鍛造大國重器 挺起“鋼鐵脊梁” ——東北大學(xué)熱軋板帶鋼新一代控軋控冷技術(shù)及應(yīng)用獲國家科技進(jìn)步二等獎

        2023年12月29日，“港珠澳大橋主體工程全線貫通”入選人民日報評出的2023年國內(nèi)十大新聞。這座被國家主席習(xí)近平在2021年新年賀詞中所提到的跨海大橋，是世界總體跨度最長、鋼結(jié)構(gòu)橋體最長、海底沉管隧道最長的跨海大橋，也是世界公路建設(shè)史上技術(shù)最復(fù)雜、施工難度最高、工程規(guī)模最龐大的橋梁。被譽(yù)為“新世界七大奇跡”之一的港珠澳大橋，大量應(yīng)用東北大學(xué)王昭東教授帶領(lǐng)團(tuán)隊研發(fā)的基于新一代控軋控冷工藝的高性能綠色橋梁鋼，成為東北大學(xué)以領(lǐng)跑世界的綠色冶金工藝服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求的生動寫照。在今天召開的2023年度全國科技獎勵大會上，東北大學(xué)“熱軋板帶鋼新一代控軋控冷技術(shù)及應(yīng)用”項目獲評國家科技進(jìn)步二等獎。

        復(fù)雜的海床結(jié)構(gòu)、惡劣的自然環(huán)境、超長的跨度距離，臺風(fēng)、巨浪、地震甚至是海水氯鹽侵蝕等都對橋梁鋼造成巨大的考驗，因此跨海大橋等超大跨度橋梁對橋梁鋼的高強(qiáng)度、可焊性、防斷性、疲勞性、耐蝕性等提出了極為嚴(yán)苛的性能要求。  

        跨海大橋用鋼主要集中于管樁鋼、通航主橋的橋梁鋼、橋面護(hù)欄以及帶肋鋼筋，其中管樁鋼、通航主橋的橋梁鋼占鋼材總量的60%，僅管樁鋼就占其鋼材總量的50%左右。管樁鋼的材質(zhì)大部分為熱軋板卷，通航主橋的橋梁鋼材質(zhì)主要規(guī)格為10~50mm之間，主要為平板產(chǎn)品，而東北大學(xué)的新一代控軋控冷技術(shù)正是熱軋板帶鋼綠色制造的代表性工藝。

        東北大學(xué)王昭東教授及其團(tuán)隊研發(fā)的新一代控軋控冷工藝，建立了以超快速冷卻為核心的細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的綜合強(qiáng)韌化理論，使鋼材組織細(xì)化35%以上，析出相尺寸減少25%以上，有效滿足了橋梁鋼高強(qiáng)度和高韌性的需求。通過優(yōu)化的成分設(shè)計+控制軋制+軋后超快冷冷卻這套組合拳，團(tuán)隊獲得了良好的組織配比，在提高強(qiáng)韌性能基礎(chǔ)上，降低了屈強(qiáng)比，滿足了橋梁的抗震和抗應(yīng)變設(shè)計。依托超快冷裝備，采用在線熱處理替代離線正火熱處理，大幅度降低了碳當(dāng)量，提高了焊接性能和韌性，解決了傳統(tǒng)正火橋梁鋼板焊后分層、韌性和表面質(zhì)量差等系列問題，促進(jìn)了高性能橋梁鋼標(biāo)準(zhǔn)的升級換代。

        與鞍鋼等鋼鐵企業(yè)長期進(jìn)行深度合作的中鐵山橋集團(tuán)有限公司，在建設(shè)港珠澳大橋、美國阿拉斯加鐵路大橋、美國最大懸索橋——韋拉扎諾大橋橋面翻新工程、大連普灣新區(qū)跨海大橋項目中，使用3萬噸以上應(yīng)用了東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗室自主研發(fā)的新一代控軋控冷工藝的橋梁鋼板，該類橋梁鋼板在使用過程中性能穩(wěn)定性良好，表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)韌性和焊接性能，鋼板尺寸精度高，表面質(zhì)量優(yōu)良，各項指標(biāo)均完全能夠滿足超大跨度橋梁結(jié)構(gòu)施工的使用要求，有力支持并大大提高了我國橋梁制造業(yè)的國際競爭力。

        據(jù)悉，熱軋板帶鋼新一代控軋控冷技術(shù)，是“資源節(jié)約、節(jié)能減排”綠色鋼鐵制造的代表。該項目創(chuàng)建了熱軋鋼材新一代控軋控冷技術(shù)體系，開辟了節(jié)省合金元素、提高鋼材性能的新途徑；創(chuàng)建了熱軋鋼材一體化組織調(diào)控理論，再造了一個綠色化鋼材成分和工藝體系；自主研制出系列首臺套熱軋鋼材先進(jìn)快速冷卻裝備與控制系統(tǒng)，成為我國熱軋鋼材生產(chǎn)線主力機(jī)型；闡明了熱軋鋼材組織演變規(guī)律和強(qiáng)韌化機(jī)理，開發(fā)出系列低成本高性能鋼鐵材料。

        依托這套節(jié)能減排的工藝，東北大學(xué)自主研制出系列首臺套熱軋鋼材先進(jìn)快速冷卻裝備與控制系統(tǒng)，這套裝備已成為我國熱軋鋼材生產(chǎn)線主力機(jī)型，覆蓋了鞍鋼、首鋼等50%以上的大型鋼企，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)節(jié)約型熱軋鋼材4000萬噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。通過項目的實(shí)施，80%以上熱軋鋼材強(qiáng)度指標(biāo)提高100～200MPa，主要合金元素用量節(jié)省20～30%，促進(jìn)了我國鋼材由“中低端”向“中高端”升級換代。研發(fā)的產(chǎn)品在西氣東輸、海洋平臺、跨海大橋、第三代核電站、大型水面艦艇等國家戰(zhàn)略性工程中應(yīng)用，取得良好效果。該項目獲發(fā)明專利87項、發(fā)表SCI/EI論文149篇、專著9部、國際會議報告47次，獲得國內(nèi)外同行的高度評價。

        東北大學(xué)王昭東教授及其團(tuán)隊的成果構(gòu)建起我國獨(dú)有的節(jié)約型鋼材生產(chǎn)理論體系，減少了貴重金屬的使用，被相繼列入科技部、工信部、發(fā)改委等5部委16項產(chǎn)業(yè)政策指南文件，有力推動了我國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排和綠色化轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)了我國鋼鐵材料性能的全面提升，促進(jìn)了重大冶金裝備國產(chǎn)化進(jìn)程，滿足了國家用鋼急需，提升了國家重大裝備的自主保障能力。與此同時，該科研課題還為企業(yè)和社會培養(yǎng)高級人才和專業(yè)工程技術(shù)人員近百人，提升了我國鋼材制造及產(chǎn)品開發(fā)的專業(yè)技術(shù)水平。

【內(nèi)容來源】東北大學(xué)新聞網(wǎng)

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