一、轧钢技术的最近进展和今后展望

    日本最近10年轧钢生产虽受钢产量起伏的影响而波动，但技术仍在不断进步。随着计算机的小型化、高速化和有限元法(FEM)的登场，材料三次元的解析得以应用，对以板材为首的各种钢材的加工压力、荷重、扭矩和金属流动等均可计算出。变形阻抗作为高精度计算荷重和扭矩的物性值，现已进入数据收集和模式化阶段，热变形阻抗已在细晶粒钢开发中广为应用，冷变形阻抗也在高强度钢的开发方面实用化。现结合由“大生产大消费时代”向资源循环型社会的转变，今后轧钢技术发展的主要方向如下：

    (1)从主要变形向大幅提高材料性能、且以最小能耗生产易再循环利用产品的新加工技术转变，如复合加工、多轴加工、超精密加工、工具自由化加工等和材质控制技术。

    (2)研究开发方面，由利用模拟技术使试验时间和费用大幅下降的追求型向重视手工装置和发挥人才作用的方式转变。

    (3)基础技术应重视工具特性的飞跃改进和与环境和谐技术的开发。

    二、轧钢基础技术的开发

    1．变形的理论解析

    轧钢方面的理论数值解析已在各种钢材生产上应用。如对产品尺寸精度和形状的预测，对被轧材的材料流动、荷重、形变、温度分布等的解析，对轧钢变形和对产品影响的说明，产品材质、组织、残留应力等的预测以及轧制条件的最佳化和轧钢设备的合理设计等方面的应用。由于三次元FEM应用的快速发展，日本在轧钢技术理论方面已居世界领先地位。

    上世纪80年代后期，在轧板解析方面以三次元FEM为主，结合轧辊弹性变形解析，可测出钢板宽边变形的详细情况后加以控制，对板材控制的高度化和轧机设备的高效设计作出了多方贡献，迄今已经基本实用化。对串列轧机、非对称轧制也在试用中。在钢板变形解析中，还建议采用计算时间短、更易理解的模拟三次元解析法。在热轧方面，材质、预测控制均十分重要，最近正在开发利用三次元FEM对其的轧制加工进行的解析模式，拟在超微细粒钢的开发中应用。

    影响轧钢产品质量和操作效率的表面缺陷很早即受到人们的重视。为了从理论上查明原因，从根本上解决问题，日本钢铁联盟成立了“缺陷变形系统开发研究会”。同时学习铝板轧制中利用三次元刚塑性FEM和结晶塑性模式结合的聚合组织预测模拟技术，用于在开发钢铁材料同时保证形状和质量的理论模式。

    为适应对棒、线材尺寸的高精密化、形状易变、低成本和高质量化的要求，已开发出三辊轧制、2Hi精密轧机和四辊轧机等多变数控制理论。三次元刚塑性FEM亦用于棒、线材的孔型设计，并保证了产品的高精度。控制材质的棒、线材轧制技术正在研发之中，通过增设缓冷、快冷装置以使工序简化。FEM还用于结晶粒径的预测，有利于确定最佳生产条件。

    对于H型钢轧制的三次元刚塑性FEM在推广应用，关于万能轧机应用三次元刚塑性FEM预测材料流动和应力分布的研究亦在进行中。在H型钢的三次元刚塑性FEM解析时，对轧辊和被轧材的接触区、V形轧辊无驱动等均应作为解析时的注意事项，还应考虑被轧材的内部温度分布对材料流动的影响。今后随着建筑物的大型化和提高抗震性的要求，H型钢的控轧、控冷技术将被广泛采用。

    穿孔轧制由于对钢坯中心部的穿孔效果所产生的破坏现象及芯棒和轧辊间的复杂变形致解析不易，加上完全三次元FEM时的要素分割和计算时间尚有问题，因此多使用一般化平面形变的近似三次元解析法。比穿孔效果更重要的是芯棒前端使坯开裂时将产生管内部缺陷，为抑制开裂应选定合适的轧制条件，即应从轧辊的倾角到交叉角、钢坯加热温度、穿孔速度等综合考虑。

    总之，近年来由于个人计算机性能的提高，加上各种轧钢模拟器和解析软件的普及，均推动了日本轧钢技术发展。

    2．塑性加工时的摩擦学进展

    (1)冷轧中的超高速轧制。进入上世纪90年代，为生产0．2mm以下罐头包装用薄板，开发成功2800m／min超高速轧制法，并开发成功高润滑油、高耐磨工作辊和防止轴承烧坏等配套技术，更重要的是防止烧损的摩擦学理论。

    (2)塑性产品表面的超镜面加工。材料表面凹处停留的润滑油，当产生和周边部面压大致相同的静水压时，通过中等速度的相对滑动，凹处的润滑油将向周边的接触面流出，这将使全部接触面处于微型塑性流体润滑状态。此时的摩擦系数远比一般工具和材料间同等厚度油膜下的摩擦系数低。不锈钢板的镜面冷轧便利用此原理大幅度提高了生产效率。

    (3)减轻环境负荷的润滑剂。主要有对地球无害的、不需洗净的、用量很少的和无润滑的等4种。冷锻加工用反应油系和高粘度油系润滑剂及乳胶系水系润滑剂均不加重环境负担。板成形加工用润滑剂采取了硫系添加剂、磷系添加剂、有机金属化合物和固体润滑剂后也达到了对地球环境无害。目前还在开发陶瓷模具和镀膜模具，以实现无润滑加工。