一、研究的背景與問題

薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板是大型裝備制造的關(guān)鍵原材料，直接決定了裝備的性能和使用壽命。隨著裝備制造向著大型化、高端化和輕量化的方向發(fā)展，對(duì)薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板需求越來(lái)越多。然而，高端大型裝備制造用薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板的研發(fā)和生產(chǎn)制造難度極大。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

1、隨著鋼板的強(qiáng)度的提高，韌塑性、成型性提升困難。

隨著裝備向著大型化和高端化發(fā)展，使用鋼板的強(qiáng)度要求已從傳統(tǒng)的345-700MPa上升至1000-2500MPa，強(qiáng)度提升的同時(shí)，還要求鋼板具有良好的韌塑性、焊接性能、抗疲勞性能、優(yōu)異的成型性和抗延遲開裂性能等，而這些性能中的部分之間存在相互矛盾，如強(qiáng)度提升的同時(shí)，不可避免的會(huì)造成韌塑性和焊接性能、折彎成型性的損失，因此超高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)韌性、焊接性能和成型性等匹配問題，一直是科技工作者攻關(guān)的難題。

2、薄規(guī)格超高強(qiáng)度鋼板的內(nèi)應(yīng)力敏感性更高，板形和切割、成型后極易變形。

隨著裝備的大型化和輕量化，要求使用的鋼板強(qiáng)度更高、規(guī)格更薄，除了強(qiáng)度最高達(dá)到2500MPa以外，為了輕量化的需要，鋼板最薄使用至2mm，致使寬幅高強(qiáng)度薄規(guī)格鋼板的內(nèi)應(yīng)力敏感性更高，難以控制，極易造成鋼板本身的變形或者切割、折彎成型后的變形，極限寬薄規(guī)格熱處理鋼板的低內(nèi)應(yīng)力控制技術(shù)，一直是困擾行業(yè)的世界性難題。

3、薄規(guī)格超高強(qiáng)度鋼板采用傳統(tǒng)回火方式消除內(nèi)應(yīng)力困難。

當(dāng)鋼板強(qiáng)度超過(guò)1000MPa及以上時(shí)，其延遲開裂敏感性也會(huì)大幅度增加，為了獲得更高的強(qiáng)度，1000MPa及以上級(jí)別的超高強(qiáng)鋼板（如耐磨鋼板、超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板、防彈鋼板等）最終的組織多為馬氏體，熱處理淬火后需低溫回火以消除內(nèi)應(yīng)力、降低延遲開裂風(fēng)險(xiǎn)和調(diào)控組織，而現(xiàn)有的回火裝備均以火焰或輻射管式加熱，無(wú)法對(duì)300℃以下進(jìn)行精準(zhǔn)控制，無(wú)法滿足低溫回火高精度控制需求，急需進(jìn)行新的回火加熱方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低溫下高精度、高均勻回火裝備和技術(shù)研發(fā)。

4、薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板表面質(zhì)量控制困難

隨著裝備制造的發(fā)展，對(duì)鋼板表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，而超高強(qiáng)度熱處理鋼板表面常常會(huì)因?yàn)榇慊鸷偷蜏鼗鼗甬a(chǎn)生不均的氧化鐵皮，傳統(tǒng)的拋丸處理由于應(yīng)力較大會(huì)使薄規(guī)格鋼板變形，而酸洗方式雖然可以大幅度的提升表面質(zhì)量，但是成本較高且會(huì)污染環(huán)境，急需新的方式進(jìn)行表面處理，以滿足高端裝備制造的高表面質(zhì)量需求。

圖1 薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板生產(chǎn)和制造過(guò)程中易出現(xiàn)淬火變形、開裂和切割開裂、成型變形等的問題

基于上述背景，2011年以前，薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板幾乎完全被國(guó)際上少數(shù)企業(yè)如瑞典SSAB、日本JFE公司所壟斷，國(guó)內(nèi)鋼企依托寬厚板軋機(jī)和引進(jìn)的淬火熱處理裝備，只能生產(chǎn)12mm以上的中厚規(guī)格熱處理超高強(qiáng)鋼板（部分特殊情況下可以生產(chǎn)8-10mm規(guī)格），且存在性能相對(duì)波動(dòng)性大、穩(wěn)定性差及部分使役性能和極端條件如超低溫、高成型性、高焊接性能要求等難以保證的局面，國(guó)內(nèi)大型裝備制造企業(yè)不得不從國(guó)外以昂貴的價(jià)格進(jìn)口該類鋼板，以滿足我國(guó)大型工程裝備制造的需求。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

