复相钢通常包含两类产品，其中冷轧复相钢主要用来制造对刚度、强度、耐撞性等要求极高的门槛、保险杠、座椅滑轨等安全结构件，热轧复相钢主要用来制造对成形及疲劳要求更高的控制臂、纵臂等底盘核心承重部件。近年来，国内钢铁企业借助于热轧产品升级及冷轧高强产线能力提升，积累了一定的复相钢生产开发经验，但国内外复相钢还存在一些难题尚未有效解决，主要包括： 1、传统热轧复相钢采用微合金成分体系设计，通过卷取温度控制相变，从而获得铁素体+贝氏体+残余奥氏体等复相组织。但是扩孔率与伸长率具有负相关性，同时满足高扩孔性（≥40%）、高拉延性（≥12%）要求存在技术矛盾，如国际知名高端品牌某复杂成形零部件时因伸长率低和扩孔性能不足造成的冲压开裂率高达4%。且在传统控制冷却思路下，相同终轧/卷取温度而不同冷却路径时组织差异较大，导致扩孔率及伸长率波动大。 2、传统冷轧复相钢采用“高碳成分+高温退火”获得少量铁素体+贝氏体+马氏体+少量残余奥复相组织。但高温加热及快速冷却容易造成温度不稳定，从而造成材料性能的波动。且高碳复相钢存在带状组织，对折弯要求较高的零件适用性一般，如某国际知名一级配套商用进口材加工某零件时折弯开裂率高达8%，难以满足门槛、滑轨等零件高折弯性能的成形需求。 3、超高强复相钢冷轧生产时变形抗力起点值高，极限厚宽规格轧制负荷极大，导致带钢板形问题突出。如国外某先进钢企极限厚宽规格热镀锌复相钢仅可实现平直度5mm/2000mm，因板形不良导致最终零件空间尺寸合格率仅有90%，严重影响了门槛等零件的装配精度及碰撞安全。 4、超高强度复相钢零件生产过程中翻边、扩孔等涉及边部成形工序较多，极易引发冲压边裂质量问题。因边部裂纹敏感性和零件冲压边裂的预测技术还不完善，缺乏边部裂纹敏感性评价体系及相应的材料解决方案，典型零件冲压边部开裂率达到5%。目前国际上往往被迫采用改良模具或采用激光切割的方式解决此类问题，加工成本显著提高。 首钢通过扩孔/拉延协同控制和材料局部成形的机理创新，提出组织调控新思路，实现复相钢综合力学性能提升；通过轧制工艺、退火工艺、板形控制工艺等创新，实现复相钢性能稳定性、极限规格产品板形质量的提升，在上述机理创新和工艺创新的基础上，最终实现高性能复相钢的稳定生产。

热轧作为钢铁生产流程的重要环节，具有高频、强耦合、非线性等特点，温度、相变、应力相伴相生。经历工业3.0后，热轧技术在主线自动化程度、品种规格、产品质量、信息融通等方面取得了长足的进步，但仍然存在如下亟待解决的问题：库区、磨辊间、能源介质、质检等非主线单元存在着大量的人工操作，劳动生产率低下；加热能力、轧线节奏、多区域调度、生产顺行等问题影响产能释放，高效生产需求迫切；以板形、表面、轧破甩尾为代表的质量和生产稳定性长期困扰热轧企业，控制模型精度、设备状态、关键检测缺失、监控不完善、人工干预多等是主要原因；缺乏工厂级成本管理系统，能耗到卷（或板、管、棒等）、成本到卷无法实现，做不到精细成本控制；自动化、信息化已逐步完善，但许多和设备、人员、物料、能源等密切相关的数字化工作尚在起步；上下游工序、工厂业务之间缺乏物质流、信息流、能量流协同机制，工作效率低下，标准实施和固化困难，决策靠人。 热轧面临的如上问题大多是多因素或多目标问题，需要从全局加以考虑，现有的多级计算机系统构架具有局限性，热轧智能工厂建设则为解决如上问题提供了契机。本项目提出一种以问题为导向的热轧“双智控”智能工厂构架方案，以短板补齐、智能检测、工业互联网平台等为支撑，以关键绩效指标为牵引，从操维集约和业务协同两个方面出发，借助精准感知、数字孪生、工艺驱动、智能算法等手段，追求产线极度自动化和业务高效协同化。热轧智能工厂的建设实现物质流、能量流、信息流互联互通，并完成生产过程中大尺度的全局优化和资源配置，可推动真正意义上的热轧工厂技术变革。

