1.肩担使命、顺势而为
自20世纪初期,国内外桥梁建设向跨海、跨江、跨越大湾区以及跨越高山峡谷的方向发展,悬索桥和斜拉桥的跨度越来越大,对桥梁缆索用钢的强度性能要求不断提高。因桥梁缆索钢丝用盘条生产技术要求很高,生产难度极大,国内桥梁主缆钢丝用钢盘条的开发远远落后于桥梁行业的发展。2012年之前,国内钢铁企业仅能生产1770MPa级及以下强度级别的桥梁缆索用钢盘条,而国外日本和韩国已成功开发出当时最高强度1860MPa级桥梁缆索用钢盘条,并成功应用于李舜臣大桥和蔚山大桥的建设,国内1860Mpa级桥梁缆索用镀锌钢丝盘条原料完全依靠从国外进口。2016年国内外大跨度桥梁建设所需的1960Mpa级及以上强度级别的桥梁缆索用钢盘条在世界尚属空白,国际上无一家钢铁企业可成功批量稳定生产。为顺应大跨度桥梁发展趋势,抢占高端桥梁缆索用钢产品领域,国内外钢铁企业竞相追逐,引领世界超高强度桥梁缆索用钢发展新潮流。国内钢铁企业自主研发1960MPa、2000MPa、2060MPa、2100MPa级别及以上高强度桥梁主缆钢丝用钢盘条已迫在眉睫。
面对国内桥梁缆索用钢研发的滞后和大跨度超高强度桥梁缆索用钢的迫切需求,始终坚持走自主技术创新道路的青岛特殊钢铁有限公司(以下简称“青岛特钢”)顺势而为,自主创新、攻坚克难,于2013年通过对冶炼工艺和斯太尔摩风冷工艺创新优化实现了1860MPa级桥梁缆索用钢盘条批量生产,成功替代进口盘条;于2016年以后,青岛特钢通过自主创新、突破一系列工艺设备变革和技术创新,不断成功实现了1960MPa、2000MPa、2060MPa、2100MPa级别及以上超高强度级别桥梁缆索用钢工业化生产,成为世界大跨度桥梁超高强度缆索用钢开发的引领者和开拓者。
2.苦练内功、突破创新
冰冻三尺非一日之寒,滴水石穿非一日之功。青岛特钢凭借自身强大的自主研发能力,在新产品研发方面不断突破和创新,自主研发建成国内外第一条线材离线盐浴索氏体化处理QWTP (QingdaoWire Toughness Patenting,线材韧化处理)生产线,经过近几年的潜心钻研,不断攻克了钢种成分设计、中心合金元素偏析、组织均匀稳定性控制、强度指标稳定性、扭转指数稳定性、大尺寸夹杂物控制、表面质量等一系列关键技术难颗。
工欲善其事,必先利其器。青岛特钢克服传统斯太尔摩工艺(DP)抗拉强度不足且波动大、塑韧性差等缺陷和传统铅浴淬火污染环境、严重威胁工人健康以及成本高等缺点,在离线热处理工艺方面进行了改革性创新,自主设计建造了离线盐浴QWTP生产线。该生产线具有绿色环保、实现盘条均匀恒温索氏体化转变、产品组织性能质量优异、自动化程度高、工人劳动强度小、设备维护简单方便等优点。离线盐浴QWTP工艺是经过实践检验既能满足桥梁缆索钢丝超高强度要求,又能使镀锌钢丝具有良好扭转性能的绿色环保型热处理工艺。
材料的强度和韧性是一对矛盾体,如何在提高镀锌钢丝强度级别的同时,使扭转性能得到改善是桥梁缆索用镀锌钢丝研发所需解决的关键问题,而制约镀锌钢丝研发的主要点在于盘条原料的研发。青岛特钢通过对高强度桥梁缆索用钢盘条的强化机制的研究,并结合各合金元素对高强度钢丝经镀锌处理后强度和扭转性能大幅下降的影响,创新提出了基于微合金化的高强缆索用钢“青钢桥索成分设计”,成功实现了高强度缆索钢丝在镀锌后达到满足强度要求的同时,也能具有优良的塑性和扭转性能。
高强度桥梁缆索用钢的碳含量在1.0%左右,属于高碳系列钢种,中心碳偏析控制难点较大,且钢种含有较高含量的Si、Cr、V等合金元素加剧了碳和合金元素偏析的严重性。青岛特钢的“一火材”生产工艺,进一步加大了对高碳高合金钢种各元素偏析的控制难度。研发人员迎难而上、勇于创新,创新提出将Scheil-Gulliver 凝固理论引入到轻压下偏析控制模型中,并结合小矩形坯特点和高碳钢种凝固规律及特性,自主创新开发设计出一套连铸机凝固传热数学模型,并结合射钉试验修正,有效解决了“一火材”高强度桥梁缆索QS92Si钢种C、Si、Mn、Cr合金元素的偏析难以控制的技术难题,是国内首家通过“一火材”工艺实现高碳高合金钢种盘条的批量稳定生产。
