广 告
本文介绍了成立以来轧钢工艺的主要研究开发成果。这些成果使得从第一道次轧制到最终产品的全生产工艺得以实现。在保证产品质量（包括尺寸精度、性能、表面质量等）的同时，提高了生产效率和成材率，还降低了生产成本。此外，高强度高韧性材料的开发，需要相应的稳定生产高级钢的轧钢技术以及应对产品多样化的柔性生产技术。为此，JFE钢铁不断进行更高端轧钢技术的研发。
并且通过对轧材热履历的控制，能让轧制产品具备各种不同的性能。
薄板轧制、厚板轧制、型钢轧制是利用轧制技术，此技术基于材料在转动轧辊间延伸这一极简单原理。通过该技术制造出能满足客户要求的各种形状的产品，并且将其与高端的加热 - 冷却技术相结合，以此来控制钢的组织，进而提高产品的强度、延性和韧性。连续退火工序通过对钢材连续热履历的控制，能使材质均匀化，提高最终产品的质量。表面处理工序通过对钢材连续热履历的控制，能使钢材具有耐蚀性和良好表面性状，提高最终产品的质量。
为防止地球温暖化且满足环境保护要求，需使用强度更高、韧性更好的钢铁材料。相应地，制造省资源材料的新型制造工艺是不可或缺的技术。为满足社会对节能环保要求的持续提高，钢铁工业需不断降低制造过程中 CO2 和废弃物的排放。
此外，生产线高速化连续化技术有助于提高生产效率，这是十分迫切的要求；以最低成本生产高级钢的技术也是十分迫切的要求；多品种小批量的柔性生产技术同样是十分迫切的要求。为了应对这些要求，持续不断地开展轧制工艺新技术的研发工作，并且采用创新型的轧制新技术，从而实现了高级钢的稳定生产。
本文对成立以来轧钢工艺的主要研究开发成果进行概括介绍，同时对今后轧钢技术的发展进行展望。
轧制技术的开发
1.1热轧技术的开发
薄钢板进行热轧生产时，一方面要求有高生产效率，另一方面要求在坯料加热到轧制以及冷却的过程中，对轧材的热履历进行控制，这样才能生产出高质量的热轧薄板。同时，还要求做到节能，保证生产稳定，并且能够自由轧制生产多品种薄板。
1970 年代之后，在坯料加热这一方面，积极运用能够有效利用连铸坯显热的方式，以实现节能以及减少 CO2 排放的热装直接轧制工艺（HDR）。在加热炉方面，大力推进低 NOx 排放且节能的环境友好型蓄热式烧嘴在大型加热炉上的应用（就像图 1 所展示的那样）。另外，对加热炉自动燃烧控制技术进行开发，推动了轧制效率的提升以及进一步的节能。
在热轧程序方面，持续开展消除热轧顺序制约的研究，同时进行柔性化自由轧制的研究。并且针对自由轧制中轧辊与轧材的接触热传导行为展开了基础研究。对轧辊热膨胀（热凸度）的高精度解析方法进行了研究，还提出了轧辊热膨胀沿辊身分布以及稳定控制板形的技术措施。
在板形与尺寸控制技术领域，针对钢坯粗轧变形进行了三维层面的解析，这一解析情况如图 2 所示，目的是降低带钢头尾的尺寸不符合情况。对原本的精轧技术进行了全面性的分析，清晰地明确了研究课题，进而开发出了包含轧机板形控制、输出辊道冷却、卷取后热应变等诸多会对板形产生影响的因素的热轧系统带钢板形预测技术。
随着高强度钢需求的提升，添加各类合金元素的钢种越来越多。防止这些钢种出现表面缺陷是一个重要的研究课题。基于此，对加热炉出炉钢坯的初次除鳞展开了研究。明确在高温高压状态下，轧辊与钢板界面的摩擦行为会对钢板表面缺陷产生影响，并且弄清楚了热轧润滑与冷轧润滑之间的重大差异。此外，针对防止不锈钢带钢端部出现发裂的问题，以及防止高 Ni 钢钢坯在加热过程中产生裂纹等情况，对能够提高高级钢表面质量的技术进行了研究。