当前限制薄带铸轧技术进一步发展的瓶颈主要有四个方面： 1.生产稳定性差，核心技术指标偏低，生产成本高。薄带铸轧产线是将钢水到带钢卷取集合在一起的连续性产线，其中一个环节出问题，整个生产过程就要中断，尤其是在铸区，对钢水质量、耐材质量、工艺控制等要求非常高。纽柯公司Castrip产线计划完成率不到80%，连浇炉数不足4炉，成材率也不到90%，这导致其生产成本较高，产品竞争力不强。 2.薄规格产品比例低，技术优势未充分发挥。薄带铸轧技术可直接铸出2.0mm以下厚度的铸带坯，易于实现薄规格产品生产，同时单机架轧制也利于板型控制。但在集中生产薄规格产品时，单道次轧制压下率大，导致板型控制困难。 3.工艺优势未充分利用，特色品种少。薄带铸轧亚快速凝固的优势，可消除易偏析元素含量高的钢种在凝固过程中的偏析，从而充分利用相应元素的有利作用。但部分元素对于凝固过程和相变过程的影响，会导致钢水稳定成带困难、带钢易出现表面微裂纹等问题，因此此类产品一直未能量产。此外，利用薄带铸轧过程强化元素特殊的物理冶金规律表现，以及短氧化过程的特点，可开发具有显著成本优势和良好使用性能的产品。但技术引进时纽柯公司Castrip产品主要是结构用低碳钢和低合金高强钢，在特殊钢种的开发和推广应用方面一直没有涉及。 4.设备由国外供应商提供，采购成本高，部分设备使用效果不理想。薄带铸轧产线流程短、工序紧凑，在很短距离内工艺控制点多，设备要求高，目前产线设备只能由国外少数供应商供应，价格高且供货及时性难以保证。 以上这些问题导致薄带铸轧生产成本高、产品品种少、应用面窄、产品竞争力相对较差，严重影响了薄带铸轧技术的推广和应用。薄带铸轧技术如何实现从“可以生产”到“稳定高效生产”的突破已成为钢铁行业亟待解决的难题。

宝钢股份与东北大学通过产学研的紧密合作，协同创新，发挥高校基础研究理论创新优势与企业产线装备及工程技术优势，联合开展本项目科研攻关工作。 重点针对三大技术难题，提炼出环形断面均匀化冷却机制、约束断面温控-相变耦合与协调机制、高温形变细晶组织调控机制等三大科学问题，聚焦包括热轧无缝钢管控制冷却装备等在内的六大关键技术瓶颈，通过理论与实践相结合，率先取得“适于环形断面钢管的非对称冷却机制”等五大创新与技术突破，并最终实现理论、装备、工艺、产品的一体化创新。

本项目由中天钢铁集团有限公司联合上海大学成立“产－学－研”团队，基于国产精轧机+摩根MINI轧机、摩根精轧机+RSM减定径机组的装备优势，借助模拟仿真和热模拟试验等手段，针对典型基础件用中高碳钢的在线组织调控技术难题进行攻关。根据不同钢种特性、二次加工及服役性能要求，形成创新的特钢线材在线组织调控技术集成。实现以下创新： 1.采用连铸小方坯开发出多种机理组合应用的高品质特钢线材在线组织调 控技术。通过数值模拟、装备及设施升级改造，形成含加热控制、“再结晶区、 未再结晶区、两相区”多段控轧和“雾冷+强风冷”、“超慢冷“、“等温”控制的 多元组合工艺方法； 2.形成亚共析钢在线“软化”技术。 a）弹簧钢 50CrVA 创新采用低温累积大变形诱导和强化铁素体相变、轧后 “超慢冷”并精确控制冷却路径工艺组合获得 100%F+P 组织，硬度≤290HB， 可直接深拉拔加工； b）紧固件用钢 ZT35K-M 实施形变诱导铁素体相变、离异共析和退化珠光 体相变机理研究与组合应用，指标达到球化组织 4.0 级、铁素体≥80%、硬度≤ 76HRB，可免退火冷镦成型； c）工具钢 S2（67SiCrNiMoV）利用低温轧制变形强化相变、快冷+“等温” 抑制先共析铁素体和马氏体相变的工艺组合，获得“单一”贝氏体组织，硬度≤ 45HRC，提升加工及疲劳性能； 3.攻克过共析钢的网状渗碳体、索氏体控制难题。 a）GCr15 创新采用高温防氧化加热、（γ+Fe3C）两相区累积大变形轧制 诱导渗碳体析出、轧后“强风冷+雾冷”抑制先共析渗碳体、“等温”相变的机理 及工艺组合，达到网状≤2.0 级，晶粒度 10.0 级以上，面缩≥31%的行业领先水平； b）LX86A 采用高温防氧化加热技术、再结晶区轧制提高奥氏体稳定性、轧 后“强风冷+雾冷”抑制先共析渗碳体+“等温”相变的机理及工艺组合，达到 网状≤1.0 级、索氏体化率≥92%和面缩≥40%的行业领先水平； 4.进一步研究阐述中高碳钢的脱碳机理并形成中高碳钢特钢线材的脱碳控 制技术方法，达到总脱碳层≤0.4%D、零全脱碳的领先控制水平。

