通过对国内近百条热连轧生产线的过程控制模型精度和产品质量指标研究发现，造成非稳态过程难以控制的原因，既有板带材轧制本身的工艺因素，又受制于热连轧自身的控制特点，长期面临如下突出问题： （1）热连轧各机架存在着弹性变形和塑性变形的交叉耦合作用。热连轧各机架与带材直接接触并产生压下量时，轧机设备会发生弹性变形，轧件又会发生塑性变形，这种设备弹性状态和带钢压下产生的塑性状态耦合到一起，导致传统数学模型很难对其进行精准计算和表述，尤其在频繁换规格或换钢种状态下，一种弹塑性耦合状态下的模型未完自学习至最优状态，又会过渡到另外一种弹塑性状态，导致整个机组形成长时间的非稳态过渡过程。 (2)非稳态过程难以建立高精度的热轧数学模型。该过程具有不确定性、非线性等特点，存在润滑状态、设备工况等多种多样难以表述的变化，这些对薄带材轧制的影响远超过普通带材。而实际控制过程采用的单一常参数模型难以满足连续变化的要求，模型匹配性差，实际生产过程中轧制力、前滑等关键参数存在很大偏差。 (3)多工序间的过程控制参数波动的影响。热连轧生产过程装备由加热炉、定宽压力机、粗轧机组、精轧机组、控制冷却及卷取机组等多个区域组成，各个工序均具有非线性、快响应以及时变、不确定性、工艺控制模型复杂、过程变量维数高、规模大等特点，这就决定了各个工序的建模过程比一般的工业过程复杂得多。这种非稳态下的过程参数波动，均可对下游工序产生很大的影响，从而导致产品质量问题，如板形、尺寸精度以及工艺性能等。 针对热连轧制造领域内过程精准控制科学问题和相关技术瓶颈，2019年河钢集团有限公司、华为、东北大学在深圳举行联合组建“工业互联网赋能钢铁智能制造联合创新中心”签约挂牌仪式。三方成立的联创中心将作为钢铁行业工业互联网与智能制造产学研用平台，以钢铁全流程产线为基点，着力实现网络化、数字化、智能化的新钢铁，促进钢铁产业转型升级、高质量发展。 项目团队依托河钢邯钢公司邯宝2250mm热连轧生产线，基于现有自动化与信息化系统，深度融合数据驱动模型与机理模型，首次开发了热连轧过程动态数字孪生模型并建立了CPS控制系统平台，提高了轧制工艺对复杂多变工况的原位分析能力，改善了热连轧过程三维尺寸控制指标。

我国22.5×9.0型钢制商用车车轮最轻37kg，用钢强度最高590MPa，车轮进一步轻量化缺乏钢材设计、制备和应用的成套技术，具体体现在： 图1 商用车车轮结构与焊接位置 1、材料设计：传统HSLA钢和双相钢不满足车轮的制造或疲劳性能要求。① 采用650 MPa及以上级别HSLA钢制作车轮，存在车轮制造回弹大、成形开裂率高、焊接软化等问题；② 传统的650 MPa及以上铁贝或铁马双相钢强塑性好，但焊接易软化，焊后成形开裂率高达20%以上，疲劳寿命不足国标60%。 2、材料制备：在高强车轮钢制备上，卷取温度控制、表面质量和生产效率等方面存在以下问题：①650 MPa及以上车轮轮辋用钢因卷取温度命中率偏低，力学性能波动较大，影响车轮制造使用和疲劳寿命的稳定性；②650 MPa及以上高强轮辐用钢精轧轧制速度慢、氧化铁皮厚，易导致轮辐表面压痕和麻坑缺陷；③在热连轧产线整体高效化的背景下，厚规格车轮钢生产效率不足产线平均效率的70%，严重制约热连轧产线效率提升。 3、材料应用：高强车轮钢制造及服役过程中存在以下问题：①随着轮辋厚度减薄，焊接工艺窗口变窄，焊接参数不匹配使轮辋焊缝区域制造开裂率高且不稳定；②轮辋与轮辐组合焊处应力集中，热影响区软化严重，造成约40%的疲劳开裂发生在此位置；③台架疲劳寿命与路试疲劳寿命差异较大，前者无法完全复现车轮在实际路况下承受的复杂载荷，车轮设计阶段安全评估能力不足，造成新产品研发周期长达1年以上。 为此，开发650-800 MPa级车轮钢高效化制备及应用关键技术，对解决商用车车轮轻量化的材料设计、制备和应用瓶颈问题，促进我国钢轮制造行业进步和节能减排具有重要意义。

