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钢铁产品创新十年 向党和人民交出满意答卷
发表时间:2022-09-30    来源:颖兴    浏览:
自党的十八大以来,我国工业和信息化发展成就卓越, 我国迎来从“制造大国”向“制造强国”的历史性跨越。钢铁工业作为国民经济的重要基础产业,十年来,在党中央的正确领导下,积极贯彻新发展理念,着力推进高质量发展,取得重大成就。十年来,我国钢铁产业结构不断优化、兼并重组稳步推进、海外合作加速布局、产品技术创新突破、绿色低碳深入推进、智能制造不断升级……这十年,我国钢铁工业向国家和人民交上了一份亮眼的成绩单。

1国家重大需求与前沿技术牵引,钢铁工业产品创新瞄准国家发展的重大战略问题
钢铁是支撑国家发展的最重要的基础原材料,对国家经济技术、国防安全、人民生活,具有重要的战略意义。近年来,美西霸权主义者对我国无理封锁、制裁,妄图遏制我国的快速发展。我们钢铁工作者,担当起战略科技力量的重大使命,坚持国家需求导向,战略任务导向,聚焦钢铁行业亟待解决的基础科学问题、关键共性技术、前沿引领技术和产业链上的“卡脖子”问题,攻坚克难,自立自强,自主创新,产出战略性、关键性、原创性重大成果,保证了我国国民经济、国防建设的高速发展,真正担当起支撑国家自立自强发展的重任。
1.1高端硅钢生产技术与产品创新
“十八大”以来,我国钢铁工业面向特高压输变电、清洁发电机组及新能源汽车驱动电机等高端硅钢关键核心材料的重大需求,高端硅钢技术实现代际跨越,硅钢产业发展引领全球。宝钢自立自强,协同攻关,突破极低铁损取向硅钢和高端无取向硅钢制造技术,并实现产业化。宝钢高硅薄带取向硅钢一贯制新工艺与产线、耐热激光刻痕工艺与装备、薄规格新能源汽车用高端无取向硅钢一贯制工艺等标志性技术世界领先。19个顶级硅钢新产品世界首发,全面覆盖各规格最高等级,领先国际一个牌号以上。建成世界首套薄规格取向硅钢高效专有产线和高端无取向硅钢示范产线,实现规模化生产。高端硅钢产品实现了诸多世界首次、唯一应用。应用于目前单台容量世界领先的1000MW白鹤滩水电站,世界首条、唯一、技术水平最先进的±1100kV昌吉-古泉特高压直流工程,世界首条、输送容量最大的±500kV张北柔直工程,目前世界最高比功率(4.9kW/kg)新能源汽车驱动电机。总体技术居于世界领先地位,实现了我国高端硅钢核心材料自主可控,引领全球高端硅钢领域发展。
首钢产品首次应用于全球电压等级最高、容量最大卷铁心高铁牵引变压器;广泛应用于超、特高压电力变压器,包括全球交流电压等级最高、容量最大的“双百万”变压器,全球在建装机容量最大的白鹤滩、乌东德水电站工程。白鹤滩至江苏±800kV特高压直流输电工程是全球首个混合级联特高压直流工程,在世界上首次研发“常规直流+柔性直流”的混合级联特高压直流输电技术,集成特高压直流输电大容量、远距离、低损耗以及柔性直流输电控制灵活、系统支撑能力强的优势,示范引领意义重大。该项目是首钢高性能取向电工钢首次应用于特高压直流换流变压器,是首钢电工钢十余年勇攀高峰的又一次重大突破。国内外一大批电站、电网工程应用“首钢制造”,标志着首钢取向电工钢应用实现特高压输电领域全覆盖,有效支撑了我国特高压高端装备制造的全球领先地位。
1.2高铁用钢自主开发取得重大进展
当前,我国已建成世界最现代化的铁路网和最发达的高铁网。2021年12月30日,随着京港高铁安庆至九江段的开通运营,“八纵八横”高铁网中的京港(台)通道商丘至深圳段基本贯通。至此,中国高铁运营里程成功突破4万公里,总里程能围绕地球赤道一周。我国钢铁企业为国家高铁这张名片增光添彩,惊艳全球,贡献巨大。
