日本鋼鐵產業的發展以戰後從歐美各國引進技術為基礎，通過迅速對其進行改進和創新，開發了具有自主智慧財產權的技術。在軋制工藝方面，20世紀60年代至70年代開發了高速軋制技術，20世紀70年代至80年代開發了連續軋制技術，自20世紀80年代以後，開發了軋制尺寸精度高、產品質量高和不受工藝過程約束的軋制技術及套用這種技術的新型軋機。最近以適應環保要求為目的的軋制工藝引人注目。以下主要就20世紀80年代以來日本開發的具有自主智慧財產權的軋制技術的發展歷程進行概述。
軋制理論和軋輥的發展
1 軋制解析
眾所周知，日本的軋制技術以理論為基礎，始終處於世界先進水平。為解析板材軋制中的板材外形和中間凸度的原理，對軋機的彈性變形條件和被軋材的塑性變形條件進行了聯立求解。採用將彎曲和剪下撓曲的材料力學模型進行擴展或校正的方法對各種類型軋機進行解析的方法已基本確立。另一方面，關於材料的塑性變形，採用了三維解析法，使解析由二維理論向高精度解析發展。在解析法的發展方面，有採用數值計算法忠實解析變形的所謂三維解析法，有剛性和塑性FEM，有彈性和塑性FEM，尤其是還有為縮短計算時間而將上述方法進行組合的解析法。
在孔型軋制方面，一般說來純理論處理是極為困難的。作為一種簡便的方法，固然可以採用所謂的矩形換算法把孔型軋制替換為適當的矩形斷面材的扁平軋制，但無法獲得高精度。進步精度用的實驗式和半理論式在簡單推測隨孔型和軋制條件變化時的變形特性和負荷特性方面依然是一種有效的方法，但目前一般是採用FEM解析。由於FEM的出現，使材料的三維解析變得可能。它不僅可以用於板材的解析，而且還可以用於型材、棒線材和管材的軋制力、軋制載荷、軋制力矩和寬展的求解。三維FEM解析作為一種有效的解析工具已得到人們的認可。
人們期待著今後能向軋制溫度解析和將軋制加工時的材料組織變化，尤其是將軋制缺陷解析系統組合起來的綜合軋制理論方面發展。
2 變形阻抗
變形阻抗值是計算軋制載荷和軋制力矩時的重要物理特性值。日本鋼鐵協會軋制理論研究會已對變形阻抗值的研究數據進行了充實和收集，並採用數學模型進行了研究。
在熱變形阻抗方面，採用考慮到多道次高速連續軋制時的累積應變效應的變形阻抗公式進行計算後，明顯地進步了熱變形阻抗值的猜測精度。為把考慮到材料組織變化的軋制理論進行擴展，希看能建立對材料的硬化、恢復和再結晶等現象同時進行跟蹤的理論體系，積累一些與合金成分相對應的能對冶金現象進行定量化的數據。
在冷變形阻抗方面，通常是採用考慮到溫度和應變速度相互關係的動態變形阻抗公式進行計算。
3 軋制潤滑和軋輥
隨著冷軋速度的高速化(最大2800mpm)，為獲得摩擦係數的定量值，開發了高速軋制模擬裝置和雙圓筒滑動試驗機，嚴格計算流進油膜的厚度，對軸與軸承等的熱膠著進行了評價，提出了表面光澤度的推定和控制系統，並對軋制潤滑油進行了改進。作為工作輥材質，一般是將高碳Cr系鑄造材進行表面淬火後，使微細碳化物在完全變為馬氏體的基質中大量析出，形成硬度高的組織，但由於軋制方面的要求越來越高，因此加快了對鍍Cr和噴鍍WC－Co來進步耐磨性的研究和高速鋼及陶瓷新材質的研究。軋輥表面的加工也從噴丸清理變為電火花加工，或採用電子束和雷射束等進行加工，使軋輥表面加工得更加均勻、軋輥外形更加妥當。
在熱軋過程中，確保材料的咬進性能，進步軋輥的耐磨性，防止軸與軸承等的熱膠著是重要的課題。目前軋輥一般是使用高速鋼，但希看開發出高載荷軋輥和軋制工具，以適應更大的壓下軋制要求。
進步軋輥和軋制工具的耐磨性、抗事故性和抗桔皮狀缺陷性是軋制技術飛速發展所不可缺少的重要技術，從減輕環保壓力的觀點來看，這些技術要素今後也是很重要的。
鋼板
1 連續軋制和直接連線軋制
