中国钢铁工业产品开发市场开拓奖申报书.docx
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中国钢铁工业产品开发市场开拓奖申报书
中国钢铁工业产品开发市场开拓奖申报书
一、项目基本情况
编号:
项目名称
舞钢水电工程用高强高韧系列钢板的研发及产业化推广
完成单位
舞阳钢铁有限责任公司
项目起止时间
2002年2月 ~2018年12月
用于生产时间
2003年5月-至今
项目基本情况
一、项目背景
水力发电作为清洁能源,具有可再生、无污染、运行费用低、便于进行电力调峰等特点,有利于提高资源利用率。
根据国家规划,到2020年,我国国内水电站总装机容量将达到3.3亿千瓦,水利工程的大力发展必然带动水电工程专用高强高韧钢板的需求量。
水电建设的主要金属材料是压力钢管、岔管以及水轮机组座环上、下环板、固定导叶、顶盖和控制环、蜗壳等,其中以中厚板材需求量最大。
国内水电钢板与国外先进水平相比,起步较晚,水电压力钢管及发电机组用钢板被日韩和欧洲先进企业垄断。
2002年舞钢公司自主研发并首次替代进口的水电压力水管用低焊接裂纹高强钢WDB620(抗拉强度620MPa级),打破了国外垄断,成功应用于国内多个水电工程项目。
随着水力发电高水头、高强度、高韧性的发展,800MPa级水电钢板成为发展趋势,另外,发电机组用200mm以上超厚钢板仍需进口,需要从工程化角度进行系统研发。
为此,舞钢抓住机遇,及时对800MPa级水电用低焊接裂纹敏感性高强钢和发电机组用超厚钢板进行研发,在保证强韧性的同时,对钢板的塑性指标及影响钢板焊接性的因素进行了严格的控制,使其适于在各种恶劣环境下用于压力钢管、岔管或蜗壳的制作,并在国内水电站的建设中得到了大批量的应用,率先实现了水电压力钢管用800MPa级高强钢及超厚水电机组钢板的国产化,满足了国内对水电工程用钢的需求,替代了进口,引领了国内水电工程钢板的发展。
二、项目目标和主要技术管理路线:
(一)项目目标:
1、开发性能优良的抗拉强度620Mpa-780MPa级不同下水电压力钢管用钢板;
2、开发百万兆瓦以上单机容量发电机组用高品质特厚钢板(260mm以上);
3、形成水电工程用钢产业化应用,全系列完全替代进口;
(二)主要技术管理路线:
1、低C钢强韧性机理研究,通过产学研结合,充分发挥院校智力资源,解决低碳贝氏体钢板的强韧性机理及组织调控的影响因素;
2、中试试验,经过大量的中试试验,对钢板工艺设计进行验证,对现场的生产工艺进行模拟,找出核心影响因子。
3、工艺设备的完善与改进。
针对压力钢管用高强钢板及超厚钢板对热处理装备及加速冷却装备、淬火装备的冷速需求,设计新的冷却装备或对淬火装备进行功能完善;
4、工艺改进与优化,针对生产小批量试制中存在的问题,进行工艺改进;
5、市场推广,组织召开产品评定,为国产化推广应用做前期准备;与国内重点业主单位三峡集团、葛洲坝集团等建立合作关系。
三、实施过程中的主要创新:
1、材料设计创新,采用低C低碳当量成分设计,保证了钢板良好的焊接性,低Si设计,(≤质量分数0.15%),改善焊接热影响区韧性。
2、工艺创新,氧化物冶金技术,利用析出的氧化铝、氮化铝和氮化钛颗粒在钢中弥散分部、钉扎晶界,阻碍加热过程中奥氏体晶界的迁移,有效改善热影响区的性能。
国内首次开发低C型抽锭式4321电渣组分,为厚板提供高致密性、高纯净度原料;
3、技术装备创新,开发出国内首座具有紊流功能的超厚钢板加速冷却设备,200mm以上钢板其表面为完全B组织;
4、市场推广创新,与用户建立战略合作关系,用户产品试用,召开产品推广会,对产品进行全方位的鉴定等,解决用户应用的后顾之忧。
四、主要实施效果和贡献:
1、舞钢形成了水电用钢板产品的全覆盖。
