白　云、?！『?、柴　鋒、苗丕峰、孫憲進(jìn)、張　建、陳衛強、劉觀(guān)猷、代宗嶺、葉建軍、師仲然、蘇　洸、李經(jīng)濤、徐國慶、寧康康

　　江陰興澄特種鋼鐵有限公司、中冶京誠工程技術(shù)有限公司、鋼鐵研究總院有限公司

　　超大規格高品質(zhì)能源用鋼板作為“大國重器”制造必需的高端材料，其制造工藝技術(shù)先進(jìn)性，是推動(dòng)能源裝備制造國際化、保障國家能源安全、實(shí)現“碳達峰、碳中和”的關(guān)鍵。長(cháng)期以來(lái)，要求心部韌性的超大規格鋼板（厚度≥120mm或單重≥28噸）主要采用模鑄生產(chǎn)，效率低、能耗大、成本高。與模鑄相比，連鑄具有機時(shí)產(chǎn)量高、軋鋼成材率高、加熱時(shí)間短、燃氣消耗低、生產(chǎn)周期短的優(yōu)點(diǎn)。因此，國內外鋼鐵企業(yè)一直致力于連鑄代替模鑄工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)。但是，該技術(shù)長(cháng)期躑躅不前，關(guān)鍵裝備、核心技術(shù)和代表性產(chǎn)品研發(fā)亟待突破，存在三大難題：

　　1、450mm×2600mm斷面高均質(zhì)直弧型特厚連鑄坯制造裝備與技術(shù)尚無(wú)先例。項目開(kāi)展前，國際上僅迪林根采用立彎式連鑄機生產(chǎn)450mm厚度連鑄坯，極限寬度僅為2200mm。國內當時(shí)能夠生產(chǎn)的連鑄坯最大厚度僅400mm，為直弧型連鑄機生產(chǎn)。由于內部和表面質(zhì)量問(wèn)題，據此生產(chǎn)的100mm以上厚度鋼板的心部性能難以保證。相較于立彎式連鑄機，直弧型板坯連鑄機投資小、生產(chǎn)效率高，但連鑄坯表面和內部質(zhì)量控制方面技術(shù)難度更大。項目開(kāi)展前450mm×2600mm斷面的直弧型連鑄裝備和制造技術(shù)在國際上仍處于空白，存在諸多重大技術(shù)難題。

　　2、采用450mm直弧型連鑄坯生產(chǎn)保證心部韌性的超大規格能源用鋼板的低壓縮比組織性能定量調控技術(shù)處于空白狀態(tài)。當采用鋼錠或電渣錠生產(chǎn)超大規格能源用鋼時(shí)，壓縮比普遍在4以上，可有效解決心部變形滲透差、晶粒粗大的技術(shù)難題；但采用連鑄坯生產(chǎn)時(shí)，壓縮比顯著(zhù)降低，心部變形滲透差、晶粒容易粗大，心部缺陷不易彌合，鋼板性能穩定性差。采用特厚連鑄坯生產(chǎn)超厚鋼板的低壓縮比技術(shù)仍處于定性探索階段，針對450mm厚度直弧型連鑄坯的低壓縮比高心部韌性超大規格鋼板組織性能定量調控技術(shù)處于空白。

　　3、用直弧形連鑄代替模鑄或電渣錠生產(chǎn)超大規格海工、容器鋼板的產(chǎn)品研發(fā)和推廣應用尚無(wú)先例。項目開(kāi)展前，海工裝備、壓力容器等領(lǐng)域的超大規格能源用鋼板均采用模鑄或電渣錠生產(chǎn)，用直弧形特厚連鑄坯生產(chǎn)保證心部韌性的超大規格能源用鋼板的產(chǎn)品研發(fā)仍處于空白狀態(tài)，需要從成分設計、關(guān)鍵生產(chǎn)工藝技術(shù)、用戶(hù)應用技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)化推廣應用等方面進(jìn)行全流程研發(fā)。

　　興澄特鋼聯(lián)合中冶京誠工程技術(shù)有限公司和鋼鐵研究總院，通過(guò)“關(guān)鍵裝備+核心技術(shù)+系列產(chǎn)品”系統攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出450mm厚度直弧形板坯連鑄裝備與工藝技術(shù)、特厚鋼板心部組織性能調控共性關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了六大類(lèi)超大規格高品質(zhì)海工及壓力容器用鋼板并實(shí)現推廣應用。本項目系統完成了直弧形連鑄工藝生產(chǎn)超大規格高品質(zhì)能源用鋼理論研究、工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)和代表性產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用。提升了企業(yè)產(chǎn)品競爭力的同時(shí)，推動(dòng)了我國高性能特厚鋼板冶金裝備、生產(chǎn)技術(shù)的整體進(jìn)步，提升了我國在高端裝備制造領(lǐng)域的綜合競爭力。

