近日，东北大学钢铁共性技术协同创新中心2024年度考评工作落下帷幕，按照“实干、实绩、实效”的评价原则，最终评选出“超宽幅高性能宽厚板绿色制造关键连铸技术研发及其应用”等5项创新成果，具体介绍如下：
超宽幅高性能宽厚板绿色制造
关键连铸技术研发及其应用
1.技术背景
成品宽度4300mm以上的超宽幅高性能宽厚板广泛应用于能源石化、交通运输、海洋工程、国防等重大工程与装备，是中国制造、国家安全、强国战略的关键基础材料。我国已稳定投产并可制备出该级别宽度的宽厚板产线共计7条，产能约1300万吨，其铸坯母材主要是通过连铸方式生产。受制于大展宽比轧制等影响，其制造过程长期面临宽边线裂纹高发（亦称边部“黑线”、边直裂等，位于钢板边部，宽度多为45~120mm，如图1所示）的生产难题，企业只能将宽厚板毛边宽切边加以解决，成材率损失可达4%，从而大幅增加了能耗、排放与成本。特别是轧制正品宽度5000mm及以上的极限超宽幅高性能宽厚板过程中，因钢板两侧边线裂纹总宽度超过了300mm，加之轧制宽差等因素，鞍钢5500mm轧机也难以批量稳定制备该级别产品，严重制约了我国核电、石化等重大工程与装备的增容升级与安全服役。
图1 轧制展宽比2.01宽厚板边线裂纹形貌
2. 技术难点
目前，国内外钢铁企业在轧制环节实施立辊轧制，但尚未有效解决宽厚板制备过程宽边线裂纹高发难题。除此外，企业开展了宽厚板连铸坯下线倒圆角、加大钢板轧制展宽量进行宽切边等处理，但严重降低了生产效率、增加了能耗、降低了成材率，特别是对于制备正品宽度5000mm及以上的极限超宽幅宽厚板制备，传统技术手段更是难以突破。
3. 解决方案
立足上述行业现状与国家亟需，东北大学钢铁共性技术协同创新中心连铸方向朱苗勇教授团队通过深入开展宽厚板边线裂纹形成的本质机理研究，立足边线裂纹的宏观形貌与组织结构特征、以及超宽幅宽厚板轧制过程的金属流变与传热行为规律，系统揭示了高性能宽厚板边线裂纹的产生机理，即宽厚板轧制过程，在中后期纵轧道次拉伸作用下，中间坯侧面形成了“拉丝”状结构缺陷，在轧制压下引发的金属宽展流变过程，“拉丝”缺陷的“波谷”开裂，而后因中间坯厚度方向芯部展宽速度显著高于表层，从而使开裂部位由侧面翻转至宽面边部，最终形成宽厚板边线裂纹（如图2所示）。基于此，该团队通过进一步系统研究揭示不同形状结构连铸坯对宽厚板轧制过程金属流变的影响规律，首次提出通过制备窄面内凹形板坯，预补偿轧制过程中间坯表层宽展变形而抑制其侧面翻转，从源头解决边线裂纹的新方法。
图2 轧制边线裂纹形成(a)及凹形坯轧制控制边线裂纹原理(b)
在此基础上，为高效制备无缺陷窄面凹形坯，该团队首创研制出了铜板窄面内凸形弧高度10~17mm高均匀凝固、长寿命的凸透镜结晶器及其腰鼓形足辊等连铸核心装备，并开发应用了凸透镜形结晶器大锥度及其窄面足辊“强压定形+持压保形”非线性强支撑的新工艺技术，确保了宽厚板坯在结晶器内均匀凝固、窄面内凹面全程反弹量＜1mm，实现了厚度≥250mm、窄面内凹形量9~16mm的全系列宽厚板坯无缺陷高效制备（如图3所示），有效控制了不同展宽比条件下宽厚板边线裂纹的稳定控制。
图3 鞍钢凸透镜结晶器及其制备的窄面内凹形宽厚板坯
4. 效果与影响
通过轧制窄面内凹形无缺陷宽厚板坯，1.5以下展宽比宽厚板边线裂纹基本消失，2.0以上大展宽比的宽厚板边线裂纹由传统工艺的90~120mm宽（5000mm级极限超宽幅宽厚板边线裂纹140~160mm宽）稳定控制在边部20mm范围内（如图4所示），实现各类型中/宽厚板产线成材率普遍提升1.0%以上，部分板形成材率最大提升4%，并成功实现了正品宽度5048mm超宽幅高性能宽厚板批量制备，应用于舟山石化炼化工程、第三代核电、全球首制液态CO2运输船等，有力支撑了我国石化、核电等重大工程与高端装备建设。目前，该技术已推广应用至鞍钢本部、鞍钢鲅鱼圈、山钢莱钢、南钢、营口中板、八钢等10余条宽厚板生产线。中国金属学会评价认定技术整体国际领先，凸透镜形结晶器“突破了我国高端装备、重大工程亟需用超宽幅钢板的制备瓶颈”。获冶金科学技术一等奖、辽宁省科技进步一等奖等。
图4 鞍钢2.01展宽比轧制宽厚板边线裂纹形貌 (a) 传统工艺，(b) 新工艺
来源：钢铁共性技术
