上海特钢工业的发展(1978—2010) 时间:2018-11-20

  原载于《上海市志·工业分志·钢铁业卷》

  上海特钢工业主要以上海第五钢铁厂〔简称上钢五厂,1995年后相继更名为上海沪昌钢铁有限公司、上海五钢(集团)有限公司、宝钢集团上海五钢有限公司、宝钢股份特殊钢分公司、宝钢股份特钢事业部〕,上海钢铁研究所(简称上海钢研所),上海第三钢铁厂〔简称上钢三厂,1996年后相继更名为上海浦东钢铁(集团)有限公司、宝钢集团上海浦东钢铁有限公司〕,以及上海钢管厂、上海异型钢管厂、上海金属软管厂、宝山钢铁股份有限公司(简称宝钢股份)等为代表,产品领域主要涉及汽车用材、能源用材、航空航天用材、国防军工用材、工模具用材、机器制造用材、医疗器械用材、电子通信用材等。

  1978年以后,市冶金局为708工程、331工程、816工程、87工程、728工程等研制生产了多种用途的特种材料锻件,从飞机用材发展为洲际导弹用材、三级火箭发射同步通讯卫星工程用材、远程运载火箭用材、舰艇核电站用材、石油化工用的烟气轮机盘件和机电工业用的汽轮机、大电机盘件,并承担起特大规格(直径200毫米以上)合金钢棒材加工任务,及新试、科研重点工程用小批量多规格特钢产品和异型锻件的生产。

  1978年7月,上钢五厂与北京钢铁总院、航天部一院703所联合研制GH169高温合金新材料获得成功,1980年用此材料制成涡轮转子的远程运载火箭向太平洋海域发射成功,1985年GH169高温合金研制项目获国家科技成果一等奖。1978年10月,上海异型钢管厂试制不锈钢外螺纹驱动软管,用于核反应堆控测和计量装置,填补国内空白。

  1979年2月,上钢五厂协助550厂研制成功J9A金属螺旋桨叶滚轧新工艺。同年,为配合航空工业试制涡喷13发动机,冶金工业部(简称冶金部)下达TC6合金研制任务,上钢五厂经过一年时间研发,使合金的性能达到苏联同类标准。同年,上钢五厂研制成功GH698高温合金,用该合金盘件制成的涡轮盘装入发动机,经受了384小时试车考验,1984年该高温合金研制项目获冶金部科技成果一等奖。

  1980年2月,上海金属软管厂、上海异型钢管厂与航天部112厂联合研制成具有耐压、耐高温等特点的柔性管道连接件环形双层整体不锈钢软管,用于歼八飞机的修造,为国内航空工业材料填补了空白。市冶金局所属厂、所为中国洲际导弹工程完成82项新材料的试制。1980年5月21日,中国运载火箭在向太平洋海域发射成功后,中共中央、国务院、中央军委向市冶金局及主要厂、所发来贺电。1981年,上钢五厂采用特殊工艺技术,研制成功涡喷13压气机盘用的TC11钛合金材料;采用等温锻造、挤压新工艺,制作钛合金压气机盘,首次在航空工业上大量使用,填补国内空白,1983年该研制项目获航空部科技成果一等奖。

  1982年2月,上钢三厂和上海第八钢铁厂参加研制的7103深潜救生艇耐压壳体用402S钢通过部级鉴定。市冶金局与中科院金属研究所合作,研制成功用于导弹、火箭壳体的超高强度镍18马氏体时效钢。

  1983年2月25日,冶金部向市冶金局转发中共中央、国务院、中央军委的贺电和国防科工委的感谢信,祝贺和感谢上海冶金科技人员和职工,为国家运载火箭的制造和发射试验成功作出的贡献。11月15日,上海钢研所自行设计制造有自动程序控制系统的“钢包喷射冶金装置”通过技术鉴定,这一新型工艺装置能净化钢液脱氧去硫、净化钢液和加喷合金粉末,处于国内领先地位。同年,市冶金局研制成功碳纤维,为导弹提供了关键材料;研制的高强度碳布,性能接近国际先进水平;“0”形环型整体不锈钢管及“C”形螺旋整体不锈钢软管被广泛应用于宇航工程。上海钢研所与钢研总院合作,研制成功核工程蒸发器用的新13号铁镍基合金管和GH169A高温合金薄带,填补国内空白,获国家发明奖三等奖。

  1984年,市冶金局研究成功氢氧发动机活门用波纹管,并获冶金部科技成果二等奖。上海钢研所突破双向记忆效应的研究,用记忆合金支撑的自激励记忆铆钉,在民航机上使用后经鉴定质量可靠。形状记忆合金应用于医疗器械领域,获得良好疗效。其中形状记忆合金接骨钉研制项目于1989年获国家发明奖二等奖。

