近期，2025年中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會冶金科學技術獎公布，“超厚規格直弧型板坯連鑄機成套技術開發與應用”項目獲特等獎。
項目背景
高性能特厚規格板材（特厚板）是國家發展與安全不可或缺的關鍵材料，其年需求量近300萬噸（≥100毫米厚），廣泛應用于海洋平臺、能源電力、國防軍工等國家重大裝備/工程的承壓、承重等關鍵部件，常在高溫/嚴寒、高壓、輻照、腐蝕等各種極端環境下服役，不僅需要較高力學性能，而且還需兼備抗層狀撕裂、防脆斷、耐疲勞、耐腐蝕等附加性能。為保證特厚板的優異性能，通常需超厚規格坯料大壓縮比軋制生產。而滿足此厚度規格要求的坯料則通常采用模鑄、真空復合焊接等方式制備，效率低、能耗大、成本高。德國迪林根等國外企業提出了立式/立彎式連鑄生產大規格坯料的思路，其產量與成材率較模鑄有所提升，但工程建設復雜，立式鑄機總高超55米，需在廠房內挖30米的深坑，投資達4.45億歐元，而且墜坯風險高，難以高效生產，無法適應我國高質量發展的迫切需求。
鑒于此，超厚規格直弧型板坯連鑄機成套技術開發與應用項目立足國家戰略與安全及冶金行業高質量綠色發展的迫切需求，創新提出采用直弧型連鑄連續生產超厚板坯的新思路，可實現除超大單重厚板外（厚度≥260毫米，年需求量僅5萬噸~10萬噸）的絕大多數高性能特厚板的高效綠色生產。然而，該項目研發前直弧型連鑄機最大生產厚度僅400毫米，若提升至450毫米，鑄坯矯直應力將增加60%、裂紋風險增加3倍，且難以保障高變形抗力與重載沖擊下（結晶器負載增加23%、彎/矯抗力增加42%）的高精度運行要求（結晶器振動偏差≤±0.08毫米、輥縫誤差≤±0.1毫米），國內外均無相關設計先例與規范標準。
鑒于此，該項目圍繞≥450毫米直弧型超厚板連鑄關鍵技術與成套裝備研發及工程應用開展攻關，系統闡明了直弧型超厚板坯連鑄裂紋萌生演變機制、偏析加劇機理，提出了裝備設計新思想與工藝控制新準則，研發形成了低裂紋風險、高均質凝固的直弧型超厚板坯連鑄關鍵工藝技術，研制出了國際首臺套450毫米×2600毫米直弧型超厚板坯連鑄機，并實現了規模化推廣應用。
主要成果和創新點
其一，準確闡明了超厚板坯矯直過程微裂紋萌生于高取向差三叉點、沿晶界間歇式擴展的新機制，構建了矯直過程“工藝—輥列—裂紋風險”映射關系，提出了矯直角部溫度≤750攝氏度、應變≤1.5%，兩相區應變≤0.6%的“低應變輥列+低溫矯直”的低裂紋風險裝備設計與工藝控制新思想；揭示了“M”形非均勻凝固加劇超厚板坯中心偏析的根本原因，確立了“M”凝固尖長度≤0.8米的超厚板坯高均質凝固控制準則。
其二，首創超厚板坯小曲率半徑、四分節輥低應變連續矯直的密排輥列技術，通過45回路二冷精細分區、動態幅切等精準調控，確保角部矯直應變<0.79%，裂紋敏感鋼超低裂紋率≤0.4%，遠優于臨界要求，突破了鑄機基本弧半徑R應為鑄坯厚度30倍的常規連鑄設計理論，被業內公認為超厚板坯連鑄機彎曲矯直最佳技術方案，首次實現R11米基本弧生產450毫米超厚板坯；首創非等傾角四孔水口+二冷交替電攪+連續輥縫收縮與末端大變形壓下的連鑄“三區”高均質凝固全程調控技術，鑄坯中心偏析C類1.0級率≥91%。
其三，研制出貼合坯殼收縮特征的曲面結晶器及高精度振動系統（寬面橫向溫差≤10攝氏度、振動橫向偏差≤±0.08毫米、通鋼量≥15萬噸），高剛度、高精度、高集約化的3H彎曲/矯直裝置(單段矯直力13000千牛、輥縫誤差≤±0.1毫米)，24000千牛壓坯力SLR扇形段（全球最大），提升壓下量65%的低抗力、長壽命漸變曲率凸型輥等核心裝備；研發應用了基于數字孿生的超厚板坯連鑄過程實時感知及控制系統，實現了關鍵裝備異常檢出、結晶器液位準確控制、漏鋼精準預報等，確保了關鍵工藝、裝備可靠投用率≥99%，保障了大載荷沖擊下裝備與工藝的高效穩定運行與投用。
在興澄特鋼建成投產國際首條450毫米厚直弧型超厚板坯連鑄產線，在多家重點鋼企規模化應用，產線全球占比達83.3%，創建了超厚板坯連鑄設計體系、技術標準與生產規范。替代模鑄等實現海工、能源、高壓容器等高端特厚板產品全覆蓋，其中6項產品達到國際領先水平，高性能特厚板產品市場占有率超70%，應用于白鶴灘水電站（單機容量世界最大）、“海基二號”（亞洲最深海洋平臺）、N966風電安裝船（全球最大）等近百項國家重大工程與高端裝備制造，并供貨于AGPP（世界最大天然氣工程）、沙特國王塔（世界最高）等“一帶一路”重點項目20余項。此外，該項目從源頭促進了高端特厚板產品創新與性能提升，實現“海基二號”總體減重18%（近5000噸），大跨度鋼結構建筑——寶安工人文化宮節省用鋼40%等重大工程與裝備減量化設計，推動了特厚板產品研發—生產—應用全鏈條低碳綠色創新。
截至目前，該項目獲授權發明專利76件，登記軟件著作權17件，制定國家、團體標準13項，近3年（2022年—2024年）累計新增利稅71億元，被中國金屬學會評價為整體技術國際領先，顯著提升我國關鍵金屬材料與高端裝備制造保障能力，推動我國重大裝備技術原始創新與引領發展，項目團隊及成員獲全國工人先鋒號、全國先進工作者等榮譽稱號。
主要完成單位：
中冶京誠工程技術有限公司、東北大學、江陰興澄特種鋼鐵有限公司、湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司、南京鋼鐵股份有限公司、鋼鐵研究總院有限公司
