一、研究的背景与问题

中厚钢板作为国民经济发展的重要材料，广泛应用于船舶海工、工程机械、交通运输、能源环保等领域，随着钢铁高端绿色化需求，不断向高强韧、易焊接、免预热、耐腐蚀等方向发展。氧化物冶金工艺作为冶金、材料领域的一项关键共性技术，在钢铁冶炼过程中可以形成尺寸细小、弥散分布、成分可控的氧化夹杂物，从而改良夹杂物属性，成为组织晶界钉扎和相变异质形核质点，变害为利，使钢材具有优异的韧性、抗硫化氢腐蚀能力，尤其能够显著提升焊接性能。但是该技术缺乏全方位系统研究：

1、关于氧化物冶金技术控制原理缺乏系统研究，针对脱氧合金体系、氧位控制、合金时序性、强度等级匹配等问题尚不明确，转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸全流程中复合夹杂物的演化行为和稳定控制方法还未掌握。

2、利用钢中异质粒子进行热影响区性能调控的技术手段还不成熟，晶内异质形核促进针状铁素体的生长机制仍不清楚，特别是当焊接热输入能量达到600kJ/cm以上时，采用何种机制以保证焊接韧性成为共性难题。

3、非金属夹杂物的种类、尺寸、分布与材料低温韧性的改善关系还有待明确，减少断裂裂纹源的方法缺少理论指导和实践验证，通过改性氧化夹杂物调控不可逆氢陷阱密度提高抗氢致开裂的理论有待完善。

4、针对免预热焊接工艺的高强钢开发缺少理论指导和工艺思路，在高强钢的高合金成分的设计体系中复合脱氧合金元素的选用和控制方法成为难题，后续焊接工艺过程中组织匹配调控方法有待进一步探讨。

二、解决问题的思路与技术方案

系统研究了氧化夹杂物在冶炼过程中析出的热力学、动力学条件，揭示了微细氧化夹杂物的复合球化析出行为和形成规律。针对不同钢种性能需求实现个性定制化的复合氧化夹杂物粒子设计和控制，明确了特定氧势条件下Ti、Ca、Mg、Al、Zr、B等元素添加时序性，阐明了夹杂物微细化、复合化、球状化、弥散化控制的关键共性技术原理，开发转炉冶炼、LF精炼、RH精炼和连铸全流程一体化氧化物冶金控制技术，实现具有高温热稳定性的复合氧化夹杂物粒子在钢中基体细小弥散分布。

针对400MPa级具有高热输入焊接需求的船舶海工钢种，形成以MgO-Al₂O₃为核心外层包裹TiO₂-MnS-CaO-TiN的典型复合氧化夹杂物体系，明确典型复合氧化夹杂物与AF间的晶体学关系以及夹杂物周围奥氏体稳定元素的溶质分布状态，揭示溶质贫乏及低能共格界面诱导晶内异质形核机理，掌握亚微米尺寸大基数复合氧化夹杂物诱导生成具有大角度晶体取向的细密状针状铁素体的控制方法。解决低碳高强钢HAZ在大线能量条件下发生组织粗化、韧性恶化的核心难题。

三、主要创新性成果

研究了氧化物在冶炼过程中析出的热动力学条件，揭示了微细氧化夹杂物的复合球化析出行为和形成规律，成功开发一种冶炼全流程控制复合氧化夹杂物粒子的关键共性技术，针对不同钢种性能需求实现个性定制化的复合氧化夹杂物粒子设计和控制，实现小于2μm的复合氧化夹杂物粒子所占比例大于或等于90%。

针对高热输入焊接钢种，形成以MgO-Al₂O₃为核心外层包裹TiO₂-MnS-CaO-TiN的典型复合氧化夹杂物体系，明确典型复合氧化夹杂物与AF间的晶体学关系以及夹杂物周围奥氏体稳定元素的溶质分布状态，揭示溶质贫乏及低能共格界面诱导晶内异质形核机理，实现在700kJ/cm超高热输入条件下，船舶海工钢EH40焊接接头热影响区-40℃低温韧性≥80J。

本项目经中国钢铁工业协会组织，由中国工程院干勇院士、王国栋院士等同行专家评价委员认定，本项目成果整体达到国际领先水平。获授权发明专利24件，主持和参与制订各项标准7项，发表论文10篇。

四、应用情况与效果

近三年，高品质特种钢板累计供货59.98万吨，新增产值37.25亿元，新增利税3.66亿元。氧化物冶金工艺作为关键共性技术研发的高附加值产品，大幅提高了下游用户工作效率，减少了资源和能源消耗，推动了船舶海工、能源运输、工程机械等领域关键核心材料的国产化应用，创造了良好的经济和社会效益。

信息来源：南京钢铁股份有限公司