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（

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钢铁产品十年创新

向党和人民交出满意的答卷

王国栋 中国工程院院士

编者按：为迎接党的二十大胜利召开，《世界金属导报》策划了一场以“钢铁十年暨二十大”为主题的宣传活动，特别邀请了中国钢铁钢铁工业协会、中国工程院、高等院校、研究机构、企业等领导和众多行业专家回顾总结了党的十八大以来我国钢铁工业取得的突出成就。 现将活动文章刊登出来，激励广大钢铁同仁坚定前行、继续奋斗，以实际行动迎接中国共产党第二十次全国代表大会的成功召开。

本文分为三部分：第1部分、第3部分和第2部分，分别发表于《世界金属导报》第37期、第38期和第39期。 这是中间部分。

协同创新，产学研深度融合，发展全产业链，强补链条

2.4 兴诚：全产业链协同开发国际领先轴承钢

轴承钢是我国长期没有解决的“短板”钢材产品，优质轴承一直被别人“卡住”。 为确保采用连铸工艺生产的轴承钢质量达到压铸钢、电渣重熔钢的质量水平，替代进口钢材，兴澄特钢从内部钢厂和下游轴承钢用户两方面入手钢铁厂来解决这个问题。 解决轴承钢全产业链存在的问题，实现轴承钢生产重大突破。

首先，钢厂内部从钢材纯净度、内部组织、碳化物改善等方面开展了一系列技术攻关。 兴澄特钢严格控制从原材料到产品的每一个生产过程。 他们采用专用高炉，使用优质铁精矿，严格按规定操作，生产专用纯铁水。 在炼钢过程中，他们开发了纯钢冶炼技术、特种精炼技术和100%真空处理。 在连铸过程中，在液位控制、结晶器护渣、电磁搅拌、板坯冷却等关键环节采用特殊控制方法，消除板坯凝固过程中形成的偏析、气孔、夹杂物等缺陷。 轧制过程中采用粗轧前表面快速冷却、轧后超快冷等技术。 为了提高连铸坯生产的滚动体的均匀性，从2013年开始每年都会进行数据汇总，目前产品已成功应用于钢球生产，耐久性测试已达到世界领先水平。

其次，考虑到轴承的高端发展实际上是一个产业链问题，他们与国内外下游轴承钢客户紧密结合和合作。 客户不仅提出了兴澄轴承钢目前存在的问题，还根据轴承钢的发展提出了新产品的开发要求。 兴澄特钢不断整改，逐步提高冶金和加工技术，努力为用户提供满足质量需求的材料。 。 特别是高端轴承制造，要求轴承钢的生产与轴承制造商的轴承设计、轴承材料牌号选择、加工、热处理、装配、润滑、密封等整个生产过程紧密配合，因此全面提升全流程服务水平。 ，从而提高国产轴承的整体质量。 因此，在轴承钢的研发过程中，他们与世界一流的轴承制造企业充分沟通，将用户所用材料的工况、加工、热处理工艺与兴澄特钢的冶金、轧制工艺相结合，实现提高和增加轴承的使用寿命，共同推动全球轴承行业的进步。

目前，兴成的产品质量控制已达到很高的水平。 即使与国际知名轴承钢厂家相比，兴澄特钢的轴承钢在各项指标上也表现出优势。兴澄特钢高标准轴承钢的总氧含量（T[O]）可稳定控制在5ppm以下（国标T [O]≤12ppm，国际高标准T[O]≤6ppm），以及粒径>2μm指标的夹杂物

国内轴承钢年产量约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。 2010年以来，兴澄特钢已向世界知名轴承企业供应轴承钢近500万吨。 瑞典SKF、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稳定的战略客户。 作为上述有影响力但又非常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。 发展全产业链，与用户合作共赢，掌握和创新轴承钢生产技术。 多年来，它以“客户满意度高”而闻名于世。

