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冶金科技獎一等獎 | 裝備、工�、產(chǎn)品國際領(lǐng)先!興澄特鋼超大�(guī)格高品質(zhì)能源用鋼板高效低耗制造技�(shù)�(chuàng)新及�(yīng)�

2022-09-05 13:07    來源:中國鋼鐵新聞網(wǎng)
  完成�
  白 ��?!�?、柴 鋒、苗丕峰、孫憲�、張 �、陳�(wèi)�、劉觀猷、代宗嶺、葉建軍、師仲然、蘇 �、李�(jīng)濤、徐國慶、寧康康
  完成單位
  江陰興澄特種鋼鐵有限公司、中冶京誠工程技�(shù)有限公司、鋼鐵研究總院有限公�
  項目背景與意�
  超大�(guī)格高品質(zhì)能源用鋼板作為“大國重器”制造必需的高端材�,其制造工藝技�(shù)先進性,是推動能源裝備制造國際化、保障國家能源安全、實�(xiàn)“碳達峰、碳中和”的�(guān)�。長期以來,要求心部韌性的超大�(guī)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�(chǎn)量高、軋鋼成材率�、加熱時間短、燃氣消耗低、生�(chǎn)周期短的�(yōu)�。因此,國內(nèi)外鋼鐵企�(yè)一直致力于連鑄代替模鑄工藝技�(shù)的開�(fā)。但�,該技�(shù)長期躑躅不前,關(guān)鍵裝�、核心技�(shù)和代表性產(chǎn)品研�(fā)亟待突破,存在三大難題:
  1�450mm×2600mm斷面高均�(zhì)直弧型特厚連鑄坯制造裝備與技�(shù)尚無先例�項目開展前,國際上僅迪林根采用立彎式連鑄機生�(chǎn)450mm厚度連鑄�,極限寬度僅�2200mm。國�(nèi)�(dāng)時能夠生�(chǎn)的連鑄坯最大厚度僅400mm,為直弧型連鑄機生�(chǎn)。由于內(nèi)部和表面�(zhì)量問�,據(jù)此生�(chǎn)�100mm以上厚度鋼板的心部性能難以保證。相較于立彎式連鑄�,直弧型板坯連鑄機投資小、生�(chǎn)效率高,但連鑄坯表面和�(nèi)部質(zhì)量控制方面技�(shù)難度更大。項目開展前450mm×2600mm斷面的直弧型連鑄裝備和制造技�(shù)在國際上仍處于空�,存在諸多重大技�(shù)難題�
  2、采�450mm直弧型連鑄坯生�(chǎn)保證心部韌性的超大�(guī)格能源用鋼板的低壓縮比組織性能定量�(diào)控技�(shù)處于空白狀�(tài)��(dāng)采用鋼錠或電渣錠生產(chǎn)超大�(guī)格能源用鋼時,壓縮比普遍�4以上,可有效解決心部變形滲透差、晶粒粗大的技�(shù)難題;但采用連鑄坯生�(chǎn)�,壓縮比顯著降低,心部變形滲透差、晶粒容易粗�,心部缺陷不易彌�,鋼板性能�(wěn)定性差。采用特厚連鑄坯生�(chǎn)超厚鋼板的低壓縮比技�(shù)仍處于定性探索階�,針�450mm厚度直弧型連鑄坯的低壓縮比高心部韌性超大規(guī)格鋼板組織性能定量�(diào)控技�(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�(guī)格海工、容器鋼板的�(chǎn)品研�(fā)和推廣應(yīng)用尚無先��項目開展前,海工裝備、壓力容器等�(lǐng)域的超大�(guī)格能源用鋼板均采用模鑄或電渣錠生�(chǎn),用直弧形特厚連鑄坯生�(chǎn)保證心部韌性的超大�(guī)格能源用鋼板的產(chǎn)品研�(fā)仍處于空白狀�(tài),需要從成分�(shè)�、關(guān)鍵生�(chǎn)工藝技�(shù)、用戶應(yīng)用技�(shù)以及�(chǎn)�(yè)化推廣應(yīng)用等方面進行全流程研�(fā)�
  興澄特鋼�(lián)合中冶京誠工程技�(shù)有限公司和鋼鐵研究總�,通過“關(guān)鍵裝�+核心技�(shù)+系列�(chǎn)品”系�(tǒng)攻關(guān),開�(fā)�450mm厚度直弧形板坯連鑄裝備與工藝技�(shù)、特厚鋼板心部組織性能�(diào)控共性關(guān)鍵技�(shù),研�(fā)了六大類超大�(guī)格高品質(zhì)海工及壓力容器用鋼板并實�(xiàn)推廣�(yīng)�。本項目系統(tǒng)完成了直弧形連鑄工藝生產(chǎn)超大�(guī)格高品質(zhì)能源用鋼理論研究、工藝技�(shù)開發(fā)和代表性產(chǎn)品研�(fā)及產(chǎn)�(yè)化應(yīng)�。提升了企業(yè)�(chǎn)品競爭力的同時,推動了我國高性能特厚鋼板冶金裝備、生�(chǎn)技�(shù)的整體進步,提升了我國在高端裝備制造領(lǐng)域的綜合競爭��
  技�(shù)路線與解決方�
  1、技�(shù)路線
  本項目依托江蘇省科技成果�(zhuǎn)化專�,通過“關(guān)鍵裝備—核心技�(shù)—系列產(chǎn)品研�(fā)”全鏈條自主�(chuàng)新,實現(xiàn)連鑄代替模鑄制造超大規(guī)格高品質(zhì)能源用鋼的短流程、低能�、低成本的新型生�(chǎn)工藝的產(chǎn)�(yè)化應(yīng)�??傮w思路如下� 
  2、解決方�
 ?�?�450mm厚直弧形特厚板坯連鑄機關(guān)鍵裝備及�(guān)鍵工藝的開發(fā)�
  450mm厚直弧型連鑄機具有生�(chǎn)效率�、投資小的優(yōu)�,但是鑄坯表面與心部�(zhì)量難以同時保�。主要難點有:①特厚板坯凝固角部過冷傾向�,彎曲和矯直過程極易�(chǎn)生內(nèi)部和表面裂紋。②特厚板坯連鑄厚度方向凝固收縮�,凝固終點長、凝固糊狀區(qū)�,中心偏析和中心疏松嚴重。③特厚板坯�(jié)晶器、大壓下扇形段等裝備技�(shù)空白,需進行�(chuàng)新研�(fā)�
  本項目針對特厚板坯連鑄變形抗力大和極易出現(xiàn)表面裂紋難題,開�(fā)出大斷面小曲率半徑、高溫低�(yīng)變連續(xù)矯直輥列技�(shù),創(chuàng)11m基本弧半徑生�(chǎn)最大厚�450mm厚鑄坯的行業(yè)紀錄,實現(xiàn)了密排輥�(shè)�,有效地控制了鑄坯的鼓肚變形,為生產(chǎn)無內(nèi)部和表面�(zhì)量缺陷特厚板坯提供有力保�。針對特厚板坯凝固角部過冷傾向大極易在彎曲和矯直過程中產(chǎn)生表面裂紋難題,以及厚板坯中心質(zhì)量差的技�(shù)難題,開�(fā)出特厚坯凝固進程和高均勻性表面溫度控制技�(shù)、“超弱二冷控制技�(shù)”及連鑄動態(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�(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)量波動大的技�(shù)難題。圍繞直弧型超大斷面連鑄機的特殊特性,�(jié)合連鑄工藝和質(zhì)量保障要�,開�(fā)出專有的高剛度均勻冷卻結(jié)晶器、高精度非正弦結(jié)晶器液壓振動、“三高”(即:高強�、高剛度、高精度)大壓下扇形段等專有特厚板坯連鑄裝備,實�(xiàn)了高均質(zhì)、無缺陷特厚連鑄坯的高效�(wěn)定生�(chǎn)�
 ?�?)超大規(guī)格鋼板低壓縮比高韌性心部組織性能�(diào)控關(guān)鍵技�(shù)研發(fā)�
  采用450mm直弧型連鑄代替模鑄生產(chǎn)超大�(guī)格高品質(zhì)能源用鋼時,其總體壓縮比遠小于模鑄鋼�,主要難點有:①鋼板總壓縮比降低,質(zhì)量不均勻性增�,心部性能明顯下降;②厚度截面變形滲透差,心部組織性能�(diào)控難度大;③超長�(guī)格鋼板頭尾組織和性能均勻性差異大。本項目定量�、模型化研究了低碳當(dāng)量條件下高淬透性復(fù)合合金化成分�(shè)計方法,確定特厚高性能鋼板成分�(shè)計體�;研究了軋制速率/壓下�/軋制溫度/坯料尺寸對特厚板組織與性能的影�,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(guī)�,揭示影響高性能特厚鋼板厚度中心低溫韌性調(diào)控的物理冶金�(xué)原理及主要控制因�;研究了超長�(guī)格鋼板熱處理時爐溫加熱模型,完成了連鑄坯代替鋼錠或電渣錠生�(chǎn)超大�(guī)格能源用鋼板的低壓縮比高韌性組織性能定量�(diào)控技�(shù)開發(fā),突破了用連鑄坯生�(chǎn)要求心部性能特厚板時的壓縮比限制,解決了壓縮比小、變形滲透差、心部韌性差的難�,實�(xiàn)�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�(yīng)器用�12Cr2Mo1R壓縮�2.25�-30℃心部夏比沖擊功�200J�
 ?�?)超大規(guī)格低溫高韌性海洋工程用鋼板和高品質(zhì)壓力容器用鋼板的開發(fā)�
  本項目針對海工及壓力容器用能源鋼板的特殊需�,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發(fā)�-60℃條件下使用�180mm厚低碳當(dāng)量高韌性特厚F690海工鋼板,其�150mm厚度F690實現(xiàn)批量工業(yè)化應(yīng)�;采用直弧型連鑄坯在國際上率先開�(fā)出厚度達155mm、要�-60℃沖擊性能的FH36海上�(fēng)電安裝平臺用鋼板,并批量�(yīng)用在N966自升式風(fēng)電安裝平�、三峽廣東浮式海上風(fēng)電(中國首個浮式發(fā)電示范性項目)等海上風(fēng)電項目,填補了國�(nèi)空白。采用連鑄工藝開發(fā)出最大厚�200mm的加氫反�(yīng)器用鋼�142mm厚LPG儲罐用鋼�150mm厚低溫壓力容器用��150mm厚氣化爐用鋼�4大類�(chǎn)�,并廣泛�(yīng)用于中石�、中石化、中海油、BP、Saudi Aramco、馬來西亞石油等國內(nèi)外知名石化企�(yè)的重點裝備制�,制造工藝達到國際領(lǐng)先水�,深受用戶歡��
  主要�(chuàng)新性成�
  本項目針對高品質(zhì)要求特別是心部性能要求的超大規(guī)格能源用鋼板,通過“關(guān)鍵裝�+核心技�(shù)+系列�(chǎn)品”的全流程創(chuàng)�,完成了直弧型板坯連鑄代替模鑄鋼錠工藝生產(chǎn)超大�(guī)格高品質(zhì)能源用鋼的高效低耗制造技�(shù)�(chuàng)新及�(yīng)用,整體達到國際�(lǐng)先水�,主要創(chuàng)新成果如下:
  1、首�(chuàng)世界最大規(guī)�450mm×2600mm直弧型連鑄成套裝備和工藝技�(shù)�
  開發(fā)出該工藝條件下大斷面小曲率半�、高溫低�(yīng)變連續(xù)矯直輥列技�(shù)、特厚連鑄坯的凝固進程和表面溫度控制技�(shù)、超弱二冷設(shè)計及動態(tài)控制技�(shù)、高溫低�(yīng)變連續(xù)矯直技�(shù)、特厚板坯輕+大壓下組合壓下等系列核心技�(shù),開�(fā)了獨有的特厚板坯連鑄高剛度均勻冷卻結(jié)晶器、非正弦�(jié)晶器液壓振動、“三高”大壓下扇形段等�(guān)鍵設(shè)�,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類占比達�91%,中心疏�0.5級占�98.5%,表面裂紋率0.3%�
  2、開�(fā)出適用于450mm直弧型連鑄坯的行業(yè)最小壓縮比并保證心部低溫韌性的組織性能定量�(diào)控技�(shù)�
  通過定量化研究成�、軋制及熱處理工藝對低壓縮比條件下心部組織性能的影�,開�(fā)出行�(yè)最小壓縮比并保證心部性能的調(diào)控工藝技�(shù),精確指�(dǎo)�450mm直弧型連鑄坯生�(chǎn)特厚板時的心部組織性能�(diào)控工藝設(shè)�,解決了壓縮比小、變形滲透差、心部性能不穩(wěn)定的難題,實�(xiàn)�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�(yīng)器用�12Cr2Mo1R壓縮�2.25�-30℃心部夏比沖擊功�200J�
  3、采用直弧型連鑄�,率先完成了同類工藝國際最大厚�142-200mm的高心部�(zhì)量系列能源用鋼板的產(chǎn)品研�(fā)和推廣應(yīng)��
  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�(chǎn)品研�(fā)和推廣應(yīng)�。與傳統(tǒng)模鑄工藝相比(F690為例),本項目連鑄工藝機時�(chǎn)量提�12�、成材率提升18%、加熱時間縮�75%、燃氣消耗減�76%、制造成本節(jié)�3200�/噸,生產(chǎn)周期縮短1/3,實�(xiàn)了高效低耗工藝創(chuàng)新及�(yīng)��
  推廣�(yīng)用與效果
  本項目獲專利授權(quán)45件(其中�(fā)�38件,日本專利1件),國家標(biāo)�(zhǔn)5�,論�22�。連鑄裝備推廣4�,市場占有率80%。近三年生產(chǎn)超大�(guī)格能源用鋼板近百萬噸,新增產(chǎn)�74.26億元。壓力容器用鋼板綜合排名第一,高心部�(zhì)量特厚F690級海工鋼板國�(nèi)唯一批量供應(yīng)國際知名企業(yè)HUISMAN�155mm厚FH36在國�(nèi)首次批量�(yīng)�,填補國�(nèi)空白,經(jīng)濟社會效益顯�。經(jīng)中鋼�(xié)組織的院士及知名專家評價:項目總體達到了國際�(lǐng)先水平。在國際上開�(chuàng)了用直弧型特厚連鑄坯生�(chǎn)超大�(guī)格高品質(zhì)能源用鋼板的先河�

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