日本自1968年開發了森吉米爾式多輥軋機的全連續式串列式冷軋機(TCM)和1970年開發了四輥軋機的全連續式TCM以來，軋機的連續化已取得很大的進展。目前日本國內的主要軋機都實現了完全連續化。由於完全連續軋機的技術可以和軋機的上下工序連線，因此1986年開發出了酸洗－TCM－連續退火成套設備。完全連續化的開發包括了軋制生產計畫可以隨意變化、穩定焊接技術、帶材穩定移動技術、前進方向可變裝置等。在冷軋的連續化之後，1996年首次在世界上開發出了熱軋的連續化技術。它是在粗軋結束後將前後軋材在進進精軋機前進行焊接，使精軋機在無切頭切尾的狀態下進行無頭軋制的技術，解決了產品前後端部的質量題目，同時使極薄鋼板和新材質鋼板的生產技術變得有可能。
自1989年將50~100mm厚的薄板坯連鑄機和軋機直接連線的緊湊式軋機誕生以來，其建設數目逐年增加，目前在日本以外的國家中至少已建設了50套。緊湊式軋機的特徵是設備投資少、交貨期短，可進行沒有水冷滑軌造成黑印的等溫軋制，假如採用長的板坯，還能進行半無頭軋制，可以預計今後其套用將越來越廣，同時能進一步進步產品質量。另外，將來帶鋼連鑄機套用的趨勢引人關注。
2 新型軋機
關於軋機輥距的控制，軋輥項彎裝置是關鍵。眾所周知，日本以20世紀70年代後期出現的六輥變速軋機(HC軋機、UC軋機)為契機，開發了交叉輥薄板軋機(PC軋機)、雙軸承座頂彎裝置(DC－WRB)、在小直徑工作輥上裝有側支撐輥的六輥FFC軋機、Z－Hi軋機、多輥型CR軋機、KT軋機、軋輥本身具有可變凸度型的VC軋輥、TP軋輥、NIPCO軋輥，還有採用線上磨削的軋輥磨床(ORC)等，這些新型裝備為世界軋制設備的發展做出了很大的貢獻。另外，還研究開發了採用1機架多道次軋制技術的各種軋機，但其套用僅限於特殊材的軋制。
3 板材中心凸度部分和板材外形的控制
板材軋制時的中心凸度部分和板材外形的控制是對同一現象進行控制的技術。由於前者的控制精度在數微米至數十微米就可以了，而後者的控制精度應在0．1μm或小於0．1μm，因此被視為不同的技術。在對比較厚的鋼板進行熱軋時要控制板材的中心凸度部分，冷軋時要將中心凸度部分比率保持一定，在考慮外形後進行薄壁化軋制。固然這是常規操縱法，但由於板材端部輕易產生三維變形，因此開發了控制邊沿凸度的技術。例如，有採用立輥軋機減少邊沿損失的方法；在軋機上下輥之間使圓盤狀水平輥向板的兩邊擠壓，一面約束寬度一面進行軋制的方法；還有採用帶有錐度工作輥的軋機和交叉輥軋機進行軋制的方法。因此，可以預計今後仍將積極利用三維變形的技術來控制板材中心凸度部分。
在外形控制方面對板厚(軋輥間隙外形)控制的精度要求非常嚴，這是由於只要控制精度有一點點的偏差，板材就會出現板厚偏差很大的外形缺陷。陡度在0．5％以下，就可以視為外形良好，延伸率偏差為6．2×10－5(6．2Iunit)，1mm板厚的壓下量偏差為0．06μm。因此，實現高精度軋制當然離不開軋輥的局部矯直和材料的橫向移動所產生張力的緩和穩定作用，但在軋制過程中使軋輥間隙外形和板材的中心凸度部分一致是控制外形的基礎。軋輥撓曲、熱凸度、母材外形、機械試驗值的偏差和軋輥磨耗等會對軋輥間隙外形和板材中心凸度部分產生影響。為精確控制外形，必須對從低次函式到高次函式這一大範圍內的外形偏差進行修正，因此將新型軋機的外形控制傳動裝置進行組合，採用多變數控制理論等複雜而又精密的控制方法進行外形控制的趨勢將進一步增大。
4 板厚控制
隨著鋼板加工自動化程度的進步，為排除加工過程中的故障，用戶對鋼板製品的板厚精度要求越來越高。將支撐輥的油膜軸承替換為滾柱軸承，採用高性能油壓壓下裝置消除和控制軋輥偏心已取得很大的發展。作為軋機用傳動裝置，所有AC傳動裝置都形成了標準數位化控制。AC傳動裝置的優點是，在結構上已完全採用電刷、單機容量增大，在性能方面已達到高精度、高應答化、可變速度範圍擴大。
