一、研究的背景與問題

薄規(guī)格超高強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，對薄規(guī)格超高強鋼板需求越來越多。然而，高端大型裝備制造用薄規(guī)格超高強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)在以下幾個方面

1、隨著鋼板的強度的提高，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，使用鋼板的強度要求已從傳統(tǒng)的345-700MPa上升至1000-2500MPa，強度提升的同時，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，如強度提升的同時，不可避免的會造成韌塑性和焊接性能、折彎成型性的損失，因此超高強度鋼板的強韌性、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，要求使用的鋼板強度更高、規(guī)格更薄，除了強度最高達到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)格超高強度鋼板采用傳統(tǒng)回火方式消除內(nèi)應(yīng)力困難。

當鋼板強度超過1000MPa及以上時，其延遲開裂敏感性也會大幅度增加，為了獲得更高的強度，1000MPa及以上級別的超高強鋼板（如耐磨鋼板、超高強度結(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、降低延遲開裂風險和調(diào)控組織，而現(xiàn)有的回火裝備均以火焰或輻射管式加熱，無法對300℃以下進行精準控制，無法滿足低溫回火高精度控制需求，急需進行新的回火加熱方式來實現(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，對鋼板表面質(zhì)量要求越來越高，而超高強度熱處理鋼板表面常常會因為淬火和低溫回火產(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，但是成本較高且會污染環(huán)境，急需新的方式進行表面處理，以滿足高端裝備制造的高表面質(zhì)量需求。

圖1 薄規(guī)格超高強度熱處理鋼板生產(chǎn)和制造過程中易出現(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)格超高強度熱處理鋼板幾乎完全被國際上少數(shù)企業(yè)如瑞典SSAB、日本JFE公司所壟斷，國內(nèi)鋼企依托寬厚板軋機和引進的淬火熱處理裝備，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），且存在性能相對波動性大、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，國內(nèi)大型裝備制造企業(yè)不得不從國外以昂貴的價格進口該類鋼板，以滿足我國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)合國內(nèi)優(yōu)勢單位東北大學等，提出采用熱連軋軋制薄規(guī)格超高強度鋼板，然后進行開平處理成薄規(guī)格鋼板，解決薄規(guī)格超高強鋼板軋制厚度精度和板形控制難題，該方式在國際上是第一次提出并進行實踐；并開發(fā)出新型輥壓式專用薄規(guī)格淬火裝備專門針對2-25.4mm薄規(guī)格鋼板進行淬火處理，改變國內(nèi)已有淬火裝備同時淬火10（或8mm）-120mm厚度規(guī)格時的跨度大、薄規(guī)格鋼板板形難以控制局面；結(jié)合新型輥式淬火機和淬火過程輥壓式對板形的約束作用，實現(xiàn)薄規(guī)格鋼板淬火板形的良好控制；同時，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)時需最低150℃低溫回火的需求，以及現(xiàn)有常規(guī)回火爐無法實現(xiàn)300℃以下回火精準控制的局限，首次采用熱風煙氣循環(huán)加熱替代傳統(tǒng)輻射管或火焰方式加熱，實現(xiàn)了150℃的低溫下±3℃精度回火，滿足了高端超高強度熱處理鋼板低溫高精度回火的需求；同時，隨著國內(nèi)裝備制造的不斷發(fā)展，對超高強度熱處理鋼板的表面質(zhì)量提出的更為嚴格需求，對鋼板的表面缺陷和戶外運輸及存儲時出現(xiàn)的銹蝕都提出了明確的要求，而常規(guī)超高強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，在國內(nèi)首次提出熱處理鋼板綠色環(huán)保無酸洗高表面質(zhì)量除銹防護控制技術(shù)，研發(fā)成功國際首套熱處理鋼板除銹防護控制裝備，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)格超高強鋼板熱處理生產(chǎn)基地，引領(lǐng)了薄規(guī)格超高強度熱處理鋼板的發(fā)展。工業(yè)化生產(chǎn)的超高強度熱處理鋼板被廣泛應(yīng)用于大型工程機械、礦山機械、建筑機械、水泥機械和國防軍工制造，滿足了我國高端裝備制造業(yè)對高性能超高強度鋼板的急需，并實現(xiàn)了歐美日韓等國家和地區(qū)的反向出口，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