舞钢形成了水电压力钢管用620MPa-800Mpa级钢板、水电机组用260mm以上屈服强度345MPa-550MPa钢板的级别和规格的全覆盖,800MPa压力钢管用钢板的最大厚度为150mm,水电机组用超厚钢板的最大厚度达350mm,均为国内最厚。
2、舞钢水电钢板实物质量达到了国际领先水平,填补了国内空白,打破国外钢厂的技术封锁和产品生产的垄断,有效平抑了国外厂家的垄断型价格,实现了800MPa级别水电钢国产化的目标,促进了我国水电设备升级,同时也提升了中国水电项目在国际上的竞争力。
3、工程应用广泛,舞钢生产的水电用钢板应用于国内最大白鹤滩、乌东德等多个水电工程项目建设,超厚板市场占有率达到80%以上,国内压力钢管用钢市场占有率达到50%以上,为我国及国外水电项目建设做出了巨大的贡献。
六、体现的社会作用和经济效益:
社会作用:
舞钢水电钢已广泛应用大型水电机组制造,生产的260mmS500Q钢板用于仙居水电站制造大型水轮机组座环;生产的300mmQ345C钢板用于洪屏水电站制造大型水轮机组固定导叶;生产的最大厚度258mmS460N钢板用于供出口的水电站项目;生产的245mmQ345R钢板用于溧阳抽水蓄能水电项目大型水轮机组座环;生产的最大厚度S550Q钢板应用于乌东德水电站项目制造固定导叶;生产的最大厚度S500Q钢板应用于白鹤滩水电站项目制造固定导叶及环板等等。
舞钢水电钢的开发及应用,成功替代了进口,实现了大厚度水电钢国产化,加快了国内水电站建设,在国民经济建设中发挥了非常重要的作用。
经济效益:
近三年舞钢生产海洋工程用高强高韧特厚钢板近60万余吨,新增销售额426220.8万元;新增利润127087.5万元;2008年以来累计产生经济效益196000万元。
二、创造性贡献要点
一、生产工艺技术装备创造性贡献要点
1、成分设计采用低碳(质量分数≤0.10%)、低碳当量(WES:
WSD690E≤0.52%)成分设计,保证了钢板良好的焊接性;超低Si含量(≤质量分数0.15%),改善焊接热影响区韧性。
除了采用低碳(质量分数≤0.10%)以保证钢材的焊接性以外,还需要加入一定量的Ni、Cr、Mo,适度提高其淬透性,保证得到适宜的中低温转变组织。
此外,需要添加少量的Cu及微量的Al、Nb、V、Ti、B,利用ε-Cu的析出、(Nb、V、Ti)(C、N、B)的析出减慢再结晶速度、细化晶粒、析出强化以及钉扎热影响区晶界的作用改善综合性能。
2、先进的洁净钢冶炼技术,保证钢中的S、P及气体含量等杂质元素尽量少,主要通过控制铁水质量,转炉冶炼过程采用吹氩代替吹氮,炉外脱磷、钢水预处理(真空碳脱氧)工艺等措施降低P、S、Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素及钢中氮、氧含量,减少氧化物夹杂;通过LF+VD(真空)精炼进一步去气、去夹杂、调整成分、温度。
3、采用氧化物冶金技术,利用析出的氧化铝、氮化铝和氮化钛颗粒在钢中弥散分部、钉扎晶界,阻碍加热过程中奥氏体晶界的迁移,在热加工过程中将保持稳定并持续发挥作用,有效改善热影响区的性能。
冶炼过程控制O、N的含量及Al、Ti的加入时机、加入量,使钢液在凝固前在内部首先形成微细的高熔点氧、氮化物,并使其在钢材内部弥散分布,形成钉扎热区晶界迁移的能力。
4、连铸采用300mm-330mm连铸坯,控制过热度、拉坯速度、冷却强度,以及电磁搅拌、轻压下等先进技术的采取,获得良好的钢坯内部质量。
5、轧制前采用低温加热,降低原奥氏体晶粒长大的趋势。
轧制过程采用奥氏体再结晶区和未再结晶区二阶段轧制工艺,增加变形带及位错数量,形成更多的组织转变形核质点;并通过Cu、Nb、Ti、B的综合加入促进Nb碳化物的高温应变诱导析出,进一步细化晶粒,改善强韧性,为后续热处理做好原始组织准备。