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2.5 汽车用超高强度热成型钢

铝硅涂层热成型钢是目前最强的车身材料，也是最具成本效益的车身轻量化解决方案。 2021年全球产量约为400万吨（国内超过80万吨）。 但自1999年欧洲钢铁巨头提出1500MPa铝硅镀层热冲压钢生产技术以来，韧性问题至今仍未得到突破。 而且，独家企业的技术垄断推高了车企的采购成本。

一项技术要从造纸到汽车，从理念到应用，必须跨越钢铁生产厂的轧制、热处理、涂装等生产环节，跨越汽车零部件厂的加热、热冲压等工序，主机厂也必须实施。 要完成焊接一体化、喷漆等制造工序，必须能够经受住每道工序、各方面的严格考验。 只有各方都满意、都受益，这项技术才能突破重围，到达汽车。

2017年以来，本钢、北汽新能源等企业与高校合作，利用钒微合金化技术，将全球首张2000MPa热冲压钢裸板应用到新车型上，实现高强度热冲压首次突破钢。 东北大学易洪亮教授等人基于多年的基础研究积累，提出了铝硅涂层与基体之间的“界面富碳脆化理论”，利用薄涂层技术减少界面移动，实现界面微脱碳。 ，从而消除界面碳富集。 铝硅涂层热冲压钢的VDA弯曲韧性同比提高20%，降低了1500MPa铝硅涂层热冲压钢的延迟开裂风险，提高了2000MPa铝硅涂层热冲压钢的抗延迟断裂性能。硅涂层热冲压钢。 该技术采用了与目前国外垄断公司厚涂层产品体系相反的技术思路，形成了全新的知识产权体系，打破了国外公司的独家技术垄断，提高了产品的成型质量。

这种薄涂层热冲压钢在喷漆和焊接工艺方面也具有优异的性能。 厚涂层热冲压钢在冲压过程中，涂层中常出现微米级的空洞，称为柯肯德尔空洞，且空洞在焊接加热时长大。 薄涂层的使用解决了这些焊接和耐腐蚀性问题。 研究团队发明了热冲压钢铝硅涂层高效吸热分级快速加热技术，使铝硅涂层热冲压钢炉内加热时间同比缩短35% -年。 因此，热冲压件企业也能从新技术中受益。 从独家供应商改为多家供应商可以解决采购成本问题。 因此，这项技术受到了热冲压件企业的热烈欢迎。

根据新的25%偏置碰撞法规，用激光定制的一体式热冲压门环替代现有的多部分电阻点焊总成应该是最佳解决方案。 但国外厚涂层激光裁剪技术复杂，需要对铝硅涂层进行脉冲激光脱溶、剥离，增加了生产成本。 当采用薄涂层时，可以利用薄涂层的天然优势，实施无剥落激光焊接技术，降低了焊接工作难度，提高了生产效率。 该产品独特的性能和简单易行的生产工艺为主机厂最终用户带来了重大突破，受到汽车主机厂的普遍欢迎。 打破垄断，采购成本大幅降低； 韧性得到提升，车身设计得到优化，焊接、涂装等关键工艺环节也受益于此。

整个创新过程经历了多种工程环节。 新技术的开发者必须从产业链的末端应用出发寻找问题，认真研究分析产业链的各个环节，明确企业需求，通过厂校融合，一一带来技术进步。 解决产业链痛点，让产业链每一个关键环节都从创新中受益，并保证最终产品不增加成本。

工艺-设备-产品-服务一体化创新

在钢铁生产过程中，技术是“先导”，设备是手段，产品是结果，服务是最终目的。 因此，要达到服务用户的最终目标，就需要“工艺-设备-产品-服务一体化”。 装备发展曾经是我国钢铁工业的短板，主要依赖国外先进装备技术。 近10年来，这种情况发生了很大变化。 自主创新的先进工艺和装备，对我国产品的研发起到了巨大的推动和保障作用。

