2017年12月29日, '港珠澳大桥主体工程全线贯通' 入选人民日报评出的2017年国内十大新闻. 这座被国家主席习近平在2018年新年贺词中所提到的跨海大桥, 是世界总体跨度最长, 钢结构桥体最长, 海底沉管隧道最长的跨海大桥, 也是世界公路建设史上技术最复杂, 施工难度最高, 工程规模最庞大的桥梁. 被誉为 '新世界七大奇迹' 之一的港珠澳大桥, 大量应用东北大学王昭东教授带领团队研发的基于新一代控轧控冷工艺的高性能绿色桥梁钢, 成为东北大学以领跑世界的绿色冶金工艺服务国家重大战略需求的生动写照. 在日前召开的2017年度全国科技奖励大会上, 东北大学 '热轧板带钢新一代控轧控冷技术及应用' 项目获评国家科技进步二等奖.
复杂的海床结构, 恶劣的自然环境, 超长的跨度距离, 台风, 巨浪, 地震甚至是海水氯盐侵蚀等都对桥梁钢造成巨大的考验, 因此跨海大桥等超大跨度桥梁对桥梁钢的高强度, 可焊性, 防断性, 疲劳性, 耐蚀性等提出了极为严苛的性能要求.
跨海大桥用钢主要集中于管桩钢, 通航主桥的桥梁钢, 桥面护栏以及带肋钢筋, 其中管桩钢, 通航主桥的桥梁钢占钢材总量的60%, 仅管桩钢就占其钢材总量的50%左右. 管桩钢的材质大部分为热轧板卷, 通航主桥的桥梁钢材质主要规格为10~50mm之间, 主要为平板产品, 而东北大学的新一代控轧控冷技术正是热轧板带钢绿色制造的代表性工艺.
东北大学王昭东教授及其团队研发的新一代控轧控冷工艺, 建立了以超快速冷却为核心的细晶强化, 析出强化和相变强化的综合强韧化理论, 使钢材组织细化35%以上, 析出相尺寸减少25%以上, 有效满足了桥梁钢高强度和高韧性的需求. 通过优化的成分设计+控制轧制+轧后超快冷冷却这套组合拳, 团队获得了良好的组织配比, 在提高强韧性能基础上, 降低了屈强比, 满足了桥梁的抗震和抗应变设计. 依托超快冷装备, 采用在线热处理替代离线正火热处理, 大幅度降低了碳当量, 提高了焊接性能和韧性, 解决了传统正火桥梁钢板焊后分层, 韧性和表面质量差等系列问题, 促进了高性能桥梁钢标准的升级换代.
与鞍钢等钢铁企业长期进行深度合作的中铁山桥集团有限公司, 在建设港珠澳大桥, 美国阿拉斯加铁路大桥, 美国最大悬索桥——韦拉扎诺大桥桥面翻新工程, 大连普湾新区跨海大桥项目中, 使用3万吨以上应用了东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室自主研发的新一代控轧控冷工艺的桥梁钢板, 该类桥梁钢板在使用过程中性能稳定性良好, 表现出优异的强韧性和焊接性能, 钢板尺寸精度高, 表面质量优良, 各项指标均完全能够满足超大跨度桥梁结构施工的使用要求, 有力支持并大大提高了我国桥梁制造业的国际竞争力.
据悉, 热轧板带钢新一代控轧控冷技术, 是 '资源节约, 节能减排' 绿色钢铁制造的代表. 该项目创建了热轧钢材新一代控轧控冷技术体系, 开辟了节省合金元素, 提高钢材性能的新途径; 创建了热轧钢材一体化组织调控理论, 再造了一个绿色化钢材成分和工艺体系; 自主研制出系列首台套热轧钢材先进快速冷却装备与控制系统, 成为我国热轧钢材生产线主力机型; 阐明了热轧钢材组织演变规律和强韧化机理, 开发出系列低成本高性能钢铁材料.
依托这套节能减排的工艺, 东北大学自主研制出系列首台套热轧钢材先进快速冷却装备与控制系统, 这套装备已成为我国热轧钢材生产线主力机型, 覆盖了鞍钢, 首钢等50%以上的大型钢企, 实现了高品质节约型热轧钢材4000万吨/年的生产规模. 通过项目的实施, 80%以上热轧钢材强度指标提高100~200MPa, 主要合金元素用量节省20~ 30%, 促进了我国钢材由 '中低端' 向 '中高端' 升级换代. 研发的产品在西气东输, 海洋平台, 跨海大桥, 第三代核电站, 大型水面舰艇等国家战略性工程中应用, 取得良好效果. 该项目获发明专利87项, 发表SCI/EI论文149篇, 专著9部, 国际会议报告47次, 获得国内外同行的高度评价.
东北大学王昭东教授及其团队的成果构建起我国独有的节约型钢材生产理论体系, 减少了贵重金属的使用, 被相继列入科技部, 工信部, 发改委等5部委16项产业政策指南文件, 有力推动了我国钢铁工业节能减排和绿色化转型升级, 实现了我国钢铁材料性能的全面提升, 促进了重大冶金装备国产化进程, 满足了国家用钢急需, 提升了国家重大装备的自主保障能力. 与此同时, 该科研课题还为企业和社会培养高级人才和专业工程技术人员近百人, 提升了我国钢材制造及产品开发的专业技术水平.