  1985年3月,上海钢研所在上海金属软管厂和上钢五厂的配合下,试制成航空工业用极薄壁双层不锈钢无缝钢管(每层壁厚15丝),填补国内空白。

  1987年,应中国航天科技集团703所“CZ2E星箭及卫星整流罩解锁装置”配套项目所需,上海钢研所研发、生产冷带新材料———00Ni18Co7Mo5Ti,1989年研制定型,1996年通过鉴定,作为航天工程的“星箭解锁包带”用材,在神舟、天宫一号等系列项目中得到应用。上海钢研所承担“复合高阻尼材料及037艇声隐身应用研究”,取得很好的减振降噪效果,研究成果被列为1989年冶金部十大科技成果之一。

  1989年,上海钢研所与上海冶金设备总厂联合研制成国内最大容量的非晶铁芯变压器,达到国际先进水平。

  1990年,上钢五厂研制成功直径120毫米的TC6钛合金棒材,填补国内大规格钛合金棒材的空白。

  1993年11月,上钢五厂试制成功国内最大的TC4钛合金胎模锻件,这是国家“八五”(1991—1995年)期间重点军工项目中关键零部件材料,为国家的“上天入地潜海”等重点工程作出了贡献。

  1994年7月,上钢五厂、上海工业大学和上海钢铁工艺技术研究所共同研制的“熔融还原不锈钢母液”获得成功,填补国内空白。

  至1997年,中国发射的39颗卫星的运载火箭上均有上海五钢(集团)有限公司(简称五钢)研制的产品。中国运载火箭研究院专函五钢,赞扬五钢为国家航天运载事业作出的贡献:“每发运载火箭上都使用了你们研制的产品,可以说每一次成功中凝聚着你们辛勤劳动的成果”。

  2005年后,上海特钢工业的发展经历了兼并重组、产线布局、装备更新、人才优化、结构调整、改革转型等重大变化,形成了以宝钢股份特殊钢分公司(简称宝钢特钢,2009年5月更名宝钢股份特钢事业部)、宝钢中央研究院特钢技术中心等单位为代表的特钢精品基地,产品领域除对原涉及范围进行延续、调整外,主要聚焦在航空航天、国防军工、核电、石油用钢及结构钢、工模具钢等方面。在产线装备能力方面,建成了合金钢棒线材(包括不锈钢长型材)、特种冶金系列产品径快锻及棒材、特种金属板卷及高合金钢热挤压和冷轧管材四条具有国际先进技术水平的现代化产线。在产品体系方面,以高温合金、耐蚀合金、钛及钛合金、精密合金、特殊不锈钢及特种结构钢六大战略产品为重点,形成扁平材、长材、管材及近终型锻件四大品种系列,是世界上生产特种材料产品及品种最齐全的企业之一。在产品品种发展方面,战略产品逐步应用于高端装备制造业,重点为能源电站、动力传动关键装备提供整体配套材料和产品,以镍基合金、特殊不锈钢板与特殊不锈钢管、锻件、棒丝材系列品种为代表,专业化配套格局初步形成;以高温合金、钛合金盘锻件为代表,为中国航空航天装备、船舶动力关键件提供国产化战略材料;以汽车零部件用钢、轴承用钢为代表,在国内中高档汽车、机车、铁路等领域享有品牌地位。至2010年底,宝钢特钢初步形成国内现代工业转型发展及高技术产业发展关键材料主力配套供应商格局,并奠定了在上海乃至全国特种材料研发制造的战略地位。在制造能力方面,宝钢特钢的合金钢棒线材、不锈钢长材、银亮材及特种冶金径快锻产品制造技术与能力为国内一流;特种金属板卷作为国内唯一的镍基合金、精密合金、钛及钛合金、特殊不锈钢及高性能结构钢的专业生产线,品种发展及制造技术能力不断提升,其中高合金钢热挤压钢管产线拥有国内黑色金属最大挤压机(6000吨),其制造技术逐步成熟、新品开发不断适应专业市场,部分产品如耐蚀合金板管、精密合金板卷正逐步替代进口。在体系能力方面,以ISO9001为基础,取得国家军用标准体系、航空体系认证以及核级等专用特种设备许可证和国家实验室认证。在研发基础能力方面,建成真空冶金、锻轧加工中试基地并配备了先进的各类科研试验分析仪器和装备。在人才队伍建设方面,形成以专业产品和专业技术领域首席工程师、首席操作师为核心的产品与技术研发团队,以及强有力的现场技术操作和维护团队。

