3.1 普通低碳硅锰钢

合金总含量≤0.7%、碳含量≤0.2%，成品材厚度2-6mm，现有全部连铸连轧机组均可无限制稳定量产。

连铸连轧产线流程与传统宽带轧机核心差异在于铸坯原始铸态组织。试验表明，铸坯奥氏体晶粒尺寸分布极不均匀，区间300-2000μm，局部晶粒可达5000μm，晶粒尺寸受钢种成分影响微弱。

若形变热处理无法充分细化原始粗大晶粒，成品内部会形成300-500μm粗大贝氏体区域，大幅降低冲击韧性（图1），相关规律已有文献佐证。

厚度2-6mm钢带中，原始粗大晶粒对成品性能影响较小，可采用常规自由轧制，无需严格控制每道次奥氏体晶粒尺寸；但低温韧性要求严苛、厚度＞10mm产品，需采用再结晶控轧工艺。

3.2 薄规格低碳钢

成品材厚度0.8-2mm，常规自由轧制即可满足力学性能标准；尺寸精度控制的关键在于轧制力能参数精准计算、全长轧制温度均匀性。

钢带头尾为尺寸缺陷高发区域，因此无头轧制方案优于单块铸坯轧制；单块轧制依靠燃气加热炉保证全长温度均匀。

本文针对碳含量0.05%、0.15%两种低碳软钢开展压缩、拉伸、轧制流变性能全面测试，建立全新变形抗力模型并提出一种基于前滑值求解摩擦系数的计算算法。该算法适用于稳态轧制工况，依托工业轧机现场实测数据完成求解。试验共采集超10万组实测数据，并据此计算得到摩擦系数数值。对于薄带钢，摩擦系数取值范围为0.12-0.32。针对宽带钢连轧机，本文提出全新计算方法，用以表征卡咬临界摩擦系数与稳态轧制摩擦系数的比值。

采用机器学习算法建立沿辊身全长300个点位的轧辊磨损预测模型，平均绝对误差0.02mm；同时建立工作辊温度有限差分计算模型，温度平均误差1.5℃，确定相变临界温度与最低允许轧制温度。

钢带无头轧制生产工艺可配套增设轧制中间坯感应加热工序，该工艺已实现工业化现场应用。本文针对厚度20mm的轧制中间坯开展了有限元仿真计算（见图2（b））。计算结果表明，若要实现100-250℃的温升，需要设置8段感应加热单元。研究得到了坯料平均温度与表面温度的变化曲线（见图2（a）），同时完成了感应加热设备的整体结构设计（见图2（c））。

3.3低温韧性管线/结构用钢

成品材厚度6-16mm，薄板坯轧制工艺生产难度高，涵盖X70（K60）及以下强度级别管线钢，核心技术要求为低温高塑性，管线钢需开展落锤撕裂试验。

成分设计核心思路如下：低碳（0.04%-0.07%）、锰含量满足强度最低需求、不添加铬镍铜，仅采用铌单一微合金化，可复配钛微合金化；结合目标强度，合金元素可进行含量的计算。

此外，本文提出了一套评价判据，若以生产满足低温韧性指标要求的轧材为考量基准，该判据不仅能够评估各类轧制工艺制度的生产效能，还可对比不同配置形式的CRC。

1）粗轧阶段实现奥氏体完全静态再结晶（原始粗大晶粒同样适用，标注“R”）；

2）精轧全程奥氏体无再结晶（标注“F”）；

3）精轧后奥氏体有效平均晶粒尺寸最小。

典型机组配置测算结果见表2。2粗轧+6精轧机组完全匹配控轧思路，精轧后有效晶粒尺寸仅7.6-9.1μm；3粗轧+5精轧配置晶粒可进一步细化，但稳定工艺窗口极窄；中间坯水冷可实现精轧无再结晶轧制。

另一种低温钢生产工艺为全道次再结晶轧制，无独立粗轧机组的产线也可生产低温钢带；冷却前晶粒尺寸可达到控轧工艺同等水平（8-9μm）（图3（a））。再结晶轧制体系适合添加最高0.1%钒微合金化，钒不会像铌一样抑制再结晶，同时析出弥散强化相，提升卷板及后续热处理综合力学性能（图3（b）），该工艺可促进弥散细小颗粒析出，进而提升卷轧成品及后续热处理工况下材料的力学性能。

3.4工程机械高强度微合金钢

含微量合金元素，强度等级高于低温管线钢，同时需保证冲击韧性；S700及以上钢种合金元素含量更高，钛添加量0.1%-0.2%。流变性能测试表明，该类钢材变形抗力比X70管线钢高20%。

