随着我国钢铁工业的发展，钢材产品质量不断提高，结构逐步调整，工艺装备的自主设计制造和国产化率逐步提高，吨钢投资不断减少，技术经济指标明显改善。作为钢铁生产流程主要环节之一的材料加工过程，由于受到传统观念、 行业 习惯及标准的限制，性能相近的材料采用不同的化学成分，导致钢种种类繁多，一方面对炼钢生产组织不利，加大了人力资源的消耗；另一方面无法充分利用钢铁材料的细晶化、复相化等强化机理，浪费了钢铁材料性能的内在潜力。在实现钢材成分集约化的前提下，通过实现轧制、冷却等后续工艺的柔性化，生产出满足不同力学性能和表面质量要求的产品，是解决这一问题的有效途径。
实现集约化制造模式下的柔性轧制
我国钢铁产品的竞争优势主要体现在廉价上，生产批量化和规模化是目前发展的主要特点。但是，用户对钢铁产品的需求越来越趋于多样化、个性化和优质化。而钢铁产品生产发展的特点是大型化、连续化、集约化。用户需求与生产技术和组织管理之间产生了矛盾。这个矛盾由于供需关系由卖方市场转变为买方市场和钢铁产品价格的持续降低而变得日益突出。为满足用户对产品质量的特殊需求，钢铁企业往往采取开发新的钢种来解决这一问题。然而，过多的钢种造成了炼钢工序的复杂化，严重影响了生产效率和产品质量的持续提高。因此，企业迫切需要一种新的生产模式来满足用户对产品低成本、高质量、个性化的要求，同时又能满足企业大规模生产的需求，以增强企业的竞争能力。
超级钢的成功开发和应用提供了应对之道。例如在研制细晶粒普碳钢时，可以利用成分与Q195-Q235相同的普碳钢，通过优化热轧和轧后冷却过程来生产出屈服强度为400MPa的产品。这使我们想到用同一种化学成分的坯料，生产出不同强度级别的产品，以实现“一钢多能、一板多能、一线多能”的目标。这样可以简化炼钢和连铸的操作和管理，有利于炼钢和连铸的持续稳定生产，使炼钢、连铸、板坯库、加热炉之间衔接便捷、管理简化、复杂程度降低，满足企业大规模生产的要求。同时，通过优化热轧、轧后冷却及热处理生产工艺来生产出不同性能水平的产品来满足用户的不同使用要求，最大限度地发挥了产品的性能潜力，即实现了集约化制造生产模式下的柔性化轧制生产。这种技术的优点显而易见，但它须以快速优化热轧工艺为基础，因此要有快速、准确的产品组织性能预报、控制和优化技术作支撑，才能付诸实施。
柔性制造是实现钢铁产品集约化生产的基础。有了柔性化制造技术，可以用一个钢种生产出不同性能的产品来满足不同的用户需求，达到简化钢种、以生产技术的柔性化来应对用户需求的多样化的目的，提高生产效率和产品质量。其优势如下：一是归并、减少品种类别，简化原料和坯料管理，实现了炼钢和连铸的集约化生产，增强企业的市场竞争力，创造更大的经济效益；二是最大限度地发挥热轧和冷却过程对轧件性能的控制作用，在轧制、冷却及热处理环节实现敏捷制造，灵活应对用户的多样化需求；三是有助于生产工艺的实时在线优化和控制，利于生产出性能稳定、均一的热轧产品，降低产品的不合格率。
组织性能预测和控制技术可以在坯料化学成分确定的条件下，深入 研究 并掌握轧制和冷却工艺参数对产品组织和性能影响的定量关系，为柔性化轧制技术的实现提供了良好的模型支持。针对热轧过程的多维、非线性特点，开发了应用于复杂约束条件下的优化算法，并结合钢材组织性能预测的高精度模型，是成功实现热轧工艺优化设计的关键，与传统方法相比，工艺开发周期大大缩短，实现了对市场需求的快速响应。针对量大面广的钢材品种系列，在符合国家标准的前提下，制定合理的钢种归并原则，通过应用力学性能预测与工艺优化技术、单因素方差 分析 和过程能力 分析 等统计方法，建立钢种归并的智能化方法，是实现产品定制式生产的基础。
综上所述，组织性能预测、热轧工艺优化设计和钢种智能化归并构成了集约化生产技术。
集约化技术在现实中的 研究 和应用
集约化生产技术是一个系统性的 研究 课题，最终可以实现力学性能的离线或在线预测、钢种成分的集约化和热轧工艺优化。热轧组织性能预测是实现集约化生产技术的一个重要环节，但稳定性强、预测精度高的数学模型的选择与开发仍是一个需要重点考虑的问题。与此同时，如何制定一条切实可行、有效的钢种归并 分析 方法，以及针对热轧工艺逆向优化算法的选择与开发等关键问题均未得到解决。针对上述问题，有关钢铁企业从以下四个方面展开了一系列的 研究 工作。
一是建立同系列和不同系列钢种归并的原则和方法。基于该钢厂ERP力学性能在线预测和数据仓库离线 分析 系统，用标准伸长率建立不同产品、不同标距之间伸长率指标对应关系，为产品提供柔性化设计方案，在国家标准允许的条件下实现钢种归并的关键技术。
二是力学性能预测模型的 研究 与开发。实现了具有三个尺度参数的贝叶斯神经网络的程序化，通过数据 分析 和工业生产数据测试，充分证明计算程序的稳定性、可靠性和模型的有效性，为在线力学性能预测的实施奠定了坚实的基础。
三是力学性能预测的实施与应用。热轧数据仓库平台实现了炼钢厂钢种成分数据、热轧厂轧制与冷却工艺数据的实时采集与 分析 。借助力学性能预测系统，完成了MDB350钢板桩的研制与开发以及低碳铝镇静钢的铝含量优化，工业试验充分证明了力学性能预测系统的可靠性、有效性，为钢种开发和成分优化提供了一个高效的手段。
四是集约化生产技术的 研究 与应用。通过与力学性能预测模型相结合，在充分考虑热轧生产线设备与工艺能力约束条件下，可以实现产品力学性能的“定制式”生产，即在确定的化学成分条件下，通过设定客户需求的强度和塑性指标，优化设计热轧工艺，计算出满足该力学性能指标需要采用的轧制和冷却工艺。工业应用充分证明了该思路的有效性，其为新钢种、新工艺的开发提供了可靠、高效的手段，为集约化生产模式的实现提供了可靠的技术支持。
以用量最优、设备最佳、效益最大为宗旨
集约化生产技术旨在实现“合金元素用量的最优化、设备的最佳以及企业与社会效益的最大化”，为实现我国钢铁生产过程低能耗、低资源消耗、低污染和低成本的总体目标提供坚实的技术支持。
通过实现产品力学性能的在线监控，在模型达到一定的预测精度条件下，可以很大程度上减少产品性能的检测量，加快产品的物流速度。而离线力学性能预测与工艺优化技术相结合，为从事钢种开发、产品质量 分析 的轧钢人员提供了一种有效的手段。通过钢种成分的集约化技术，可以很大程度上优化炼钢、连铸的管理，减少合同余材，提高产品质量，实现产能和效益的最大化，同时也为社会节约资源、改善环境作出了贡献，具有显著的经济效益和社会效益。
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