  至2010年,宝钢特钢通过整合原上海钢研所及原上海浦东钢铁(集团)有限公司特钢产线,经过近50年的发展,已成为中国最核心的国防武器配套关键金属材料研发与供应商之一。在航空领域,已成为中国航空工业集团最重要的战略合作伙伴之一,材料供应以高温合金、钛合金、特种不锈钢、高强钢等特种材料为主;在航天领域,是中国空天运载装备最主要的供应商之一,为运载火箭、神舟载人工程、导弹及卫星等领域提供了大量关键配套材料,从神舟三号之后的每次发射都获得国家有关部委的表彰;在舰船领域,是中国先进舰船动力配套材料关键供应商之一,为大型驱逐舰、核潜艇提供关键动力配套材料(部分材料是国内唯一定点供应);在核工程领域,是国内核反应装置承压材料的主要研制配套供应商之一,为中国的核反应堆和核动力装置中涉及的堆内构件、驱动机构、控制组件、核燃料组件、压力容器、可控核聚变装置等提供了关键配套材料;在兵器领域,是国内高性能防护及传动材料重要的研制配套供应商之一,为新型装甲、坦克及其动力装置提供超高强度防护板、齿轮传动件和轴类件关键材料。

一、汽车用钢国产化

  (一)桑塔纳汽车用齿轮钢国产化

  1985年3月21日,上海大众汽车有限公司(简称上海大众)成立,同年9月开始生产德国大众桑塔纳轿车。为提高桑车用钢的国产化率,根据国家科委下达给冶金部“引进汽车用钢国产化”的任务,1986年9月14日—9月16日在北京召开的“窄带细晶粒钢引进及钢种国产化与应用研究”国家重点科技专题合同协调会上,冶金部确定:桑车齿轮钢由上钢五厂试制,上海汽车齿轮厂应用。同年10月,上钢五厂和上汽齿轮厂签订《桑塔纳轿车用齿轮钢试制技术协议》。

  犕狀犆狉系列齿轮钢1987年,16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、28MnCr5实现供货。1989年开始,上海齿轮厂将国产MnCr系列齿轮钢生产的变速器装在桑塔纳轿车上。1989年10月29日—1991年4月,完成15万千米的跑车试验。经拆检,变速器的各零部件基本完好,得到上海大众和联邦德国专家的认可。1991年,“桑塔纳轿车用MnCr系列齿轮钢的研制及应用”课题被列为上海市科学技术发展基金项目。1992年,上汽齿轮总厂用国产化MnCr系列齿轮钢生产的014300047P桑塔纳变速器获上海市赶超优质产品,同年形成年产1000吨以上的批量生产能力。1993年,“桑塔纳轿车用MnCr系列齿轮钢的研制及应用”项目通过上海市科委鉴定;1994年,先后获上海市和冶金部科技进步奖二等奖;1995年,获上海市优秀新产品一等奖。2002年7月,“高纯洁度汽车用齿轮钢”(包括MnCr系列、20CrMnTiH和8620系列等齿轮钢)获2001年度上海市重点产品质量振兴攻关成果二等奖。2007年5月,乘用车齿轮用钢获“2006年度上海名牌产品”称号。

  (二)汽车用钢国产化拓展

  【20CrMoH(SCM420H)钢】

  1984—1985年,上钢五厂先后与常州齿轮厂、钢铁研究总院、南京汽车制造厂、大冶钢厂、江西齿轮箱总厂组成联合课题组,联合开发成功20CrMoH钢。用20CrMoH钢制造的齿轮,能很好地应用于东风12型手扶拖拉机、南京130载货车及五十铃轻型车变速器中,是一种适宜碳氮共渗的中、小模数齿轮钢。

  【19CN5钢和19CrNi5钢】

  是意大利菲亚特公司(FIAT)企业标准中的一个低碳CrNi表面硬化钢。1987年,上钢五厂与上海拖拉机齿轮厂联合开发19CN5钢,以解决上海引进意大利菲亚特水田拖拉机生产所需的齿轮材料国产化。经过3年努力,1991年6月通过上海市科委鉴定。生产的19CrNi5钢和19CN5钢主要供江苏飞船、南昌齿轮厂等单位。

  【CK45钢和CF53钢】

  1989年10月,上钢五厂接到为桑塔纳和奥迪100等轿车国产化配套的CV等速万向节提供CK45钢和CF53钢的供货合同。经两个月努力,上钢五厂完成研制,拿出试产样品。经英国吉凯恩集团(GKN)严格检测,完全符合吉凯恩集团实物质量标准。从1990年开始,这两个材料实现国产化。CF53钢被评为1992年度上海市优秀新产品一等奖,CK45传动轴用钢研制成果获得1994年在北京举行的第五届亚太地区贸易博览会金奖。1994年,上钢五厂起草《桑车用CF53钢技术条件(企业标准)》《CK45桑车用钢技术条件(企业标准)》等。

  【20CrMnTi齿轮钢】

  是中国汽车、农用机械和工程机械行业使用最为广泛的一种齿轮钢,它经齿轮厂渗碳或碳氮共渗后制成齿轮、齿轮轴等重要部件。为提高20CrMnTi齿轮钢的机械性能,控制齿轮热处理后变形,从而保证齿轮啮合精度,20世纪80、90年代,上钢五厂制定了具有国际水平的企业标准,控制末端淬透性、氧含量、夹杂物,以确保20CrMnTi齿轮钢的质量稳定性,其品牌在国内领先。

