1 提升我國重點(diǎn)工程所需關(guān)鍵鋼材供給水平

本文以高鐵用鋼、核電站核島主設(shè)備材料、精密不銹帶鋼、高品質(zhì)模具鋼等為例，展示我國重點(diǎn)工程所需鋼材的要求和實(shí)物水平。

馬鋼針對車輪運(yùn)用過程中復(fù)雜的磨損、接觸疲勞、熱損傷問題，采用提高材料強(qiáng)韌性匹配、改善相變特性的手段，研發(fā)出中碳硅釩合金化的高速、重載車輪材料。通過創(chuàng)新脫氧工藝，使鋼中Al2O3夾雜微細(xì)化（＜3μm）和彌散化，并且形成塑性MnS包裹Al2O3夾雜。開發(fā)出先弱冷再強(qiáng)冷的梯度淬火工藝，保證踏面下10mm發(fā)生完全珠光體轉(zhuǎn)變、同時(shí)內(nèi)部處于奧氏體溫度區(qū)，解決了車輪踏面存在非珠光體組織而造成早期剝離問題。馬鋼車輪鋼冶金質(zhì)量控制水平與日本車輪相當(dāng)，車輪實(shí)物質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平，在時(shí)速350公里的復(fù)興號上運(yùn)行超過140公里。

我國核島主設(shè)備材料已經(jīng)躍居國際先進(jìn)水平。鋼研總院、一重、寶特等單位聯(lián)合攻關(guān)，開發(fā)出系列核島主設(shè)備材料及其制造技術(shù)，例如100-600噸級核島大鍛件低溫韌性提升和組織性能均勻性控制、316LN主管道鍛造開裂和晶粒度控制、690合金管材晶界碳化物控制等。

航空航天、軍工核電、高端電子、新能源等尖端領(lǐng)域使用的寬幅超薄精密不銹帶鋼，厚度≤0.05mm/50μm，市場需求以50%速度逐年增加。

我國模具鋼滿足基本需求，但每年需進(jìn)口8-10萬噸中高端模具鋼。鋼研總院和撫順特鋼開發(fā)出高韌性壓鑄模DCK-S（FS438），比H13鋼韌性提高25%，具有更高的回火穩(wěn)定性、抗熱龜裂性和淬透性。

2 提高我國大宗鋼材的質(zhì)量穩(wěn)定性和適用性

對于建筑、機(jī)械、家電用鋼等量大面廣的鋼材產(chǎn)品，應(yīng)全面推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)升級和品牌建設(shè)，提高鋼材的質(zhì)量穩(wěn)定性和適用性。這里以橋梁用鋼為例，說明我國大宗鋼材的質(zhì)量穩(wěn)定性和適用性。

（1）大跨度鐵路橋梁用鋼板

鐵路橋梁主要發(fā)展方向?yàn)?ldquo;大跨度、重載荷、高速度”。這對橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性要求越來越嚴(yán)格，不僅對設(shè)計(jì)者提出了更高要求，而且對鋼板質(zhì)量也提出了更高要求。武鋼聯(lián)合中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院，先后開發(fā)出用于大跨度鐵路橋梁的 14MnNbq鋼、Q420qE（WNQ570）鋼、Q500qE鋼，鋼板厚度超過50mm。Q500qE橋梁鋼采用低碳多元微合金化成分體系，按TMCP工藝組織生產(chǎn)，控制鋼中軟相（鐵素體等）和硬相（貝氏體等）的大小、形態(tài)、尺寸、分布，并使晶粒適度細(xì)化，使得鋼具有高的強(qiáng)度和較低的屈強(qiáng)比，同時(shí)低溫韌性和焊接性能優(yōu)異。Q500qE橋梁鋼及配套焊接材料和焊接工藝等技術(shù)，成功應(yīng)用于世界首座千米級公鐵兩用斜拉橋—滬通長江大橋。

