东北大学先进铁素体不锈钢研发取得突破性进展

由东北大学参与完成的“先进铁素体不锈钢制造技术与系列品种开发”项目获得了2014年度国家科技进步二等奖，项目实现了铁素体不锈钢关键技术突破和生产装备的大型化、规模化、连续化、高效化，优化了我国不锈钢品种和消费结构，大量替代进口，对提升我国不锈钢产业整体竞争力具有重要的战略意义。以材料与冶金学院姜周华教授为代表的东北大学研究团队参与完成了先进铁素体不锈钢生产线流程再造等项目核心工作，承担了铁素体不锈钢高效精炼工艺技术开发和理论指导工作，同时对超铁素体不锈钢组织性能开展了系统研究，为整条生产线的顺利打通奠定了坚实的基础，也为铁素体不锈钢系列品种开发做出了重要贡献。

 

与传统奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢只含有少量甚至不含镍，节约镍资源的同时也大大降低了原料成本。由于具有热膨胀系数低、导热性好、耐应力腐蚀性能优异等独特性能，铁素体不锈钢在汽车排气系统、铁路货车运输、家电、海洋装备、建筑装饰和厨房器皿等领域具有十分广阔的应用前景，可以直接替代奥氏体不锈钢及碳钢、铜、塑料等材料，而此前由于生产品种和结构不合理导致我国一直大量依赖进口来满足国内市场需求。

 

历经多年探索，东北大学与太钢校企联合，依靠自主创新集成了世界上最先进和最具竞争力的铁素体不锈钢(为主)全流程生产线、工艺技术和专用装备。与国内外现有铁素体不锈钢产线相比，成功解决了中高铬铁素体不锈钢超低碳氮冶炼难度大、铸坯易开裂和表面修磨困难、无法实现铸坯热送、冷轧板表面质量控制难度大等关键技术难题。新流程全线成本降低了7.2%，可生产超宽、超厚、超薄等极限规格的特色产品，在产品质量、生产效率、合金和气体消耗、生产规模、成本、高端品种以及产品规格覆盖面等方面都达到了国际领先水平。

 

东北大学提出了“脱碳任务再分配”的新思路，把国外传统的“AOD+VOD两步法脱碳”创新为“BOF+AOD+VOD三步法脱碳，创造性地开发了“三步法脱碳”高效冶炼新工艺，显著改善了脱碳保铬的条件和效果，成功实现了中高铬铁素体不锈钢冶炼的高效化、超纯化和低成本化，为整条生产线的顺利打通迈出了关键一步。

 

“连铸坯横裂控制技术”“低成本、高光亮度成套工艺技术”“三步法脱碳”“铸坯热磨热送”“层流密集均匀冷却和低温卷取技术”等一系列关键技术突破使太钢的铁素体不锈钢生产工艺技术跻身世界前列。目前太钢铁素体不锈钢产量已经跃居全球第一，比例由2004年的9.44%提高到2013年的45%以上，远远超过世界30%的平均水平。2011-2013年产量达339万吨，节镍24.7万吨，实现新增利税30.74亿元，出口创汇4.9亿美元。

 

此外，几家单位还围绕国家重要领域和民生改善需求开发了30余个铁素体不锈钢新品种，其中14个产品在国内市场占有率都排名第一。研发过程中，姜周华带领副教授李花冰、李阳等团队骨干成员，通过铁素体不锈钢成分对其组织性能影响的研究，为项目设计铁素体不锈钢产品品种的成分设计、冶炼、连铸和热加工工艺的制定提供了强有力的理论指导。铁路货车用T4003不锈钢满足了铁路运输“高速、重载”的发展要求，使货车减重15%，生命周期成本降低30%，使用寿命由25年提高到35年，检修周期由8年提高到12年;409L、429、436L等牌号的汽车排气系统全系列铁素体不锈钢产品达到国四、国五标准，实现了汽车排气系统用铁素体不锈钢国产化;制造难度极大、耐蚀性可与Ti材相媲美的超级铁素体不锈钢TTS446满足了滨海电站等高端行业需求;极限宽度达2000mm世界上最宽的铁素体不锈钢冷轧带钢填补了国内空白。