  【8620H齿轮钢】

  1997年9月,美国伊顿公司到五钢采购8620H齿轮钢。美国伊顿公司是世界著名的变速箱专业生产厂之一。为提高产品质量,该公司对变速箱零部件和钢材实施全球采购策略,同时对供应商进行严格的审核。1998年1月,五钢首次试制成功8620H齿轮钢,各项指标符合美国伊顿公司要求。同年3月,美国伊顿公司完成对五钢的认证,五钢开始向其批量供货。

  【Gf6自动变速器用齿轮钢】

  SAE5120M、SAE5130H及SAE4121M(MnMo钢)是上汽齿轮总厂为美国福特汽车公司、美国通用汽车公司开发的Gf6自动变速器用齿轮钢。2005年,宝钢特钢开始研制并批量生产,主要用于上海通用汽车的变速器齿轮用钢。

  【TL4227齿轮钢】

  2005年,宝钢特钢开始研发上海大众MQ200手动变速器专用材料———TL4227齿轮钢。2006年,经大众汽车变速器有限公司检验试用,产品质量获得认可。

  【16MnCrS5齿轮钢】

  五钢先后研制出非调质钢曲轴49MnVS3、上海桑塔纳轿车用SCM415H及8Cr06r冷带钢、303K8BLOL型车后桥梁用TLVW1114Ti(Nb)钢、TLVW1114Nb汽车用扁钢、气阀门钢系列2112N等。除上海桑塔纳以外,奥迪、捷达、雪铁龙、标致等轿车使用的传动轴大多也为五钢所提供。其中,303K8BLOL型车后桥梁用TLVW1114Ti(Nb)钢研制,1996年被上海市科委列为重点科技攻关课题。非调质钢曲轴钢获得1994年在北京举行的第五届亚太地区贸易博览会银奖。

  1996年,五钢研发生产的油泵油咀用钢20CrMoS被评为国家级新产品,获上海市优秀新产品一等奖,广泛应用于发动机制造行业。

  1999年,宝钢五钢研发生产的轿车转向器用钢37CrS4HL获上海市优秀新产品奖(该产品为大众等轿车转向机关键材料)。同年,生产的18CrNi8渗碳钢获德国BOSCH公司认证。

  2000年5月,宝钢五钢轿车传动轴连铸材UC2获得纳铁福公司认可,并开始批量供货,2002年5月《UC2热轧圆钢技术标准》通过吉凯恩集团的鉴定。

  2000年7月,宝钢五钢的18CrNi8渗碳钢被评为国家级重点新产品。该钢种广泛应用于汽车、发电、机车及农机灌溉的发动机制造,对环保及节能有良好作用。

  2001年,美国卡特彼勒公司授权宝钢五钢为天津压实履带公司试制履带材,首次产品经国际认证机构检测达到用户要求;2003年,宝钢五钢获卡特彼勒在中国的首家供应商资格,从而获准进入卡特彼勒全球采购名单。

  2003年,德国采埃孚公司(ZF)在沪企业———上海采埃孚转向机有限公司(ZFSS)向宝钢五钢颁发“新产品开发奖”,这是该公司历史上唯一授给合作伙伴的奖项。在该公司为世界名牌沃尔沃(VOLVO)汽车配套中,其转向机总成均采用了宝钢五钢的特钢材料。

  同年,宝钢五钢研发的铁路、汽车用弹簧钢60Si2Mn,60Si2CrVAT获中国冶金行业实物质量金杯奖。

  2004年,吉凯恩集团旗下4家企业向宝钢五钢订购汽车用钢。

  2007年,宝钢特钢开发研制16MnCrS5齿轮钢,试制料送德国格特拉克公司检测并通过产品认证。该产品用于格特拉克公司变速器生产,2008年开始批量订货。

  同年,宝钢特钢大模数齿轮用合金渗碳钢获上海市高新技术转化项目。

  2008年,宝钢特钢获卡特彼勒优秀供应商奖牌。

二、轴承用钢研发与应用

  1901年发明的含1.0%C、1.5%Cr轴承钢是特殊钢的典型代表钢种。20世纪70年代末80年代初,上钢五厂在研究对比国外轴承钢实物质量水平及炼钢工艺的基础上,开展了轴承钢炉外精炼工艺技术研究与生产实践,并联合国内科研院所及设备制造商,于1981年自主设计建成了国内第一套轴承钢LF炉外精炼设备———40吨LFV型真空钢包精炼炉,代表了国内轴承钢炼钢工艺装备先进水平,结束了轴承钢电炉(EF)单独炼钢的历史,开启了轴承钢炉外精炼(EF+LFV)的新纪元,表征轴承寿命参数氧含量从大于30ppm步入小于20ppm下降通道,大颗粒夹杂物出现率显著下降,提高了轴承钢实物质量水平,缩短了与国际轴承钢质量水平的差距。

