项目获奖情况：2022年度冶金科学技术奖一等奖；
完成单位:,,;
完成人：白云、常海、柴峰、苗丕峰、孙先进、张健、陈伟强、刘冠友、戴宗岭、叶建军、史忠然、苏宇、李景涛、徐国庆、宁康康。
一
项目背景及意义
超大规格、优质能源钢板是制造“大国重要装备”所需的高端材料。 先进的制造工艺技术是推动能源装备制造国际化、保障国家能源安全、实现碳峰值碳中和的关键。 长期以来，对芯部韧性要求较高的特大型钢板（厚度≥120mm或单重≥28t）主要采用模铸生产，效率低、能耗高、成本高。 与压铸相比，连铸具有机时产量高、轧钢成品率高、加热时间短、气体消耗量低、生产周期短等优点。 因此，国内外钢铁企业一直致力于发展连铸代替压铸技术。 但该技术长期停滞不前，关键装备、核心技术和代表性产品研发急需突破。 主要存在三个问题：
1）450mm×断面高均匀直弧特厚连铸坯制造装备和技术尚无先例。 在该项目启动之前，迪林根是世界上唯一一家使用立式弯曲连铸机生产450毫米厚连铸坯的企业，其极限宽度仅为1000毫米。 当时我国能生产的连铸坯最大厚度只有400mm，而且是用直弧连铸机生产的。 由于内部和表面质量问题，以此生产的厚度超过100mm的钢板核心性能难以保证。 与立弯连铸机相比，直弧板坯连铸机投资低，生产效率高，但连铸板坯表面和内部质量控制技术难度较大。 项目启动前，450mm×断面直弧连铸装备及制造技术在国际上仍处于空白，存在诸多重大技术难题。
2）采用450mm直弧连铸坯定量控制低压缩比组织性能技术，生产保证芯部韧性的超大能量钢板处于毛坯状态。 采用钢锭或电渣锭生产超大规格能源钢时，压缩比一般在4以上，可有效解决芯部变形和焊透不良、晶粒粗大的技术问题； 然而，当采用连铸坯生产时，压缩比显着降低。 ，心部的变形和渗透性较差，晶粒易粗大，心部缺陷不易弥合钢材规格型号符号，钢板的性能稳定性较差。 利用特厚连铸坯生产特厚钢板的低压缩比技术尚处于定性探索阶段。 450mm厚直弧连铸坯低压缩比高心部韧性超大型钢板组织性能定量控制技术尚属空白。
3）用直弧连铸代替压铸或电渣锭生产超大规格船用、集装箱钢板的产品开发、推广和应用尚无先例。 项目启动前，海洋设备、压力容器等领域的超大型能源钢板采用压铸或电渣锭生产，采用直弧形特厚连铸坯生产超大型尺寸能量钢板，保证核心韧性。 研发尚处于空白状态，需要从成分设计、关键生产工艺技术、用户应用技术、产业推广应用等方面进行全流程研发。
兴城特钢联合钢铁研究总院，通过“关键装备+核心技术+系列产品”系统攻关，研发出450mm厚直弧板坯连铸装备及工艺技术，以及调节结构的通用性攻克特厚钢板核心性能关键技术，开发并推广应用六大类超大规格、优质海洋工程和压力容器用钢板。 该项目系统地完成了直弧连铸工艺生产超大规格优质能源钢的理论研究、工艺技术开发、代表性产品开发及工业应用。 在提高企业产品竞争力的同时，也促进了我国高性能特厚钢板冶金装备和生产技术的整体进步，增强了我国在高端装备制造领域的综合竞争力。
二
技术路线及解决方案
该项目依托江苏省科技成果转化专项项目钢材规格型号符号，通过“关键装备+核心技术+系列产品研发”全链条自主创新，实现了流程短、能耗低、采用连铸代替模铸生产特大型优质能源钢，成本低廉。 新生产工艺的工业应用。
1）450mm厚直弧特厚板坯连铸机关键设备及关键工艺开发。
450mm厚直弧连铸机具有生产效率高、投资低等优点，但难以同时保证板坯表面和心部质量。 主要难点是：①特厚板坯凝固角易过冷，在弯曲、矫直过程中易产生内部和表面裂纹。 ②特厚板坯连铸，厚度方向凝固收缩大，凝固终点长，凝固糊状区宽，中心偏析和中心气孔严重。 ③特厚板坯结晶器、大压力扇形工段等装备技术存在空白，需要创新研发。
为解决连铸特厚板坯变形抗力高、易表面裂纹的问题，该项目开发了大断面、小曲率半径、高温低应变连续矫直辊排技术，创造了基本圆弧半径为11m，可生产最大厚度为450mm的板坯。 行业创纪录，实现了密排辊子设计，有效控制了板坯的鼓胀变形，为生产无内部和表面质量缺陷的特厚板坯提供了有力保障。 为解决超厚板坯凝固时角部过冷倾向大、弯曲、矫直过程中易产生表面裂纹、厚板坯中心质量差等技术问题，我们开发了专用-厚板坯凝固工艺和高均匀表面温度控制技术、超弱二冷控制技术和连铸动态二冷水分布模型、凝固末轻+大压下量联合压下量等核心工艺技术，有效控制铸坯的纵向冷却速度、温度恢复和横向温度均匀性。 解决了特厚连铸板坯表面质量差、芯部质量波动大的技术问题。 针对直弧超大断面连铸机的特殊特点，结合连铸工艺及质量保证要求，开发了专有的高刚度均匀冷却结晶器、高精度非正弦结晶器液压振动、“三高”（高强度）。 、高刚度、高精度）和大压下扇形断面等专有特厚板坯连铸装备，实现高效、稳定生产高度均匀、无缺陷的特厚板坯。