目前，我国的节能减排压力越来越大，而消费者对汽车安全性的要求却越来越高，提高汽车用钢强度成为提高汽车碰撞性能并实现节能减排的有效途径。减轻汽车自重引发了对高强钢开发的热潮，如今先进高强度钢板已形成不同强度级别的品种系列，主要包括双相钢（DP）、复相钢（CP）、相变诱导塑性钢（TRIP）和热冲压成形钢。双相钢由铁素体和马氏体组成，马氏体为强化相，具有低屈强比，高的初始加工硬化速率，铁素体为软化相，具有良好的塑性，细小的铁素体组织与弥散分布的马氏体组织具有良好的强度和延性的匹配，目前双相钢已经成为汽车用高强钢的重要组成部分。由于汽车车身耐锈蚀穿孔的要求越来越严格，同时汽车行业对汽车轻量化愈加重视，使得越来越多的汽车用高强钢板采用热镀锌高强钢板，以增强车体耐腐蚀性能，热镀锌双相钢在汽车上的应用具有极好的前景，良好的力学性能、安全性能和服役周期长等性能，使之成为新一代汽车用钢的主要材料。 本钢具有丰富的汽车板生产经验，已成功生产热镀锌 DP450、热镀锌 DP500、热镀锌 DP590、热镀锌 DP690、热镀锌 DP780 等不同强度级别的系列化高强度热镀锌产品，本钢的汽车用钢得到国内外共二十余家汽车生产厂的广泛应用和好评。 800MPa 级以下热镀锌双相钢产品由技术研究院自主开发，基于本钢三冷轧的设备特点，综合运用经典的材料学和热处理等知识，通过 Nb 微合金元素析出规律的有效控制，开发出低成本的 800MPa 级以下热镀锌双相钢产品，具有较高的市场竞争力。以此为蓝本，本钢技术研究院结合百年本钢的技术积累以及装备特点，对全工序进行全新优化，充分利用独有的有氧化装备优势，有效解决了热镀锌表面质量问题，并针对 1.8mm~2.5mm 厚度规格的热镀锌产品，制定了特有的预氧化工艺，解决了厚度规格产品表面控制困难的共性问题，实现了工业化批量稳定的生产，得到了市场的认可以及用户的好评。 本钢自 2016 年开始批量生产高强热镀锌双相钢系列化产品，2020 年累计销量 3.9 万吨，新增产值 2.5 亿元。项目研发和生产期间，共申报专利 6 项，授权专利 2 项，公开 4 项，申请国际专利公开 4 个国家。发表相关学术论文 10 篇，形成生产控制技术秘密 12 项，制定企业技术标准 2 项。

近些年高强度冷成型钢研发进展迅速，冷成型用QP1180产品也可承担较复杂的变形，用于制备B柱等。因此，1500MPa级热冲压钢的竞争优势不再明显，如果能将热冲压钢的强度提高到2000MPa以上，将具有巨大的市场竞争力，但材料强度提高则韧性下降，2000MPa级别热冲压钢研究成为国际难题，研发产品均无法满足大批量商业使用要求，属于前瞻产品。 传统1500MPa热冲压钢应用也出现新动向。此前，白车身使用热冲压零件以1.4-2.0mm规格为主，但近些年，热冲压钢使用呈现两种变化。一方面，薄规格产品用量呈现增加趋势，由于汽车轻量化要求的提高，热冲压钢开始替代部分高强钢使用，因此，薄规格零件，如1.0-1.2mm产品开始大量使用，因热冲压工艺生产特点，薄规格产品，特别是在北方冬季生产，温降过快，冲压前发生铁素体相变，导致废品率显著增加，因此，针对薄规格产品急需开发“宽工艺窗口热冲压钢”以适应批量生产需求。 另一方面，随着热冲压技术的成熟，在汽车底盘结构件也开始尝试使用热冲压零件，厚度逐渐提高至3.5-6.0mm。传统热冲压钢为22MnB5，其临界冷却速率为27℃/s，部分3.5mm管状热处理零件，通过水淬方式生产可以满足要求。但厚规格热冲压底盘扭力梁零件，核心技术指标为疲劳控制问题，需要保障零件组织均匀一致，但传统热冲压钢淬透性不足问题突出，无法满足使用要求。