在改善钢板组织方面，进行了超微细钢实用化的研究推进。开发出了一道次大压下轧制技术。开展了关于奥氏体晶粒微细化的基础研究。用该技术制作的钢板，其平均晶粒直径为 1μm，成为了一种不使用高价合金元素且循环利用性良好的超微细钢制造基础技术。
热轧生产线稳定作业能对提高热轧生产能力起到很重要的作用。因此，研发出了能保证输出辊道通板性稳定的高精度模拟技术，同时也对卷取机的卷取行为进行了分析研究。热轧生产的自动化是一个重要课题。所以，开发出了平整精轧高速自动化的智能控制技术。
1.2冷轧技术的开发
目前在箔材等极薄带材以及难轧钢种方面，依然存在很多尚待解决的难题。
在冷轧高效率化领域，尤其是在硬质极薄带材高速轧制方面，存在着轧机异常振动的情况。这种异常振动使得轧机的能力无法得到充分发挥。通过开展基础研究，查明了轧机异常振动的机制以及润滑剂油膜的形成行为。在此基础上，开发出了一种混合润滑技术，该技术基于轧制油的循环使用供油方法（如图 3 所示）。并且建立了高速轧制和多品种轧制系统。这个轧制系统能够对高强度、薄规格的产品进行高速稳定的轧制。此外，在润滑技术领域，进行了关于大幅度降低轧机废液的基础性研究。
在冷轧板形与尺寸控制领域，开发出了六辊轧机的高精度板形控制技术，能够对复合板形实现高精度的控制。同时，明确了不锈钢箔材可以轧制的最小厚度，弄清楚了不锈钢箔材边裂的发生行为，并且对单侧驱动轧制钢板的翘曲行为进行了基础性的研究。
为了应对薄钢板表面质量要求持续提升，对薄钢板制造的最后一道工序平整轧制展开了深入的研究。平整轧制具有控制钢板平坦度的作用，也能控制力学性能，还能控制钢板表面微观凸凹（表面网纹）。它直接对钢板外观产生影响，并且对钢板的二次加工性有影响。所以，平整轧制是一个备受关注的工序。
平整轧制对钢板施加的应变极小。传统的轧制理论因此无法对平整轧制行为进行高精度预测。基于此，对极轻压下时轧材与轧辊的接触变形行为进行了详细的解析研究，且有图 4 为证。
研究查明了钢板表面的形貌，其中包括轧辊表面形状向钢板表面的复制行为。还对表面处理钢板的复制行为进行了试验研究。为防止钢板表面网纹发生变化，要求平整轧辊保持良好的粗度。基于此，对平整轧辊新型硬质皮膜方法进行了基础研究，同时也对硬质皮膜的剥离强度进行了研究。
1.3厚板、型钢、钢管轧制技术的开发
为应对以能源用钢为代表的耐疲劳钢、高止裂性钢等高性能厚钢板的制造需求，厚板轧制技术取得了显著进步。通过独有的 TMCP 技术，制造出了具有特色的厚板产品。当时，因为对轧材进行了温度控制，导致轧制负荷增大，所以在厚板板形和尺寸控制方面出现了问题。为此，对厚板的平面形状进行了控制方面的研究，对板头的局部翘曲进行了研究，对复合板的头尾变形行为进行了研究。
开发出了对非稳定轧制状态进行控制的技术，同时也开发出了轧制纵向变截面钢板（LP 钢板）的工业化生产技术，如图 5 所示。这促进了钢结构的减重，并且使焊接量下降。另外，把特厚钢板锻造 - 轧制工艺和新型水槽浸渍设备结合在一起，实现了大单重厚钢板的热处理。
