蔡巧玉

隨著新中國(guó)70多年的發(fā)展，我國(guó)鋼鐵工業(yè)已經(jīng)成為最具全球競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)，連續(xù)多年鋼材產(chǎn)量近10億噸/年。鋼材作為用量最大的金屬材料，一直以來(lái)都是海洋、交通、能源等行業(yè)的支柱性原材料。盡管中國(guó)已經(jīng)是鋼鐵大國(guó)，但卻并非一個(gè)鋼鐵強(qiáng)國(guó)，怎樣才能實(shí)現(xiàn)從鋼鐵大國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變？東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任劉振宇給出了答案，他說(shuō)：“創(chuàng)新鋼鐵工藝，開發(fā)鋼鐵新產(chǎn)品，推進(jìn)智能制造，提高品種質(zhì)量，為中國(guó)成為鋼鐵強(qiáng)國(guó)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)，才能支撐起中國(guó)鋼鐵的脊梁?！?/p>

如今，劉振宇和團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)艱難攻關(guān)，完成了“鋼材熱軋過(guò)程氧化行為控制技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”這一項(xiàng)目的研發(fā)，全面實(shí)現(xiàn)了鋼鐵熱軋技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，榮獲2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

潛心鉆研

劉振宇團(tuán)隊(duì)

2003年，劉振宇從日本北海道大學(xué)回國(guó)，回到了自己的母?！獤|北大學(xué)，從事鋼鐵材料高溫性能方面的研究。2005年，國(guó)家按照最新的環(huán)保要求，拆除了原有的大梁板生產(chǎn)線，從日本進(jìn)口了全套的新生產(chǎn)線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)日本的大梁板生產(chǎn)線已無(wú)酸洗工序。為解決這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)主要鋼鐵企業(yè)紛紛開始研發(fā)免酸洗技術(shù)。劉振宇抓住了和鞍鋼集團(tuán)有限公司合作的機(jī)會(huì)，用了一年多的時(shí)間，率先開發(fā)了“免酸洗熱軋鋼板生產(chǎn)技術(shù)”，使我國(guó)大型汽車企業(yè)擺脫了對(duì)進(jìn)口汽車大梁板的依賴，“其各項(xiàng)指標(biāo)可以達(dá)到日本的免酸洗鋼水平”。

開發(fā)“免酸洗熱軋鋼生產(chǎn)技術(shù)”是劉振宇和團(tuán)隊(duì)對(duì)鋼材熱軋過(guò)程氧化行為控制技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的第一步，他們摸索出了一些經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，劉振宇還開發(fā)了易酸洗熱軋鋼生產(chǎn)技術(shù)。鋼材氧化皮厚度由約12μm降低至5μm～8μm，F(xiàn)e2O3含量由原始的20%降低至2%以下，酸洗效率提高20%以上，噸鋼用酸量下降15%以上，酸洗后表面質(zhì)量明顯提高。高強(qiáng)酸洗板表面缺陷率由項(xiàng)目實(shí)施前的2.7%降低至0.6%以下，滿足了寶馬等汽車企業(yè)及海爾等家電企業(yè)的嚴(yán)格要求，完全替代了國(guó)外同類產(chǎn)品。2008年，劉振宇及其團(tuán)隊(duì)榮獲中國(guó)冶金科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。2009年易酸洗熱軋鋼鐵技術(shù)被《中國(guó)冶金報(bào)》評(píng)為冶金行業(yè)節(jié)能減排標(biāo)志性技術(shù)。

困難中尋突破

2008年以后，隨著我國(guó)的鋼材高強(qiáng)化趨勢(shì)發(fā)展越來(lái)越快，逐漸從510MPa級(jí)向610MPa級(jí)發(fā)展，鋼材成型技術(shù)也從沖壓成型向輥壓成型發(fā)展，“這個(gè)時(shí)候按照日本標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制氧化鐵皮，就不太適用了”。

