中厚板发展与技术装备进步的分析
发布日期：2013/3/13 11:15:38 编辑：中厚板www.zhonghouban.cn 来源：www.zhonghouban.com
一、我国中厚板生产与市场分析近几年我国中厚板生产建设出现了一片从未有过的兴旺景象，产量剧增，质量提高，品种扩大，价格猛
一、我国中厚板生产与市场分析
近几年我国中厚板生产建设出现了一片从未有过的兴旺景象，产量剧增，质量提高，品种扩大，价格猛涨，新建厂如雨后春笋一般在神州大地上出现。
中厚板消费水平随工业化程度而变化，工业化阶段基础设施建设规模大，中厚板需求多，消费量大，占钢材比例也高，美、日、俄、德、英等国家建设经验都证明了这一点。随着我国经济建设的快速发展，钢铁行业也掀起了一次建设中厚板轧机的高潮。
1．全球第三次中厚板轧机建设高潮在中国掀起
第一次是在美国。二次大战结束后，美国反省战争的经验教训，深深体会到国家工业化与武器现代化的重要性，特别是珍珠港被日本偷袭和几次航母大海战后，决心加速国家工业现代化步伐，发展一支强大舰队的海军力量，建造大型航母。
工业化和建造舰艇需要大量又厚、又宽、性能又高的中厚钢板。于是，在五六十年代美国掀起了全球第一次中厚板轧机的建设高潮。新建成以二辊式加四辊式双机架型式、160英寸(4064mm)尺寸为主中厚板轧机共16台，其4064mm7台，3m多4台，5m以上特宽1台及3m以下中板4台。另外，现代化改造8台，其中5m以上特宽2台，4064mm2台、3m多3台及2m中厚板1台，也淘汰了若干台三辊劳特式中板轧机。10年间使美国中厚板生产面貌发生了很大的变化，产量猛增，到1957年中厚板产量已提高至1000万吨以上，品种迅速扩大，生产出高强船板、高韧性潜艇用板、高耐候桥梁板以及X一80大口径直缝焊管用板。同时带动了长输管线的建设，在1961年至1969年新建成8套直径达406～1219mmUOE直缝焊管机组。在此期间先后建成7艘大型航母，为发展与建设一支强大海军奠定了物质基础。中厚板轧机建设高潮也引领美国各行各业迅速向前迈进，一举成为全球名副其实的经济军事强国。
第二次是在日本。七八十年代日本为了迅速发展经济，掀起了全球第二次中厚板轧机的建设高潮，短短几年间便新建成以四辊式加四辊式双机架型式4700mm和四辊式单机架5500mm为主中厚板轧机共17台，其中5m以上特宽4台、4．7m级5台，四大公司各占1台，4．2ml台及2~3m中板7台，使日本中厚板生产很快走向现代化道路，促使机器、船舶、汽车、家电、交通及现代建筑等各行各业迅速发展起来。50年代中厚板产量只有200多万吨，到1974年已达到2030万吨。特别是有力地推动了造船工业的迅速发展，造船吨位很快超过1000万吨以上，荣居全球第一造船大国的地位。同时为满足中东和前苏联长输管线的建设，在1970年至1974年新建成5套直径达400~1625．6mmUOE直缝焊管机组，每年出口大口径直缝焊管达100万吨之多，一举成为全球出口钢材大国。
目前，全球第三次中厚板轧机的建设高潮已在中国大地上掀起。预计建设以3500mm、3800mm、4300mm及5000mm四辊式单机架或双机架型式为主现代化高强度中厚板轧机共约22台，其中3500mm8台（内有单机炉卷3台)，3800mm4台，4300mm3台、5000mm3台，另外还有2800mm级4台。这些轧机绝大多数都是大轧制力，达20kN／mm以上，大功率，达2kW／mm以上，高刚度，达2kN／mm以上的现代化中厚板轧机，大大超过日本和美国现有中厚板轧机性能水平，将成为全球新一代高性能中厚板轧机，为实现TMCP工艺，生产高质量、高性能、高附加值中厚板创造了非常有利的条件。