在精整的切断作业线上，运用了激光厚度计，目的是确保钢板全长的厚度符合标准。为了使钢板输送保持稳定，采用了多体动力学（mul ）来模拟钢板的输送过程。另外，还对能够在任意位置测定钢板平坦度的三维扫描器的应用展开了研究。
在能源用钢领域，为了能够从远距离大量输送石油和天然气钢材的精整工艺及设备介绍，对于大厚度且高性能钢板的大口径焊接钢管的需求在不断增多。基于此，开发出了一种生产技术，这种技术在对钢板进行压力弯曲之后，能够对钢板的形状进行精确控制，并且可以高效率地制造出世界上最厚的高强度钢管（如图 6）。
在型钢轧制领域，为了满足建筑用钢高强度化的需求以及建筑物大跨度的需求，对定外型尺寸（外缘尺寸固定）的 H 型钢，扩大了其尺寸规格。
此外，开发出了用于土建的大断面帽形钢板桩的制造工艺，同时也开发出了用于钢材混凝土合成结构件的内面凸起的 H 型钢制造工艺。
在解析型钢等复杂三维变形行为的技术开发上取得了显著进展。具体而言，针对 H 型钢的通用轧制变形行为，开展了细致的解析研究；对 T 型钢通用轧制法进行了基础性研究。同时，把三维变形行为解析技术运用到槽钢、不等边角钢以及不等厚角钢（如图 7 所示）的轧制解析中。在型钢这类非对称断面轧材的轧制过程中，有时会出现翘曲、弯曲等不稳定的轧制状况。为此，对钢板桩的翘曲行为进行了解析研究。
加热、冷却技术的开发
2.1加热技术的开发
1990 年代中后期，环境友好型蓄热式烧嘴在降低 NOx 排放并节能方面取得成效后，在热轧加热炉上实现了实用化。之后，这种烧嘴不断向大型加热炉扩大应用范围。此后钢材的精整工艺及设备介绍，还开发出了连续退火炉用的排气再循环型辐射管烧嘴，该烧嘴能够超低排放 NOx，同时减少了燃烧气体的用量，降低了 CO2 的排放量。
积极推进电磁感应加热技术在热轧生产中的应用研究，在粗轧与精轧之间，利用电磁感应加热器对薄板坯进行全程加热。这样提高了热轧钢板热履历的自由度，使钢板组织和性能因温度波动而产生的波动大幅降低。2004 年，厚板生产线的在线感应加热装置 HOP 实现了工业化。该装置可将过去通过淬火 - 回火制造的高强度钢板转变为在线热处理制造。（如图 8）
2.2冷却技术的开发
开发出新型冷却技术 Super-OLAC 并将其实现了实用化。这种技术能够实现轧材的超快速冷却以及均匀冷却，进而成为 TMCP 技术的关键技术。Super-OLAC 被用于西日本制铁所的福山厂和仓敷厂以及东日本制铁所的京浜厂这三个厚板厂。并且制造出了超大焊接线能量用钢和抗震钢管用钢等高性能厚钢板。Super-OLAC 用于热带轧机和型钢轧机，并且取得了良好效果，即大幅度降低了合金元素用量，同时提高了焊接性和加工性。2011 年开发出了 Super-OLAC 的改进型冷却装置 Super-OLAC?-A，其目的是应对近年来对钢材高性能的需求。
开发并将 TMCP 关键技术控制轧制连续化的 Super-CR 技术实用化。2009 年，此技术在东日本制铁所京浜厂得到应用，它与 Super-OLAC?相组合，能够进行两阶段冷却，从而提高了 TMCP 的自由度（如图 9 所示）。
JFE 公司以上述冷却技术为基础，展开了高水量密度冷却基本特性的研究。对热轧输出辊道的管层流冷却柱状水的稳定性进行了基础性的探讨。同时，研究了水温、轧材表面粗糙度、氧化铁皮的组成以及厚度对喷淋冷却特性所产生的影响，并且查明了轧材沸腾冷却的基本特性。