高强度桥梁缆索用钢化学成分是青岛特钢的独特创新设计,无任何历史参考资料和热处理数据参考。为了快速、有效攻克高强度桥梁缆索用钢轧制和热处理工艺难题,研发人员利用Gleeble-1500热/力模拟试验机及金相显微镜,研究了高强度桥梁缆索钢的动态连续冷却转变和等温相变的行为、奥氏体动态连续冷却转变规律和组织特征,分析相关参数对奥氏体连续冷却转变和等温相变规律的影响。经过对新钢种QS92Si的风冷、热处理工艺理论创新和生产实践,QWTP热处理后的盘条达到了大跨度桥梁超高强度缆索用钢的力学性能指标要求和质量要求。
常言道:发展无止境,探索无止境,科学研究与技术创新也同样无止境。青岛特钢将继续坚持自主创新,发扬求真务实、勇于创新的科学精神,努力再创辉煌,创造出更多高质量、有效益的科技创新成果,为新时代建设中国钢铁“强国梦”贡献更大的智慧和力量。
4.斩获荣誉、增强动力
青岛特钢通过自主研发建造的离线盐浴韧化(QWTP)处理线,并攻克一系列“卡脖子”关键技术难题,领先世界实现了超高强度级别桥梁缆索用钢工业化生产,大大降低国内大桥建设成本,填补了国内外1960MPa、2000MPa、2060MPa、2100MPa级及以上级别桥梁缆索镀锌钢丝用盘条原料的空白。凭借着产品质量的稳定和逐渐增多的工程应用,青岛特钢大桥缆索用钢产品不断获得荣誉和奖项,赢得了客户的口碑和肯定。2018年“1960MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用离线盐浴处理(QWTP)盘条”获得冶金科技技术奖三等奖、2018年"1960MPa悬索桥主缆索股技术研究”获得2018年度中国公路学会科学技术奖特等奖、2019年"“1960MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用离线盐浴处理盘条"获得中国钢协颁发的“中国钢铁工业产品开发市场开拓奖”。在研发过程中申报国家专利5项,己成功获得国家发明专利1项、实用新型专利1项,发表学术论文8篇。
5.锁定差距、更进一步
我国钢铁企业在开发超高强度桥梁缆索用钢方面虽已取得很大进展,但与未来更高强度级别更高质量要求的桥梁建设规划还存在一定的差距,我们需要更进一步提升工艺装备和技术理论创新水平,在新型合金成分体系、轧制与热处理工艺技术、组织与性能均匀性控制等方面加大研发力度,提高产品质量稳定性。
6.展望未来、砥砺前行
根据国家“一带一路”战略发展需求,高速铁路将形成“八纵八横”高铁网,随着高铁快速延伸,高铁桥梁必将得到更好的创新发展。未来将有琼州海峡通道、渤海湾通道等跨海通道需要建设,还有西部的崇山峻岭需要跨越,中国大跨度高铁桥梁必将继续坚持创新驱动,引领未来桥梁建设的大潮流。同时随着桥梁建设向跨海、跨江、跨越大湾区以及跨越高山峡谷的方向发展,悬索桥和斜拉桥的跨度将越来越大,对桥梁缆索用钢的质量要求将会越来越高。
“青岛特钢牌”超高强度桥梁缆索用钢QWTP产品质量国际领先,填补了国内外1960MPa、2000MPa、2060MPa、2100MPa级及以上级别桥梁缆索镀锌钢丝用盘条原料的空白,打破了中国长期在超高强度镀锌钢丝用钢研发方面滞后、落伍的被动局面,中国牌桥梁缆索用钢可实现进入有更广泛的国内、国际高端桥梁缆索用钢市场。未来青岛特钢在顺利完成深中通道伶仃洋大桥2060MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条供货任务的基础上,继续开拓创新,保质保量完成常泰大桥2100MPa级桥梁缆索用钢供货任务;未来也将继续紧贴服务国家战略,继续进行尖端技术研究、高端产品创新,为我国桥梁建设发展贡献力量,助力 不断攀登世界新巅峰。