本项目建立了一套完整的工艺控制理论，把轧制技术的关键理论控制技术在简化装备的条件下实现本土化，改变核心控制理论掌握在国外少数相关公司及专家手里的局面，填补国内板带热轧技术的理论和实践空白，在热连轧机组和中厚板机组，实现了用国产技术替代引进的技术，采用自主开发过程控制技术替代国外Siemens的技术、GeTMeic的技术、Tippins技术，为这些板带厂取得了巨大的直接经济效益，真正实现国内板带材轧制控制理论应用的突破，达到比国外引进技术更高、更好的控制水平。

薄板坯连铸连轧技术的出现，适应了这种客观形势的需要，是近30年来世界钢铁工业取得的重要技术进步之一，是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后，又一项带来钢铁工业技术革命的新技术。CSP轧机上的生产工艺研究和生产实践上取得了显著成果，并在国内某些厂家实现了半无头生产模式，在提高产品的厚度精度、板形质量、通卷组织性能稳定性、均匀性和成材率方面体现出显著的优势。但面对钢铁产能过剩，特别是热轧板卷严重过剩的现实，此类薄板坯连铸连轧产线面临着传统产线日益严峻的挑战，需要进一步开发全无头轧制技术，从而更大程度发挥流程优势、增加产品的附加值、降低产品的制造成本并增加生产过程的环境友好性。2009年2月意大利Arvedi无头轧制技术（ESP）投入工业化生产，标志着连铸连轧技术的又一次进步。基于此，2015年，日照钢铁率先引入亚洲第一条，世界第二条薄规格无头轧制生产线。 无头轧制的优势有：1)节能效果显著：同传统热连轧比较，节能40~60%；2)大规模生产高质量薄/超薄宽带钢，实现“以热代冷”；3)带钢高性能均一性、高尺寸形状精度(传统工艺无法实现)；4)成材率比传统工艺提高1%以上(高成材率，低氧化烧损、无切损)；5)吨钢生产成本低，产线投资低。 同时无头轧制生产也存在以下难点：1)产线高拉速、高刚性(无缓冲)、多工序装备一体化集成控制；2)单浇次连轧数千吨薄宽带钢生产组织、质量控制、带出品最低化、事故控制处理等远大于传统工艺。同时ESP生产技术在引进过程中，因国内无可参考技术，生产中发现与理想状况还存在较大差距。为解决ESP产线存在的技术瓶颈问题，日照钢铁联合国内知名高校和科研院所，不断调整思路，优化试验方案，对存在问题逐一分析，开发出ESP线多炉高拉速连铸无缺陷铸坯控制技术、薄规格带钢板形稳定控制技术、基于ESP产线的铁素体轧制工艺技术、超薄宽带钢系列产品的ESP工艺技术等，形成世界规模最大的低碳节能效果显著的高质量薄宽带钢短流程生产基地。。

