2024中国品牌日：钢铁行业创新、创业、创效与高价值专利案例精选展示

中国品牌日

钢铁行业

创新、创业、创效、高价值专利

案例集锦

2024年5月10日是我国第八个“中国品牌日”。为发挥《世界金属导报》作为钢铁行业权威科技媒体的作用，本报社于品牌日前期向全行业广泛征集“创新、创业、创效案例及高价值专利”。此为“中国品牌日”系列活动之一，随后在本期《世界金属导报》的 B01 - B07 版以及官微上刊登经过遴选的“三创品牌及高价值专利”系列报道，借此展示钢铁行业企业品牌建设的进展，提升行业品牌的影响力。

高端工具与汽车零部件用宽幅卷板的研发和生产

1前言

并且是亚洲主要的高端中薄规格热处理板材生产基地。涟钢坚持深耕细分市场，持续在高端工具钢领域投入研发，同时也在汽车零部件用钢等领域进行研发投入。开发出的高端工具钢宽幅卷板以及汽车零部件用钢宽幅卷板，主要用于高端圆锯片、带锯条、油锯链、刀片、织针、汽车零部件等五金零件，这些五金零件对质量和性能的要求相当高。

高端工具与汽车零部件用钢宽幅卷板的研发和生产项目是在涟钢的转炉-LF-RH-板坯连铸-薄板坯连铸连轧线进行的，同时也在 2250mm 常规热连轧线-单机架冷轧产线上进行。工具用钢系列和汽车零部件用钢系列由于具有不同的成分体系，所以它们在研发和生产方面的个性化特点也各不相同。从降低高端工具钢晶界氧化层厚度方面进行研究。

2 技术难点

碳含量以及合金含量较高，铸坯的裂纹敏感性较强，连铸生产存在困难。高端工具与汽车零部件用钢的碳含量和合金含量都比较高，连铸板坯在高温下的塑性较低，在生产过程中容易出现表面横裂纹、角部裂纹以及内部裂纹。同时，高碳钢的固液两相区温差较宽，凝固时间较长。所以显微偏析与中心偏析的程度较为严重，铸坯内部质量难以控制，容易出现疏松、内裂的情况，严重的甚至会出现芯部分层、开口。这些情况使得连铸的生产难度极大，既需要具备良好的钢水条件，又要对连铸工艺的各种参数进行优化。

带钢板形以及尺寸精度的控制较为困难。高端工具与汽车零部件所使用的钢，大多是高碳或高合金成分的钢种，带钢的硬度对温度的敏感度较高。产品的规格较为复杂，并且以薄规格为主，轧制状态的稳定性不佳。热轧时带钢的变形抗力较大，轧制负荷较高。热轧时塑性形变会使横断面不稳定，这会导致轧辊的磨损不均匀且热变形也不均匀。同时，带钢的凸度、楔形和平直度等板形指标无法得到有效控制，厚度精度的控制难度较大。

卷板的脆性较大，偏析较强，表面质量不佳。高端工具与汽车零部件用钢宽幅卷板，因其碳或合金含量高，热轧后的强度与硬度极高，常温抗拉强度在 850 - 2000MPa 之间，后续进行深加工生产较为困难。并且，这些卷板的总伸长率很低，通常在 10%以下，其脆性很大，在冬季气温较低时，会出现开卷断带或碎裂的现象。碳或合金含量较高会致使工具钢卷板出现明显的中心偏析或带状偏析，这种偏析在金相样下用肉眼能够看到。在表面质量方面，由于高端工具钢成分具有特殊性，容易在热轧过程中引发边部发纹、带头冲击辊印、平整挫伤等质量问题。

表层容易出现脱碳现象，也容易出现晶界氧化。表层脱碳会让工件的硬度明显降低，使其服役性能和使用寿命都受到显著影响。高端工具以及汽车零部件用钢的碳含量比较高，在热轧过程中，钢坯加热以及钢卷下线冷却的时候，表层会发生氧化，从而导致表层产生脱碳和晶界氧化。与此同时，这类材料在热轧态时强度非常高，用户在对其进行加工使用之前，必须进行退火处理来降低硬度，并且要完成淬火处理之前的组织准备工作。退火时若钢板有氧化物或水分残留等情况，在高温退火过程中容易产生脱碳，进而产生晶界氧化。该钢种在加热或热处理过程中，表层出现脱碳与晶界氧化是常见现象，这也是钢铁材料行业普遍存在的难题，怎样降低或避免表层的脱碳及晶界氧化，成为生产高质量工具与汽车零部件用钢卷板的一项核心任务。

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3 创新点

高碳钢洁净度的控制技术。其核心是研发单转炉生产超低磷钢的工艺。此工艺主要是借助低温、高氧化性以及高碱度的环境来实现脱磷。在吹炼终点之后，结合底吹搅拌，以此促使转炉内钢渣反应界面能够进一步深度脱磷。通过这样的方式，可以保证转炉终点的[P]≤40ppm。

超高碳钢冶炼 - 连铸生产技术。薄板坯连铸连轧线开发出了碳含量为 1.2%-1.3%、铬含量为 0.5%-0.6%的超高碳工具钢。210 - 2250 常规连铸 - 常规热连轧线也开发出了此类超高碳工具钢。转炉通过留渣双渣法进行吹炼，同时利用大渣量高碱度渣来脱磷，以此保证初始钢水的洁净度。设计了新型的保护渣，这种保护渣具有低碱度、低熔点以及较高的氧化锂含量。还调整了连铸二冷工艺。在国内首次成功地开发出了 SK2、T12 超高碳钢宽幅卷板，并且实现了量产。