在以往的板厚控制裝置中有自動丈量調整裝置(AGC)、監視AGC、FFAGC和游標尺AGC。在最新的串列式軋機中，在此基礎上還開發了軋機速度數位化控制、軋輥偏心控制、機架間的無干擾控制和線上板厚變化控制等技術。尤其是為使連續式軋性能在不停機的情況下對軋機進口側依次焊接的鋼種、板厚、板寬不同的材料進行連續軋制，因此通過抑制張力過度變化，協調地改變各機架的軋輥位置、軋制速度等線上板厚變化控制技術是很重要的。由此可大幅度減少板材穿過軋機和切頭切尾落料造成的軋輥損傷和板材等外品，同時進步對小批量訂貨的適應能力。另外，它也是緊湊式軋機實施無頭軋制所不可缺少的技術。
5 平面外形和板寬控制
在厚板和熱軋鋼板生產工藝中，板寬澆注技術在20世紀80年代就已確立其基本技術。在厚板生產方面有大幅度進步合格率的平面外形控制新技術MAS(MizushimaAutomaticPlanViewPatternControlSystem)軋製法和附設的接近水平軋機的立輥軋機設備。MAS軋制就是對各種鋼板在軋制終了後的平面外形控制變化量進行猜測，根據猜測的變化量，給出軋制過程中板坯厚度外形，終極將平面外形變成矩形的方法。熱軋時實現將連鑄機和軋機有效直接連線的板坯寬度定徑技術、大幅度進步熱軋鋼板寬度精度的熱軋板寬度控制技術、精軋時利用機架間的立軋機和張力控制來進步尺寸精度的技術、尤其是採用冷軋TCM和冷軋工藝線的板寬控制技術等都是日本開發的領先於世界水平的獨占技術。
鋼管
在最近20年的發展中，首先應舉出的是無縫鋼管用鋼坯的連續澆鑄技術。隨著圓鋼坯質量的進步和制管技術的進步，採用熱擠壓法生產的13％Cr鋼和奧氏體系不鏽鋼已改變了軋制方式。最近已開發了圓坯連鑄和制管、熱處理直接連線的技術。
1 穿孔軋制
使用方鋼坯的PPM(壓力輥穿孔機)已被替換為使用圓鋼坯的斜輥穿孔機。在穿孔方法變化中值得留意的是圓錐形穿孔機和被稱作交叉穿孔機的交叉輥穿孔機的發展。圓錐形穿孔機的優點是具有旋轉鑄造的效果和抑制圓周方向剪下變形的作用，因此可以抑制鋼管內面的缺陷，可用於難加工性材料的穿孔，尤其是可以用於擴孔和薄壁穿孔。採用普通穿孔機時，壁厚／外徑比(T／D)的極限為大約6％，而採用圓錐形穿孔機時能進行T／D為3．2％的薄壁管穿孔。
2 拉伸軋制
芯棒式無縫管軋機已向大型化和緊湊化方向發展。機架數由7~9機架減為4~5機架，穿孔機和芯棒式無縫管軋所需的能源消耗總計可減少20％左右。
在芯棒式無縫管軋機的控制技術中，為減少其後在張力減徑機中管端壁厚的切頭損失，開發了管端預先減薄成形技術，即用芯棒式無縫管軋機預先將管端減薄的成形技術，並在鋼管軋機上首次採用了油壓壓下裝置。
3 減徑軋制和定徑軋制
固然在終極調整外徑的減徑軋制和定徑軋制方面沒有值得特殊先容的技術發展，但大口徑定徑機有很多也採用了三輥式定徑機。採用三輥的缺點是輥距無法變更，因此機架的台數多，但最近出現了輥距可變的軋機，還提出了四輥減徑機的想法。今後芯棒式無縫管軋機和定徑機及張力減徑機的直接連線技術也將引起人們的關注。
以上所述的鋼管領域中的高合金穿孔用芯棒的開發和芯棒及毛管坯導槽潤滑劑的開發等與摩擦學技術有很大的相互關係，因此希看長壽命化技術有進一步的發展。
型鋼
以第一次石油危機為契機，型鋼生產也由轉爐－鑄錠－開坯，變為轉爐－連鑄。型鋼的軋制技術有採用軋制工字梁用異形坯生產多系列型鋼的技術和採用板坯軋制H型鋼的技術，型鋼軋機用的坯料已改為連鑄坯料。最近10年，鋼軌、鋼板樁和H型鋼等大型型鋼的軋制技術已取得了明顯的發展。
