科创中国

（一）背景及意义

钢铁材料作为国家制造业的支柱性原材料，95%以上需热轧成形，如果热轧氧化行为控制不当，会导致氧化皮过厚、晶界氧化及界面弯曲等问题，不仅表面缺陷严重而且破坏产品性能与尺寸精度，如氧化皮起粉及压入等系列表面问题，成为阻碍我国热轧材档次提升的关键所在。统计显示，钢铁企业因热轧材表面问题而导致的产品缺陷发生率已超过90%，成为影响市场销售的首要问题；与此同时，随着相关行业的转型升级，下游用户对表面质量也提出了“问题零容忍”的要求，甚至达成了“表面质量不达标，性能再好也不用”的行业共识，正倒逼企业尽快突破热轧钢材表面控制的技术瓶颈。

钢材氧化在热轧过程中贯穿始终，并受到合金元素及诸多工艺参数的交互影响，国际先进企业虽积累一定经验诀窍，但也未很好解决，实现结构、厚度、均匀性的精准控制是一项世界性难题，而我国在此方面更是缺少理论研究、技术落后，产品因此常被高端用户拒绝，已成为我国制造业转型升级的原材料瓶颈。综上所述，构建钢材热轧氧化控制理论体系，形成具我国有自主知识产权的成套技术，实现热轧氧化调控由经验试错向数字化、智能化控制的转型，是全面提升钢材表面质量，保证我国钢材产品走向高端，保障下游制造业转型升级的必由之路。

（二）主要内容、技术原理、技术路线和技术特点

（1） 选择氧化机理与氧化皮结构控制技术

在系统研究单一元素对氧化行为影响的基础上，进一步揭示了多元素选择氧化的交互作用机制，确定出Mn与Si形成共晶相的成分范围和工艺窗口，开发出钢材Cr微合金化处理技术，以形成富Cr氧化膜从而抑制Si/Mn共晶相，降低氧化速率常数并提高氧化皮与钢基体的粘附性。此外，氧化皮结构控制的关键在于准确控制FeO的相变进程。热轧过程中钢材暴露在水蒸气含量为2%-5%的潮湿空气中，这种条件下形成的FeO相变行为及机制还未见报道，通过系统研究水蒸气对FeO共析相变行为的影响，明确潮湿空气对FeO共析相变及对氧化动力学的影响机制，在此基础上，开发出适用于热轧环境的FeO相变动力学精准控制技术。

（2） 热轧过程动态氧化行为与界面弯曲度控制技术

氧化皮/钢基体界面弯曲度过大是造成钢板去除氧化皮后表面在色差、麻坑等缺陷的根本原因。通过系统研究钢材热轧过程氧化皮协调变形机制，以此为基础，建立了界面弯曲度与工艺参数的定量关系，并开发出钢材热轧氧化皮界面弯曲度控制技术，使氧化皮界面弯曲度较常规工艺大幅降低。此外，通过系统研究氧化皮相组成与界面结构对酸洗效率的影响关系，开发出易酸洗氧化皮控制工艺，大幅提高酸洗表面质量的同时提升酸洗效率，降低用酸量。

（3） 氧化皮韧脆转变行为及高效除鳞技术

在热轧过程中，有效清除前工序形成的氧化皮（即除鳞）是保证钢板具有良好表面质量的前提。传统方法倾向于提高除鳞压力或增加除鳞道次，但受设备能力与生产稳定性限制而难以实施。通过研究FeO相的韧-脆转变行为，并以此为理论指导，开发“喷淋裂化”除鳞技术与装备，即：对钢板进行喷淋冷却，氧化皮因快速降温而由塑性材料转变为脆性材料并产生热应力裂纹，然后常规高压水去除已经脆化并裂化的氧化皮，从而实现高效除鳞。

（4） 在线软测量数学模型与工艺智能优化技术

在实际生产中钢材表面温度变化复杂，环境及除鳞效率等因素对氧化行为的影响难以定量描述，国际也没有氧化皮厚度与结构的准确预测方法。为此，首先通过大量实验研究和生产数据积累，构建典型热轧钢材的氧化行为基础数据库。开发热轧全程氧化皮厚度演变的数值计算方法并建立起FeO的连续冷却相变模型。在此基础上，结合工业大数据，通过机器学习对模型参数进行优化和自学习，从而实现热轧过程氧化行为动态软测量，解决了热轧过程钢材氧化的动态跟踪与控制难题。

优化热轧钢材表面氧化状态的常规方法是通过反复试错或凭工程师经验调整工艺窗口，费事费力且稳定性难以保证。为此，以热轧氧化行为高精度数学模型为基础，开发出氧化行为与力学性能的综合智能优化算法。结合用户使用需求，通过智能寻优得到包括最优氧化皮的全局最佳工艺窗口，同时确保产品力学性能满足要求，从而实现热轧氧化调控由经验试错向数字化、智能化控制的转型。

 （三）可提供的技术支持

可提供全套氧化行为控制技术，包括工艺优化、设备改造和智能化控制软件系统。