宝武马钢高品质铁路机车用整体车轮关键制造技术国际领先。整体机车车轮服役条件苛刻、技术要求高、生产难度高,过去全部依赖进口。2001年马钢启动了整体机车车轮的研发,历经14年,开发出高韧抗伤损车轮材料设计、高洁净度冶炼连铸工艺、高精度车轮成型工艺、高强韧匹配热处理工艺、高精度机加工与检测工艺5项关键技术,达国际领先水平,产品实现了国产化替代,纳入国家重点新产品,确保了我国铁路产业链安全,同时产品还出口全球知名机车制造商北美GE、法国ALSTOM。2021年,我国自主研制的全球最大牵引功率(28800kW)“神24”机车用车轮全部由马钢自主供应。
宝武马钢高速车轴钢产品研发及关键制备技术国际领先。为满足标准化动车组车轴国产化的需求,马钢历时10年,形成高速车轴钢成分优化、超低氧含量控制、大型夹杂物控制及大圆坯偏析和缩孔控制、车轴钢坯轧制技术、热处理技术及质量量化评价判定模型的建立及应用等技术创新,成功开发了时速250公里、时速350公里复兴号高速车轴钢产品。主要技术指标和产品性能居于国际领先水平,实现产品自主生产、填补国内空白,顺利完成了60万公里的装车运行考核。
南钢成立产学研用团队,结合自身装备和技术优势,陆续开展纯净钢冶炼及夹杂物塑性化控制、钢的成分均质化控制、裂纹敏感钢种铸坯表面质量控制、渗碳奥氏体晶粒度控制等技术研究,明确了轨道交通用钢开发的具体目标和实施方案,形成了具有自主知识产权的轨道交通用钢生产控制技术,相继完成了高铁弹簧用钢、制动盘用钢、轨道交通用齿轮钢等产品开发及产业化应用,逐渐形成了成熟的轨道交通用钢研发及生产体系,已初步形成轨道交通用特殊钢长材系列化产品,填补了国内空白,解决了“卡脖子”材料问题。
1.3太钢、鞍钢:核电用钢开发
核电是当前调整能源结构、减少碳排放的重要手段,是我国发展能源行业的必由之路,核安全是世界各国最关心和最需要解决的重要问题。不锈钢作为核反应堆主体设备制造的关键材料,是反应堆制造之骨,其质量是核电运行的安全基础。为实现我国核电的快速、健康和可持续发展,迫切需要解决材料的“卡脖子”问题,在快堆和聚变堆的情况下,奥氏体不锈钢同时面临着高温、低温、强中子辐照、强磁场环境下的特殊性能需求和材料制造技术问题。
2022年8月,国家能源局主持召开国家科技重大专项课题——大型先进压水堆及高温气冷堆核电站《高强度安全壳板研制》综合绩效评价会,由鞍钢股份牵头,联合上海核工程研究设计院组织实施的该课题通过验收。该课题以大型先进压水堆示范工程为依托,开展高强度安全壳用钢研究。经项目研发团队的积极攻关,先后成功解决了化学成分创新设计、金相组织精准调控及力学性能稳定控制等关键技术难题,生产出三种典型规格钢板,不仅超额完成了国家项目任务合同书的要求,而且钢板综合性能远高于国际同类产品,突破了国内外现有反应堆安全壳用钢强度、厚度瓶颈,实现了理论创新、技术创新、工艺创新。首创超厚超宽高强度反应堆安全壳用钢,形成了配套的集成制造及应用技术,建立了我国自有标准。
1.4鞍钢:极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢
极地船舶、超深水海工装备建造所需的高强韧性、易焊接、服役安全性高、综合性能优异的钢铁材料是极地装备安全性的重要保障。
依托国家和企业重大项目,鞍钢与高校合作,开发研究极寒环境用高强韧易焊接海洋装备用钢。历经10余年研究,建立了全系列高强、耐低温、大厚度极寒环境海工装备用钢生产技术体系,形成满足耐冰凌磨损、高抗断、易焊接的极寒环境用海洋装备用钢的轧制、显微组织调控等关键技术。