另外，我国正在生产的还有23台中厚板轧机也都经过不同程度的技术改造，这些新轧机建成后，中厚板轧机产能将成倍增加，三辊劳特式一些落后中板轧机将会逐步被淘汰掉，使我国中厚板轧机面目一新。
2．我国中厚板市场需求逐步提高
由于国民经济高速增长，我国各行各业中厚板需求量不断扩大。近几年来船板、管线板、桥梁板消费量成倍增加，形成了需大于供的局面。中厚板产量逐年增加，2000年生产1545万吨，比上一年增产120万吨；2001年生产2101万吨，比2000年增产556万吨；2002年生产2564万吨，比2001年增加463万吨；2003年生产3413万吨，比2002年增产849万吨；2004年生产4672万吨，比2003年剧增1259万吨，增产幅度可以说是空前的。
再以中厚板表观消费占钢材中比例来看，2000年为9．9％，而2004一年涨至16．5％，净增6．6个百分点，这也符合国外工业发达国家的发展规律。
热带轧机生产中厚板，是中厚板资源的一支重要力量。国外钢铁大国热带轧机生产中厚板产量约占中厚板总产量20％左右。我国2000年占30．2％，尚比较合理。但2003年增至44．2％，2004一年提高到52．5％，也就是说中厚板产量中有一半以上是由热带轧机来生产，这是一个比较反常的现象。
如果2010年钢材消费量达到3．5亿吨，中厚板消费比达16．5％时，消费量达5775万吨，其中产量为6000万吨，出口量为500万吨，进口量为275万吨。在6000万吨产量中由现有中厚板轧机生产2000万吨，新建轧机生产2500万吨，留有1500万吨由热带轧机代劳，占中厚板产量25％，也是比较合理。到2010年我国中厚板轧机生产中厚板产能、品种、质量都可完全满足国内需求，而且还有一定力量应付出口的贸易需要。
3．建造航母必须有特宽厚板轧机吗?
多年来美国一直在奉行炮舰外交，并连连得手，引起世人瞩目的是航空母舰。1962年古巴导弹危机时，美国派出8艘航母，迫使赫鲁晓夫连夜撤出导弹。1982年马岛战争时，英国派出“无敌”号航母封锁住马岛海峡，夺取制空权和制海权，切断了阿根廷大陆与马岛的联络，终于取胜。1985年空袭利比亚时，美国从航母上起飞的飞机频频轰炸利比亚首府。1991年海湾战争时，美国派出9艘航母，其中有6艘参战，在袭击中发挥了应有的作用。。1994年9月海地危机中，美国又出动2艘航母，使军政府下了台。1994年9月朝鲜半岛核问题引起轩然大波时，美国派出以“小鹰”号航母为首的战斗群驶入朝鲜沿海相威胁。1994年10月美国派出一艘航母在我国黄海追逐一艘我国核潜艇，有加剧冷战气氛之势。2003年3月美国派出6艘大型航母从几方面轰炸袭击伊军阵地，仅仅用了几天时间就推翻萨达姆政权。
这些事例说明，航母威力是不可小看的，但是建造航母必先有大的厚板轧机。
二次大战前，美国、前苏联、日本及德国等主要国家为了建造航母，都建设了特宽厚板轧机。1918年美国甾肯司公司科茨维尔厂投产了一台5230mm特宽厚板轧机，也是全球投产的第一台5m以上厚板轧机，为美国大批建造航母提供了宽而厚的优质大单重舰艇用钢板。接着，1940年前苏联莫斯科厂5300mm和德国多特蒙德厂5000mm两台特宽厚板轧机也相继投产。日本为了侵略我国，称霸于太平洋，于1941年在日本制钢公司室工厂投产了一台用蒸汽机驱动的5280mm特宽厚板轧机。从此，全球就掀起了一个建造航母和大型军舰的大高潮，这是二次大战中太平洋和大西洋海战的前奏。