6、合理的热处理工艺。
从调质高强钢的组织控制角度出发,当钢板获得马氏体和贝氏体的混合组织时强韧性匹配最佳。
中温形成的贝氏体组织在钢板冷却过程中优先形成,通过对冷却速度和冷却时间的合理设计,控制贝氏体生成的比例及分布状况,对原奥氏体晶粒进行分割,使得低温转变组织(马氏体)被限制在有限的范围内,避免粗大转变组织的产生,奠定良好强韧性匹配的组织基础。
采用合理的加热、淬火工艺,进一步使组织均匀化,控制低碳贝氏体组织的比例,并且使得厚板不同位置获得的马氏体、贝氏体组织比例相差不大,保证钢板不同板厚处均可获得良好的综合性能。
7、为保证钢板达到最佳的的强韧性匹配,进行在线DQ、一次淬火、梯度淬火等多种调质工艺试验,找出最佳的调质工艺,解决了低碳当量钢强韧性的匹配问题。
二、管理创造性贡献要点
1、坚持“特色化、高端化、精品化、差异化”产品发展战略,引领水电钢技术领先优势
舞钢始终以市场需求引领研发方向,坚持“特色化、高端化、精品化、差异化”的产品发展战略,围绕重点工程建设和替代进口,以石油化工、煤化工、海工等需求量相对较大的行业用钢为主体合同构成,以水电、核电、大厚度电渣钢等优势产品稳步上量为支撑,不断开发“人无我有、人有我优、人优我特、人特我精”的差异化产品。
舞钢公司生产的780MPa水电钢,冲击韧性达到100J以上,是普通级别冲击韧性2倍以上。
2、公司领导亲自挂帅,对重点课题提供各方面保证
舞钢在每年的科研立项方面,都是把大厚度水电用钢板的开发,作为重点立项,舞钢公司技术领导亲自挂帅,在资金和人员的投入上都得到了充分的保证,在产品开发攻坚时期,公司领导都能亲自出面组织协调,亲自参加技术问题的分析,与课题组同志一起参加科研试验,取得了大厚度水电用钢的研发成功及优秀的市场业绩。
3、坚持“产学研用”合作开放,积极开展外部资源利用
舞钢实施开放式创新,不断强化与上下游行业领先者的合作,构建紧密的技术创新链;同时借助设计院所的力量,目前,与长江勘测规划设计研究有限公司合作研发的大厚度水电用高强高韧钢板,成功应用国内多个重点水电工程项目。
4、设立专项质量攻关课题组,严把产品质量关
舞钢针对大厚度水电用钢板的开发,成立专项课题组,负责组织、协调生产和技术服务,打破厂际界限,细化目标任务,明确责任分工,制定目标进度,狠抓工作落实。
制定“关键过程控制管理办法”,在关键工序设立质量点控制点,建立技术会议分析制度,出现问题及时分析原因,制定整改措施,落实责任、严格考核。
5、科学的产品研发流程管理体系
舞钢根据产品特点识别用户的不同要求,从质量、效率、成本、周期等方面对这些要求的重要度进行分析,确定产品研发过程的主要要求,以产品研发周期短、质量可靠、性价比高为目标,制定科学的新产品研发流程管理体系,提升舞钢新产品价值内涵。
依据产品研发过程的主要要求,按照舞钢在国内宽厚钢板行业保持技术领先优势的竞争定位和舞钢“人无我有、人有我优、人优我特、人特我精”的经营观,进行产品研发过程的设计,实现舞钢的“精品”战略。
产品研发设计流程图见图1。
图1产品研发设计流程图
6、人才激励机制
在激励体制方面,舞钢公司制定了《新产品研发奖励管理办法》、《新产品研发及市场推广管理办法》、《产品结构调整生产奖励办法》、《新产品信息奖励办法》和《销售绩效考核办法》等办法,对于按计划完成的新产品研发课题,公司将对课题组成员进行奖励,其中课题负责人将不低于总奖金30%的额度进行奖励,大大激发激发技术人员研制开发新产品的热情和动力。
7、以用户为核心的研发推广机制
(1)舞钢建立了与下游用户沟通机制,推介舞钢产品,加强双方了解,建立用户对舞钢产品的信心。
舞钢多次在郑州、舞钢、洛阳、广州等地召开舞钢水电用钢推广会、用户座谈会等。