1 外部尺寸一定的H型鋼
隨著建築結構件生產技術的高度發展，斷面性能高且經濟性好的外部尺寸一定的H型鋼採用斜輥軋制的方法和縮小H型鋼腰部高度的軋制方法已套用於實際。前者在精軋前為使腰部外部尺寸保持一定，擴大了腰部內部尺寸；後者為在精軋機內使腰部高度保持一定，縮小了腰部高度。結果，能線上變更水平輥寬度的輥身寬度可變水平輥和立輥軋機孔型深度可變的偏心立輥軋機也套用於實際。另外，由於在萬能軋機上採用了油壓壓下裝置，因此軋機變得非常緊湊。隨著斷面的大型化，普通的單臂式矯直機已無法滿足要求，開發了雙臂式矯直機，但由於存在著占地空間大和軋輥更換操縱複雜的題目，因此需進一步改善。
2 寬幅鋼板樁
以往寬幅鋼板樁以400mm寬的U形鋼板樁為主，一般是使用連鑄板坯在3~4架的二輥式軋機上由8~10個孔型反覆軋制而成。還開發了在H型鋼軋機作業線上不更換H型鋼軋制用機架，只更換軋輥生產鋼板樁的方法。另外，隨著工程的大型化和進步施工效率的需要，600mmU形鋼板樁和900mm寬的帽形鋼板樁已能貿易化生產。
3 鋼軌
鋼軌一般是在數架二輥式軋機上採用孔型軋制的方法進行生產的。隨著對產品尺寸、質量要求的不斷進步和降低軋輥本錢的需要，採用萬能軋機進行中軋和精軋的技術已成為主流。鋼軌的磨損主要是線路曲線部與車輪凸緣部的摩擦磨損，因此在1994年將鋼軌全部換成上部整個斷面經線上熱處理後的鋼軌，作為防止磨損的措施。
另外，以阪神大地震為契機，在厚板生產領域發展的TMCP法和氧化金屬噴鍍技術已開始套用於建築用鋼材的生產，TMCP極厚H型鋼、低屈服比外部尺寸一定的H型鋼和耐火H型鋼已能貿易化生產。
棒鋼和線材
在棒鋼和線材軋制中為追求進步生產率、進步尺寸精度和產品質量滿足市場需求，開發軋機的尺寸可調軋制和控冷控軋等新功能的工作取得了進展。
1 無頭軋制
棒線材產品的種類非常多，因此開發了一種熱方坯焊接後連續軋制的設備(配置了直流式對焊機和往毛刺裝置)，該設備投資小、無短尺和尺寸不齊現象、實現大單重卷、可消除軋廢時間、增加產量等。其套用範圍今後將進一步擴大。
2 高速軋制和控制冷卻
線材精軋的特徵是變形速度快、從孔型間通過的時間短，由於設備緊湊，因此軋制後必須快速冷卻，它也可作為控制材質的手段。
在20世紀80年代左右，最高軋制速度為60~75m／s，90年代左右進步到100m／s，目前已達到100~120m／s，大大進步了線材的生產率。潤滑技術的改善和軋機剛性的進步為此做出了很大的貢獻。
由於最佳化了線材的軋制溫度和軋制後的冷卻速度，因此可以省略冷鍛用鋼的軟化退火。另外，為降低汽車等行業使用的機械用結構鋼的本錢，非調質化技術已取得很大的發展。尤其是從地球環保的觀點來看，無鉛易切削鋼已套用於實際。
3 高尺寸精度和尺寸可調軋制
為實現高精度、尺寸可調軋制，因此在現有軋機上安裝了控制系統(軟體)，通過控制軋輥的旋轉數來控制張力、調整精軋尺寸，還有的是採用定徑機等硬體設備的方法。後者採用二輥方式大大進步了軋機的剛性，能進行±0．1mm的高精度軋制，同時通過調整軋輥的壓下，能在大約1mm的範圍內進行尺寸可調軋制。尤其是，還開發了具有寬展小的三輥、四輥式定徑機，能根據棒線軋制的需要和軋制環境進行選擇。
結束語
日本以新型軋機開發為主，通過軋制解析、摩擦學解析和使用新的丈量及控制技術，不斷追求高的生產率和進步產品的尺寸和外形精度及機械性能。人類為在21世紀達到可持續發展的目的，迫切希看構建對地球環境負荷小的資源循環型社會，因此只能通過進一步發展科學技術來解決。鋼鐵作為社會發展的基礎材料，其重要性不可動搖。未來的軋制技術必將朝著大大進步鋼材的強度、韌性和耐蝕性等，以最小限度的能源消耗生產出易於循環再利用的鋼材產品的方向發展。