  20世纪80年代中期至21世纪初,上海轿车工业的兴起对钢铁工业的品种质量提出了更高要求。其间,上钢五厂进行了生产装备的换代升级,先后进行了热处理工序、轧制工序、炼钢工序及银亮钢生产工序现代化改造,为合金钢、轴承钢产品实物质量的提高打下基础。

  1985年12月11日,上钢五厂制造的保护气氛连续退火炉投产,改变了车底炉(罩式炉)炉内温度不均导致的材料与材料之间硬度、球化组织及脱碳不均匀的现象,困扰轴承钢球化退火不均匀的现象彻底杜绝。上钢五厂球化退火轴承钢以脱碳深度≤1%D(冷拉、冷拔轴承钢棒或丝的表面,每边的总脱碳层深度≤直径的1%)的高标准成为市场热销产品。

  1988年,洛阳轴承研究所进行的轴承寿命试验表明,上钢五厂轴承钢钢材寿命与日本著名轴承钢钢厂的钢材寿命相当。1990年,上钢五厂SWG牌真空精炼轴承钢热轧圆钢获“国家优质产品金奖”;1991年,高纯洁度轴承钢研发成果获冶金部二等奖;1994年,高碳铬轴承钢系列产品获“中国方圆标志”认证;1999年,获得代表世界轴承制造最高水准的瑞典斯凯孚公司(SKF)产品合格认证证书,成为国内第一家获得斯凯孚公司供应商资质的轴承钢生产厂。上钢五厂轴承钢质量水平代表了国内先进水平,以12万吨年产量占国内60万吨产量的20%,成为国内最大的轴承钢生产制造商。1992年9月28日,上钢五厂30万吨合金钢棒材工程投产,上钢五厂从此拥有合金钢连轧生产线,为棒材产品的表面质量、表面脱碳、尺寸公差的提高带来装备保证。1997年7月1日,上钢五厂100吨大电炉(DC+LF+VD+CC)连铸生产线投产,在国内率先采用连铸技术生产轴承钢,质量水平稳定提高,表征轴承寿命参数氧含量从大于20ppm到小于10ppm下降通道,夹杂物级别显著下降,轴承寿命明显提高。经试验验证,连铸轴承钢的寿命与模铸轴承钢寿命相当。

  至2006年,宝钢特钢相继建成银亮钢材生产线、不锈钢长型材生产线、特种冶炼设备4.5吨真空感应炉和真空电渣炉等,建成1300吨径锻机,2000吨、4000吨和6000吨快锻机等,宝钢特钢的冶炼、加工、热处理及银亮钢产品工序均完成现代化生产装备的改造,成为拥有国内航空航天轴承钢、卫星用轴承钢、铁路轴承钢、军工轴承钢、石油钻井轴承钢、汽车轴承钢等品种最完整的轴承钢材料制造商。其中,生产的耐冲击轴承钢应用于石油钻井工业,制造的直径4.4~12.4毫米轴承钢银亮钢丝,是国内唯一向日本美蓓亚轴承制造公司(NMB)提供材料的供应商。同时,供航空发动机高温主轴轴承材料占三分之二之强,供铁路轴承材料占三分之一强,还独家专供卫星仪器仪表用不锈轴承材料。2000年8月,与日本美蓓亚轴承制造公司签约首批供货合同;2000年9月,与斯凯孚公司签约首批供货合同;2005年2月25日,宝钢五钢成为美国铁姆肯公司(TIMKEN)供货商。

三、模具用钢研发与应用

  2001年9月,宝钢五钢合金模块材料专业生产线工程(简称合金模块工程)竣工投产。这是一条具有国际先进水平的工模具钢专业生产线,其专业线熔炼包括:100吨DC直流电弧炉(EBT)、100吨LF精炼炉、100吨VD精炼炉、30吨AC交流电弧炉、40吨LFV精炼炉,分别从德国真空工业股份公司(ALD)和美国康萨克公司(CONSARC)引进的具有世界先进水平的、具有保护气氛的5吨、20吨电渣炉等。建成的电渣中心可生产0.5~20吨的电渣锭,年冶炼能力大于3万吨,成为国内生产能力最大、技术装备水平最高的冶炼基地,能生产高品质模具钢。快锻车间是生产大型模块、大型锻件的主要基地之一,宝钢五钢从德国引进国内最大的2000/3000吨快锻机组,配套大吨位锻造加热炉6台、大吨位锻造退火炉6台,其中一台均质炉温度可达1300℃,用于模具钢的均匀化处理,进一步提升模具钢品质;还有一台温度可达1250℃的锻造加热炉、一台温度可达1100℃的锻造高温处理炉,用于满足工模具钢特殊处理工艺的需要。