宽幅卷板的热轧表面质量控制技术。高端工具与汽车零部件用钢，由于其化学成分的特性，导致塑性和延展性不佳，Ar3 相变开始温度较低，所以在热轧过程中，宽幅卷板很容易出现边部发纹、热轧冲击辊印、平整挫伤等质量方面的问题。项目对热轧模型中的粗轧参数进行了改进，对精轧参数进行了改进，对平整参数进行了改进。同时，建立了新型的粗轧工艺，建立了新型的精轧工艺，建立了新型的平整工艺。通过这些改进和建立，可靠地解决了宽幅卷板热轧过程中的固有问题。

冷轧卷板表层脱碳和晶界氧化的控制技术。热轧钢卷表层氧化物在全氢罩式退火过程中有其演变规律，针对带氧化铁皮的热轧卷在全氢退火过程，建立了新的温度制度和吹氢制度，并且在罩式退火+酸洗工序上对工艺流程进行了创新设计，通过软化退火和球化退火两步退火法结合酸洗，使高端工具钢冷轧板卷表层脱碳层与晶界氧化层的深度大幅降低。

屈服强度960MPa级调质钢的开发

1 前言

直接淬火工艺相较于传统冷却工艺，其停冷温度较低，且冷却速度较快，所以能够形成细化的微观组织。传统回火工艺的升温速率比较慢，保温时间也较长，因而形成的碳化物颗粒较为粗大。在线热处理工艺是以较快的速度进行升温，从而形成细化的碳化物析出，进而提高了钢板的低温冲击韧性。钢板在直接淬火时形成的残余奥氏体组织，在 HOP 过程中会有部分分解，最终形成了残余奥氏体且分布弥散均匀。用 DQ+HOP 工艺生产的高强度钢板，其强韧性良好。并且，工程机械用的高强度钢板需要有良好的焊接性能。碳当量是衡量钢板焊接性能的重要指标，碳当量越低，钢板的焊接性能就越好。欧标 10025 - 6 规定的屈服强度 960MPa 级钢板，其碳当量 CEV 不大于 0.82%。国标 GB/T16270 规定的屈服强度 960MPa 级钢板，其碳当量 CEV 也不大于 0.82%。

2 专利技术的创造性

湖南华菱涟源钢铁有限公司发明了一种屈服强度为 960MPa 级的调质钢及其制造方法。他们对调质钢的碳、硅、锰、磷、硫、铬、钼、铌、钒、钛、铝以及硼的质量百分含量进行了控制，同时也对碳当量进行了控制。经预处理的高炉脱硫铁水进入转炉进行冶炼，合格的冶炼钢水经过 LF、RH 处理以及钙处理后，被连铸成钢坯。钢坯在均热炉或加热炉中被加热到 1100 - 1250℃，然后被轧制成钢板，终轧温度为 820 - 880℃。终轧后，使用超快冷却和层流冷却，将终冷温度控制在 500 - 700℃。接着，在冷却装置中以 10 - 25℃/S 的冷却速度进行冷却，使终冷温度≥500℃。终冷后的钢板以 500 - 700℃卷成钢卷，对温度低于 80℃的钢卷进行横切矫直成钢板，矫直后的定尺或非尺钢板在 850 - 880℃下保温 20 - 60min 进行淬火，并在 500 - 700℃下保温 90 - 180min 进行回火。

本发明的整体思路为：采用碳含量在 0.10%-0.20%之间、锰含量在 1.00%-1.60%之间的成分体系。同时采用控轧控冷、轧后超快速冷却加层流冷却再加卷取、横切以及调质的工艺体系。通过对合金元素配比进行优化，充分发挥工艺对钢板强韧性的提升作用，从而制造出具有较低碳当量（CEV-0.58%）的高强韧钢板。

3 专利群保护

涟钢成功开发出 960MPa 级的工程机械用钢。实现了国际最高级别工程机械钢板 1400MPa 级的批量工业生产。研制出了 600 - 1400MPa 调质钢板的超高强度工程机械用钢。获得了 800 - 960MPa 等高强钢系列的 10 项授权专利。形成了专利群保护，主要包含：一种强韧钢热轧板卷的生产方法。一种基于薄板坯工艺的高强度钢的生产工艺。一种用于热轧板生产线上的快速排水装置。一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统。一种工程机械用钢板及其生产方法。一种屈服强度 960MPa 级调质钢及其制造方法。一种屈服强度 900MPa 级热轧钢板及其生产工艺。一种消减热轧带钢残余应力的热处理方法。一种屈服强度 800MPa 级热轧钢板及其制造方法。一种高强钢及其制备方法等。

4 社会效益

涟钢构建了“产、学、研、用”相融合的研发模式，并且建成了亚洲规模最大的薄规格热处理板材生产基地，这推动了加工、配送以及高强结构制造的发展。其屈服强度 960MPa 级的调质钢满足了国内工程机械中起重机和泵送机械关键原材料的制造需求，使该类产品的价格大幅降低，为促进相关行业的发展以及提升产品的国际竞争力作出了重要的贡献。对起重泵送装备用系列高强度结构钢板进行了多目标且多内容的系统创新，这样做进一步发挥了涟钢热轧生产线的潜在优势，也提升了整体的技术水平。开展起重泵送装备用系列高强度结构钢板关键技术开发，能促进其在国内外的推广应用，对提高产品附加值等方面有着重要意义。