工艺核心依靠轧后冷却获得目标强度；热动力学曲线显示所需冷却速率＞40℃/s，超出常规宽带层流冷却极限。本文研发一套钢带强冷新工艺并投入工业化应用，借助膨胀仪模拟输出辊道冷却曲线，将冷却全过程划分为5段：末架轧机至首段集管空冷、主水冷段、主集管后空冷、温度微调集管冷却、卷取前空冷。

文献数据表明主强冷段冷却速率：2mm薄带可达140℃/s，12mm厚带60℃/s（图4（b））；绘制强度性能随冷却条件变化列线图（图4（c））。实验室与工业线同步开发新型强冷装置（图4（d）），平均换热系数提升近一倍；12mm钢带强冷速率可达65℃/s，常规冷却仅29℃/s。

3.5双相/多相汽车钢

双相/多相钢凭借重量轻、屈服强度高、抗拉强度高以及优异的应变硬化性能，广泛应用于汽车零部件制造。其优良性能源于自身金相组织：以塑性良好的铁素体为基体，弥散分布马氏体或贝氏体硬质相。此类钢材常规使用厚度均在4mm以下。此外，对于屈强比指标要求较高的管材产品，生产中也会选用双相钢类钢种。

本研究考察了DP600和DP1000双相钢的流变性能，因为精准测定流变应力是确定薄带材轧制压下量与轧机机架配置数量的重要依据。为制备出目标金相组织，研究提出采用延后冷却或两段式冷却工艺方案。该工艺流程主要分为：前期水冷阶段、空冷缓冷保温阶段（用以形成铁素体基体），最后快速冷却至卷取温度，如图5（a）所示。

对采用延后强冷工艺的热机械控制制度开展模拟研究，结果表明低碳钢中可形成占比最高达5%的马氏体-奥氏体组织（图5（d））。该组织占比取决于延后冷却终止温度与空冷保温时长。当冷却终止温度为200℃（图5（b））、空冷保温时间为40s（图5（c））时，该组织含量达到最大值。

3.6中碳钢

碳含量高于0.20%的中碳钢，通常添加约1%的锰、硅元素进行合金化，还可额外配加铬、镍、铜及各类微合金元素。这类钢材生产面临的主要工艺难题，在于其流变抗力大、易产生轧制缺陷，且卷取冷却后钢材性能分布不均。

本文对碳含量最高达0.5%的钢材开展流变性能与相变规律研究。为实现无缺陷量产，借助热模拟试验机完成热塑性试验，试验发现在1000℃以下区间钢材热塑性显著下降。

已有文献完成了立辊轧机与两架粗轧机架轧制过程的有限元模拟，结合板坯边部缺陷向板面扩展规律确定轧制道次工艺参数。本研究实测卷取后带钢冷却过程温度变化，开展有限元仿真，并探究带钢全长范围内力学性能的分布差异。

研究证实，中碳钢卷材芯部与表层冷却时长相差3-10倍，整体力学性能波动差值最高可达100MPa。为此，本文研制出专用工业缓冷设备。针对0.30%含碳量钢材开展现场试验，最终结果显示：钢材力学性能波动区间由45m缩减至15m，屈服强度波动范围由60MPa降至30MPa。

3.7硼微合金化钢

硼含量0.002%-0.006%，低合金总量下具备高淬透性、高强度；大致分为两类：1.0-3.0mm薄板（汽车冷轧/冲压基材）、≤12mm厚钢带（工程机械、高强焊管）。工艺要求：热轧态强度控制在650MPa便于后续加工，淬火后抗拉强度超过1000MPa。

硼钢流变性能仅比无硼同系钢高5%-7%，高温塑性无明显劣化；相变测试显示，Ar3相变点下移30-40℃，贝氏体、马氏体占比提升。

3.8电工钢

高硅电工钢属于结构最为复杂的产品品类之一。在相关工艺开发过程中，存在几项关键难题：变形应力研究、严格控制变形温度区间、避免后续加工过程中带边产生缺陷。

高硅电工钢的流变特性分析难度极高。高温环境下该材料电阻值极低，仅为普通钢材的二分之一左右，且电阻性能极不稳定。本研究计算了2mm厚高硅电工钢带分别经4道次、5道次、6道次、7道次轧制时的轧制能耗力能参数。研究得出结论：针对该钢种，4道次与5道次精轧的推荐轧制温度需高于950℃，轧制力不超过30MN。

即便轧制平均温度高于950℃，带材边部仍会出现温降现象。为此，本文提出轧制前对带边实施感应补热的工艺方案。通过有限元数值分析，确定了感应加热装置最优模组数量与总加热功率，并完成该边部加热设备的结构设计。