凯发国际手机综合体育网页版钢铁十年行 献礼二十大｜王国栋院士：钢铁产品创新十年
凯发国际综合官方APP下载原标题：钢铁十年行 献礼二十大｜王国栋院士：钢铁产品创新十年 向党和人民交出满意答卷（中篇）
编者按：为迎接党的二十大胜利召开，《世界金属导报》策划“钢铁十年行 献礼二十大”主题宣传活动，特邀请中国钢铁工业协会、中国工程院、高校、研究机构、企业等领导以及多位行业专家，共同回顾总结党的以来我国钢铁行业取得的优异成绩。现将活动文章予以刊发，以激励钢铁同仁笃定前行，继续奋斗，以实际行动迎接党的二十大胜利召开。
轴承钢是我国长期未解决的“短板”钢材，高质量轴承被别人“卡脖子”。为保证采用连铸工艺生产的轴承钢质量达到模铸及电渣重熔钢的质量水平，并替代进口钢材，兴澄特钢从钢厂内部和钢厂下游轴承钢用户两个方面下手，解决轴承钢全产业链存在的问题，实现轴承钢生产的重大突破。
首先，在钢厂内部，在钢材纯净度、内部组织及碳化物改善等方面进行了一系列的技术攻关。兴澄特钢从原料到产品对每一道生产工序严格把关。他们采用专用高炉、使用优质的铁精矿、严格按照规程操作生产专用纯净铁水。在炼钢工序，他们开发纯净钢冶炼技术、特殊精炼技术和100%真空处理。在连铸工序，液面控制、保护渣、电磁搅拌、铸坯冷却等关键环节都采用特殊的控制方法，以消除铸坯凝固中形成的偏析、疏松、夹杂等缺陷。在轧制工序，采用了铸坯粗轧前表面快速冷却和轧后超快冷等技术。为了改善连铸坯生产的滚动体的均匀度，从2013年开始，每年不断地总结数据，目前产品已成功应用于钢球生产，耐久试验达到世界领先水平。
其次，考虑到轴承的高端化其实又是产业链问题，所以，他们与国内外下游的轴承钢客户紧密结合、相互合作。客户不但提出兴澄轴承钢目前存在的问题，而且根据轴承钢的发展提出新的产品发展要求，兴澄特钢则不断整改，逐步改进冶金与加工工艺，努力向用户提供满足用户质量需求的材料。高端轴承制造，特别需要轴承钢的生产与轴承制造厂的轴承设计、轴承材料等级选用、加工、热处理、装配、润滑、密封等整个生产流程紧密配合，全流程无死角地全面提升自己的服务水平，从而从整体上提升国产轴承的质量。因此，在轴承钢研发过程中，他们充分与国际一流的轴承制造企业开展交流，将用户使用材料的工况、加工及热处理等工艺和兴澄特钢的冶金、轧制工艺结合在一起，来改善和提高轴承使用寿命，共同推动全球轴承行业的进步。
目前，兴澄的产品质量控制已经达到了很高的水平。即使与国际知名轴承钢制造商相比，兴澄特钢轴承钢的各项指标也显现优势。兴澄特钢高标准轴承钢总氧含量（T[O]）能够稳定控制在5ppm以下（国标T[O]≤12ppm，国际高标准T[O]≤6ppm），粒径2μm的夹杂物指数1.0，这一质量指标世界领先。
国内轴承钢年产量约为350万吨，其中兴澄特钢轴承钢产量约90万吨，其中近80%供应国际知名轴承制造商。从2010年至今，兴澄特钢向世界知名轴承企业累计供应轴承钢将近500万吨。瑞典斯凯孚、德国舍弗勒、日本NSK、NTN、法国SNR等世界知名轴承制造商都是兴澄特钢长期而稳定的战略客户。作为上述有影响力但十分挑剔的轴承制造企业的供应商，兴澄特钢以产品质量和优质服务取胜，全产业链开发，与用户合作、共赢，掌握、创新轴承钢的生产技术，多年来以“客户高满意度”誉满全球。