3.1 多层金属复合工艺制备复合板

特种复合板是由两种或两种以上不同材料按一定方式复合而成的新材料。 它将熔覆材料优异的耐腐蚀、耐磨、耐热等性能与母材的高强度、高强度结合在一起。 韧性可以最大限度地发挥熔覆材料和母材各自的优势，达到单一金属材料无法满足的综合性能要求，节省贵金属，降低成本。 是一种具有良好发展前景的多功能材料。

2014年起，南钢采用真空轧坯复合法开发特种复合板。 先后开发了不锈钢/钢、镍基合金/钢、钛/钢等金属复合板。 产品涵盖结构、桥梁、管道、船舶、压力容器等领域。 南钢承担国家863项目，开发了一系列国际领先的热轧钛/钢复合板新产品，成为国内首家通过热轧钛/钢复审的企业复合板。 南钢开发出345-500MPa级高强耐候桥梁钢及不锈钢复合板，实现铁路钢桥梁不锈钢复合板产品全覆盖。 同时，解决了两种金属变形抗力差异较大导致变形不相容的问题，开发了超级奥氏体不锈钢复合板和镍基合金复合板。 产品性能优异，南钢特种复合板实现高端化发展。

南港复合板已在高铁桥梁、石油管道、集装箱储罐等领域得到良好应用。 南钢桥梁用不锈钢复合板供应量位居全国第一，并已成功应用于多项国家重点/重大桥梁工程。

3.2包钢、武钢：薄板坯连铸及直接热轧双相钢带

2013年11月，包钢CSP生产线改造后，与高校合作，采用后置式（层流冷却后、卷取机前）超快冷却系统布局。 主要用于生产低成本抗拉强度540MPa级和590MPa级热轧双相钢。 本项目的突出技术问题是开发高冷却能力的超快冷设备，以满足我国低成本热轧双相钢（厚度规格≤11mm）高组织均匀性产品的开发和生产需要。厚度规格齐全。 超快冷却系统，冷却强度高，冷却后带钢板形好，工艺参数控制精度高，生产连续稳定。 真正达到了冷却强度高、装备一流、产品性能稳定的既定目标要求，发展形成了理想的低成本、经济型热轧双相钢生产装备和工艺技术。

热轧双相钢是包钢CSP热轧线开发生产的高附加值特色产品。 通过超快冷系统的全面升级改造，全面提高了包钢CSP热轧双相产品的生产质量稳定性，提升了产品规格。 强度等级的系列化、专业化，特别是高强度、厚规格产品的开发和生产，将进一步增强产品市场竞争力，把包钢热轧带钢双相钢产品做大做强。 具有重要意义。

武钢CSP生产线设计产品厚度为0.8-12.7mm，生产能力为250万吨/年。 2020年，武钢CSP短流程生产线已生产双相钢系列DP600、DP780、DP1180等，在DP系列材料的基础上，制定了新的工艺路线和生产制造过程控制的核心参数。制定，利用现有的分段冷却控制模型和风冷段的设计布局，精确的冷却计算速率公式，以及科学合理的冷却策略和风冷段长度的设计来实现精确控制不同牌号钢种的性能，克服了DP系列钢种生产中短流程生产线的问题。 固有的困难为CSP生产和开发双相钢、特殊钢等产品奠定了基础。 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，也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，与双相钢生产技术相结合，产品性能稳定，最薄厚度1.2mm，不良率≤0.65%。 具有成本低、强度高、板厚薄、屈强比低等特点。 其性能和质量符合同牌号冷轧双相钢的标准要求。 可以以热代冷，推广热轧钢在汽车工业中的应用。 用母材代替冷轧母材完成冷轧工艺具有重要意义。

3.3日照：薄板坯连铸及无头热轧双相钢带

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，并与国内高校合作进行部件设计和工艺设计。 凭借ESP生产线的持续稳定性、恒温控制和超快冷却能力，成功生产出超薄板坯。 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的厂家。 该产品的研制成功，填补了超薄热轧双相钢的市场空白。 ESP生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、座椅梁、防撞梁配件及加强板等。 它们已通过国内某汽车主机厂认证，将用于“以冷代热”，开辟更广阔的前景。 ESP生产线生产的DP590双相钢具有细小、弥散、均匀分布的马氏体组织。 汽车防撞梁体主板及门槛加强件表面质量良好，满足使用要求。