  宝钢五钢在国内首家研制成功的精品SWPH13热作模具钢,打破了进口高端热作模具钢一统国内市场的局面。主要采用“电炉→真空脱气→模铸→保护气氛电渣→高温均质化→多向锻造→超细化处理→机加工→成品检测”的独特生产工艺。高温均质化工艺技术使得成分均匀,消除了液析氧化物;多项锻造技术使得纵横向等向性达到85%以上,超细化热处理技术使得钢的显微组织达到国际公认的AS5级水平。这些国内首创的制造工艺技术获得了国家专利授权,研制成功的热作模具钢SWPH13钢质量水平达到或超过北美压铸协会的高级H13钢验收标准。其中NADCA#20790,热稳定性、疲劳性能、超声波无损检测探伤、冲击韧性、高温强度等关键技术质量指标,高于瑞典精密带钢公司(Uddeholm)生产的同类产品实物质量。

  随着家电、汽车、机械工业的迅猛发展,行业对塑料模具钢模块的要求越来越高。其中特大规格塑料模具钢模块,主要的推广领域和应用领域是大型塑料制品的注塑模具用钢,包括大型家用电器的塑料外壳注塑模具模块、大型精密仪表塑料外壳注塑模块,汽车保险杠等汽车工业使用的大型汽车配件塑料件注塑模块等。2005年前市场上18吨以上的塑料模具钢大模块均为进口产品,由欧洲老牌模块生产厂———瑞典伯乐公司等垄断。2002年,宝钢五钢成立大型塑料模具钢模块研制的科研项目课题组。通过3年努力,成功开发出35吨钢锭生产大型模块工艺,并按照此工艺生产出超大规格(单重大于18吨)锻制塑料模具钢模块产品,大型模块的成品规格达到800毫米×1500毫米×3000毫米,产品质量达到行业标准BTXF166交付国内用户使用,且部分出口东南亚模具钢市场。

  宝钢五钢采用国内冶金工厂最大的35吨钢锭生产的单重24吨特大规格模块表面组织为索氏体组织,纵向和横向的化学成分分布均匀,横截面硬度差值最大为HRC2,冲击韧性平均值70J,C元素的过程能力指数CPk值为2.18,Cr元素的过程能力指数CPk值为1.94,预硬化硬度HRC的过程能力指数CPk值为1.77。说明过程控制参数及性能指标达到过程能力控制要求,工艺质量稳定,产品质量达到欧洲同类进口产品的技术要求。项目进行过程中,“一种均质模块材料及其冶金制造方法”获得国家专利局发明专利授权,为特大塑料模具钢模块产品在国内外模具钢行业中的技术和产品竞争力提升打下了基础。五钢也成为首家能够提供高质量大型预硬化塑料模具钢模块产品的制造单位。

四、能源用钢研发与应用

  (一)核电站用关键材料

  1970年2月8日,国务院总理周恩来在有关会议上提出上海要搞核电站,解决能源问题,并批示要和平利用核能。此后,上海集中23个研究所、设计院、大专院校和工厂进行核电工程大会战,并命名为“728”工程,由此开始了中国国内核电事业的第一步。1971年7月,上海钢铁企业接受市有关方面下达核电站工程用耐高温、耐铋铀腐蚀、耐辐射、高强度金属材料等8项研制任务。1975年开始,上钢五厂为“728”工程试制GH169A的各种规格丝材,满足了“728”工程核燃料组件压紧弹簧、控制棒组件缓冲弹簧等用材的需求。

  1982年,国务院批转在浙江海盐的秦山建设中国第一座压水堆核电站。1991年12月15日,秦山核电厂一期电站并网发电。秦山核电站一期项目的汽轮机、发电机、蒸汽发生器、核岛堆内构件、控制棒驱动机构和核燃料元件都在国内制造,全国参与建设的单位有180多家。

  在秦山核电站建设中,上海钢铁企业发挥了举足轻重的作用。市冶金局下属上海第二钢铁厂、上钢三厂、上钢五厂、上海钢研所分别承担了核电站核岛关键设备———稳压器、蒸汽发生器和核岛堆内构件、控制棒驱动机构和核燃料元件用结构钢、不锈钢、镍基合金的研制任务。1973年,在钢铁研究总院研制18MnMoNb钢的基础上,上海钢铁企业会同钢铁研究总院、上海重型机器厂、上海728核工程设计研究院开展核电站压力容器用钢研究。1975年10月,研制成功综合性能优良的核压力容器用钢S271和S272和相应焊接材料。1982年,材料通过国家级鉴定,成功用于秦山核电站的稳压器、蒸发器。1978年12月,研制成功蒸发器焊接用结构钢自动焊丝和4种不锈钢堆焊材料,同年通过鉴定。上钢五厂还先后完成秦山核电站堆内构件和驱动机构用GH600、GH145等镍基高温合金及特种不锈钢等关键材料的研制与生产任务。