有人说，建造航母就需要建设5m以上特宽厚板轧机，没有5m以上轧机就不能建造航母。不能这么说，英国建造“无敌”号航母用板是由达尔泽尔厂4340mm厚板轧机生产的；法国建造“福煦”号航母用板由敦克尔刻厂4300mm厚板轧机轧制，而前几年新建造的“戴高乐”号航母用板已由新建成5m特宽厚板轧机生产；早年西班牙建造航母用板主要由希杭厂3600mm厚板轧机生产。所以，不能说没有5m以上特宽厚板轧机就不能建造得多，板面大，又长又宽，单重也可以更大一些，焊接工作量可大大减轻，用户也反映航母用钢板越宽越好。
1984年俄罗斯伊尔诺斯克厂新建了一台5m特宽厚板轧机，主要是为建造大型航母和各种大型舰艇供板。同年法国敦克尔刻厂进行技术改造，新增一架5m特宽轧机，已能满足各
种用途所需规格的中厚板。
我国宝钢5m特宽板轧机已建成投产，沙钢5m轧机正在建设中，鞍钢5m轧机也在筹建中，应该说，各种用途中厚板绝大多数都能满足。至于要不要一台5500m最大轧机，如果不准备生产64英寸UOE大直径焊管的话，新建5500mm轧机的理由并不很充分。
我国为了开发海洋，维护海权，加强海防，应该尽快建设一支自己的强大的海军力量。因此，我国中厚板市场的前景是非常光明的，全球新一代中厚板轧机将在我国很快茁壮成长起来。[pagebreak]
二、中厚板生产技术与装备的进步
近10多年来，国内外中厚板生产技术与装备都有了长足进步，特别是我国的进步比较明显，现在新建成的一批轧机已比70年代日本建设的4700mm和5500mm宽厚板轧机的装
备水平大大前进了一步。
日本已20多年没有新建中厚板轧机了，但逐年来对现有轧机都进行不同程度的技术改造，使装备水平有了较大的提高，特别是生产技术水平仍然处于全球领先的地位。
现将中厚板生产技术和装备两方面进步分述于后。
1．生产技术方面的进步
(1)原料
一般以连铸板坯为主，趋向于全连铸化，连铸比达95％以上，钢锭及其它料已很少采用。
板坯尺寸增大，厚达340mm，宽达2400mm，最长已增至工作轧辊辊身长减去150～200mm，以前需减去500mm，最大单重达33吨，而纵轧方式可到93吨。
放坯尺寸偏差小了，厚度为≤士4~5mm，宽度为≤±10~20mm，长度为<+50~0mm。
钢质洁净，有害元素成分低，S<25ppm，P<40ppm，H<1．5ppm，0<20ppm，N<10ppm，总量<100ppm。
压缩比减小，一般大于2．5~3性能可合格，当为400MPa时，坯厚为250mm可轧制成厚100mm板。
内在无夹杂、分层、内裂及白点等缺陷，且不得有≥Ф2～5mm缺陷存在。
表面无缺陷，切割端不留毛刺，加热前均需清理干净。
(2)推行热装热送操作
为了节能和提高炉子加热能力，新建厂都很注意炼钢连铸和轧钢加热炉之间板坯运输、保温及调度等关系，做到生产管理一贯制，做到热装热送率达40％~70％以上，热装温度达450~680℃以上，吨钢燃耗降至0．8GJ以下，并在板坯仓库内设置保温坑或罩，尽可能提高板坯装炉温度。目前，日本已实现了直接轧制，使燃料达到零耗。
(3)控轧控冷
中厚板轧机最适合于控轧控冷工艺，许多钢板都可用此工艺生产，某些方面其性能赛过热处理钢板，有的厂已实现控轧率达60％以上。条件好的厂以TMCP为主，而一般厂均以CR生产。目前等轧方式都采用在轧机前后延伸辊道上多块钢板轧制来实现。