3.4宝钢：自主集成高强钢热处理生产线，生产汽车用高强钢

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。 它们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确控制是生产先进高强度钢板的核心技术。 宝钢自主研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。 拥有平冷、热镀锌为一体的多功能柔性超高强钢专用生产线。 该生产线的使用，不仅迅速提高了我国汽车用高强钢的生产和技术水平，而且成为全球首家试制成功第三代先进高强钢调质隔断的生产线。钢（QP），最高强度达到世界最高。 1700MPa水平并实现产业化，改变了我国汽车板研发长期跟进的局面，推动了我国高强钢技术的整体发展。

3.5南钢：超高强度工程机械钢及耐磨板（厚度5-120mm，最大宽度4200mm）

超高强度工程机械钢和耐磨板主要应用于大吨位汽车起重机、履带式起重机的臂架、拉板等关键部位。 钢板要求强度和韧性匹配、性能波动小、内应力小、弯曲一致性好。 易加工、易焊接等，但生产极其困难。 长期以来，国内890MPa及以上超高强度产品主要依赖进口。 不仅价格极高，而且供货周期长，制约了我国相关制造业的发展。

南钢率先联合高校、三一重工、徐工等企业，采取产、销、研、用深度融合模式，研发出Q890、Q960、Q1100、Q1300系列超高强度钢板。 该钢板兼具良好的机械性能和加工性能，成功替代进口主打产品，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，增强了其在国际舞台上的竞争力。 南钢供货规格：厚度5-120mm，最大宽度可达4200mm，全面覆盖市场需求。 经过近年来的发展，国内超高强度钢板已全面实现国产化。

3.6南钢：开发稳定的宽薄板生产工艺，供应我国首艘豪华邮轮建造

基于我国造船业对超薄中厚板的需求，南钢利用引进3800炉卷轧机和5000宽厚板轧机的设备优势，率先提出了船舶用钢板厚度控制方法。炉卷轧机和宽厚板轧机。 平均厚度公差为0 -0.2mm，实现钢板重量的精确控制； 开发宽薄板形控制技术，解决生产过程中温降快、板形不良的技术难题； 提出薄板特殊轧制工艺，实现厚度4mm、3500mm宽度5mm、厚度3500mm的薄板稳定生产，突破传统中厚板轧机生产的极限规格； 它克服了宽薄板高效焊接的难题，采用低碳当量和微合金成分设计，解决了薄板焊接接头的快速冷却问题。 ，淬透性高的问题。 公司通过设备升级和工艺技术研究，实现了邮轮宽薄板的稳定生产。

南港成功供货国内首艘豪华邮轮项目、首艘极地科考邮轮项目。 邮轮宽薄板研发成功，对于打破国外长期以来在产品规格、加工制造等方面的技术壁垒，打破国际垄断，填补国内空白，具有重要的战略意义。

3.7河钢舞钢：装备创新带动厚规格高端产品，解决“卡脖子”问题

河钢舞钢通过技术装备升级，增强自主创新能力，填补国内空白。 随着洁净钢冶炼技术、大钢锭技术、大压下量等技术的开发和应用，钢板强度、韧性、内在质量、不均匀性等各项指标达到国际先进水平。

