宝钢低合金高强度钢的最新进展
摘要：经过几十年的研究和发展，低合金高强度钢已得到广泛使用并在经济中占据重要的地位。本文从环境保护的角度，介绍了宝钢低合金高强度钢的最新进展。宝钢一直将实现高强度、高韧性、使用寿命长、用途广泛作为创新的重点，旨在为下游产业提供节约能源和减少污染的途径。
关键词；低合金高强度钢；环境保护；节能和减少污染
1 引言
在全球气候变化的背景下，抑制碳排放已经成为全世界共同关注的问题。作为一种基本的原材料，钢在经济建设中起着重要的作用，但是，在钢的生产过程以及钢产品的应用过程中，有一定程度的碳排放。钢铁行业能够通过技术进步减少碳排放。此外，必须提供具有竞争力的钢材，作为解决下游部门技术进步和减少排放的一个方法。同时，下游部门的发展提出研发新钢种的要求，这成为钢铁行业持续创新的驱动力。这篇文章从环境保护的角度，介绍了宝钢低合金高强度的最新发展，论及宝钢高强度、高韧性、使用寿命长、用途广泛的钢的连续创新。
2 高强度
高强度钢已被证明是一种汽车行业实现更轻、更安全、更经济的目标的技术上的一种解决方案。宝钢重点关注汽车用高强度钢的发展，几年来宝钢研发出各种高强度钢。如图1所示，宝钢汽车用冷轧板最高强度为1500MPa，连续镀锌线板最高强度为1200MPa。享有国内市场69%的份额，宝钢成功建立了一条超高强度钢板生产线以及激光焊接、液压成型和热冲压零件生产线。随着高强度汽车用钢板使用量的增加，宝钢逐步扩大钢板的生产规模。图1示出宝钢高强度钢板和先进高强度钢板的年销售量，2009年占国内市场高强度钢69%的市场份额。
Table 1 Varieties of high strength steel (HSS) sheets available in Baosteel
表1 宝钢高强度钢板品种
图1 宝钢汽车用高强度钢板年销售额
同时，宝钢还致力于汽车板先进加工技术的应用研究，包括激光焊接、液压成型和热冲压，2006年，宝钢向上海汽车工业公司(SAIC)提供一种针对其新型国内研发汽车的解决方案包。目前，宝钢正在研究B柱前保险杠、后轴等的解决方案。
使用高强度材料的解决方案不仅适用于汽车行业，也适用于其它行业，比如建筑机械和集装箱。例如，集装箱用钢板从345MPa发展到600MPa 和 700MPa，
工业试验管线钢的最高级别为X120，矿山液压支架用高强度建筑机械厚板超过960MPa。高强度钢已成为钢材创新的一个发展趋势。
3 高韧性
在提高工程安全要求的背景下，高韧性和高强度一起成为最重要的安全因素。宝钢已经研发出具有优良的韧性和强度的优质钢制品，满足管道、容器和核电站项目等的发展要求。
宝钢管线钢发展与中国油气管道的发展同步。表2示出宝钢最近20年管线钢发展的特点。宝钢管线钢产品已从“铁素体+珠光体”X42发展到“针状铁素体”X70和X80 ，韧性从-20℃以下2090 J的冲击功增至240 J，厚度从过去的10 mm以下增至现在的33 mm。产品品种从过去唯一的线圈发展为线圈、厚钢板和焊管。
表2 宝钢管线钢品种、等级和产品的发展
图2示出2009年宝钢生产的不同级别的管线钢以及年产量。可以看出，产量
在逐年增加，2009年产量达近1亿吨。同时，近年来高级别管线钢需求量增大，2009年市场上60%的管线钢是宝钢生产的X70。这种钢的应用范围从陆地，穿过沙漠、戈壁、山脉、沼泽、平原，延伸到海洋，对中国远距离石油和天然气管道建设的发展起到了极大的促进作用。
图2 2009年宝钢生产的不同级别的管线钢以及年产量
鉴于近年来的石化炼油厂的要求，宝钢研发并生产出低焊接裂纹敏感性、高强度厚板，其抗拉强度为610MPa，20℃、-40℃、 -50℃平均夏比V型缺口冲击韧性不低于100J。其中-50℃时B610CF-L2 (07MnNiMoVDR)满足大型乙烯、丙烯低温球罐用钢的要求，表3和表4列出其化学成分和力学性能。中国第一次实现国产化并成功应用于惠州炼油厂和天津Megat乙烯项目。
表3 B610CF-L2 (07MnNiMoVDR)高强度厚板的化学成分
表4 B610CF-L2 (07MnNiMoVDR)高强度厚板的力学性能
表5 SA738Gr.B高强度AP-1000核电站安全壳用厚板的力学性能
为了满足第三代核电站关键材料国产化的要求，宝钢成功研发出一种低合金高强度安全壳用钢板SA738Gr.B。表5示出用于-45℃冲击试验的该钢板的力学性能。宝钢已生产15,000吨SA738Gr.B钢板，这些钢板成功用于浙江三门和山东海阳核电站的建设。