日本TMCP有快冷装置的称之为水冷型，而不用快冷的称之为非水型。各公司都有自己专利，如新日铁为NIC，日本钢管为NCT，川崎为SCR和KTR，住友金属为SHT和SSC，神户为KONTROLL。
将控轧与快冷有效地相结合在一起是中厚板生产技术的一大进步，这种工艺可显著地改善钢板性能，降低生产成本与节约贵重合金元素。也可采用轧后直接淬火工艺，取代一部分用热处理炉生产调质钢板，其效果就更加明显。
这项技术有软硬件之分，硬件指轧机和快冷装置，而软件是指操作技术和各种钢种控轧控冷规程及其模型。只有硬件生产不出所要求的钢板。前者是死东西，而后者才是活的精华、经长期试验与多年操作的结晶，应该说软件比硬件更有价值。
(4)板形控制
这是一项钢板三维立体形状的控制技术，目标是生产出尺寸偏差非常小、切头尾和切边极少、矩形、近似矩形及齐边(不切边或铣边)、性能均一的平直钢板。藉比技术可扩大产品，生产出各种异形板。因此，该控制已成为中厚板生产技术中一项不可或缺的新颖工艺。
控制板形一般由纵向(长度)、横向(宽度)及平面三部分所构成，三者互相配合与影响，统一运筹而轧制出最佳板形和最经济的钢板。目前都采用多功能、响应快、大行程、过压下的高性能HAGC，且将响应快的直动型伺服阀直接安置在液压缸上，以提高其响应性，而压下系统采用数字控制，缸位置控制由数字信息处理机来执行，其控制精度显著提高。
这项技术除加大机架牌坊立柱截面和支承辊直径来提高轧机本身刚度以外，为了减少生产中轧辊挠度和钢板凸度，采取了一些补偿与修正措施。如弯工作轧辊或弯支承辊(塔兰托等厂)、阶梯辊(大部分厂都用)、可变凸度辊(原和歌山厂用VC辊)、高精度辊型轧机(如福山厂HC轧机)、交叉轧辊轧机(如君津厂和浦项厂PC轧机)及连续可变凸度轧机(如奥克塞洛森德厂CVC轧机)等。这些技术德国和日本都做了大量研究工作，尚在不断摸索完善之中。90年代开始，附设立辊轧机又被重视起来，新建改建厂多家设置了立辊轧机，日本和韩国都取得了很好效果。一般成材率可提高1％~3％，但生产率会降低15％左右。日本水岛厂以主辊轧机创制了无切边厚板生产技术，由于主辊轧机设备和操作上一些问题比较复杂，至今未得到推广。由于检测元件、传感器、通讯及计算机等技术的提高，在高速、连续及自动化生产中已能准确及时地检测板形尺寸与外形的各种参数。目前检测技术已走向专业化、智能化和全面自动化阶段，对钢板厚度、宽度、长度、凸度平面板形、镰刀弯、不平直度、头尾形状、浪形及表面缺陷等均能精确稳定地检测。
(5)自动化
自动化是优质、高产、低耗及安全生产的保证。但因中厚板生产的特点，在轧机和精整线上实现自动化都比较难。中厚板的自动化比热带要晚10多年，而且多数技术都是从热带上移植过来。目前，国内外中厚板厂都在实现自动化，日本水岛厂早已做到四级计算机，操作人员已缩减达1／3以上，许多设备和工序已见不到人，板坯库和成品发货区原先都是人工集中地方，自从采用生产管理计算机以后，调度工作均在机房内由1~2个人控制。我国中厚板厂大多数都在实现基础和过程计算机控制。全面计算机自动化控制，而且水平较先进的首推宝钢5m厚板厂，与国外相比也是大大前进一步。
