港珠澳大桥：世界奇迹背后的东北大学绿色冶金工艺

2017年12月29日，《港珠澳大桥主体工程全面竣工》被人民日报评选为2017年度国内十大新闻。习近平总书记在2018年新年贺词中提到的这座跨海大桥，是世界上总跨度最长、钢结构桥身最长、海底沉管隧道最长的大桥。它也是世界公路建设史上最长的跨海大桥。是目前技术最复杂、施工难度最大、工程规模最大的桥梁。被誉为“新世界七大奇迹”之一的港珠澳大桥，大量采用了基于团队研发的新一代控轧控冷技术的高性能绿色桥梁钢由东北大学王兆东教授领衔。已成为东北大学生产的世界领先的桥梁钢材。绿色冶金技术服务国家重大战略需求的生动写照。在今天举行的2017年国家科学技术奖励大会上，东北大学“新一代热轧板带钢控轧控冷技术及应用”项目荣获国家科学技术进步奖二等奖。

主要贡献者：

王兆东、刘振宇、袁果、张公彦、王国栋、李凡、黄一新、廖智、吴明、田勇

主要完成单位：

东北大学、鞍山钢铁股份有限公司、首钢总公司、南京钢铁股份有限公司、湖南华菱涟源钢铁有限公司、福建三钢（集团）有限公司、新余中国钢铁工业协会钢铁股份有限公司

复杂的海底结构、恶劣的自然环境、超长的跨距、台风、巨浪、地震甚至海水氯盐腐蚀等都对桥梁钢材提出了巨大的挑战。因此，跨海大桥等超大跨度桥梁对桥梁钢材的影响很大。对高强度、焊接性、抗断裂性、抗疲劳性、耐腐蚀性等都提出了极为严格的性能要求。

跨海桥梁用钢主要集中在管桩钢、主通航桥桥梁用钢、桥面护栏和带肋钢筋等。其中，通航主桥管桩用钢和桥梁用钢占钢材总量的60%。仅管桩钢材就占其总钢材含量的50%左右。管桩钢大部分采用热轧卷材制成。通航主桥用桥梁钢主要规格在10～50mm之间，以板材为主。东北大学新一代控轧控冷技术是热轧板材。绿色带钢制造的代表性工艺。

东北大学王兆东教授及其团队研发的新一代控轧控冷工艺，建立了以超快冷为核心的细晶强化、沉淀强化和相变强化的综合强韧化理论，细化了钢结构减少35%。以上，析出相尺寸减少25%以上，有效满足桥梁钢高强度、高韧性的要求。通过优化成分设计+控制轧制+轧后超快冷的结合，团队获得了良好的组织比。在提高强度和韧性的基础上，降低屈服强度比，满足桥梁抗震、抗应变设计要求。依靠超快冷却设备，采用在线热处理代替离线正火热处理，大大降低碳当量，提高焊接性能和韧性，解决了焊后分层、韧性和表面不良等一系列问题传统正火桥梁钢板的质量。推动高性能桥梁钢标准升级。

与鞍钢等钢铁企业长期深入合作的中铁山桥集团有限公司正在承建港珠澳大桥、阿拉斯加铁路大桥、维拉萨诺大桥桥面美国最大悬索桥改造工程、大连普湾新区跨海工程。该桥梁工程使用了3万多吨桥梁钢板，采用了东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室自主研发的新一代控轧控冷技术。该类型桥梁钢板在使用过程中具有良好的性能和稳定性。 ，表现出优异的强度、韧性和焊接性能。钢板尺寸精度高，表面质量优良。各项指标完全满足超大跨度桥梁结构的施工要求。有力支撑并极大提升了我国桥梁制造业的国际竞争力。 。

据悉，新一代热轧板带钢控轧控冷技术是“节约资源、节能减排”绿色钢铁制造的代表。该项目开创了新一代热轧钢控轧控冷技术体系，开辟了节约合金元素、提高钢材性能的新途径；创立了热轧钢一体化微观组织控制理论，重新打造了绿色钢铁成分和工艺体系；自主研发出第一系列先进的热轧钢材快速冷却设备及控制系统，成为我国热轧钢材生产线的主力机型；阐明了热轧钢的演化规律和强韧化机理，开发了一系列低成本、高性能的钢材。

依托这项节能减排技术，东北大学自主研发了第一套先进的热轧钢材快速冷却设备及控制系统。该设备已成为我国热轧钢材生产线的主力机型，覆盖鞍钢、首钢等50家企业。 %的大型钢铁企业实现年产优质经济热轧钢材4000万吨的规模。通过项目实施，80%以上热轧钢材产品强度指标提高100～200MPa，主要合金元素用量节约20%～30%，推动我国钢材升级换代。钢材产品从“中低端”转向“中高端”。开发的产品已应用于西气东输、海洋平台、跨海大桥、第三代核电站、大型水面船舶等国家战略工程，并取得良好效果。项目已获得发明专利87项，发表SCI/EI论文149篇，专着9部，国际会议报告47篇，受到国内外同行的高度评价。

东北大学王兆东教授及其团队的成果建立了我国独特的经济钢铁生产理论体系，减少了贵金属的使用。已纳入科技部、工业和信息化部、国家发改委等5部委16个产业政策指导文件。有力推动了我国钢铁工业节能减排和绿色转型升级，实现了我国钢铁材料性能的全面提升，推动了重大冶金装备国产化，满足了国家对钢铁的迫切需求。钢铁，提升国家重大装备自主保障能力。同时，该科研项目还为企业和社会培养了近100名高级人才和专业工程技术人员，提高了我国钢铁制造和产品开发的专业技术水平。