项目形成三大系列58个牌号产品率先通过船级社认证,首发产品应用于第一条材料国产化军用破冰船、“蓝鲸1号/2号”等国内外重大海洋工程。2011年至今,生产极寒环境海洋用钢75万吨,促进了我国高端海洋装备制造业技术进步与发展,市场应用前景广阔。
1.5河钢舞钢:持续保持国际第一的铬钼钢
铬钼钢是石油化工、煤化工核心设备(如加氢反应器、氨合成塔、气化炉、费托反应器以及焦炭塔、洗涤塔等)的关键材料。该类钢长期处于高温、高压、氢腐蚀等恶劣服役环境,对成分及性能的要求严格,生产工序繁杂、技术难度大。目前河钢舞钢该类钢板最大供货厚度为256mm,钢板最大单重超过50吨,规格、单重及强度/低温冲击韧性匹配指标均达到了国内外该领域的第一、唯一,处于国际领先水平,解决了长期制约我国的石油化工、煤化工关键钢铁材料国产化的瓶颈问题。其中板厚≥110mm的该类钢板国内市场占有率70%(含进口钢板),板厚145mm以上钢板国内基本处于垄断地位;技术指标如碳当量、X/J系数及板厚1/2处性能控制水平等达到国际先进水平。
河钢舞钢结合国内外石油化工、煤化工项目的需求,开发的低有害元素纯净钢专有冶炼工艺、低温控冷低速大压下轧制技术、阶梯复相热处理控制技术,保证了10万吨单打冠军产品成功供货于国内外重点项目及制造厂。如长时模焊后-29℃韧性的SA387 Gr11Cl2钢板成功应用于美国林德公司重点石化项目及印度LT公司,使河钢舞钢成为此类技术要求钢板的唯一供应商;部分Cr-Mo钢产品应用于世界首创的航天气化炉、华谊气体岛废锅气化炉等重点设备和项目。
1.6首钢:高性能汽车板
锌铝镁镀层汽车板作为首钢商标产品,产品覆盖汽车内板、外板及高强结构件,全球首次用锌铝镁镀层汽车板替代电镀锌汽车外板,首次开发出780MPa级别锌铝镁镀层超高强钢并实现应用,填补了国内钢厂生产锌铝镁镀层汽车板产品的空白,形成了对成形、焊接、涂装等生产应用技术的创新和积累,引领国内外钢铁行业对锌铝镁镀层汽车材料的探索。产品通过国内外众多头部车企的材料认证和零件认证,率先实现全车身批量应用,解决了用户对车身高耐腐蚀性、绿色低碳等核心关切问题。
首钢锌铝镁镀层汽车板产品的开发和广泛应用,是响应国家“双碳”战略、践行绿色制造的具体行动。增强成形性双相(DH)钢是首钢在国内首发的第三代先进高强钢产品,与传统的双相钢相比具有断后伸长率高、成形性能好、合金含量低等突出优势。同等强度条件下,增强成形性双相延伸率比传统双相钢提高30%以上,可以满足复杂结构零件的成形需求,产品性能指标达到国际领先水平。该系列产品为复杂零件的成形需求提供了原材料支撑。产品广泛应用于国内外多家合资及自主品牌的多款车型。
2、协同创新,产学研深度融合,全产业链开发,强链补链
在现代经济中,国民经济循环主要表现为产业链循环。当前的经济全球化,主要表现为在全球范围形成产品内分工,即同一种产品的生产、流通和营销环节在全球各个国家和地区布局,不同环节整合形成了全球产业链。长期以来,欧美发达国家的跨国公司大都占据全球价值链的研发和营销环节,掌握核心和关键技术,依靠其在全球价值链中的主导地位形成核心竞争力,从而占据国际竞争的制高点。
我们必须发挥社会主义优越性,集中力量办大事,行业协同、学科交叉、产学研深度融合,组成协同创新队伍,围绕产业链布局创新链,围绕创新链部署产业链,确定上下游、全流程的难点、堵点、短板,开发关键、共性技术,强链、补链,自立自强,建成取得高端产品的整体突破。
2.1南钢、鞍钢、太钢:9Ni与低镍LNG储罐用钢开发