(2)与国内设备制造用户建立战略合作关系,舞钢已与国内水电用设备主要制作单位建立良好合作和战略合作关系,哈尔滨电机厂有限责任公司、东方电机有限公司、上海福伊特水电设备有限公司等国内主要水电设备制造商都是舞钢的战略合作用户。
(3)建立公司领导、中层干部和技术人员销售联保体系。
公司领导包保到区,中层干部包保到户,联保体系覆盖到全国主要市场和战略用户。
其中公司领导负责该区域重点直供客户定期走访、问题协调、售后服务以及高端新直供客户开发等;中层干部每人包保2-5户高端直供户,负责了解用户需求,以及对产品质量、交货期、使用性能、售后等方面满意情况,协调有关职能部门督导,实现企业与客户的无缝对接;销售人员履行岗位销售职责的同时,配合上级包保责任人做好客户服务工作。
(4)结合国内重大项目进行产品研发和质量升级。
结合项目研发,不仅能够研发更高质量级别的钢板,逐步实现产品的升级换代,构建技术壁垒,还能将研发产品实现工程应用,起到工程的示范效应。
舞钢结合三峡集团白鹤滩、乌东德巨型电站等国内重点水电项目,开发成功最大厚度285mm的S550Q钢板并成功应用,用于水电站项目制造固定导叶及环板。
8、加强用户应用技术研究,推进联合研发
通过EVI先期介入模式,深入到用户研发制造环节。
先重点进行钢板的应用技术研究,一是研究用户在钢板使用过程的卷制、加工等工艺,了解用户真实性能需求,对用户关注的性能进行有针对性调整的同时,在产品选型及性能设计上引导用户需求。
二是与焊材厂合作进行焊接工艺及焊材开发,为终端用户提供焊接工艺及配套焊材。
三、节约社会资源与保护环境的创造性要点
1、减少压力钢管、蜗壳和岔管的壁厚,达到节约钢材的效果,并且随着钢板的减薄,钢板的焊接难度也随着减少,为节约型社会的建设做出了突出的贡献。
2、水电钢在生产过程中的副产煤气、余热、余能、废水、固体废弃物等都能得到再次应用,达到能源的循环利用。
四、主要专有技术和专利介绍
为了满足水电用高强钢WSD690E的高机械性能和低焊接裂纹敏感性要求,舞钢公司结合现有装备情况,采用了专有的生产技术,具备先进性。
1、专有技术介绍
(1)降低钢中夹杂物含量的技术。
舞钢在冶炼低碳含硼高强水电钢WSD690E时,采取了降低钢中氮化钛夹杂物的生产技术,通过对钛合金加入时机的控制,使钢液中先形成氮化钛夹杂物,然后让通过后期的夹杂物上浮和球化夹杂工艺,降低钢液中的碳化铁夹杂物含量。
利用该技术,舞钢生产的WSD690E夹杂物级别在0.5级以下,为钢板高冲击性能要求提供了有力的保障。
(2)提高钢淬透性的技术。
由于WSD690E的设计初衷主要是低焊接裂纹敏感性,成分要求碳含量在0.09%以下,导致钢的淬透性明显低于同级别高强结构钢,所以提高WSD690E的淬透性是保证钢板高机械性能的必然前提。
舞钢公司采用“以钛为主、以铝为辅、固氮保硼、提高淬透性”的生产技术,有效的提高了钢中酸溶硼含量,提高了钢的淬透性。
通过此技术,舞钢公司生产的WSD690E钢淬透性高,钢板组织为板条贝氏体,实物性能强度适中,-40℃平均冲击功达到200J。
(3)精准回火控制技术。
WSD690E的典型组织为板条贝氏体,回火过程中碳化物析出量多少直接影响钢板实物性能,过多或过少都会造成性能不合格。
舞钢公司通过精准控制钢板的回火升温和保温时间,精确控制碳化物析出数量,有效的保证了钢板实物性能。
专利:
1.发明专利:
一种大型发电机用钢板及其生产方法,专利号:
ZL4561.2;
2.一种大厚度Z向钢板的生产方法,专利号:
ZL20
3.一种水电工程用易焊接调质高强韧性钢板及其生产方法,专利号:
ZL3641.7
4.发明专利:
一种水电用大厚度易焊接调质高强度钢板及其生产方法,专利号:
5992.1;
5.发明专利:
水电用调质型大厚度易焊接Z向高强度钢板及其生产方法,专利号:
3949.X;
6.发明专利:
一种水电用正火型大厚度易焊接高强度钢板及其生产方法,专利号:
3958.9;
7.发明专利:
屈服620MPa级水电工程用热轧钢板及其生产方法,专利号:
ZL8306.9
8.实用新型专利:
宽厚板用大型可调钢锭模,专利号:
ZL0489.8
9.实用新型专利:
一种固定水柱脉冲反射法探伤钢板的装置,专利号:
ZL0732.x
10.实用新型专利:
清理锭模用除尘装置,专利号:
ZL5139.5
11.实用新型专利:
板坯结晶器,专利号:
ZL5143.1
12.实用新型专利:
模铸浇注用十位底盘装置,专利号:
ZL9197.X
13.实用新型专利:
板坯电渣炉用二次冷却风管,专利号:
ZL9476.X
14.实用新型专利:
一种可以开合的大锭坯结晶器,专利号:
ZL7270.8
15.实用新型专利:
一种厚钢板淬火装置,专利号:
ZL0200.X
三、数 据 对 比
1.产品指标对比(性能、成分、精度、表面质量、包装、批量稳定性……)
舞钢WSD690E钢板与国内、外同类产品实物化学成分对比(≥60mm~120mm钢板)见表1。
表1WSD690E钢板与国内、外同类产品实物化学成分对比
厂家
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cu
Cr
Mo
Pcm1)
Ceq2)
舞钢60mm85mm
0.08
0.10
1.26
0.005
0.002
0.83
0.25
0.38
0.40
0.227
0.49
舞钢85mm100mm
0.09
0.11
1.12
0.006
0.002
1.23
0.26
0.39
0.48
0.243
0.51
国内某厂54mm
0.08
0.10
1.36
0.006
0.002
0.41
0.24
0.44
0.39
0.226
0.51
国内某厂140mm
0.1
0.09
1.00
0.006
0.004
1.44
0.24
0.47
0.48
0.253
0.52
SUMUTOMO70mm
0.12
0.08
0.85
0.01
0.003
0.74
0.19
0.74
0.35
0.257
0.550
JFE-HITEN780M85mm
0.13
0.17
1.00
0.006
0.001
0.87
0.22
0.58
0.45
0.279
0.557
SSABWELDOX70060mm
0.16
-
1.02
-
-
0.60
-
0.60
0.47
-
0.57
GlobblechS690Q120mm
0.17
-
1.38
-
-
0.74
-
0.93
0.50
-
0.75
注:
1)Pcm(%)=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B
2)Ceq(%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
舞钢WSD690E钢板与国内、外同类产品实物拉伸性能对比(≥60mm~120mm钢板)见表4.2。
表2WSD690E钢板与国内、外同类产品实物拉伸性能对比
厂家
规格
Rp0.2
MPa
Rm
MPa
A
%
ZzAVE
%
冲击
℃
1/4板厚冲击功(横向)
KV2,J
舞钢
100
819
868
18.0
55
-40℃
171
180
198
-50℃
182
180
145
舞钢
100
805
859
17.0
57
-40℃
175
206
172
-50℃
175
184
179
舞钢
85
808
848
16.5
61
-40℃
169