针对商用车轻量化厢梁结构用高Ti复合微合金化热连轧铁素体基板带超高强度化、超轻量化、性能波动大、大梁断裂率高等关键难题开展攻关，突破了MC纳米析出大沉淀强化、性能一致性控制、提升使用性能的成形加工、多材集成应用的超轻量化等关键技术，实现了热连轧高强钢系列产品性能提升和规模化应用。 本项目共授权专利16项，其中国家发明专利11项，实用新型专利5项，发表学术论文36篇，形成企业技术秘密4项。项目开发的厢梁结构用高强钢系列产品被广泛应用于中国重汽、三一重工、中集华骏、东莞中集、河南骏通、新宏昌重工、成都大运、山东华泰、驰田汽车、南方迪马、中集陕汽、重汽绵专、重庆望江、重汽华威等国内重要商用车生产企业的厢板、底板、纵梁、横梁、边梁、大撑及立柱等关键部件制造。其中，大沉淀强化LG850XT、LG900FD全球首发并应用，AG700L产品获评中国钢铁工业协会金杯特优产品（2019年1月-2021年12月），AG700BL（2020年1月-2022年12月）和LG700L（2020年12月-2022年12月）产品获评中国钢铁工业协会金杯优质产品，多次荣获三一重工、中集华骏、新宏昌重工等用户的优质供应商称号。近三年，项目累计生产厢梁结构用高强钢产品202.8万吨，新增产值13.4亿元，新增利税6.0亿元。

为提高首钢高牌号无取向硅钢同板差控制水平，北京首钢股份有限公司、首钢智新迁安电磁材料有限公司、北京科技大学及北京科技大学设计研究院有限公司建立联合研发团队，进行“高牌号无取向硅钢超低同板差控制技术”项目攻关，在硅钢热轧工序重点开展了热轧工序断面轮廓控制成套工艺装备开发、“凸度-平坦度-楔形”协同优化控制技术，突破传统的控制边降和磨损技术手段，实现良好断面轮廓与小凸度的热轧产品；在冷轧工序重点开展了多辊轧机高精度同板差协同控制技术、UCMW酸轧机组高精度边降控制技术。 通过上述技术攻关及应用，热轧工序高牌号无取向硅钢C25命中率控制精度由26%提升到90.2%，在此热轧工序C25提高基础之上，下游硅钢成品指标显著提升，部分高端产品如无人机等指标达到新日铁3μm以内的同等控制水平。项目的实施，极大提高了国有企业关键技术的自主创新能力、高端产品自主开发能力和市场竞争能力，同时为国家机电产业与能源发展战略深化改革及高质量发展提供了重要物质基础，同时带来直接经济效益达3.5262亿元。

薄规格超高强钢的板形问题是世界公认的技术难题。长期以来，国内钢铁企业无法批量生产热轧薄规格超高强钢板，特别是2-8mm的超高强钢。此外，薄规格超高强钢生产关键装备及工艺技术也为国外企业垄断，国内企业缺乏成熟的生产设备和工艺技术，必须进行技术攻关解决这一世界性难题。同时，国内下游用户也缺乏使用超高强钢的经验，急需结合行业特点，建立热轧超高强钢用户服务技术体系，提供解决方案，引导用户产品升级换代。

通过近十年持续的研发投入，北京科技大学工程技术研究院（简称“北科工研”）已开发包含翘扣头、镰刀弯、机架间跑偏的系列非对称在线测控技术，并实现稳定工业应用，能够有效抑制运行非对称问题，降低薄规格产品的甩尾率与废钢概率，提高轧制稳定性。

该技术致力于建立基于刚柔耦合特性的热连轧机系统动力学模型体系，揭示轧机稳定性和振动机理；开发轧机动态仿真和振动控制技术，提高轧机振动控制技术水平；设计高稳定性的新型四/六辊轧机关键结构，开发轧机动力学综合测试中试平台，推动科研成果的中试和转化；将中试平台和相关技术应用到工业生产，提升行业整体技术水平，为企业创造经济效益。

热轧板带钢密集快冷工艺装备技术，是在热轧板带轧后冷却工序最具推广应用潜力的新技术之一，该技术主要通过冷却装置合理的结构设计克服传统的U型集管冷却装置冷却速度低、冷却均匀性差以及温度控制精度低等固有缺点，可完全满足高等级管线钢、汽车钢高强结构钢等对于高冷速、高冷却均匀性及高精度冷却路径等控冷工艺的需求，近年来逐步得到企业的认可与肯定，在热轧生产线得到了较多的推广应用，具有重要的推广价值。