铝硅镀层热成形钢是目前强度最高的车身用材，是车身轻量化最经济有效的解决方案，2021年其全球产量约400万吨（国内超80万吨）。但是，自欧洲钢铁巨头企业1999年提出1500MPa级铝硅镀层热冲压钢生产技术以来，其韧性问题至今未突破。而且，独家企业技术垄断的局面，推高了车企采购成本。
一项技术，要从纸上到车上，从设想到应用，必须跨越钢材生产厂的轧制、热处理、涂镀等生产环节，跨越汽车零件厂加热、热冲压等工序，还必须在主机厂完成焊接集成、涂装等制造环节，必须能够经得起各工序、各个方面的严格考验。只有各方均满意、均受益，这项技术才有可能突破重围，走到车上。
从2017年开始，本钢、北汽新能源等企业与高校合作，采用钒微合金化技术，世界首发2000MPa级热冲压钢裸板在新车型应用，取得高强热冲压钢的首次突破。基于多年的基础研究积累，东北大学易红亮教授等提出铝硅涂层与基体“界面富碳致脆理论”，采用薄镀层技术减少界面移动和界面微脱碳，从而消除界面碳富集，实现了铝硅镀层热冲压钢VDA弯曲韧性同比提升20%，降低了1500MPa铝硅镀层热冲压钢延迟开裂风险，提高了2000MPa铝硅镀层热冲压钢抗延迟断裂能力。该技术与目前国外垄断企业的厚镀层产品体系采用相反的技术思想，形成新的知识产权体系，打破了国外企业的独家技术垄断，提高了产品的成形质量。
这种薄镀层热冲压钢在涂装、焊接工序也有优异的表现。在厚镀层热冲压钢冲压过程中，经常会在镀层中产生微米级的空洞，称为柯肯达尔空洞，凯发国际手机综合体育网页版焊接受热时空洞长大。采用薄镀层解决了这些焊接及耐蚀问题。课题组发明的热冲压钢铝硅镀层高效吸热和阶梯快速加热技术，将铝硅镀层热冲压钢炉内加热时间同比缩短了35%。因而，热冲压成形零部件企业，也可以从新技术中获益。由独家供应商变为多家供应商，可解决采购成本问题。所以，这项技术受到了热冲压成形零部件企业的热烈欢迎。
依据25%偏置碰撞新法规，激光拼焊一体式热冲压成形门环替代现有多零件电阻点焊总成应为最优解决方案。但是，国外的厚镀层激光拼焊技术复杂，需要对铝硅涂层进行脉冲激光消溶剥离，提高了生产成本。在采用薄镀层时，可以利用薄镀层的天然优势，实现免剥离激光焊接技术，降低了焊接工作的难度，提高了生产效率。产品的独特性能和简单易行的生产工艺，给主机厂终端用户带来重大突破，受到汽车主机厂的普遍欢迎。打破垄断，采购成本大幅降低；韧性提高，优化车身设计，焊接、涂装等关键工艺环节从中受益。
整个创新过程经过多种工程环节，新技术的开发者必须从产业链的终端应用开始寻找问题，仔细研究分析产业链的每个环节，定义企业需求，通过厂校融合联动带来技术进步，逐个解决产业链上痛点，让产业链上每个关键环节都从创新中获利，并保证最终产品不增加成本。
在钢铁生产过程中，工艺是“龙头”，装备是手段，产品是结果，服务是终极目标。所以，必须“工艺-装备-产品-服务一体化”，以实现服务用户的最终目标。装备的开发，过去是我国钢铁行业的短板，主要依靠国外的先进装备技术。近10年来，这一情况有了很大的变化，自主创新的先进工艺和装备在我国产品的研发方面发挥了巨大的推进和保证作用。
特种复合板是两种或两种以上不同材料以某种方式组合而成的一种新材料，其兼具覆材优异的耐蚀、耐磨、耐热等性能及基材的高强度及高韧性，可最大限度地发挥覆材和基材各自优势，实现单一金属材料无法满足的综合性能要求，且节约贵重金属，降低成本，是一种具有良好发展前景的多功能性材料。