174
168
-50℃
169
101
173
舞钢
60
773
823
17.5
60
-40℃
149
163
133
-50℃
154
123
130
舞钢
60
765
814
19.0
58
-40℃
127
141
125
-50℃
148
118
119
舞钢
60
773
823
17.5
57
-40℃
192
154
173
-50℃
105
110
85
国内某厂
54
807
755
20.0
66
-40℃
270
269
272
国内某厂
140
818
770
22.0
56
-50℃
219
211
218
JFE-HITEN780M
85
798
849
23.0
-
-35℃
249
-
-
WELDOX700
60
680
800
14.0
-
-40℃
100
121
116
S690Q
120
821
891
15.0
-
-20℃
88
74
69
注:
检验位置为板厚1/4处。
舞钢WSD690E钢板与国内、外同类产品实物5%变形时效性能对比(≥60mm~120mm钢板)见表4.3。
表3WSD690E钢板与国内、外同类产品5%变形时效实物性能对比
规格
位置
时效
方向
冲击功(横向)
KV2,J
85
1/2
-20℃
横
205
201
175
1/4
-20℃
横
177
196
151
60
1/2
-20℃
横
171
128
122
1/4
-20℃
横
220
218
217
100
1/2
-20℃
横
231
175
216
1/4
-20℃
横
131
175
222
60
1/2
-20℃
横
257
250
250
1/4
-20℃
横
222
227
243
54
1/4
-20℃
横
247
251
248
140
1/4
-20℃
横
260
255
250
舞钢WSD690E钢板的冲击韧性甚至优于国内外同类产品。
舞钢生产的大厚度水电用低焊接裂纹敏感性调质高强钢板达到了国际先进水平,完全可以替代进口。
(简明写明要点,不够可加页)
四、效 益 计 算
效益计算(近3年数据计算)
1.企业直接经济收益计算
如:
单位成本构成,产量,资金周转周期变化,总产值、销售额、利税变化和计算依据;
年份
完成单位
其他应用单位
新增销售额
万元
新增利润
万元
新增销售额
新增利润
2015
111122.4
34142.4
2016
218383.2
65910.3
2017
96715.2
27034.8
累计
426220.8
127087.5
各栏目的计算依据:
2015年,生产销售水电用高强钢板达157620吨,新增销售额111122.4万元,新增利润34142.4万元;
2016年,生产销售水电用高强钢板达309763吨,新增销售额218383.2万元,新增利润65910.3万元;
2017年,生产销售水电用高强钢板达137185吨,新增销售额96715.2万元,新增利润27034.8万元。
综上,近3年舞钢生产销售水电用高强钢板共604568吨,新增销售额426220.8万元,新增利润127087.5万元。
尚存在问题和进一步发展的目标
近年来,国内外水电用低焊接裂纹敏感性高强钢板的设计标准逐年提高,为了适应市场需求,同时为了让舞钢继续走在水电用钢板科研开发以及生产的最前沿,项目组的下一步研究方向如下:
1、为了适应更恶劣的环境,更低冲击温度、更高冲击性能要求的水电钢市场需求已经形成,同时为了提高抗震性,降低钢板屈强比也势在必行,这都是舞钢公司针对水电钢WSD690E的下一步研究方向。
2、考虑节能降耗、设备减重、施工方便、提高设备安
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