4 长使用寿命设计
设备和部件使用寿命长有助于节能减排。宝钢为各种部门提供高性能、长使用寿命材料。
为了满足铁路车辆抗大气腐蚀性能和低成本要求，宝钢研发出抗大气腐蚀钢，该钢具有高抗大气腐蚀性能，在减少生产和维修成本的情况下，合理延长了铁路车辆的使用寿命。几年前宝钢研发出铁路车辆用高强度抗大气腐蚀钢Q450NQR1。
2010年，宝钢研究开发出新一代抗大气腐蚀钢板S450EW（图3），表6示出其力学性能。
宝钢通过了铁路部的技术检测和认证。同时，宝钢参与起草技术规范。该产品的成功开发为实现“高负荷高速度”这个高轴重铁路车辆发展目标提供材料保证。
图3 不同铁路车辆用抗大气腐蚀钢比较
表6 新一代抗大气腐蚀钢S450EW的化学成分和力学性能
为了处理CO2，在宝钢对国内油田CO2腐蚀失效和腐蚀机理研究的基础上，采用非晶表面改性原理研究Cr、Mo、Cu、Ni、Ti、Nb和W对CO2腐蚀的影响。新钢种的碳含量为大约3%。该产品系列的等级和性能如表7所示。
新钢种的抗CO2腐蚀性能比传统N80、P110产品的抗CO2腐蚀性能高3倍，抗H2S性能完全符合NACE标准要求，成本只增加了大约30%，比13Cr高合金抗CO2腐蚀钢管成本低得多。表4示出经济型3Cr和部分普通的典型表面腐蚀形貌。到目前为止，已供应100,000 t该种，为油田节约了大量投资。同时，对中国含CO2 和 H2S的油气井的材料选择具有在重要意义。
表7 BG系列经济型抗 CO2 和CO2＋H2S腐蚀与铸件的等级与性能
图4 经济型3Cr和部分普通的典型表面腐蚀形貌
5 用途广泛
在高强度大型原油储罐用钢板国产化的过程中，宝钢研发出
B610E(08MnNiVR)高强度淬火+回火厚板B610E (08MnNiVR、12MnNiVR)。表8和表9列出其化学成分和机械性能。在对进口焊接材料改进的基础上，研发出国内焊接材料，大规模用于建造容积为100000 m3的大型浮顶罐。宝钢一直致力于研发高强度大型原油罐用厚板，包括125000m3和 150000m3。目前，宝钢是150000m3高强度钢板唯一供应商。宝钢高强度钢板被用于在中国不同地区建造了300多个容积为100,000m3、 125,000m3和150,000m3原油罐。多年来该钢板总供应量一直最大。现在宝钢正在研发200,000m3原油罐用钢板。
表8 B610E (08MnNiVR、12MnNiVR)高强度大型原油储罐用钢板的化学成分
表9 B610E (08MnNiVR、12MnNiVR)高强度大型原油储罐用钢板的力学性能
耐磨损钢板要求高硬度、高强度、高韧性、优异的焊接性能和良好的成形性，主要用于矿山、建筑机械领域，包括车辆和设备，比如矿山用电动轮自卸卡车、混凝土搅拌机等，这些车辆或设备每天都接触铁矿石、煤炭、煤浆、混凝土，需要高水平的耐磨性能。2007年以来，基于对钢材成分、性能和工艺的研究，宝钢成功研发出具有不同硬度水平的耐磨钢板系列，比如BHARDY360, BHARDY400、BHARDY450 和 BHARDY500。生产出30000 多吨钢板，其中，宝钢是国内市场免预热BHARD400CFE唯一供应商，性能如表10所示。
表10 B-HARD400CFE耐磨钢板的力学性能
6 低成本
低成本和高质量一直是钢材生产商的终极目标。随着现代冶金技术和设备技术的发展，通过控制轧制和微合金技术，能够设计出低成本高质量高强度低合金钢。宝钢一直致力于通过新工艺和新设备，在降低生产成本的同时，改进钢材质量。
随着现代冶金技术和设备技术的提高，通过控制轧制和微合金技术，“水代替合金”被用于减少生产成本。2005年以来，宝钢5m 和 4.2m厚板轧机已配备了加速冷却（ACC）/直接淬火（DQ）在线加速冷却系统和强力矫直机。通过TMCP工艺和DQ技术，宝钢已成功开发出TMCP高强度船板钢和高强度低焊接裂纹敏感性建筑机械用钢。降低了合金总量和，提高了钢的焊接质量，保持了硬度等级。另一方面，在目前合金成分的基础上，大大提高了高强度钢的质量（图5）。
7 结论
随着环保意识的增强，作为目前和将来都不可替代的材料，钢得到了进一步发展。现在，宝钢建立了以客户为导向操作机构，以加强与客户的合作，强化其客户技术服务模式，推进环境友好型产品设计。宝钢将继续创新，以研发出高
强度、高韧性、长使用寿命、用途广泛的钢材，为下游用户提供解决方案，为减少低碳社会做出应有的贡献。