（2）跨海大橋用雙相不銹鋼鋼筋

針對跨海橋梁的長壽命化需求，太鋼開發(fā)出雙相不銹鋼筋產(chǎn)品、關(guān)鍵工藝及應(yīng)用技術(shù)。例如：雙相不銹鋼VOD精煉及精確控氮技術(shù)、高強(qiáng)韌性能的控軋控冷技術(shù)、肋牙和軋輥孔型設(shè)計(jì)、高效酸洗及表面鈍化等整套雙相不銹鋼鋼筋生產(chǎn)工藝；建設(shè)具有大軋制能力、自動(dòng)控制多段強(qiáng)冷卻、熱矯直等特點(diǎn)的高強(qiáng)不銹鋼鋼筋和棒材聯(lián)合生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)直條鋼筋、盤卷鋼筋和棒材的高效化生產(chǎn)；連接、剪切和折彎加工等雙相不銹鋼鋼筋工程應(yīng)用配套技術(shù)。太鋼的雙相不銹鋼?12-40mm鋼筋已在港珠澳大橋規(guī)模化應(yīng)用。

3 大力提升高品質(zhì)鋼的共性關(guān)鍵技術(shù)

（1）先進(jìn)材料設(shè)計(jì)技術(shù)

耐高溫、應(yīng)力、腐蝕等服役環(huán)境適應(yīng)性的鋼鐵材料設(shè)計(jì)技術(shù)；高強(qiáng)高韌鋼鐵材料設(shè)計(jì)技術(shù)；全生命周期“低碳”材料設(shè)計(jì)技術(shù)；結(jié)構(gòu)/功能“一體化”材料設(shè)計(jì)技術(shù)等。“材料基因工程” 將成為材料設(shè)計(jì)中不可或缺的部分，它從更寬的組分范圍、更多樣復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)來認(rèn)識材料體系的特性，構(gòu)建材料基因標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)快速、可靠、高通量計(jì)算模擬方法，從而實(shí)現(xiàn)部分替代和指導(dǎo)材料實(shí)驗(yàn)，使新材料“研發(fā)周期減半、研發(fā)成本減半”。

（2）先進(jìn)冶煉技術(shù)

對應(yīng)客戶要求的服役條件，控制狹窄而準(zhǔn)確的成分規(guī)格。軸承鋼、彈簧鋼、合結(jié)鋼、工具鋼、模具鋼均有精確控制成分的要求。國外齒輪鋼對S、Ti、Si、Al等成分要求更為嚴(yán)格，使淬透性帶較窄，轎車齒輪鋼淬透性一般要求在6HRC以下。高水平的轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)通過智能控制系統(tǒng)，可以獲得高精度成分控制，高C-T目標(biāo)比（≥95％），從而實(shí)現(xiàn)高效率和低成本。

軸承鋼的氧含量從30ppm降到5ppm，可使軸承疲勞壽命提高30倍。如果能將鎳鉻不銹鋼中的磷降低到3ppm，就可以完全避免應(yīng)力腐蝕。德國和日本齒輪鋼材的含氧量最低為7ppm，硫作為易切削元素加入鋼中，通過選擇合理的冶金工藝改善硫化物的形態(tài)和分布，提高材料的可切削性，是易切削齒輪鋼發(fā)展的方向。通過對高速、重載車輪Al2O3夾雜微細(xì)彌散化、塑性化以及碳極差控制技術(shù)，可以有效防止車輪輪輞開裂。

采用恒拉速、低過熱度、無氧化保護(hù)澆注、結(jié)晶器和凝固末端電磁攪拌、曲面形狀倒角結(jié)晶器技術(shù)、優(yōu)化二冷工藝、動(dòng)態(tài)輕壓下和重壓下等系列連鑄技術(shù)，顯著改善鑄坯質(zhì)量，降低S、O、Si 等成分偏析，促進(jìn)鑄坯成分和組織的均勻化。