2）低压缩比高韧性超大尺寸钢板心部结构性能控制关键技术研发。
采用450mm直弧连铸代替压铸生产特大型优质能源钢时，整体压缩比远小于压铸钢锭。 主要难点有：①钢板总压缩比降低，质量不均匀性增大，芯材性能明显下降； ②厚度断面变形穿透性差，芯组织性能难以控制； ③超长钢板从头到尾组织和性能的均匀性差异较大。
本项目基于模型定量研究了低碳当量条件下高淬透性复合合金化的成分设计方法，确定了特厚高性能钢板的成分设计体系； 它还研究了轧制速度、压下率、轧制温度和钢坯。 尺寸对特厚钢板组织和性能的影响，以及差速轧制对芯部组织细化的效果和可行性； 研究了奥氏体化工艺对特厚钢板组织和性能的影响，揭示了影响高性能特厚钢板板厚中心低温韧性的物理冶金原理和主要控制因素； 研究了超长钢板热处理时的炉温加热模型，完成连铸坯替代钢锭或电渣锭生产超大型能源钢板。 开发高韧性组织性能随压缩比的定量控制技术，突破了连铸坯生产对芯部性能有要求的特厚板时压缩比的限制。 解决了压缩比小、变形贯穿性差、心部韧性差的问题，实现了180mm厚船用钢F690级压缩比为2.5，心部夏比冲击功-60℃≥100J； 200mm厚加氢反应器用钢压缩比为2.25，-30℃堆芯夏比冲击功≥200J。
3）超大规格海洋工程用低温高韧性钢板和优质压力容器钢板开发。
针对海洋工程、压力容器等能源钢板的特殊需求，本项目采用连铸代替压铸或电渣铸锭工艺。 在国际上首次采用直弧连铸板坯开发-60℃使用的180mm厚钢板。 低碳当量、高韧性特厚F690船用钢板，其中150mm厚F690已批量应用。 采用直弧连铸坯，在全球率先开发出厚度155mm、要求-60℃冲击性能的FH36海上风电安装平台用钢板，并在N966自升式钻井平台上批量应用风电安装平台、广东三峡浮动式海上风电（我国首个浮动式发电示范项目）等海上风电项目填补了国内空白。 采用连铸工艺，开发了最大厚度200mm加氢反应器用钢、142mm厚液化石油气储罐用钢、150mm厚低温压力容器用钢、150mm厚低温压力容器用钢四大类产品。适用于厚度150mm的气化炉，广泛应用于中石油、中石化、中海油、BP、沙特、马来西亚国家石油公司等国内外知名石化公司制造关键设备。 制造技术达到国际领先水平，深受用户欢迎。
三
主要创新成果
该项目整体达到国际领先水平，主要创新成果如下：
1）全球首套最大450mm×直弧连铸成套设备及工艺技术。
在此工艺条件下，开发了大断面小曲率半径、高温低应变连续矫直辊排技术、特厚连铸坯凝固工艺及表面温度控制技术、超弱二次冷却设计及动态控制等技术。技术，高温低应变连续矫直辊技术。 矫直技术、特厚板坯轻+大联合压下等一系列核心技术，开发出独特的特厚板坯连铸高刚度均匀冷却结晶器、非正弦结晶器液压振动、“三高”大压力扇形工段等关键设备解决了特厚板坯连铸中的表面裂纹、中心疏松等问题。 板坯中心C型偏析比例达到91%，中心0.5级疏松比例占98.5%，表面裂纹率为0.3%。
2）开发适用于业界最小压缩比的450mm直弧连铸坯并保证芯部低温韧性的显微组织性能定量控制技术。
通过定量研究低压缩比下成分、轧制及热处理工艺对型芯组织性能的影响，研发出行业压缩比最小、保证型芯性能的控制技术，精准指导450mm直弧连铸坯生产。 特厚板核心结构性能控制工艺设计，解决了压缩比小、变形穿透性差、核心性能不稳定等问题，实现了180mm厚船用钢F690级压缩比达到2.5，-60° C芯夏季比冲击功≥100J； 200mm厚加氢反应器钢材压缩比2.25，-30℃堆芯夏比冲击功≥200J。
3）采用直弧连铸坯，率先采用同类工艺完成了全球最大厚度142-200mm高芯品质系列能源钢板的产品开发和推广应用。
采用直弧连铸板坯，在国际上率先完成155-180mm厚F级系列高韧性船用钢板（F690、FH36）和142-200mm厚系列压力容器钢板（ ,,,)。 研发及应用推广。 本项目连铸工艺与传统模铸工艺（以F690为例）相比，机时产量提高12倍，成品率提高18%，加热时间缩短75%，耗气量降低76%，节约制造成本3200元/吨。 ，生产周期缩短1/3，实现高效低耗的工艺创新与应用。
四
促销应用及效果
该项目已获得专利授权45项（其中发明38项，日本专利1项），国家标准5项，发表论文22篇。 4家企业推广连铸设备，市场占有率达80%。 三年来，生产特大型能源钢板近百万吨，实现增加值74.26亿元。 压力容器用钢板总体排名第一。 是国内唯一一家向国际知名企业批量供应高核心品质特厚F690级海工钢板的企业。 155mm厚FH36在国内首次批量使用，填补了国内空白，取得了显着的经济效益和社会效益。 中国钢铁工业协会组织的院士、知名专家评审会表示，该项目总体达到国际领先水平，是国际上首次采用直弧特厚连铸坯生产特大规格优质能源钢板。
▲《世界金属导报》第37期B09