在上述背景下，2010年，項(xiàng)目完成單位湖南華菱漣源鋼鐵有限公司結(jié)合前期已有的2250mm的熱軋生產(chǎn)線和1580mm的CSP生產(chǎn)線，聯(lián)合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位東北大學(xué)等，提出采用熱連軋軋制薄規(guī)格超高強(qiáng)度鋼板，然后進(jìn)行開平處理成薄規(guī)格鋼板，解決薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板軋制厚度精度和板形控制難題，該方式在國(guó)際上是第一次提出并進(jìn)行實(shí)踐；并開發(fā)出新型輥壓式專用薄規(guī)格淬火裝備專門針對(duì)2-25.4mm薄規(guī)格鋼板進(jìn)行淬火處理，改變國(guó)內(nèi)已有淬火裝備同時(shí)淬火10（或8mm）-120mm厚度規(guī)格時(shí)的跨度大、薄規(guī)格鋼板板形難以控制局面；結(jié)合新型輥式淬火機(jī)和淬火過(guò)程輥壓式對(duì)板形的約束作用，實(shí)現(xiàn)薄規(guī)格鋼板淬火板形的良好控制；同時(shí)，結(jié)合薄規(guī)格耐磨鋼板和1000MPa以上結(jié)構(gòu)鋼板工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)需最低150℃低溫回火的需求，以及現(xiàn)有常規(guī)回火爐無(wú)法實(shí)現(xiàn)300℃以下回火精準(zhǔn)控制的局限，首次采用熱風(fēng)煙氣循環(huán)加熱替代傳統(tǒng)輻射管或火焰方式加熱，實(shí)現(xiàn)了150℃的低溫下±3℃精度回火，滿足了高端超高強(qiáng)度熱處理鋼板低溫高精度回火的需求；同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)裝備制造的不斷發(fā)展，對(duì)超高強(qiáng)度熱處理鋼板的表面質(zhì)量提出的更為嚴(yán)格需求，對(duì)鋼板的表面缺陷和戶外運(yùn)輸及存儲(chǔ)時(shí)出現(xiàn)的銹蝕都提出了明確的要求，而常規(guī)超高強(qiáng)度熱處理鋼板由于離線淬火和低溫回火的原因，表面極易出現(xiàn)銹蝕等缺陷，在國(guó)內(nèi)首次提出熱處理鋼板綠色環(huán)保無(wú)酸洗高表面質(zhì)量除銹防護(hù)控制技術(shù)，研發(fā)成功國(guó)際首套熱處理鋼板除銹防護(hù)控制裝備，解決了常規(guī)熱處理鋼板表面出現(xiàn)氧化鐵皮涂漆困難和易銹蝕難題。

圖2 項(xiàng)目總體思路

結(jié)合研發(fā)的系列關(guān)鍵技術(shù)和裝備，開發(fā)出世界上最高級(jí)別結(jié)構(gòu)鋼板、最高硬度耐磨鋼板和防彈鋼板產(chǎn)品，并建成全球最大的薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板熱處理生產(chǎn)基地，引領(lǐng)了薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板的發(fā)展。工業(yè)化生產(chǎn)的超高強(qiáng)度熱處理鋼板被廣泛應(yīng)用于大型工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械、水泥機(jī)械和國(guó)防軍工制造，滿足了我國(guó)高端裝備制造業(yè)對(duì)高性能超高強(qiáng)度鋼板的急需，并實(shí)現(xiàn)了歐美日韓等國(guó)家和地區(qū)的反向出口，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果

1、創(chuàng)新薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板橫切熱處理生產(chǎn)方式，建成具備120萬(wàn)噸產(chǎn)能的薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板熱處理基地。國(guó)際上首次采用并工程化實(shí)現(xiàn)薄規(guī)格鋼板熱連軋軋制卷取并開平，然后進(jìn)行專用薄規(guī)格鋼板離線熱處理技術(shù)和裝備進(jìn)行熱處理方式生產(chǎn)薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板，解決了傳統(tǒng)中厚板軋制和熱處理對(duì)于薄規(guī)格鋼板厚度精度和板形內(nèi)應(yīng)力控制的世界性難題。

2、突破關(guān)鍵熱處理裝備技術(shù)瓶頸，研制成功國(guó)際首套2-12mm極薄超高強(qiáng)鋼板受約束式輥壓式淬火裝備和最低150℃高精度低溫均勻性回火爐，實(shí)現(xiàn)最薄(2mm)、最高級(jí)別(Rm=2500MPa)超高強(qiáng)鋼板高平直度、高質(zhì)量生產(chǎn)，突破了國(guó)際同類裝備極限。

3、創(chuàng)新熱處理鋼板表面缺陷控制技術(shù)與裝備，解決了常規(guī)熱處理鋼板表面出現(xiàn)氧化鐵皮涂漆困難和易銹蝕難題。研發(fā)成功國(guó)際首套熱處理鋼板綠色環(huán)保無(wú)酸洗高表面質(zhì)量除銹防護(hù)裝備和控制技術(shù)，鋼板不涂漆條件下的不生銹天數(shù)由傳統(tǒng)酸洗30天提升至180天，表面銹蝕速率降低6倍。

4、研發(fā)成功基于碳當(dāng)量和碳含量控制的屈服強(qiáng)度700-1500MPa級(jí)系列超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼板，低溫韌性達(dá)到F級(jí)，級(jí)別和性能均為同類產(chǎn)品最高，解決了系列超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板韌塑性差、焊接和疲勞性能難以保證、折彎開裂和切割變形等難題。

