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钢铁工业协同创新关键共性技术丛书
编者按：“钢铁工业协同创新关键共性技术丛书”由钢铁共性技术协同创新中心副主任王国栋院士担任主编，业内多位院士担任顾问，联合钢铁行业各领域的权威专家、学者共同撰写，凝炼出涵盖整个钢铁制造全流程（选矿-冶炼-热轧-冷轧-产品-服务）的关键共性技术，包含国际原创性工艺思想和生产装备技术，可供钢铁企业及广大科技工作者了解新技术、应用新技术，帮助企业开阔视野、正确决策，促进钢铁行业高质量绿色发展。
中厚钢板新一代TMCP装备技术及应用
1行业发展和技术背景
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钢铁工业是国民经济的重要基础产业，为我国经济社会发展作出重要贡献。钢铁产品应用于国防安全和人们生产、生活的方方面面，武器装备、能源生产、交通运输、机器制造、房屋建筑等都离不开钢铁材料。同时，钢铁工业的发展也面临着资源能源消耗高、环境负荷大所带来的严峻挑战。
“十三五”期间，“国家重点研发计划重点专项”就钢铁等传统产业明确提出了转型目标：化解产能过剩、进行大型结构性企业重组、遏制行业无序竞争、加大产品创新、促进绿色发展。特别是，“十四五”时期是我国钢铁工业实现由大到强转变的重要历史机遇期，坚持“资源节约、节能减排”的低碳绿色化生产是实现钢铁工业可持续发展的关键要素，更是我国钢铁工业高质量发展的必然趋势。
控轧控冷（TMCP）作为20世纪轧制技术最伟大的成果之一，能够显著提升和改善钢材的强韧性和使用性能，为节约能源和简化生产工艺创造了有利条件，对于高性能钢铁材料的研发具有十分重要的意义，在中厚钢板生产领域得到了广泛应用。以超快速冷却为核心的新一代控轧控冷技术在高性能热轧钢铁材料的组织调控及生产制造方面突破了传统控轧控冷技术冷却强度的局限以及大量添加微合金元素的强化理念，针对不同的组织性能要求通过高冷却速率及轧后冷却路径的灵活、精准控制，实现“以水代金”的绿色强化理念，在组织+性能调控方面显现出强大的技术优势。本书重点介绍了新一代控轧控冷的原理、装备、控制系统及其在钢铁材料方面的应用。
2主要技术创新
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东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL）提出并研发了以超快速冷却为核心的新一代TMCP工艺。该技术利用多种强化方式的综合作用机制，充分挖掘热轧工艺的潜力和作用，避免了传统TMCP过度依赖“大量添加合金元素”和“低温大压下”的技术局限，采用节约型的合金成分设计和减量化的生产制造方法，开发出具有良好力学性能、使用性能的特色中厚板产品，对于生产工序节能降耗，提升产品使用性能，推动热轧产品绿色化生产具有重大作用。主要技术内容和创新如下：
1）构建了以超快速冷却为核心的热轧中厚板新一代TMCP工艺技术体系，开发出“轧制-冷却”一体化组织调控方法，建立了细晶、析出和相变的综合强韧化理论，为热轧中厚板减量化生产与产品升级提供了理论支撑（图1）。
图1基于新一代TMCP工艺的细晶（a）、析出（b）和相变（c）调控机理
2）提出了热轧中厚板倾斜射流超快冷换热机制，开发出系列大型射流喷嘴和成套高强度均匀化冷却技术，为超快速冷却装备研发提供了技术支撑（图2）。
图2瞬态换热时钢板表面温度与热流密度曲线
3）研制成功首台套热轧中厚钢板超快速冷却成套装备，开发出以工艺模型为基础的控制平台和数据库，实现标准化、模块化、智能化配置，为新一代TMCP工艺的实现和钢材组织精细调控提供工业化手段（图3）。
图3缝隙喷嘴（a）和高密快冷喷嘴（b）实际喷水照片
4）构建了热轧中厚板节约型合金成分体系，开发出UFC-F、UFC-B和UFC-M三类核心工艺，主要合金成分降低20%-30%，强度提高-MPa，实现了热轧中厚板减量化生产、量大面广普碳钢升级换代和高端特种钢材产品突破（图4）。
图4新一代TMCP工艺成分组织调控
3技术推广和应用
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东北大学依托国家和企业重大项目，开展“产、学、研、用”联合攻关，实现了新一代控轧控冷工艺原理-关键装备技术-材料（产品）的全链条创新。创建了热轧钢材新一代TMCP技术体系，自主研制出系列首台套热轧钢材先进快速冷却装备与控制系统，开发出系列低成本高性能钢材。
新一代TMCP技术作为产业转型升级和结构调整的关键共性技术已被列入科技部、工信部、发改委、国资委、财政部17项产业政策文件，入选工信部“十二五”钢铁工业重要发展成就，相关技术多次入选《世界金属导报》世界钢铁工业年度十大技术要闻，促进了我国钢铁工业结构升级和可持续发展。超快速冷却UFC技术经过十几年的发展，在南钢mm、宝钢韶钢mm、沙钢mm、鞍钢mm、唐钢mm等20余条热轧中厚板生产线得到推广与应用（图5），并于年，东北大学“以超快冷为核心的新一代TMCP技术和装备”项目获得国家科技进步奖二等奖。目前，超快速冷却装备与技术已经成为大规模轧钢工业化设备的国际标准配置，相关技术在鞍钢、首钢等国内大部分重点钢铁企业得到应用，建成了国家级示范产线。生产的高品质钢材在港珠澳大桥、全球最深半潜钻井平台、岭澳核电站、国产二代破冰船、大型水面舰艇等国家重大工程及核心装备成功应用，满足了重点领域对高端钢材的急需，提升了关键材料的自主保障能力。
图5中厚板超快速冷却成套装备现场应用情况
（本文摘编自“钢铁工业协同创新关键共性技术丛书”之《中厚钢板新一代控轧控冷装备技术及应用》（王昭东，王丙兴，王斌，田勇，李艳梅著.—北京：冶金工业出版社，.5））
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东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室