南钢自2014年开始采用真空制坯-轧制复合法研制特种复合板，先后开发了不锈钢/钢、镍基合金/钢、钛/钢等金属复合板，产品覆盖了结构、桥梁、管线、船舶、压力容器等领域。南钢承担国家863项目，开发了国际领先的热轧钛/钢复合板系列新产品，并成为国内首家通过热轧钛/钢复合板评审的企业。南钢开发出345-500MPa级高强韧及耐候桥梁钢与不锈钢复合板，实现铁路钢桥用不锈钢复合板的产品全覆盖。同时解决两种金属变形抗力差异大变形不协调问题，开发出超级奥氏体不锈钢复合板及镍基合金复合板等，产品各项性能优异，南钢特种复合板实现高端化发展。
南钢复合板在高铁桥梁、输油管线、容器储罐等领域获得良好应用。南钢桥梁用不锈钢复合板供货量国内第一，成功应用于多项大桥国家重点/重大工程。
2013年11月，包钢与高校合作，在其CSP生产线改造后的超快冷系统采用后置式布置（层流冷却后、卷取机前），主要用于生产低成本抗拉强度540MPa级和590MPa级热轧双相钢。该项目突出的技术难题在于开发具有高冷却能力的超快冷设备，满足全系列厚度规格低成本热轧双相钢（厚度规格≤11mm）高组织均匀性产品开发及生产需求。超快冷系统具有的高强度冷却能力，冷却后带钢板形良好，过程工艺参数控制精度高，生产连续稳定，真正实现了冷却强度大、装备一流、产品性能稳定的既定目标要求，开发形成理想的低成本经济型热轧双相钢生产装备及工艺技术。
热轧双相钢作为包钢CSP热轧线开发生产的高附加值特色产品，通过超快冷系统全面升级改造，全面提升了包钢CSP热轧双相类产品生产质量稳定性，推进产品规格和强度等级系列化、特色化，尤其是在高强度、厚规格等产品开发与生产方面得到丰富和完善，对进一步增强产品市场竞争力，做大做强包钢热轧带钢双相钢产品具有重要意义。
武钢CSP产线年，武钢CSP短流程产线已经生产出双相钢系列DP600、DP780以及DP1180等，基于DP系列材料制定全新的工艺路线及生产制造过程控制核心参数，利用现有的分段冷却控制模型与空冷段设计布局、精确的冷却计算速率公式，以及科学合理的冷却策略和空冷段长度的设计，来实现不同牌号钢种性能的精准控制，克服了短流程产线在生产DP系列钢种中存在的固有困难，为CSP在双相钢、特殊钢等产品的生产、开发奠定基础。精轧温度、中间温度、空冷时间、卷取温度和轧制速度的精确控制是热轧双相钢生产的关键，是冷却过程的重要控制目标。利用CSP层流冷却系统的独特优势，结合双相钢生产技术，产品性能稳定，最薄厚度1.2mm，不良率≤0.65%。它具有成本低、强度高、凯发国际手机综合体育网页版板厚薄、屈强比低等特点，其性能和质量达到了冷轧同级别双相钢的标准要求，可以实现以热代冷，在汽车工业中推广用热轧基材代替冷轧基材完成冷辗扩工艺具有重要意义。
日照钢铁引进意大利开发的薄板坯连铸连轧无头轧制技术，与国内高校合作，进行成分设计和工艺设计，凭借该ESP产线恒稳、恒温控制及超快冷能力，成功生产超薄规格（1.4-3.0mm）热轧双相钢，成为国内首家能够稳定批量生产热轧超薄规格双相钢生产企业。该产品的成功开发，填补超薄规格热轧双相钢市场空白。ESP产线生产的超薄规格双相钢产品广泛应用于汽车前后防撞梁、座椅横梁、防撞梁配件和加强板等，通过了国内某汽车主机厂认证，将在“以热代冷”上开拓更广阔的前景。ESP产线双相钢马氏体组织细小弥散均匀分布，汽车防撞梁本体及门槛加强件主板表面良好，满足使用要求。