能源、化工产业实现清洁、高效发展,离不开LNG超低温储运设施建设。镍系低温钢是建造此类设施并保证其服役安全的最重要结构材料,被钢铁行业公认为技术难度最大的品种之一。项目之前,我国镍系低温钢整体落后,顶尖产品9%Ni低温钢被日本、欧洲垄断,是发展清洁能源“卡脖子”原材料。
为了解决我国LNG产业链原材料“卡脖子”问题,南钢、鞍钢、太钢等单位积极进行9Ni钢生产技术研发和成果转化。在9Ni钢研发、生产和交付过程中,解决了纯净钢冶炼、大宽度板坯连铸、组织精准调控和薄规格钢板板形控制等全工艺流程技术难题,形成了完全自主知识产权的9Ni钢成套生产和加工技术。
在“十三五”国家重点研发计划《低镍LNG钢的组织控制原理与关键制造技术》项目的支持下,汇聚了产学研用方面南钢、鞍钢、太钢等十八个单位的研究人员,组成涵盖炼钢、连铸、热轧、热处理等协同创新队伍,继续进行低镍LNG储罐用钢的研究工作。新一代节Ni型LNG储罐用钢,在确保性能和质量基础上,可为客户大幅节约材料成本,也为国家节约了贵金属镍资源。针对项目需求开发出配套用低温钢筋和套筒等产品,形成超低温用钢产品系列,可为超低温储罐和容器项目提供关键材料全套整体解决方案。
2.2 LNG船储罐用高锰钢的开发
LNG船储罐除了要求具有良好的低温力学性能外,还要求具有极低的热膨胀系数,高锰钢是最为理想的低成本低温用钢。
国家“十三五”项目组织南钢、鞍钢、太钢等十八家单位协同创新,密切合作,明确了高锰LNG船储罐用钢成分设计原则和组织性能演变规律,突破了高锰LNG船储罐用钢的超纯净冶炼和大板坯连铸等关键难题,阐明了低温韧性的“反尺寸效应”与热处理时效脆性机理,提出高温控制轧制和轧后冷却工艺,国内首次实现了6-60mm厚高锰LNG船储罐用钢板的工业化生产,制定了高锰LNG船储罐用钢国家标准及中国船级社指南,高锰钢钢板已经取得ABS、BV、KR船级社证书,并正在积极推进CCS、DNVGL、LR等认证。在此基础上,建造出船舶应用的5-20m3C型LNG试验罐并成功进行了海试。目前,正在组成研究单位、钢厂、船级社、船厂、船东的联合团队,进行高锰钢在LNG船储罐用钢的示范应用。
2.3全产业链合作开发铌微合金化高性能桥梁钢
作为微合金元素Nb的供应商的中信金属公司铌微合金化技术中心、作为桥梁钢生产厂的宝武集团、鞍钢集团等企业、作为桥梁钢最终用户的中铁大桥局,全产业链多方协同,大力推动,积极参与,合作共赢,成功开发出420MPa、500MPa、690MPa级的新型桥梁钢,满足了我国重大桥梁工程重大需求。宝武集团武汉钢铁公司成功开发的Q420qE(厚度达到62mm,-40℃冲击功不低于120J)及其配套焊接材料和成套技术应用于世界首座最大的高速铁路桥梁~京沪高铁南京大胜关桥。该材料的开发通过Nb微合金化的组织调控及TMCP加工技术,首次在厚板领域获得了以低碳针状铁素体为主的微观组织,具有优异的强韧性匹配及焊接性能。宝武集团武汉钢铁公司和鞍山钢铁集团公司通过Nb微合金化和低碳贝氏体的控制成套技术,开发了Q500qE(厚度达到65mm,-40℃冲击功不低于120J)并成功应用于世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥~沪通长江大桥。宝武集团依托“十三五”国家科技攻关项目,采用Nb微合金化技术成功开发出了690MPa的桥梁钢中厚板,并实现了示范应用。至此,我国形成了从370MPa到690MPa完善的桥梁用钢材料体系,具有优异的低温韧性及焊接性能。目前,中国桥梁钢的开发、应用及产品体系已处于国际领先水平。
 

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