（3）先進(jìn)軋制和熱處理技術(shù)

鑄坯熱送熱裝、直接軋制；降低開軋溫度及控制終軋溫度，減輕熱加工后再結(jié)晶晶粒長大；梯度軋制；低溫增塑軋制；變厚度軋制；精確軋制技術(shù)。

梯度熱處理；高速加熱熱處理；步進(jìn)式加熱爐、在線冷卻裝置、在線固溶爐及軋后冷卻的合金鋼線材控軋控冷；高強(qiáng)度寬幅冷軋機(jī)和電加熱氮?dú)獗Ｗo(hù)退火爐的高強(qiáng)度合金鋼板冷軋技術(shù)。

（4）質(zhì)量穩(wěn)定化技術(shù)

質(zhì)量穩(wěn)定性是特殊鋼品質(zhì)的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量穩(wěn)定化技術(shù)包括：高純凈度和組織精細(xì)控制技術(shù)；在線預(yù)測鋼材表面缺陷、組織和力學(xué)性能技術(shù)；產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)警、反饋分析以及不同工序交互分析技術(shù)。利用信息化、智能化手段，減少人為因素對質(zhì)量控制的影響，提高鋼鐵產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性和耐久性。

先進(jìn)的軸承鋼企業(yè)可以將碳化物尺寸降低至0.5μm以下，且呈球狀均勻分布，軸承壽命得到大幅度提高。模具鋼企業(yè)通過控制碳化物不均勻度，顯著提高大截面高品質(zhì)Cr12系列冷作模具鋼材（代表鋼種D2）的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命。高強(qiáng)鋼生產(chǎn)企業(yè)通過細(xì)化核反應(yīng)堆容器高強(qiáng)度鋼板的晶粒，使其幅照脆化溫度由150-250℃顯著降至50-70℃。

（5）先進(jìn)焊接技術(shù)

鋼鐵材料焊接技術(shù)進(jìn)步具體表現(xiàn)在焊縫組織調(diào)控技術(shù)、焊接熔池凈化技術(shù)以及解決重要工程用鋼的焊接需求諸方面。

厚鋼板焊接時(shí)，填充焊材熔敷金屬量大，焊接時(shí)間長，熱輸入總量高，焊后應(yīng)力和變形大，焊接過程中易產(chǎn)生裂紋。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)皲摪搴附硬恳蟮男阅懿煌?，因此厚板的焊接技術(shù)受到重視。主要包括廣泛應(yīng)用于各種大型鋼結(jié)構(gòu)的窄坡口焊接技術(shù)、造船業(yè)和建筑業(yè)使用厚度大于50mm鋼板的大線能量焊接技術(shù)。此外，厚板的激光焊接和激光-電弧混合焊接、攪拌摩擦焊接（FSW）等技術(shù)也在不斷開發(fā)之中。河鋼針對臨氫鉻鉬特厚鋼板（大于100mm）的需求，研發(fā)出厚板雙絲、三絲窄間隙埋弧焊接技術(shù)，解決焊接匹配性差等瓶頸問題，將臨氫鉻鉬特厚鋼板批量應(yīng)用于超大型石化、煤化工核心裝備。

通常把-40℃至-196℃稱為低溫，低于-196℃稱為超低溫。低溫鋼的高效焊接材料與工程化應(yīng)用技術(shù)被工信部列入提升高端鋼材品種有效供給水平的相關(guān)內(nèi)容。9Ni低溫鋼由于Ni含量較高，具有很高的低溫韌性，可用于-196℃的環(huán)境，比奧氏體不銹鋼有更高的強(qiáng)度，適宜制造貯存液化氣的大型容器。對這類易淬火的低溫鋼采用適當(dāng)?shù)暮附訜彷斎搿⒖刂茖娱g溫度以及焊后緩冷等工藝措施，達(dá)到防止冷裂紋及改善熱影響區(qū)韌性的目的。