為此，劉振宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做了大量的基礎(chǔ)研究工作，特別研究了軋制過(guò)程當(dāng)中高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分對(duì)氧化行為的影響，發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)“變形+氣氛+溫度”多因素耦合的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，劉振宇從實(shí)際熱軋生產(chǎn)工況出發(fā)，建立熱軋過(guò)程氧化皮厚度、結(jié)構(gòu)演變模型。最終，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出適用于熱軋環(huán)境的FeO相變動(dòng)力學(xué)精準(zhǔn)控制技術(shù)，可以生產(chǎn)出400～800MPa級(jí)免酸洗鋼，冷加工氧化皮掉粉量由100mg/dm2降至3mg/dm2。

這個(gè)技術(shù)有多難呢？2015年，美國(guó)車橋制造國(guó)際控股有限公司向全世界招標(biāo)800MPa級(jí)別的高強(qiáng)鋼用于制作車橋，并且要求車橋成型以后，每平方分米氧化皮掉粉量不能超過(guò)10mg。“這是非?？量痰囊?，日本的新日鐵公司沒(méi)敢接，歐洲的鋼鐵公司也沒(méi)敢接。”最后由馬鞍山鋼鐵股份有限公司（簡(jiǎn)稱“馬鋼”）接下了合同，他們與劉振宇的團(tuán)隊(duì)合作，在2016年成功生產(chǎn)出了超高強(qiáng)度級(jí)別免酸洗鋼，每平方分米氧化皮掉粉量在3mg以下。“比美國(guó)車橋公司的要求還低了很多，所以馬鋼基本上壟斷了車橋最高強(qiáng)度級(jí)別的這種原材料供應(yīng)，一年的穩(wěn)定供貨量大概是15000噸?！?/p>

解決超高強(qiáng)度級(jí)別免酸洗鋼的生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，是劉振宇和團(tuán)隊(duì)對(duì)鋼材熱軋過(guò)程氧化行為控制技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的第二步，但劉振宇并沒(méi)有滿足于此。他深知我國(guó)的鋼材表面質(zhì)量一直與歐美國(guó)家差距較大，鋼材往往有起粉、花斑、色差等嚴(yán)重的表面缺陷，嚴(yán)重破壞了鋼材的動(dòng)態(tài)承載能力及使用壽命等服役性能，制約著我國(guó)鋼材向高端制造深入的腳步。

“我國(guó)生產(chǎn)的中厚板有個(gè)特點(diǎn)，性能方面基本上沒(méi)有什么太大問(wèn)題，但產(chǎn)品的表面質(zhì)量比較差，很難進(jìn)入國(guó)際的高端市場(chǎng)?！眲⒄裼钔ㄟ^(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，表面質(zhì)量問(wèn)題70%以上是由于熱軋生產(chǎn)中氧化控制不當(dāng)造成的。因此，如果能控制好熱軋過(guò)程的氧化行為，就能在最大限度上解決鋼材的表面質(zhì)量問(wèn)題。

“這個(gè)事一開始沒(méi)什么人重視，覺(jué)得表面質(zhì)量可以通過(guò)修磨解決。”劉振宇告訴記者，國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)是禁止局部修磨，一次成型。因?yàn)槿绻植慨a(chǎn)生缺陷，鋼板的使用壽命要降低30%以上，換言之，就是禁止表面產(chǎn)生任何缺陷。

“我們做了大量的工作，但理論基礎(chǔ)是相通的，都是多因素耦合的熱軋過(guò)程氧化行為研究?！痹谶@個(gè)基礎(chǔ)上，劉振宇開發(fā)出高表面質(zhì)量中厚板的生產(chǎn)技術(shù)。以唐山鋼鐵集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱“唐鋼”）為例，在技術(shù)攻關(guān)之前，唐鋼生產(chǎn)的中厚板供應(yīng)給日本高端工程機(jī)械制造企業(yè)，是會(huì)被百分之百退貨的。劉振宇和團(tuán)隊(duì)在經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)之后，使高表面質(zhì)量中厚板的生產(chǎn)技術(shù)在杭鋼實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，“比如說(shuō)小松機(jī)械、神戶制鋼，他們一年的工程機(jī)械用鋼基本上90%是從唐鋼訂貨，基本形成了完全的專供產(chǎn)品”。劉振宇自豪地說(shuō)，現(xiàn)在企業(yè)生產(chǎn)的中厚板全部都能滿足國(guó)家重大工程的需求。

