引入无头热轧概念的是为了满足各种热轧薄钢板的生产及低成本工艺的需要。在进行无头轧制过程中，正在轧制的中间坯尾端与后续待轧中间坯的头端在粗轧机架与精轧机架之间的某个位置处连接在一起，并且重复相连的中间坯进行连续不间断精轧。无头轧制工艺生产线需要新安装热卷箱，连接设备以及高速剪切机等装置。
无头轧制工艺的特点是连续精轧，无中间停歇，轧制速度恒定，没有切头轧制，并给大型钢铁厂将会带来以下优势：1、扩大产品规格：能生产更薄更宽的薄钢板，稳定轧制薄且难轧制的材料；2、提高生产率：大幅降低轧机停歇时间，缩短轧机加速与减速时间，轧制速度恒定不变。3、改善产品质量：提高了带卷厚度、凸度与宽度的精确性与一致性。4、提高产品收得率：使薄且难轧制材料的欠轧降为最低，无需对板带进行切头、切尾。5、节省能源：降低轧机加速、减速的频率。
要实现无头热轧，工艺技术如热卷箱运行技术、连续精轧技术以及高速剪切技术等有待开发，而其中最重要也是最关键的技术是中间坯的连接技术。开发连接技术遇到的难题是要在几秒钟内将移动的厚且宽的中间坯（~40mm厚、~2000mm宽）连接在一起，并且接头强度要足够牢固，能经受住后续精轧过程的冲击。
无头热轧技术最早是由日本JFE千叶钢厂于1996年3月实施，当时采用感应焊接作为中间坯的连接工艺。随后日本新日铁的大分厂也于1998年4月采用无头热轧技术，他们采用大功率激光焊接系统。相比于日本钢铁企业采用的熔合焊接技术，浦项制钢与三菱日立金属机械公司开发出了一种新型连接方法，实现了创新的连接技术。采用这种新的连接技术，薄的中间坯可在不到1s时间内被连接在一起，是所有目前开发出来的连接工艺中用时最短的一种技术。这种连接工艺采用独特的固态连接概念，利用了切头剪切的动作，由局部除鳞、搭接、接合及切头清理等4个步骤组成。这种新开发的工艺采用固定式连接设备，而其他连接工艺则采用移动式连接设备，从而大大缩短生产线间距。下面将介绍这种连接技术的冶金特点与接头处力学性能等可行性研究结果，重点放在接合强度、接头对热轧过程的响应以及现场应用结果。
实验
1.中试试验
对商业化生产的碳钢、中高碳钢以及不锈钢等进行了连接实验，中试规模连接设备，特征参数见下表。实验用材料厚度28～36mm，宽度范围200～450mm，长度统一为325mm。实验过程中，中间坯加热到1200～1300℃，加热后放置在空气中30～60s，模拟热轧轧机规模化生产的条件，随后，试样经高压水局部除鳞，搭接，并接合在一起，最后将切头部位清理。由于设备的最大连接速度达到150mm/s，因此在设备特征参数中涵盖的厚度范围内的中间坯可在1s之内完成连接。
连接设备的特征参数表
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项目 特征
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材料 SS400，STS303及其它
中间坯厚度/宽度 28~36mm/最宽450mm
局部除鳞 高压水
连接速度/时间 最大150mm/s /≤1s
连接设备类型 摆式
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实验后分析了接合强度（接头抗拉强度/基体抗拉强度）和轧制响应等连接性能，接头切成30mm宽的试样，进行相应的测试。对不同材料，分别进行了室温或高温拉伸试验。对中碳钢及不锈钢进行了室温拉伸测试，初步的实验结果显示在室温下的接合强度与高温下的相似。不过，高碳钢与高合金钢由于经历了相变形成贝氏体和马氏体硬相，因此测试高温拉伸性能。为了评价对轧制过程的响应，接头处材料在连接后直接热轧，或者在再加热后进行热轧。采用边部开裂率（边部裂纹总长度/板的宽度）指标来衡量接头的轧制特性，同时，也利用实际生产线研究了接头的轧制响应。两块450mm宽的接头平行焊接在一起，在试样的前后端分别焊上引板，整个的试样尺寸为840mm(W)×9000mm(L)×28mm(T)。
