度是保证产品质量的基础参数,也是关于轧制过程稳定性的重要参数。当前,轧机辊间接触刚度模型仅考虑辊系... 详细信息

随着板带产品不断提高的质量需求,对板带轧机装备精度的要求也日益严格,轧机装备的精度是保证产品质量的基础。板带轧机辊间接触刚度是保证产品质量的基础参数,也是关于轧制过程稳定性的重要参数。当前,轧机辊间接触刚度模型仅考虑辊系弹性变形与受力的关系,而轧辊在其上机服役的周期内,轧辊表面状态不断恶化,辊间接触摩擦状态发生变化,传统辊间接触刚度模型未考虑辊间接触摩擦因素,导致模型不能准确反映轧制过程中随轧辊表面状态对辊间接触刚度的影响。为了对轧机辊间接触刚度进行全面深入的研究,需要建立考虑摩擦因素的辊间接触刚度模型。基于上述问题,以分形理论为基础对轧辊粗糙表面进行建模,通过分析轧辊粗糙表面微凸体接触的变形状态与辊系曲面接触特征,建立了考虑摩擦因素的辊间法向接触刚度模型,并以2250mm热轧机为例,研究了分形参数、辊间接触参数与辊系尺寸对辊间接触刚度的影响规律。通过研究发现,分形维数、分形粗糙度与辊间接触刚度的关系分别为正相关与负相关,两者共同指示了轧辊表面越粗糙辊间接触刚度越小。同时,随着辊间接触摩擦因数的增大,辊间接触刚度逐渐减小,辊间接触载荷与辊径越大,辊间接触刚度越大。所建立的模型可为评价轧机装备精度提供参数基础与理论依据。

关键词：接触力学分形理论微凸体辊间接触刚度摩擦因素