河钢舞钢与高校、特钢企业等深度合作，加强产业链协同，通过装备创新提供新工艺手段，增强自主创新能力和新产品开发能力。 舞钢在国内率先立项建设50吨双极系列锭式板坯电渣炉。 它集成了低频电源、双极串联、结晶器等先进工艺技术。 是目前国内唯一一座、世界上断面尺寸最大的大型板坯炉。 空白电渣炉。 舞钢公司自主优化改进了控制软件，设计了不同厚度的结晶器，拥有自主知识产权。 自主研发了适合锭式电渣炉的电渣锭冷却控制、结晶器锥度调节、新型造渣系统。 技术。 河钢电渣钢板广泛应用于我国第三代核电、超超临界火电、特大型水电、大型风电和大飞机项目的模具钢制造和高端装备制造领域，替代进口。 其中，轧制开发的420mm塑料模具钢WSM718用于国内大型模具制造； 20MnNiMo钢板用于国内大飞机项目8万吨级模锻压力机用钢； 最大厚度290mm SXQ500D-Z35、285mm SXQ550-Z35、S355J2等350mm Z向高性能钢板应用于三峡工程等世界百万千瓦级水电机组等重大水电工程； 石油化工设备用氢钢16MnR（HIC）、12Cr2Mo1R钢板最大厚度220mm； 内力风电钢出口采用大厚度Q460C钢板； 350mm特厚E36-Z35级船板出口海洋装备制造等，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，深受用户好评。

河钢舞钢开发的SXQ500D、SXQ345C、S355J2、S460N、SX610CF、SX780CF等多个220mm大厚度水电钢板新品种采用电渣重熔生产，不仅保证了大厚度水电钢优良的探伤性能，而且还保证了钢板性能的均匀性。 成功打破国外垄断，填补国内空白，达到世界先进水平。 深受用户好评，已广泛应用于乌东德、白鹤滩、丰宁、鸡西等多个大型水电站建设中。 极大地促进了我国大型水电站的发展。 发动机用钢的国产化进程。

180-210mm厚度机架钢是海洋平台、风电安装船自升式支腿的关键部件。 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、焊接性和耐腐蚀性。 等综合优势。 传统模具铸造-热轧-水箱调质生产工艺存在铸锭尺寸大、压缩比不足、淬火冷却强度低三大关键问题。 特厚机架钢芯的低强度和韧性已成为工程推广应用。 主要瓶颈。

在国家重点研发计划“高强大尺寸易焊接海洋工程用钢及其应用”的支持下，我们采用“装备-工艺-产品”一体化攻关计划，与高校合作，自主研发全球首套300mm特厚板辊式淬火机等关键设备，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，掌握均匀一致的ESR-RQ关键技术完成高强特厚船用钢组织与性能控制，完成210mm厚690MPa级、180mm厚785MPa级齿条钢工业化试制。 舞钢新建的特厚钢板轧辊淬火设备，为大单位重量、大截面、特殊用途厚板热处理产品的开发和应用奠定了装备和技术基础。 177.8-210mm厚机架钢芯冷却速度达到0.7℃/s，马氏体含量达到70%以上，为1/2冲击韧性提供了结构基础。 厚板产品厚度方向强度、韧性满足国际标准指标要求，完成焊接、切割等造船工艺适应性评价。 其中210mm厚690MPa齿条钢已通过美国ABS船级社认证，并实现首批示范。 应用，180mm厚785MPa齿条钢将于2021年完成齿轮切削和焊接评估，实现了厚度210mm、国内最高强度785MPa的海洋工程齿条钢板工业化生产，满足了我公司的制造需求。国家500英尺自升式海洋平台桩腿分段示范应用和2500吨级海上风电安装船舶举升系统。 为我国钢铁行业高端船用钢产品化进程和高端船用装备市场竞争力的提升做出了贡献。 河钢舞钢成为高品质超厚热处理钢板生产的“单项世界冠军”。