先进高强度钢板是汽车实现“减重节能”和绿色发展的关键材料，代表了汽车用钢的发展方向，也是国际高强钢竞争的关键技术。其中钢板的快速冷却和热处理温度的精准调控是生产先进高强度钢板的核心技术。宝钢自主开发了高浓度氢气和水淬冷却技术，冷却速度分别为140℃/s和1000℃/s，集成了兼有普冷和热镀锌的多功能柔性化超高强钢专用生产线。利用这套生产线，不仅迅速提高了我国汽车用高强钢的生产和技术水平，而且在国际上率先成功试制出了第三代先进高强度钢淬火配分钢（QP）,其中最高强度达到了国际最高水平的1700MPa，并实现了产业化，改变了我国汽车板研发长期跟跑的局面，带动了我国高强钢技术的整体发展。
超高强工程机械用钢和耐磨板主要应用在大吨位汽车吊、履带吊的吊臂、拉板等关键部位，钢板要求强韧性匹配、性能波动小、内应力小、折弯一致性好、易加工、易焊接等，生产难度极高。长期以来，国内890MPa及以上级别超高强产品主要依靠进口，不仅售价极高，而且交货周期长，制约了我国相关制造业的发展。
南钢率先与高校、三一重工、徐工等企业联合，走产销研用深度融合模式，开发出Q890、Q960、Q1100、Q1300系列超高强钢板，钢板兼具良好的力学性能和加工性能，成功替代进口王牌产品，打破了国外产品的垄断，很好地满足了国内工程机械企业的需求，提升了在国际舞台的竞争力。南钢供货规格：厚度5-120mm，最大宽度达到4200mm，全面覆盖市场需求。通过近几年的发展，国内的超高强钢板已全面实现国产化。
南钢根据我国船舶工业对超薄规格中厚板的需求，利用引进3800炉卷轧机和5000宽厚板轧机的装备优势，首创提出炉卷轧机和宽厚板轧机钢板厚度控制方法，平均厚度公差为0-0.2mm，实现了对钢板重量的精确控制；开发了宽薄板板形控制技术，解决了生产过程中温降快、板形差的技术难题；提出了薄板特殊轧制工艺，实现了4mm厚3500mm宽和5mm厚3500mm宽薄板的稳定生产，突破了传统中厚板轧机生产的极限规格；攻克了宽薄板高效焊接的难题，利用低碳当量、微合金成分设计，解决了薄板焊接接头冷速快、淬硬性高的难题。通过装备升级和工艺技术攻关，实现了邮轮用宽薄板的稳定生产。
南钢成功供货国内首艘豪华邮轮项目和第一艘极地探险邮轮项目。邮轮用宽薄板的成功研发，打破长期以来国外在产品规格、加工制造等环节的技术壁垒，打破国际垄断、填补国内空白，具有重要的战略意义。
河钢舞钢通过技术、设备升级，增强了自主创新能力，填补了国内空白。洁净钢冶炼技术、大钢锭技术、大压下量等技术的开发和应用，钢板强韧性、硬度、内部质量、不平度等各项指标达到国际先进水平。
河钢舞钢与高校、特钢企业等深入合作，加强产业链协同，以装备创新提供新的工艺手段，增强自主创新能力与新产品开发能力。舞钢在国内率先立项建设50吨级双极串联抽锭式板坯电渣炉，集中了低频供电、双极串联、结晶器等先进工艺技术，是目前国内唯一、断面尺寸世界最大的大型板坯电渣炉。舞钢公司自主优化和改进了控制软件、自行设计了不同厚度结晶器并拥有自主知识产权，自主开发了电渣锭冷却控制、结晶器锥度调整、适合抽锭式电渣炉新渣系等新技术。河钢电渣钢板广泛应用于模具钢制造业领域及我国第三代核电、超超临界火电、超大型水电、大型风电和大飞机工程等特大重点工程的高端装备制造领域，替代进口。