握手大數(shù)據(jù)

工信部在《產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展指南（2017年）》中，明確強(qiáng)調(diào)了要加強(qiáng)鋼鐵流程大數(shù)據(jù)時(shí)空追蹤同步和大數(shù)據(jù)深度挖掘分析，以實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料智能化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品定制化制造、鋼材組織性能預(yù)測(cè)、鋼種歸并和鋼鐵全流程工藝參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制等目標(biāo)。

劉振宇和團(tuán)隊(duì)積極響應(yīng)，他們與寶鋼梅山公司、鞍鋼等企業(yè)通力合作，深入開展基于熱軋板帶鋼工業(yè)大數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)的研究，從實(shí)際熱軋生產(chǎn)工況出發(fā)，建立熱軋過(guò)程氧化皮厚度、結(jié)構(gòu)演變模型；基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，將機(jī)器學(xué)習(xí)和智能優(yōu)化理論應(yīng)用于模型參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高精度模型開發(fā)，并構(gòu)建熱軋氧化智能控制系統(tǒng)，開發(fā)出了以組織性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化為核心的鋼鐵智能化制造技術(shù)，有效解決了當(dāng)前鋼鐵企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)和用戶個(gè)性化需求之間的矛盾。

但是剛開始推廣鋼鐵智能化制造技術(shù)時(shí)，很多鋼鐵企業(yè)的技術(shù)人員對(duì)此并不信任，為此河鋼集團(tuán)有限公司為劉振宇的團(tuán)隊(duì)組織了一次軋卡實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)25噸鋼材，價(jià)值40萬(wàn)元。結(jié)果顯示，檢測(cè)到的氧化皮厚度和人工智能系統(tǒng)預(yù)測(cè)的結(jié)果完全吻合。至此，鋼鐵智能化制造技術(shù)非常順利地在各大鋼鐵企業(yè)應(yīng)用落地，實(shí)現(xiàn)了系列鋼種氧化皮厚度減薄15%以上的標(biāo)準(zhǔn)化控制，現(xiàn)場(chǎng)一次性調(diào)試成功并批量供貨?！坝辛诉@個(gè)技術(shù)，我們就可以在控制氧化行為的過(guò)程當(dāng)中，按照用戶的需求，來(lái)反向優(yōu)化制定相應(yīng)的軋制工藝?！眲⒄裼铋_發(fā)的鋼鐵智能化制造技術(shù)，不僅在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，而且出口至其他國(guó)家，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。這也是劉振宇和團(tuán)隊(duì)對(duì)鋼材熱軋過(guò)程氧化行為控制技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的第三步。

截至目前，劉振宇和團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套控制技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用于鞍鋼、河鋼、太鋼、寶武、馬鋼、漣鋼等19家鋼鐵企業(yè)，包括熱連軋、中薄板坯連鑄連軋、薄板坯連鑄連軋、中厚板高速線材等45條產(chǎn)線。鋼材氧化行為智能控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于韓國(guó)現(xiàn)代制鐵2#熱連軋生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了氧化行為的動(dòng)態(tài)跟蹤與最優(yōu)控制。作為熱軋領(lǐng)域的共性技術(shù)，該技術(shù)可推廣至不同熱軋產(chǎn)線，每年可覆蓋產(chǎn)能5億噸以上，具有良好推廣應(yīng)用前景。

15年來(lái)，劉振宇專注做一件事，研究鋼鐵材料質(zhì)量控制技術(shù)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷創(chuàng)新，解決了許多鋼鐵行業(yè)面臨的瓶頸問(wèn)題，先后獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)一等獎(jiǎng)9項(xiàng)、二等獎(jiǎng)6項(xiàng)，獲發(fā)明專利40余項(xiàng)，發(fā)表論文300余篇。

未來(lái)，劉振宇將與團(tuán)隊(duì)一起繼續(xù)搏擊在鋼鐵產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵性技術(shù)發(fā)展的浪潮中，發(fā)揮自己最大的力量，為我國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變交出一份讓人滿意的成績(jī)單。