3.8鞍钢、南钢：新一代控轧控冷技术及装备支撑集装箱船用高止裂性能钢材研发。

集装箱船的超大型化可以显着降低建造成本、运营成本和能源消耗。 因此，超大型化已成为集装箱船的发展趋势。 由于开式船体的结构特点，舱口围板、腹板等船体部位长期处于高应力状态。 在船舶自身载荷和风浪等外力作用下，容易发生低应力脆性断裂，严重威胁船舶安全。 为了保证航行安全，国际船级社规范明确要求在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。 鞍钢基于TMCP新工艺创新提出多相组织控制原理，控制多级再结晶组织细化和相变，形成高强塑性、低屈强比、高止裂性和优异的焊接性能具有匹配的软硬特性。 采用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年船级社将80-100mm厚钢板-10℃止裂韧性≥8000N/mm3/2纳入新国际标准，大大提高了特厚裂纹制作的技术门槛逮捕钢板。 在此背景下，南钢与高校展开合作。 2020年，基于对大厚度止裂钢本质的深刻认识，提出了高导磁轧制技术、往复相变控制轧制工艺、轧后冷却程序、铁素体-贝氏体相变机制的基础研究低压缩比轧制条件下的结构、脆性裂纹的止裂因素等方面。 该项目采用我国自主研发的机架间超快冷控轧系统和自主创新的新一代控轧技术，开发相变时序控制、织构控制、温控-变形耦合高导轧制等核心关键制造技术突破了连铸坯与钢板厚度压缩比低的限制，明确了Mn、Mo、Ni等元素在大厚度止裂钢中的具体作用以及不同工艺条件下的最佳添加量，明确了Mn、Mo、Ni等元素在大厚度止裂钢中的具体作用以及不同工艺条件下的最佳添加量基体显微组织对低温韧性和止裂性能的影响，形成了具有自主知识产权的高止裂韧性特厚钢板技术体系并实现了产业化。 国内率先开发出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，完全突破国外高水平。 坚韧钢板止裂的技术壁垒。 目前，南钢50-95mm厚EH40、EH47止裂钢已应用于多艘全球最大24000TEU集装箱船，并成为全球唯一100mm厚止裂钢供应商。

3.9宝钢、东大：自主创新管材控轧控冷技术及装备，引领钢管生产技术升级

热轧无缝钢管是核电、油气钻采、装备制造等领域不可替代、高安全性的基础原材料。 但由于热轧温度较高，且具有环形断面，板材领域广泛采用的控轧和受控显微组织控制技术难以应用于热轧无缝钢管的生产。 提高管材性能只能依靠添加合金元素和离线热处理。 40年来，国内外针对钢管冷却技术开展了大量的研发工作。 但由于钢管冷却过程无法实现温度均匀性控制，成功的例子很少，已成为该领域的国际难题。 突破在线组织和性能控制已成为热轧无缝钢管高质量绿色生产的关键技术瓶颈。 自2013年起，东北大学与宝钢股份合作，历时7年终于解决了这一世界难题。

他们在国际上率先开发了热轧无缝钢管快速均匀冷却和内外壁直接淬火在线控制冷却技术和装备，并实现了工业化稳定应用。 所有10-36m长度钢管在PQF460机组轧制后实现控制冷却和直接淬火。

基于在线冷却温度控制模型、钢管全长温度动态自适应算法和多工序过程控制策略，开发了热轧无缝钢管在线控制冷却自动化系统。 实现高效（匹配最快40s热轧节奏）、均匀（全长/周向控温精度±20℃）、稳定生产，管形及直线度良好（椭圆度<1%D，直线度<5mm/m）。

以冷却淬火设备在线控制为基础，对生产工艺进行再造，实现在线组织控制的短流程生产，形成了高级套管、线材等热轧无缝钢管新的成分体系和工艺技术。开发了管材、结构管材，实现了三大类品种、全规格系列化生产。 与传统工艺相比，平均晶粒尺寸增大1-3级，冲击韧性提高20-100J。 110ksi级抗硫管材在线控制冷却+离线调质。 二次离线调质工艺抗硫指数KISSC值同比提高10%，达到30MPa·m1/2以上，替代传统二次离线调质工艺，吨成本大幅降低钢材。 提案“套管生产用无缝油井管在线控制冷却技术”通过美国石油协会（API）标准申报，实现了我国钢管制造企业牵头修订API标准的突破。 该成果已成为宝钢的平台技术。 （待续）