三、主要創(chuàng)新性成果

1、創(chuàng)新薄規(guī)格超高強鋼板橫切熱處理生產(chǎn)方式，建成具備120萬噸產(chǎn)能的薄規(guī)格超高強鋼板熱處理基地。國際上首次采用并工程化實現(xiàn)薄規(guī)格鋼板熱連軋軋制卷取并開平，然后進行專用薄規(guī)格鋼板離線熱處理技術(shù)和裝備進行熱處理方式生產(chǎn)薄規(guī)格超高強度熱處理鋼板，解決了傳統(tǒng)中厚板軋制和熱處理對于薄規(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，研制成功國際首套2-12mm極薄超高強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，實現(xiàn)最薄(2mm)、最高級別(Rm=2500MPa)超高強鋼板高平直度、高質(zhì)量生產(chǎn)，突破了國際同類裝備極限。

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)成功國際首套熱處理鋼板綠色環(huán)保無酸洗高表面質(zhì)量除銹防護裝備和控制技術(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)成功基于碳當量和碳含量控制的屈服強度700-1500MPa級系列超高強度結(jié)構(gòu)用鋼板，低溫韌性達到F級，級別和性能均為同類產(chǎn)品最高，解決了系列超高強度結(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)同控制增強耐磨性的系列高強度耐磨鋼板，抗拉強度1000-2500MPa，布氏硬度360-700HBW，產(chǎn)品級別國際最高，耐磨性能最高達到同級別耐磨鋼板的2.0倍以上。

6、開發(fā)出基于高硬度、高韌塑性和抗高速沖擊撕裂性能的系列防彈鋼板ArmaPro400- ArmaPro600，滿足了國軍標、歐軍標、美軍標等多個國防產(chǎn)品標準實物抗彈性能極限測試，實現(xiàn)了批量化應(yīng)用和對外出口。

四、應(yīng)用情況與效果

項目歷時十年（2011-2021），突破了薄規(guī)格超高強鋼板生產(chǎn)方式、組織性能強韌性調(diào)控和高平直度板形系列控制技術(shù)，解決了極限薄規(guī)格超高強度鋼板的強韌性矛盾、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)格超高強鋼板橫切熱處理生產(chǎn)方式，研發(fā)成功國際首套最薄可處理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)保無酸洗高表面質(zhì)量除銹防護裝備等裝備，開發(fā)出世界上最高級別結(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120萬噸產(chǎn)能的全球最大產(chǎn)量薄規(guī)格超高強鋼板熱處理生產(chǎn)基地。

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

項目獲得超高強度薄規(guī)格熱處理鋼板在極限薄規(guī)格、門類、級別均為國內(nèi)第一，行業(yè)專家鑒定為國際領(lǐng)先水平?；诖?，華菱漣鋼相繼與中聯(lián)重科、三一重工、徐工、中國重汽、中集集團、新宏昌重工集團等簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同推進超高強度薄規(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“市場開拓獎”；超高強度結(jié)構(gòu)用鋼板LG960QT、工程機械用高強度耐磨鋼板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)績獲分別獲2018年、2019和2021年冶金產(chǎn)品實物質(zhì)量最高獎--“冶金產(chǎn)品實物質(zhì)量品牌培育推薦產(chǎn)品（金杯特優(yōu)產(chǎn)品）”。

圖4 項目2018年工業(yè)化生產(chǎn)的2.2mm耐磨鋼板NM450和權(quán)威機構(gòu)SGS檢測報告

目前，項目獲得的超高強度薄規(guī)格熱處理鋼板市場占有率穩(wěn)居第一，達到70%以上；2mm規(guī)格極限薄規(guī)格超高強鋼板、Q1400E/F和Q1500E/F超高強度結(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)展的標桿。項目成果被廣泛應(yīng)用于大型工程機械、礦山機械、水泥機械、環(huán)衛(wèi)機械等領(lǐng)域裝備制造，極大的推動我國大機械裝備國產(chǎn)化進程；中聯(lián)、三一、徐工、中國重汽集團、中集集團、三一重工、新宏昌、重慶紅巖等企業(yè)均與本項目完成單位建立長期的合作關(guān)系，同時，產(chǎn)品被出口到歐洲、南美等十余個國家和地區(qū)。項目的成功，滿足了我國高端裝備制造業(yè)對超高強度薄規(guī)格熱處理鋼板的急需，并實現(xiàn)了對歐美日韓等鋼鐵強國的反向出口，提升了國家自主保障能力和國際影響力，經(jīng)濟和社會效益顯著。