其中研发的420mm塑料模具钢WSM718以轧代锻，用于国内大型模具制造；20MnNiMo钢板应用于国产大飞机项目8万吨模锻压机用钢；最大厚度290mm SXQ500D-Z35、285mm SXQ550-Z35、350mm S355J2等Z向性能钢板应用于三峡工程等世界百万千瓦级水电机组重大水电站项目；最大厚度220mm临氢钢16MnR（HIC）和12Cr2Mo1R钢板用于石油化工设备；大厚度Q460C钢板用于出口的达涅利风电用钢；350mm特厚E36-Z35级船板出口船用设备制造等，产品填补了国内空白，替代进口，产品性能指标达到国际先进水平，得到用户好评。
河钢舞钢研发的220mm大厚度水电用SXQ500D、SXQ345C、S355J2、S460N、SX610CF、SX780CF等数个新品种钢板，采用电渣重熔生产，既保证了大厚度水电钢探伤优良，又保证了钢板性能均匀性。成功打破了国外垄断，填补了国内空白，并达到世界先进水平，得到用户一致好评，广泛应用于乌东德、白鹤滩、丰宁、绩溪等数个大型水电站建设，大大推进了我国大型水电大电机机组用钢国产化进程。
180-210mm厚度齿条钢是海洋平台和风电安装船自升式桩腿关键部件，采用低碳NiCrMoV成分体系和淬火+回火技术路线，具有高强度、高韧性、可焊接性和耐腐蚀性等综合优势。传统模铸-热轧-水槽淬火-回火的生产工艺，存在大尺寸铸锭、压缩比不足、淬火冷却强度低三个关键难题，特厚齿条钢心部强度和韧性低成为工程推广应用的主要瓶颈。
在国家重点研发计划项目——“高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢及应用”支持下，采用“装备-工艺-产品”一体化研究方案，与高校合作自主研制世界首套300mm特厚板辊式淬火机等关键装备，设计高淬透性NiCrMoV合金体系，阐明特厚钢板淬火尺寸效应机理，掌握高强度特厚海工钢组织与性能均匀化调控的ESR-RQ关键技术，完成了210mm厚度690MPa级和180mm厚度785MPa级齿条钢工业试制。舞钢新建的特厚钢板辊式淬火装备，为大单重、大断面、特殊用途厚板热处理产品研发与应用奠定装备技术基础。177.8-210mm厚齿条钢心部冷速达到0.7℃/s，马氏体含量达到70%以上，为1/2冲击韧性提供了组织基础。厚板产品全厚度方向强度与韧性均满足国际规范的指标要求，完成了焊接、切割等造船工艺适应性评价，其中210mm厚690MPa齿条钢通过了美国ABS船级社认证，实现了首批示范应用，180mm厚度785MPa齿条钢于2021年完成切齿和焊接评价。实现了国内最厚210mm、强度最高785MPa海洋工程用齿条钢板工业化生产，满足了我国500英尺自升式海洋平台桩腿分段示范应用、2500吨海上风电安装船升降系统的制造需求，为推动我国钢铁行业高端海工钢产品化进程、提升高端海洋装备市场竞争力作出了贡献。河钢舞钢成为生产优质超厚热处理钢板的“单打世界冠军”。
集装箱船超大型化能够显著降低建造成本、运营成本和能耗，因此超大型化成为集装箱船发展的趋势。凯发国际手机综合体育网页版由于敞开型船体结构特征，导致船体舱口围顶板、腹板等部位长期处于高应力状态，在船舶自身载重及风、浪等外力作用下，容易发生低应力脆性断裂，严重威胁船舶安全。为保证航行安全，国际船级社规范明确要求在已发生断裂部位采用高止裂韧性钢板。2013年国际船级社提出-10℃止裂韧性≥6000N/mm3/2的止裂性能指标。鞍钢创新性提出基于TMCP新工艺的多相组织调控原理，控制多阶段再结晶组织细化及相变，形成具有软硬相匹配的高强塑性、低屈强比、高止裂性和优良焊接性能的止裂钢核心生产技术，产品技术指标达到当时国际领先水平。
