東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室（RAL）本質(zhì)細(xì)晶鋼研究團(tuán)隊在王國棟院士指導(dǎo)下，學(xué)術(shù)骨干王超博士通過熱軋鋼材本質(zhì)細(xì)晶原理及機(jī)制的基礎(chǔ)研究，在解決第二相粒子演變規(guī)律及誘導(dǎo)相變形核機(jī)制等科學(xué)問題的基礎(chǔ)上，實驗室研究與工業(yè)化試制相結(jié)合，突破成分-冶煉-軋制-冷卻全流程組織性能調(diào)控核心技術(shù)，目前已成功實現(xiàn)本質(zhì)細(xì)晶鋼工藝技術(shù)在螺紋鋼產(chǎn)品領(lǐng)域的批量生產(chǎn)應(yīng)用，取得突破性研究進(jìn)展。該研究充分利用氧/硫/氮化物粒子的第二相誘導(dǎo)細(xì)晶作用，發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化作用機(jī)制，減少微合金元素的大量添加，降低了合金成本和生產(chǎn)難度，并形成了穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。目前，本質(zhì)細(xì)晶鋼技術(shù)已應(yīng)用于12~36mm規(guī)格HRB400E抗震螺紋鋼筋的工業(yè)化生產(chǎn)，組織性能良好，降成本效果顯著。基于該研究的相關(guān)工藝技術(shù)創(chuàng)新已申報國家發(fā)明專利5項，申報國際專利4項，形成了工業(yè)化成套工藝技術(shù)，可為企業(yè)提供一攬子系統(tǒng)解決方案。

螺紋鋼是建筑用鋼領(lǐng)域體量最大、應(yīng)用最廣的鋼材門類。對于鋼鐵行業(yè)，螺紋鋼產(chǎn)品生產(chǎn)相對簡單，應(yīng)盡可能采用簡單的成分和工藝，來獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品。2018年，我國實施了螺紋鋼新國標(biāo)GB/T 1499.2-2018，強(qiáng)化了對產(chǎn)品金相組織的要求。為滿足國標(biāo)要求，各螺紋鋼生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步強(qiáng)化采用釩或鈮微合金化技術(shù)，不但造成生產(chǎn)成本的增加，而且還將導(dǎo)致貴重合金資源的巨大消耗。針對新國標(biāo)提出的組織性能調(diào)控需求，尤其是大規(guī)格產(chǎn)品，迫切需要開展工藝技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)高品質(zhì)螺紋鋼的經(jīng)濟(jì)、綠色化生產(chǎn)。在機(jī)理研究方面，王超博士通過對冶煉、凝固、軋制過程氧/硫/氮化物的析出熱力學(xué)分析，明確了微細(xì)第二相粒子彌散分布的控制機(jī)理，考察了不同熱變形條件下奧氏體粗化規(guī)律及組織轉(zhuǎn)變行為，分析了氧/硫/氮化物誘導(dǎo)細(xì)晶相變形核機(jī)制，闡明了第二相粒子與組織演變的交互作用機(jī)制，為工藝技術(shù)開發(fā)提供了理論支撐。在基礎(chǔ)研究成果的工業(yè)化轉(zhuǎn)化實踐方面，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，基于對螺紋鋼工業(yè)生產(chǎn)流程中夾雜物演變規(guī)律開展的系統(tǒng)取樣分析，探索了氧、氮等元素最佳含量范圍及其控制手段，考察了鈦等元素的吸收率及其影響因素，確定了氧/硫/氮化物形成元素的最佳加入方式，探索了150t轉(zhuǎn)爐條件下成分和生產(chǎn)節(jié)奏控制要領(lǐng)，重點解決了快節(jié)奏下工序間的匹配和連鑄的順行問題，以及單線軋制和切分軋制下工藝參數(shù)對性能的影響規(guī)律。

經(jīng)過多輪的工業(yè)化試制，解決了不同產(chǎn)線中出現(xiàn)的實際問題，打通了冶煉、連鑄和軋制全工藝流程，在多輪的千噸級連續(xù)試制過程中，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品性能優(yōu)良，確立了成熟穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)工藝方案。通過本質(zhì)細(xì)晶鋼技術(shù)的實施，HRB400E螺紋鋼筋在非控軋控冷條件下減少微合金消耗，與常規(guī)含釩鋼筋相比晶粒度細(xì)化1.5級以上。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合不同標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格進(jìn)行成分和工藝的調(diào)整優(yōu)化，開發(fā)出Ti系、Ti-RE系、Ti-Cr系、Nb-Ti系、V-Ti系、Ca-Mg系、Ti-Ca系等具有不同成分體系和工藝特征的系列螺紋鋼產(chǎn)品。

▲常規(guī)釩氮微合金化鋼筋組織

▲本質(zhì)細(xì)晶鋼筋組織

而實際上，王超自博士研究生階段起，即圍繞第二相粒子誘導(dǎo)組織細(xì)化機(jī)理與工藝開展本質(zhì)細(xì)晶鋼相關(guān)的基礎(chǔ)研究工作。本質(zhì)細(xì)晶鋼研究主要是針對大規(guī)格、大斷面或厚規(guī)格熱軋鋼材產(chǎn)品全斷面組織均勻性調(diào)控的重大需求，擬采用相對合理的成分設(shè)計和工藝調(diào)控手段，實現(xiàn)鋼材斷面組織的細(xì)化，提升鋼鐵材料綜合強(qiáng)韌性。攻讀博士學(xué)位期間，幾年如一日，王超蹲守在實驗熔煉設(shè)備旁，潛心研究，理論分析與實驗研究相結(jié)合，深入考察各脫氧元素析出規(guī)律及組織細(xì)化機(jī)制，并進(jìn)一步深入鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，注重基礎(chǔ)研究成果與工業(yè)實踐相結(jié)合。所開展的研究主要包括：針對大線能量焊接用鋼、熱軋管/型/棒線材等鋼材門類基體組織或焊接熱影響區(qū)難以均勻細(xì)化難題，通過在鋼中引入彌散分布的高熱穩(wěn)定性第二相粒子，包括鈦、鈣、鎂、鋯、硼、稀土等元素的氧/硫/氮化物，在加熱、變形和冷卻過程中釘扎晶界及誘導(dǎo)晶界/晶內(nèi)相變形核，獲得均勻細(xì)晶轉(zhuǎn)變組織，改善材料的綜合強(qiáng)韌性能。RAL本質(zhì)細(xì)晶鋼研究團(tuán)隊針對螺紋鋼實際生產(chǎn)需求，突出發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新鏈條中基礎(chǔ)研究的理論支撐作用，靈活有效地運(yùn)用彌散第二相誘導(dǎo)細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制，通過基礎(chǔ)研究的突破推動工藝技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步，為螺紋鋼的高品質(zhì)生產(chǎn)提供了創(chuàng)新思路及技術(shù)路線。同時，相關(guān)研究突破對于實現(xiàn)其它鋼材門類的本質(zhì)細(xì)晶化生產(chǎn)也具有重要參考價值，對我國鋼鐵行業(yè)高品質(zhì)鋼鐵材料的開發(fā)生產(chǎn)具有重要意義。（來源：東北大學(xué)、有色技術(shù)平臺）

▲氧硫化物誘導(dǎo)細(xì)晶鐵素體相變形核