该高速棒材生产线具有生产灵活、轧制速度高、尺寸精度高、成材率及作业率高的特点，以及能够实现低温精轧及轧后分级弱水冷，减少合金元素消耗，降低生产成本的特点，有效的满足了螺纹钢高效生产的需求。主要技术优点如下： 1、提出高速棒材生产线柔性轧制技术观点，创新性开发了高速棒材全规格单一孔型系统及组合传动的模块化轧机核心装备，使生产线的平均作业率由88%提升到90%以上，精度控制提升了0.4%，解决了高速棒材工艺的高作业率及高精度轧制问题，提升了智能化轧钢工艺水平。 2、针对新国标热轧钢筋合金减量化绿色生产的难题，对轧制的形变制度、温度制度及相变制度进行深入研究，创新提出低温精轧和轧后分级水冷的控轧控冷工艺技术，研发了热轧钢筋的控轧控冷组织性能预报模型及配套的智能控冷装置，使锰含量平均降低了0.3%以上，并实现了无钒添加。 3、研究了高速上钢系统中倍尺长度、制动距离、夹尾器夹持力及转毂动作周期的原理，创新设计了夹尾器及转毂机构，开发了具有完全自主知识产权的高速倍尺飞剪、智能夹尾器及高响应伺服转毂等一整套高速上钢装备，使45m/s上钢的产品规格进一步扩展，为高速棒材生产线提供了先进的装备保障。 4、开发高速棒材自动控制系统，其核心控制系统包括高速模块轧机速度补偿控制、水冷温度闭环控制、高速倍尺飞剪控制、高速上钢控制、自适应周期冷床控制，并研发出高性能工艺控制器TCU。实现温度控制指标在+/-10℃内，倍尺精度+/-60mm以内，成材率达到98%以上。

轧件表面裂纹问题一直伴随着连铸技术的发展，铸坯表面一旦开裂，情况轻的需要精整、增加工序和成本，严重的则产生废品，造成严重损失。为了解决此问题，采用铸坯快速冷却防裂纹技术，快速冷却使铸坯表面发生铁素体、珠光体转变，随着相变进行奥氏体晶界迁移C、N化物被保留在铁素体晶内，强化了晶界，随后立刻热装热送，可有效避免轧后裂纹。

控制轧制的核心思想是对奥氏体硬化状态的控制，即通过变形在奥氏体中积累大量的能量，力图在轧制过程中获得处于硬化状态的奥氏体，为后续的相变过程中实现晶粒细化做准备。控制轧制的基本手段是“低温大压下”和添加微合金元素。所谓“低温”是在接近相变点的温度进行变形，通常采用750~850℃。由于变形温度低，可以抑制奥氏体的再结晶，保持其硬化状态。“大压下”是指施加超出常规的大压下量，这样可以增加奥氏体内部储存的变形能，提高硬化奥氏体程度。增加铌微合金元素提高奥氏体的再结晶温度，使奥氏体在比较高的温度即处于未再结晶区，因而可以增大奥氏体在未再结晶区的变形量，实现奥氏体的硬化。为了进一步强化钢材的性能，在控制轧制的基础上又开发了控制冷却技术。控制冷却的核心思想，是对处于硬化状态奥氏体相变过程进行控制，以进一步细化铁素体晶粒，甚至通过相变强化得到贝氏体等强化相，进一步改善材料的性能。 采用低温大压下为特征的控制轧制工艺，与长久以来形成的“趁热打铁”的传统观念背道而驰，其改变了传统的高温连续轧制路线，不论对轧制装备能力还是在生产节奏的控制上都提出了更高要求。低温轧制必然受到设备能力等条件的限制，操作方面的问题也不容回避。为了实现低温大压下，钢铁行业长期以来致力于大幅提升轧制设备能力，为此投入了大量人力和物力资源。即便如此，对于一些特殊用途厚板产品，现有轧机仍无法很好的满足操作要求，对工艺方案的制定及实施均带来极大挑战。另一方面，钢板经过高温加热和在高温阶段粗轧后，需要经历较长时间的待温，以实现低温轧制，由此将对轧制节奏和生产效率造成不利影响。 在上述背景下，开发出热轧厚钢板本质细晶化高效轧制技术，通过化学成分和冶炼工艺的优化设计，使钢材本身具备晶粒细化能力，在大幅提高低温轧制温度甚至取消低温控轧的条件下，仍获得晶粒细化的显微组织以及良好的力学性能，显著提高轧制节奏和生产效率，对于高端厚板产品的开发以及钢铁企业生产能力和技术水平的提升具有重要意义。