(6)产品质量提高，品种扩大中厚板产品最薄可轧到4mm厚，最厚可生产350mm，最宽可轧至5250mm，即工作轧辊辊身长度减去150~200mm，以前是减去300mm，最长板达60m。钢板尺寸偏差：厚度<±0．05mm，宽度<+4．8mm，长度<±10mm，不平直度<1~5mm／m，镰刀弯<5mm／全长。成材率>94％，成品率>99％，修磨率<1％，再矫直率<3％。碳当量<0．38-0.4，焊接裂纹敏感指数<0．2。中厚板强度普遍提高，普通板βb达400MPa以下，而高强度板βb600MPa、800MPa及1000MPa，1000MPa比400MPa用板量可节省一半。水力发电用压力水管，用600MPa板比800MPa板费用多一倍。天然气输送管线钢板已从X65、X70向X80奋进，而且X100已开始批量生产，并向X120迈进。船用板强度也由400~490MPa升至490~620MPa，使船身板厚减薄，因而船体重量减轻。为了提高使用寿命与减轻维护的工作量，已开始大量轧制如铁路车辆、桥梁、铁塔及建筑等方面用耐大气腐蚀中厚板。我国以09cuPTi×T钢为代表，国外以COR-TEN钢为代表。在钢中增加P、Cu、Cr主要元素及Ni、Mo、Nb、Co辅助元素的耐大气腐蚀钢板寿命比碳素钢提高数倍。如水岛厂开发570MPa非调质超低碳贝氏体耐大气腐蚀桥梁用厚板，添加Cu、Ni、Cr元素，而将C降至1／10左右，无需经淬火回火热处理，缩短生产周期，降低生产成本，改善焊接性，无需进行涂层防锈。为了确保结构件所需强度下减轻钢板重量，节省钢材，减少焊缝与工时，达到等级强度，省去加工量，使与混凝土结合更好，外形更美观，已创制出各种异形中厚板，目前有圆板，锥形(Taper)板，即长度方向不同厚度倾斜板，梯形(Ladder)板，即宽度方向不同厚度倾斜板，异厚板，异宽板，防挠(Antide-fletion)板及带肋(Rib)板等。[pagebreak]
2．装备方面的进步
(1)加热炉
普遍采用步进梁式，加热质量好，氧化少，烧损率只0．8％以下，耐火材料损伤少，加热灵活，适合于不同钢种的加热，炉长不受限制，也可加热薄的板坯，能配合中厚板小批量多品种的轧制，且便于空炉，单座炉子产量高，炉子座数比较少，一般不多于两座，但投资大、消耗高。推钢式炉仍然有用，但不作首选。
(2)除鳞箱
除鳞高压水喷嘴压力在18MPa以上，使除鳞箱尽量靠近炉子，做到出炉坯料尽快除鳞，一般喷嘴两排布置，且高度可调，能将低温坯料一次铁皮清除干净。在轧机上也设置喷嘴，以清除二次铁皮，确保成品钢板表面的光洁。
(3)轧机
采用四辊式单机架或双机架型式，而二辊式和三辊式已不再采用。一般单位轧制力都在20KN／mm以上，单位功率在2KW／mm以上，刚度在2KN／mm以上。轧机尺寸在3500mm以上，轧制速度达5~7．8m／s，牌坊主柱截面在9000cm2以上，每片单重达300吨以上，并采用快速换辊装置。换一次工作轧辊只8～15min，换支承辊只1h之内。主传动采用交流电动机，带有HAGC、弯工作轧辊、PC或CVC板形控制装置及近接γ射线测厚仪。为了控制钢板侧边还附设主辊轧机，但在精轧阶段采用轧边工艺的意见，至今仍褒贬不一。为了控轧，轧机前后辊道都留有等轧的位置。
(4)快冷装置
这是一项时髦的装备，它利用余热，既可节能，又可提升钢板品位，何乐而不为。新建改建都少不了它，资金实在拮据，也要把位置留好。
快冷装置有连续(progressive)与同时(Simmltaneous)之分，还有约束(Closed)与非约束(Open)之分。多数布置在精轧机后面，放在热矫后面比较少。以计算机控制使整板冷却均匀，一般设有边部遮板，采用头尾部水量控制及钢板上下表面水量不同分配等措施，要求做到板头尾、边部、宽度、长度及厚度均匀冷却，并以不同冷却速度达到要求的组织与晶粒，且冷至约500℃上下，冷后钢板平直，残余应力小。