2021年船级社又将80-100mm厚钢板-10℃止裂韧性≥8000N/mm3/2纳入到新的国际标准中，极大提高了特厚止裂钢板的生产技术门槛。在这种背景下，南京钢铁与高等学校合作，2020年，在对大厚度止裂钢本质深度理解的基础上，提出高渗透性轧制技术、往复相变控轧工艺、轧后冷却规程、低压缩比轧制条件下铁素体贝氏体组织的相变机制、脆性裂纹的止裂因素等多方面基础研究。该项目利用我国自主开发的机架间超快冷控制轧制系统和自主创新的新一代控制轧制技术，开发出相变时序控制、织构控制、温控-形变耦合高渗透性轧制等核心关键制造技术，突破连铸坯与钢板厚度压缩比过低的约束，明确大厚度止裂钢中Mn、Mo、Ni等元素的具体作用和不同工艺条件下的最佳添加量，阐明了基体组织对低温韧性和止裂性能的影响，形成具有自主知识产权的高止裂韧度特厚钢板技术体系并实现产业化。在国内率先研发出100mm厚EH47、EH40止裂钢板，-10℃止裂韧性分别为9041N/mm3/2和9951N/mm3/2，厚度规格和止裂韧性均达到国际领先水平，彻底打破国外高止裂韧性钢板的技术壁垒。目前，南钢50-95mm厚EH40、EH47止裂钢已整单应用于多条全球最大的24000TEU集装箱船，并实现了100mm厚止裂钢全球唯一供货。
热轧无缝钢管是核电火电、油气钻采、装备制造等领域不可替代的高安全性基础原材料。然而由于高温热轧和环形断面原因，广泛应用于板材领域的控轧控冷组织调控技术却难以应用于热轧无缝钢管生产，提升管材性能只能依赖添加合金元素和离线热处理。四十余年来，国内外相继开展了大量的钢管控冷技术开发工作，但由于无法实现钢管冷却过程的温度均匀性控制，几无成功先例，成为领域内国际性难题。突破在线组织性能调控已成为热轧无缝钢管高质绿色化生产的关键技术瓶颈。2013年起，东北大学与宝钢股份合作，历经7年终于攻克这一世界难题。
他们率先开发出具有内外壁快速均匀冷却和直接淬火功能的热轧无缝钢管在线控制冷却技术与装备，并在国际上首次实现工业化稳定应用。实现PQF460机组钢管轧后全部10-36m长度钢管的控制冷却及直接淬火。
开发出基于在线冷却温控模型、钢管全长温度动态自适应算法及多流程工艺控制策略的热轧无缝钢管在线控制冷却自动化系统。实现了高效（匹配最快40s热轧节奏）、均匀（全长/周向控温精度±20℃）稳定生产，管形及直度良好（椭圆度＜1%D，直度＜5mm/m）。
基于在线控制冷却和淬火装备，进行生产流程再造，实现在线组织调控的短流程生产，开发出高等级套管、管线管、结构管等热轧无缝钢管的全新成分体系及工艺技术，实现了三大类品种、全规格系列化生产。同比传统工艺，晶粒度平均提高1-3级，冲击韧性提高20-100J，110ksi级抗硫管在线控冷+离线调质同比二次离线调质工艺抗硫指标Kissc值提升10%，达到30MPa·m1/2以上，替代传统二次离线调质工艺，吨钢成本大幅降低。“无缝油井管在线控冷技术用于套管生产”提案通过美国石油协会（API）纳标申请，实现了我国钢管制造企业牵头修订API标准零的突破。成果已成为宝钢平台性技术。（未完待续）