　　本項目依托江蘇省科技成果轉化專(zhuān)項，通過(guò)“關(guān)鍵裝備—核心技術(shù)—系列產(chǎn)品研發(fā)”全鏈條自主創(chuàng )新，實(shí)現連鑄代替模鑄制造超大規格高品質(zhì)能源用鋼的短流程、低能耗、低成本的新型生產(chǎn)工藝的產(chǎn)業(yè)化應用?？傮w思路如下： 

　　450mm厚直弧型連鑄機具有生產(chǎn)效率高、投資小的優(yōu)點(diǎn)，但是鑄坯表面與心部質(zhì)量難以同時(shí)保證。主要難點(diǎn)有：①特厚板坯凝固角部過(guò)冷傾向大，彎曲和矯直過(guò)程極易產(chǎn)生內部和表面裂紋。②特厚板坯連鑄厚度方向凝固收縮大，凝固終點(diǎn)長(cháng)、凝固糊狀區寬，中心偏析和中心疏松嚴重。③特厚板坯結晶器、大壓下扇形段等裝備技術(shù)空白，需進(jìn)行創(chuàng )新研發(fā)。

　　本項目針對特厚板坯連鑄變形抗力大和極易出現表面裂紋難題，開(kāi)發(fā)出大斷面小曲率半徑、高溫低應變連續矯直輥列技術(shù)，創(chuàng )11m基本弧半徑生產(chǎn)最大厚度450mm厚鑄坯的行業(yè)紀錄，實(shí)現了密排輥設計，有效地控制了鑄坯的鼓肚變形，為生產(chǎn)無(wú)內部和表面質(zhì)量缺陷特厚板坯提供有力保障。針對特厚板坯凝固角部過(guò)冷傾向大極易在彎曲和矯直過(guò)程中產(chǎn)生表面裂紋難題，以及厚板坯中心質(zhì)量差的技術(shù)難題，開(kāi)發(fā)出特厚坯凝固進(jìn)程和高均勻性表面溫度控制技術(shù)、“超弱二冷控制技術(shù)”及連鑄動(dòng)態(tài)二冷配水模型，“凝固末端輕+大壓下”組合壓下等核心工藝技術(shù)，有效控制鑄坯縱向冷卻速度、回溫及橫向溫度均勻性，解決了特厚連鑄坯表面質(zhì)量差、心部質(zhì)量波動(dòng)大的技術(shù)難題。圍繞直弧型超大斷面連鑄機的特殊特性，結合連鑄工藝和質(zhì)量保障要求，開(kāi)發(fā)出專(zhuān)有的高剛度均勻冷卻結晶器、高精度非正弦結晶器液壓振動(dòng)、“三高”（即：高強度、高剛度、高精度）大壓下扇形段等專(zhuān)有特厚板坯連鑄裝備，實(shí)現了高均質(zhì)、無(wú)缺陷特厚連鑄坯的高效穩定生產(chǎn)。

　?。?）超大規格鋼板低壓縮比高韌性心部組織性能調控關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)：

　　采用450mm直弧型連鑄代替模鑄生產(chǎn)超大規格高品質(zhì)能源用鋼時(shí)，其總體壓縮比遠小于模鑄鋼錠，主要難點(diǎn)有：①鋼板總壓縮比降低，質(zhì)量不均勻性增大，心部性能明顯下降；②厚度截面變形滲透差，心部組織性能調控難度大；③超長(cháng)規格鋼板頭尾組織和性能均勻性差異大。本項目定量化、模型化研究了低碳當量條件下高淬透性復合合金化成分設計方法，確定特厚高性能鋼板成分設計體系；研究了軋制速率/壓下量/軋制溫度/坯料尺寸對特厚板組織與性能的影響，以及差溫軋制對心部組織細化的效果及可行性；研究了奧氏體化工藝對特厚鋼板組織與性能的影響規律，揭示影響高性能特厚鋼板厚度中心低溫韌性調控的物理冶金學(xué)原理及主要控制因素；研究了超長(cháng)規格鋼板熱處理時(shí)爐溫加熱模型，完成了連鑄坯代替鋼錠或電渣錠生產(chǎn)超大規格能源用鋼板的低壓縮比高韌性組織性能定量調控技術(shù)開(kāi)發(fā)，突破了用連鑄坯生產(chǎn)要求心部性能特厚板時(shí)的壓縮比限制，解決了壓縮比小、變形滲透差、心部韌性差的難題，實(shí)現了180mm厚海工鋼F690級壓縮比2.5，-60℃心部夏比沖擊功≥100J；200mm厚加氫反應器用鋼12Cr2Mo1R壓縮比2.25，-30℃心部夏比沖擊功≥200J。