轧制相关技术的开发
3.1热处理技术的开发
研究了高精度预测连续退火和表面处理的气体喷射冷却能力，此研究成果被用于冷却喷嘴的优化设计，使得退火处理的生产效率得以提高，退火钢板的力学性能也得到提升，同时合金元素的用量降低了。另外，开发出了连续退火线自动操作优化系统，消除了退火速度的波动，使退火钢板质量的稳定性得以提高。
3.2 表面镀层技术的开发
表面处理钢板可应用于汽车、机电产品以及建筑材料等领域，并且需要具备良好的耐蚀性。尤其当表面处理钢板被用作汽车车体外板时，对钢板的表面质量有着极为重要的要求。基于此，正在积极开展提升表面处理钢板质量的技术研发工作。
制造热镀锌钢板时，会通过气刀来对镀锌层的厚度进行控制。因为钢板有不同的用途，所以控制镀层的量以及确保钢板全长镀层的均匀性是很重要的。
在热镀锌作业过程中，需防止锌液内的浮渣（金属间化合物）附着到镀锌板上，以免形成浮渣缺陷以及气刀喷吹时锌液飞溅所导致的气刀纵痕等表面缺陷。基于此，借助流体力学，展开了对气刀喷吹基本特性的查明工作，并针对浮渣的生成机制以及浮渣在锌液内的流动特性进行了研究。这些研究成果现已被应用于镀锌作业当中。此外，开发出了一种技术，这种技术可以利用电磁铁来抑制钢板的振动（如图 10 所示）。该技术对提高镀锌效率和镀锌质量起到了很大的作用。
为了确保镀锌板的质量，研发出了特有的镀锌板表面检测技术。通过运用这一技术，能够将高质量的镀锌钢板提供给用户。
3.3涂敷技术的开发
市场对高端冷轧钢板和表面镀层钢板的需求在不断增加，这些钢板具有绝缘性、耐蚀性、润滑性。滚筒涂敷机广泛应用于各种基材的涂敷加工，它能将薄皮膜涂敷在连续移动的基材上。在进行滚筒涂敷的过程中，会出现起因于滚筒转动的滚筒周向条纹缺陷。为了使涂敷外观均匀，必须了解滚筒间微小区域（弯液面）内涂敷料的流动状态。为此，对涂敷技术展开了基础性的研究工作。并且，将这些研究所得的成果运用到了高质量涂敷钢板的制造过程当中。
轧制技术展望
进行轧制技术开发时，要阐明轧制过程中所发生的物理现象和化学现象，并且将其提升到理论层面。这对于计算机能够高效率地自动控制轧制过程有着重要作用，能提高生产效率和产品质量，还能缩小质量波动以及降低生产成本。所以，今后应当继续推动这方面的研究。高强度、薄规格产品在快速发展，与此同时，低延性材料以及易产生缺陷的材料等那些所谓的难轧材料，其数量会逐渐增多。所以，一方面要研究如何提高轧制能力，另一方面要查明轧制行为和冷却特性对轧材质量所产生的影响，并且进行机制原理方面的研究是很重要的。
日本处于高龄少子化社会发展趋势中，这导致今后熟练操作者的人数会减少。所以，立足于人工智能（AI）和机器人来建立高度自动化轧制系统是很重要的。同时，为了抑制轧制对环境的影响，开发对环境友好型且能够制造出具有用户要求价值的新产品的轧制技术，也会越来越重要。
结语
本文对成立以来的轧制技术开发情况进行了概括介绍。当下，日本钢铁业的经营环境出现了极大的变化。为了在包含海外轧钢厂在内的大竞争时代里，能够持续地给用户提供高质量的钢铁产品，就必须持之以恒地开展与产品质量以及稳定生产有着直接关联的轧制技术的研发工作。