另外，进行了高温弯曲测试，以模拟在实际精轧过程中接头对弯曲力的响应，并研究了不同钢质接头的宏观与微观组织结构。nextpage
2. 现场试验
浦项钢铁公司在浦项第二热轧厂采用了无头热轧技术，无头热轧设备于2006年7月完成安装，从2007年1月开始了无头轧制的工业化生产。采用浦项自己开发的在线监测系统一直跟踪边部开裂行为。不过，接合强度不能在线测量，而精轧后测得的接合强度不具备重要的物理意义。实测精轧后的接合强度几乎都是100%。为了研究分析接头的拉伸性能，在接头完成连接后生产线停下来，随后，从接头处取样，进行室温和高温（950℃）拉伸试验。
结果与讨论
1.接合机理
固态连接是两个自由表面结合形成一个界面的过程，从工艺的热动力学考虑，固态连接的自由能变化可表示为式（1）中的-1.7γ，因为γ为正值，所以过程是一个自发反应。然而，该反应永远不会自发进行，因为存在一些阻止自发反应的约束变量，如粗糙面、氧化皮、表面污染物以及冶金效应如金属间化合物及空位的形成等。在所有这些约束变量中，表面氧化皮是保证充分接合要克服的最大障碍。如图2所示的工艺中，薄的中间坯要经局部除鳞、搭接，而后通过剪切动作完成连接，剪切在前后两个中间坯上产生了无氧化皮的表面，新形成的表面瞬时被接合起来，接合力是与界面相切的剪切力的分量，而新形成的两表面之间的摩擦产生的热辅助了接合过程。在上下两个刀片上都设计了楔形，从而抑制金属往外侧流动，提高接合力。在接合过程中，产生的高压将两个搭接平面之间的空气排空，从而防止了接合面暴露在周围大气中。剪切动作在上下两块坯的表面上引起大的变形，形成无氧化皮的新表面，并产生摩擦热。在该工艺中，上下刀片存在重叠，重叠的长度叫“重叠量”，这是最重要的工艺参数之一。光学显微照片显示未受影响的基体表面覆盖一层厚的氧化皮，而变形区的氧化皮变得非常薄，在充分接合的接头处几乎没有氧化皮，沿接头处局部存在氧化皮细屑。剪切过程导致在重叠区内的微区上产生大的变形，重叠量大约为1000%。尽管变形后表面氧化皮保留下来，但是氧化皮区面积与总接合面积之比，据粗略估计从100%变为10%，90%新形成的区域充分地连接起来，形成坚实连接。
γ界面-2γ自由面=-1.7γ自由面 （1）（γ界面≤0.3γ自由面）
式中 ：γ界面表示接头表面能， γ自由面表示自由面表面能。
总之，新开发工艺的接合机理是原子结合，大的剪切力使两个表面上的原子靠近，之间的距离在原子间结合力的作用范围之内，因此接合瞬时发生。
2、现场试验结果
在开发出中间坯的连接工艺及验证所开发工艺的稳定性之后，在浦项的2号热轧厂开始实施无头热轧。在进行工艺参数调试后无头轧制过程稳定，浦项于2007年1月开始进行无头轧制技术的工业化应用。不采用高压水除鳞时接头强度为70%，采用局部除鳞后，接头强度超过90%，并且所有位置的接头强度相当均匀一致。随着高压水除鳞应用与否，断裂模式发生变化，当采用高压水除鳞时，断裂发生在基体金属上。边部开裂率低于5%，并且随着无头热轧连接工艺的稳定，该值逐渐下降。随着近期工作的进展，边部开裂率目前控制在低于3%的水平。
无头轧制技术的应用也改善了产品质量，决定板卷力学性能的卷取温度相当均匀，表明板卷性能也是均匀一致的。通卷的厚度与宽度偏差也很小，且凸度几乎一样。试验证明，不同位置的力学性能偏差低及组织均匀性是由无头轧制带来的直接结果。
结语
连接技术是进行无头热轧需要开发的技术中最重要、最根本的技术，浦项钢铁与三菱日立金属机械公司开发出一种基于摆剪概念的新型的固态连接工艺。可行性研究表明新开发的连接工艺满足了连接过程的前提条件：接合时间短、接合坚实，易于维护。在试验研究的基础上，浦项钢铁在其2号热轧生产厂安装了无头热轧线，并于2007年1月开始工业化生产。现场试验证明接合机构工作稳定，效果明显，无论坯料规格如何变化，接合时间少于0.5s，且接头处表现出优异的力学性能。至今，最大45块坯料（超过1000t）被连续地进行无头热轧，对超薄规格薄板（≤1.2t），已连续轧制出最大10卷薄板。由于无头轧机生产运行稳定，目前浦项钢铁2号热轧厂采用无头轧制每月生产板卷大约10万t。