　　本項目針對海工及壓力容器用能源鋼板的特殊需求，利用連鑄代替模鑄或電渣錠工藝，在國際上率先采用直弧型連鑄板坯開(kāi)發(fā)出-60℃條件下使用的180mm厚低碳當量高韌性特厚F690海工鋼板，其中150mm厚度F690實(shí)現批量工業(yè)化應用；采用直弧型連鑄坯在國際上率先開(kāi)發(fā)出厚度達155mm、要求-60℃沖擊性能的FH36海上風(fēng)電安裝平臺用鋼板，并批量應用在N966自升式風(fēng)電安裝平臺、三峽廣東浮式海上風(fēng)電（中國首個(gè)浮式發(fā)電示范性項目）等海上風(fēng)電項目，填補了國內空白。采用連鑄工藝開(kāi)發(fā)出最大厚度200mm的加氫反應器用鋼、142mm厚LPG儲罐用鋼、150mm厚低溫壓力容器用鋼、150mm厚氣化爐用鋼等4大類(lèi)產(chǎn)品，并廣泛應用于中石油、中石化、中海油、BP、Saudi Aramco、馬來(lái)西亞石油等國內外知名石化企業(yè)的重點(diǎn)裝備制造，制造工藝達到國際領(lǐng)先水平，深受用戶(hù)歡迎。

　　本項目針對高品質(zhì)要求特別是心部性能要求的超大規格能源用鋼板，通過(guò)“關(guān)鍵裝備+核心技術(shù)+系列產(chǎn)品”的全流程創(chuàng )新，完成了直弧型板坯連鑄代替模鑄鋼錠工藝生產(chǎn)超大規格高品質(zhì)能源用鋼的高效低耗制造技術(shù)創(chuàng )新及應用，整體達到國際領(lǐng)先水平，主要創(chuàng )新成果如下：

　　開(kāi)發(fā)出該工藝條件下大斷面小曲率半徑、高溫低應變連續矯直輥列技術(shù)、特厚連鑄坯的凝固進(jìn)程和表面溫度控制技術(shù)、超弱二冷設計及動(dòng)態(tài)控制技術(shù)、高溫低應變連續矯直技術(shù)、特厚板坯輕+大壓下組合壓下等系列核心技術(shù)，開(kāi)發(fā)了獨有的特厚板坯連鑄高剛度均勻冷卻結晶器、非正弦結晶器液壓振動(dòng)、“三高”大壓下扇形段等關(guān)鍵設備，解決了特厚板坯連鑄表面裂紋及中心疏松等難題。鑄坯中心偏析C類(lèi)占比達到91%，中心疏松0.5級占比98.5%，表面裂紋率0.3%。

　　通過(guò)定量化研究成分、軋制及熱處理工藝對低壓縮比條件下心部組織性能的影響，開(kāi)發(fā)出行業(yè)最小壓縮比并保證心部性能的調控工藝技術(shù)，精確指導了450mm直弧型連鑄坯生產(chǎn)特厚板時(shí)的心部組織性能調控工藝設計，解決了壓縮比小、變形滲透差、心部性能不穩定的難題，實(shí)現了180mm厚海工鋼F690級壓縮比2.5，-60℃心部夏比沖擊功≥100J；200mm厚加氫反應器用鋼12Cr2Mo1R壓縮比2.25，-30℃心部夏比沖擊功≥200J。

　　采用直弧型連鑄板坯，在國際上率先完成了155-180mm厚的F級系列高韌性海工鋼板（F690、FH36）、142-200mm厚系列壓力容器用鋼板（12Cr2Mo1R、SA537CL2、09MnNiDR、14Cr1MoR）的產(chǎn)品研發(fā)和推廣應用。與傳統模鑄工藝相比（F690為例），本項目連鑄工藝機時(shí)產(chǎn)量提升12倍、成材率提升18%、加熱時(shí)間縮短75%、燃氣消耗減少76%、制造成本節約3200元/噸，生產(chǎn)周期縮短1/3，實(shí)現了高效低耗工藝創(chuàng )新及應用。

　　本項目獲專(zhuān)利授權45件（其中發(fā)明38件，日本專(zhuān)利1件），國家標準5項，論文22篇。連鑄裝備推廣4家，市場(chǎng)占有率80%。近三年生產(chǎn)超大規格能源用鋼板近百萬(wàn)噸，新增產(chǎn)值74.26億元。壓力容器用鋼板綜合排名第一，高心部質(zhì)量特厚F690級海工鋼板國內唯一批量供應國際知名企業(yè)HUISMAN，155mm厚FH36在國內首次批量應用，填補國內空白，經(jīng)濟社會(huì )效益顯著(zhù)。經(jīng)中鋼協(xié)組織的院士及知名專(zhuān)家評價(jià)：項目總體達到了國際領(lǐng)先水平。在國際上開(kāi)創(chuàng )了用直弧型特厚連鑄坯生產(chǎn)超大規格高品質(zhì)能源用鋼板的先河。