5、開發(fā)出基于硬度、韌性和析出物協(xié)同控制增強(qiáng)耐磨性的系列高強(qiáng)度耐磨鋼板，抗拉強(qiáng)度1000-2500MPa，布氏硬度360-700HBW，產(chǎn)品級(jí)別國(guó)際最高，耐磨性能最高達(dá)到同級(jí)別耐磨鋼板的2.0倍以上。

6、開發(fā)出基于高硬度、高韌塑性和抗高速?zèng)_擊撕裂性能的系列防彈鋼板ArmaPro400- ArmaPro600，滿足了國(guó)軍標(biāo)、歐軍標(biāo)、美軍標(biāo)等多個(gè)國(guó)防產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)實(shí)物抗彈性能極限測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了批量化應(yīng)用和對(duì)外出口。

四、應(yīng)用情況與效果

項(xiàng)目歷時(shí)十年（2011-2021），突破了薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板生產(chǎn)方式、組織性能強(qiáng)韌性調(diào)控和高平直度板形系列控制技術(shù)，解決了極限薄規(guī)格超高強(qiáng)度鋼板的強(qiáng)韌性矛盾、低殘余應(yīng)力控制和高表面控制技術(shù)三大世界性難題，創(chuàng)新了薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板橫切熱處理生產(chǎn)方式，研發(fā)成功國(guó)際首套最薄可處理2mm輥壓式淬火裝備、最低150℃高精度回火爐和熱處理鋼板綠色環(huán)保無(wú)酸洗高表面質(zhì)量除銹防護(hù)裝備等裝備，開發(fā)出世界上最高級(jí)別結(jié)構(gòu)鋼板、最高硬度耐磨鋼板和防彈鋼板，構(gòu)建起系列鋼板的焊接、折彎、切削加工應(yīng)用技術(shù)體系，依托極限薄規(guī)格耐磨鋼板橫切熱處理生產(chǎn)技術(shù)，建成具有120萬(wàn)噸產(chǎn)能的全球最大產(chǎn)量薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板熱處理生產(chǎn)基地。

圖3 項(xiàng)目建成的薄規(guī)格熱處理生產(chǎn)線和生產(chǎn)的系列薄規(guī)格超高強(qiáng)度熱處理鋼板

項(xiàng)目獲得超高強(qiáng)度薄規(guī)格熱處理鋼板在極限薄規(guī)格、門類、級(jí)別均為國(guó)內(nèi)第一，行業(yè)專家鑒定為國(guó)際領(lǐng)先水平?；诖?，華菱漣鋼相繼與中聯(lián)重科、三一重工、徐工、中國(guó)重汽、中集集團(tuán)、新宏昌重工集團(tuán)等簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同推進(jìn)超高強(qiáng)度薄規(guī)格熱處理鋼板在大型裝備的應(yīng)用?！白孕盾囕p量化用超薄規(guī)格耐磨鋼板”獲中鋼協(xié)新產(chǎn)品“市場(chǎng)開拓獎(jiǎng)”；超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼板LG960QT、工程機(jī)械用高強(qiáng)度耐磨鋼板NM400、NM450、NM500、混凝土攪拌車筒體用耐磨鋼板NM300TP以優(yōu)異的質(zhì)量和業(yè)績(jī)獲分別獲2018年、2019和2021年冶金產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量最高獎(jiǎng)--“冶金產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量品牌培育推薦產(chǎn)品（金杯特優(yōu)產(chǎn)品）”。

圖4 項(xiàng)目2018年工業(yè)化生產(chǎn)的2.2mm耐磨鋼板NM450和權(quán)威機(jī)構(gòu)SGS檢測(cè)報(bào)告

目前，項(xiàng)目獲得的超高強(qiáng)度薄規(guī)格熱處理鋼板市場(chǎng)占有率穩(wěn)居第一，達(dá)到70%以上；2mm規(guī)格極限薄規(guī)格超高強(qiáng)鋼板、Q1400E/F和Q1500E/F超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板、高止裂性耐磨鋼板、新型抗腐蝕耐磨鋼板等產(chǎn)品均為世界唯一可生產(chǎn)的企業(yè)，成為行業(yè)發(fā)展的標(biāo)桿。項(xiàng)目成果被廣泛應(yīng)用于大型工程機(jī)械、礦山機(jī)械、水泥機(jī)械、環(huán)衛(wèi)機(jī)械等領(lǐng)域裝備制造，極大的推動(dòng)我國(guó)大機(jī)械裝備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程；中聯(lián)、三一、徐工、中國(guó)重汽集團(tuán)、中集集團(tuán)、三一重工、新宏昌、重慶紅巖等企業(yè)均與本項(xiàng)目完成單位建立長(zhǎng)期的合作關(guān)系，同時(shí)，產(chǎn)品被出口到歐洲、南美等十余個(gè)國(guó)家和地區(qū)。項(xiàng)目的成功，滿足了我國(guó)高端裝備制造業(yè)對(duì)超高強(qiáng)度薄規(guī)格熱處理鋼板的急需，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)歐美日韓等鋼鐵強(qiáng)國(guó)的反向出口，提升了國(guó)家自主保障能力和國(guó)際影響力，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。