  1974年,国家计委下达定位格架研制任务,项目由上钢五厂、钢铁研究总院和上海市728设计院负责。定位格架是夹持和支撑核燃料棒的关键材料,因其技术要求高、生产难度大、工艺复杂,国外对其相关生产技术实行封锁。1974年起,课题组先后攻克合金冶炼成分控制、热处理工艺调整、带材表面质量和平整度控制等诸多工艺技术难关,研制的带材满足了零件强韧性要求和真空焊接等各项工艺技术要求。1981年,开始试制生产0.30毫米和0.40毫米带材。1983年5月,课题通过冶金部和核工业部主持的技术鉴定;1984年,获市冶金局新产品一等奖、冶金部重大成果四等奖。上钢五厂为秦山核电站研制的“核燃料棒定位格架材料”———GH169A高温合金精密带材,不仅长期用于中国秦山等核电站,还应用于中国援建巴基斯坦的30万千瓦核电站燃料组件的生产。1985年,市冶金局系统先后完成秦山核电站堆内构件、驱动机构不锈钢、镍基合金的研制试制任务,为核电站堆内构件和驱动机构研制提供0Cr13、1Cr13和9Cr18马氏体不锈钢、0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢和0Cr18Ni10Ti不锈钢,产品种类包括棒、钢丝、钢带和钢管等。

  同年3月,上海钢铁企业的核能新材料研发项目获冶金部科技成果二等奖。

  1990年5月26日,国内自行设计、建造的第一个核动力堆———“728”元件工程,在宜宾核燃料元件厂通过由国家能源部、中国核工业总公司、国家环保局等有关单位主持的竣工验收。这是中国依靠自己能力建设核电站的重要标志之一,填补了国内核电站燃料元件设计、制造方面的空白。燃料组件中的重要元件———不锈钢包壳管、导向管和通量管、镍基合金搁架等由上海钢铁企业及研究单位研制并提供产品。

  1996年6月和1997年3月,秦山核电厂二期电站第一和第二号机组先后开工建设;2002年4月和2004年5月,先后建成投入商业运行。部分部件进口,不锈钢和镍基合金材料由上海钢铁企业提供。

  2004年,宝钢五钢承接了列入上海市科教兴市重大产业科技攻关项目的“百万千瓦级压水堆核电站主要设备及材料研制”专题———核电燃料组件用特种材料(GH4169A合金带材研制)课题。2006年8月,通过上海市科委主持的技术鉴定。

  2005年起,国内核电站建设得到快速发展,到2010年底,先后有浙江秦山二期扩建650兆瓦核电机组、广东岭澳一期扩建1000兆瓦核电机组、广东阳江1000兆瓦核电机组、辽宁红沿河1000兆瓦核电机组、福建宁德1000兆瓦核电机组、福建福清1000兆瓦核电机组、浙江方家山1000兆瓦核电机组、海南昌江650兆瓦核电机组等18个核电机组开工建设,并陆续投入商业运行。其中18个机组的堆内构件和秦山二期扩建、福清核电站、方家山核电站、昌江核电站的驱动机构70%以上不锈钢、镍基合金材料由上海钢铁企业生产。阳江1000兆瓦反应堆堆内构件、福清1000兆瓦反应堆驱动机构是国内首座自行设计、自行建造的1000兆瓦核反应堆,表明上海特钢企业的核电材料生产水平达到国内领先水平。

  上海钢铁企业还为中国原子能科学研究院20兆瓦试验堆研制生产燃料组件用316Ti包壳管、外套管,为清华大学20兆瓦高温气冷堆研制生产T91耐热钢材料和其他不锈钢,为中国科学研究院合肥等离子研究所托克玛克装置(聚变反应先期试验堆)研制生产超导导体套管用00Cr17Ni12Mo2N(316LN)不锈钢管。

  (二)核动力用新13号合金管

  1978年,钢铁研究院总院牵头研究出自行设计的新13号合金。1979年,上钢五厂试制出09工程核反应堆蒸发器用新13号合金管材。1982年,经冶金部和核工业部鉴定后,决定09工程蒸发器采用新13号合金管,由上钢五厂生产。1983年1月8日,上钢五厂与上海电站辅机厂、105所、钢铁研究院总院签订《09工程蒸发器用新13号合金管专用供货技术条件》,承担首批生产任务,1985年6月交付2925支钢管,完成404艇蒸发器用全部钢管任务。1990年12月,“新13号合金管研制”项目获国家科技进步奖一等奖。

  (三)核电蒸发器用690U形管

  20世纪80年代中期至90年代中期,上钢五厂从德国引进2台(KPW50、KPW75)冷轧管机、多功能全自动无损检测设备及八头砂带抛光机,从英国引进网带氢气保护连续热处理炉,从美国引进有机溶剂脱脂装置、钢管内壁潜望镜,建立了一条具有国际先进水平的核能用精密管生产线。

