[00144258]重型起重机械用高性能钢研制及应用关键技术开发

“十一五规划”立足扩大国内需求推动发展,推进基础设施重点工程,研制一批对国家经济安全、技术进步、产业升级有重大影响和带动作用的重大技术装备。规划实施以来,建设施工更加注重高安全、高质量和高效率,由传统的现场作业朝“模块化、大型化、集约化”方向发展。国家重大工程建设的单个模块可达数百吨,起升高度最高超过100米,高吨位、大力矩、灵活机动的重型起重机械是最为关键的施工装备之一,高强钢在关键承载部件的应用代表着起重机制造行业的最高水平。项目实施之初,起重机技术最优水平的代表是德国LIEBHERR、奥地利Palfinger、法国POTAIN等公司,高强钢在起重臂、拉杆及底盘等关键部件已逐步应用,屈服强度700MPa以上高强钢制造技术一直被国外SSAB、RUUKKI和JFE所垄断,订货周期长达8-12个月,同时,高强钢应用过程中的焊接软化、焊缝开裂、焊接窗口窄、折弯开裂反弹等问题,制约重型起重机械的安全性和高强钢的广泛应用,替代进口,自主研发高性能高强钢是解决我国重型起重机升级换代“卡脖子”难题的关键举措。 在国家、北京市、江苏省重点项目支持下,首钢联合徐工集团、北京科技大学等单位构建“产学研用”协同创新联合体,该项目历经12年,形成了重型起重机械用高强钢的研制及应用的成套技术,解决了“无材可用”和应用过程中焊接软化及开裂、折弯开裂等系列难题。项目主要创新点如下： 1.发明了多因素、复杂工况制约条件下的钢材、配套焊材设计及组织调控方法,形成高性能钢研制、轻量化结构设计、制造工艺、仿真验证、试验验证相结合的成套创新技术,满足了重型起重机械大型化、轻量化、差异化的用钢需求,起重力矩由不足1000KN·m提升至88000KN·m,起重吨位由不足70吨提升至3000吨级,起重高度由不足50米提升至156米,屡创世界纪录,引领国际重型起重机的发展趋势。 2. 发明了重型起重臂用钢高疲劳性能综合控制技术及马氏体相变与碳氮化物析出协同强化控制技术,形成了全流程冶炼、轧制控制技术、高平直度板形和性能一致性控制技术,研制出700~1300MPa系列重载起重机械高性能钢板,疲劳强度高于同类钢板80MPa,高温回火强度比同等钢板高90~100MPa,不平度≤1mm/m。成功应用于百吨级以上起重臂及拉杆的长臂距、薄壁、高刚度结构,以及底盘的复杂箱型结构,引领国内外起重机制造趋势。 3.发明了碳当量、裂纹敏感指数修正式,将Ti、Nb的影响系数量化为-（0.2~0.4）Nb及-（0.2~0.3）Ti,进一步明确了微观纳米级析出相粒子演变行为与宏观力学变化机制的关联度。开发出700~1300MPa系列高性能钢配套焊接材料及焊接技术,形成了焊接强度、韧性、塑性等多目标协同控制技术,提高焊接效率 80％,焊接强度比其他同等级别钢板高150~200MPa,疲劳强度提升＞25%,焊缝塑性提升2倍。 4.首创了基于惯性释放和局部刚度寻优原理的准动态结构受力模型,实现重载机械结构轻量化和安全耐久设计。降低整机重量及分系统载荷10%以上,实现百吨以下级产品由五桥到四桥、百吨级产品由六桥到五桥的技术突破,最高车速达到了85km/h。局部应力降低15%,进一步提升起重臂在工作时的安全性,达到国际领先水平。 本项目授权发明专利32项、实用新型专利23项,论文132篇。研制的高性能系列高强度超高强度起重臂用钢、车架用钢、大梁用钢、车桥用钢、车轴用钢、车轮用钢,完全替代进口,先后应用于徐工集团、中联重科、北汽福田、新宏昌重工等行业龙头企业,应用于全球领先的大型轮式起重机、大型履带式起重机的起重臂、拉杆及底盘结构,起重吨位最大达3000吨级,起重高度最高达156米,屡创世界纪录,占全球总量的1/3。以及8×4重载公路自卸车、重载矿用自卸车（150T）、16 m3混凝土搅拌车的车厢、罐体、车架底盘等关键结构等,应用范围达15个种类工程装备200余款产品。这些重型工程装备是中国制造的“名片”,应用于“一带一路”的中亚最大规模札纳塔斯100兆瓦风电项目、瓜达尔港建设项目、达苏水电站等一批重点项目,在世界最大的首都新机场、轨道交通工程、南水北调、冬奥场馆、雄安新区、雷神山医院、火神山医院、小汤山医院的建设施工中,极大地缩短建设工期,为美丽首都建设作出了突出的贡献,彰显北京的科技创新中心的实力。2017年~2019年, 700~1300MPa级系列高强钢75万吨,项目收入32亿元。本项目有力地支撑了我国重型起重机械高端用材的“国产化”,为中国高端装备制造业技术水平提升和形成核心竞争力做出了重要贡献。