鍛造大國重器 挺起“鋼鐵脊梁” ——東北大學熱軋板帶鋼新一代控軋控冷技術及應用獲國家科技進步二等獎
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年國內十大新聞。這座被國家主席習近平在2021年新年賀詞中所提到的跨海大橋，是世界總體跨度最長、鋼結構橋體最長、海底沉管隧道最長的跨海大橋，也是世界公路建設史上技術最復雜、施工難度最高、工程規(guī)模最龐大的橋梁。被譽為“新世界七大奇跡”之一的港珠澳大橋，大量應用東北大學王昭東教授帶領團隊研發(fā)的基于新一代控軋控冷工藝的高性能綠色橋梁鋼，成為東北大學以領跑世界的綠色冶金工藝服務國家重大戰(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“熱軋板帶鋼新一代控軋控冷技術及應用”項目獲評國家科技進步二等獎。
復雜的海床結構、惡劣的自然環(huán)境、超長的跨度距離，臺風、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度、可焊性、防斷性、疲勞性、耐蝕性等提出了極為嚴苛的性能要求。
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。管樁鋼的材質大部分為熱軋板卷，通航主橋的橋梁鋼材質主要規(guī)格為10~50mm之間，主要為平板產(chǎn)品，而東北大學的新一代控軋控冷技術正是熱軋板帶鋼綠色制造的代表性工藝。
東北大學王昭東教授及其團隊研發(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晶強化、析出強化和相變強化的綜合強韌化理論，使鋼材組織細化35%以上，析出相尺寸減少25%以上，有效滿足了橋梁鋼高強度和高韌性的需求。通過優(yōu)化的成分設計+控制軋制+軋后超快冷冷卻這套組合拳，團隊獲得了良好的組織配比，在提高強韌性能基礎上，降低了屈強比，滿足了橋梁的抗震和抗應變設計。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、韌性和表面質量差等系列問題，促進了高性能橋梁鋼標準的升級換代。
與鞍鋼等鋼鐵企業(yè)長期進行深度合作的中鐵山橋集團有限公司，在建設港珠澳大橋、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3萬噸以上應用了東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室自主研發(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)異的強韌性和焊接性能，鋼板尺寸精度高，表面質量優(yōu)良，各項指標均完全能夠滿足超大跨度橋梁結構施工的使用要求，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，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)線主力機型；闡明了熱軋鋼材組織演變規(guī)律和強韌化機理，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，東北大學自主研制出系列首臺套熱軋鋼材先進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)線主力機型，覆蓋了鞍鋼、首鋼等50%以上的大型鋼企，實現(xiàn)了高品質節(jié)約型熱軋鋼材4000萬噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。通過項目的實施，80%以上熱軋鋼材強度指標提高100～200MPa，主要合金元素用量節(jié)省20～30%，促進了我國鋼材由“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，獲得國內外同行的高度評價。
東北大學王昭東教授及其團隊的成果構建起我國獨有的節(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)能減排和綠色化轉型升級，實現(xiàn)了我國鋼鐵材料性能的全面提升，促進了重大冶金裝備國產(chǎn)化進程，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)技術水平。
【內容來源】東北大學新聞網(wǎng)