(5)热矫直机
实施控轧控冷工艺后，使钢板强度增高、板形变差了，要求设置大范围强力矫直机。现有辊式矫直机受辊径和辊距的配合限制，矫直板厚有一定的范围，一般最厚与最薄之比为4。现在附设有倾斜辊组，油压弯辊、交叉辊，及张力机能的新型矫直机，其矫直板厚最厚与最薄之比已增至25，可以矫直厚度4．5~l00mm大范围钢板，而且矫直力也比以前增加一倍。
(6)冷床
冷床的功能是将热矫钢板从750~650℃冷至100~150℃以下，均匀冷却不得瓢曲与划伤钢板下表面，且有轧机与剪机能力的缓冲作用。
以前采用拉钢方式冷床容易划伤钢板，新建厂都采用步进格板式和盘辊式，并有足够的面积使钢板冷至常温，而且冷床长度满足轧制成最长钢板的要求，不需要在冷床前热剪分段，对成材率和剪切线能力大有好处。
(7)超声波探伤装置
超声波探伤是保证中厚板内在质量最理想的手段，具有直接、连续、轻便、成本低、穿透力强及对人体无伤害等优点，且能准确探明钢板内部夹杂、分层、内裂、白点等细小缺陷的位置、大小与形态，检验效率高，走行速度快，可与剪切线生产相配合。
国外现代化中厚板厂至少都有一台，另外，还配有离线的人工探伤手段。日本君津厂在线设置一台超声波探伤装置，探伤板厚为6~60mm，宽度为1000~4500mm，长度为2．5~25m，探板中间有54组4个通道，探板边有2组7个通道，探头尾有1组8个通道，总共有238个通道，探头尾走行速度为4m／min，板边与中间均为60m／min，型式为分割反射式，板温达150℃左右，可检出最小缺陷为2mm，将采集数据库存备查，主要用于管线板探伤。现在生产通道比较多的有大分厂280个，名古屋厂216个。
国内宝钢为组合式双晶直探头式，总共有100通道，探板宽有3组32个通道，板边有4个通道，探速达60m／min，探板厚为5～60mm，宽达5000mm，探出最小缺陷为Ф3mm，可100％板面探伤，这是目前国内最先进的装置。
(8)剪切线
剪切机都选用机械化自动化换刀刃和调整剪刃间隙的滚切式，多数由切头剪、双边剪及定尺剪所组成，并附设有板形仪、自动画线机、对正装置、对线机、剖分剪、定尺辊、碎边处理收集装置及标记装置等，全线用计算机以数码传输各种信息，使剪切辅助间歇时问大大缩短。目前拥有一条高产量剪切线的有日本福山厂、鹿岛厂、京浜厂、名古屋厂、韩国浦项厂及意大利塔兰托厂等，剪切钢板能力都达到150~200万吨以上，使精整设备吨位和厂房面积大大减少，因而投资也少很多。
(9)热处理设备
有人说：中厚板叫它为轧钢车间，还不如叫热处理车间。由此可知，中厚板生产中热处理份量之大。虽然推行控轧控冷工艺后，热处理量大大减少，但一个现代化厂仍然有20％以上钢板需经不同的热处理后才能满足交货的条件。
目前，采用1—2座辊底式炉，3座以上炉子很少，高温处理多数用氮气保护辐射管加热式，处理前先清除铁皮。只用回火低温处理时，多半都用直接加热。淬火处理时用辊式淬火机，以免钢板瓢曲。
需经高温回火、退火的特殊钢板，专门设置车底式、罩式及外部机械化室式等热处理炉已越来越少。
总的说，中厚板热处理规模逐年减少，而炉型也单一化。
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