  1985年,上钢五厂试制出直径22毫米×壁厚1.2毫米×长22米的核电蒸汽发生器用Incoloy800合金管材10支,表面喷丸处理由北京621所协作完成。管材经上海728院测试,各项性能指标达到瑞典进口的核能用管实物水平。后因核电蒸汽发生器用U形传热管材料被镍基690合金材料替代,没有进行批量生产。

  1986年,上钢五厂开始研制核电蒸汽发生器用690合金U形传热管,最初研制的规格为直径22毫米×1.2毫米,1987年试制出直管样管。因受到苏联切尔诺贝利核事故的影响,研制工作一度停顿。2007年,随着能源需求的增加以及对环境保护的重视,国家制定了核电发展规划(2007—2020年),对核电的政策由“适度发展”调整为“积极发展”。

  2007年6月28日,由宝钢股份与江苏银环精密钢管股份有限公司合资组建宝银特种钢管有限公司,形成一条由宝钢特钢提供原料钢管、宝银特种钢管有限公司轧制成品管的核能用U形管专业化生产线,2009年12月建成投产。2008年1月9日,宝钢特钢热挤压钢管生产线改造工程开工,生产线由坯料准备、热挤压、精整、冷轧以及酸洗等工序组成,主要产品为镍基合金及特种不锈钢管,同时为核能用U形管提供原料钢管。2009年5月30日,生产线进入调试阶段;11月正式投产。

  2008年7月,宝钢特钢承担国家科技部“863”计划———“核电蒸汽发生器传热管研制和工程化生产技术研究”课题,主要研制二代加核电蒸汽发生器用690合金U形传热管,经过攻关,突破了合金高纯净冶炼、热挤压、冷轧表面控制、超长薄壁小口径管在线脱脂、固溶TT热处理及组织控制、高精度弯管等关键技术,解决了热挤压管表面开裂、冷轧成品管内壁面积性缺陷等质量难题,成功试制出满足相关标准要求的成品U形管,产品实物质量水平与进口管相当。

  2010年1月,宝钢特钢承担国家科技重大专项“核电蒸汽发生器690合金U形管研制及应用性能研究”课题,研制第三代核电蒸汽发生器用690合金U形传热管。第三代核电蒸汽发生器用690合金U形传热管比二代加用管技术要求(包括化学成分、非金属夹杂物、尺寸规格、组织力学性能、信噪比、无损检测等)提高很多。针对三代管更高的技术要求,科研人员对全流程制造工艺技术进行改进优化,突破了低硫超高纯净度、高信噪比控制及特殊无损检测等关键工艺技术,完成了全尺寸样管试制。产品实物质量水平达到国际同类产品的先进水平。

  同年6月12日和8月4日,宝钢特钢和宝银特种钢管有限公司分别获国家核安全局颁发的核一级热挤压管和成品U形管《民用核安全机械设备制造许可证》。8月6日,获中国广东核电集团核级设备鉴定与评定中心颁发的《核级关键部件制造工艺评定认可证书》。

  同年9月,宝钢特钢、宝银特种钢管有限公司承接用于防城港项目一号机组的二代加核电蒸汽发生器用690合金U形传热管合同150吨。12月26日,首批核电蒸汽发生器用690合金U形传热管发往用户。宝钢特钢核电蒸汽发生器用690合金U形传热管的工程化批量制造,实现了国产化和产业化,填补了国内空白,替代了进口,打破了国外垄断,使国内核电站蒸汽发生器用690合金U形传热管的进口价格大幅下降,同时也提升了中国在超长、薄壁、小口径、高端镍基合金管领域的制造技术水平。

  (四)超超临界火电机组———高压锅炉用关键材料

  超超临界火电机组可降低煤耗和减少污染物排放,有效解决煤炭燃烧造成的环境污染问题,而制造超临界火电机组、超超临界火电机组过热器、再热器等所需高端钢管,长期依赖进口,上海锅炉厂、哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂等单位每年进口数十万吨。20世纪80年代开始,上钢五厂与上海钢管厂联合研制了20G、R102、T91等铁素体耐热钢管产品,其中20G、R102广泛用于亚临界电站锅炉过热器、再热器及水冷壁的制造;1994年,由上钢五厂供坯、上海钢管厂生产的T91钢管通过冶金部组织的专家评审认证。

  20世纪90年代开始,上钢五厂重点研发、生产和供应TP304H、TP321H、TP347H等奥氏体耐热钢管及管坯产品,均通过评审认证。其中,研制的TP347H奥氏体耐热钢管于1997年在河北马头电厂超临界电站锅炉上得到应用,这是国产TP347H钢管的首次应用。2006年,宝钢特钢TP347H钢管和管坯的产量达近万吨。至2010年,被广泛地应用到电厂的维修及国内超临界大容量电站锅炉的制造。

  进入21世纪,宝钢五钢开始重点研发和生产用于超超临界火电机组的S30432、S31042等奥氏体耐热钢管。这种钢管可长期在高温高压下服役,S30432管壁温度可达630℃~640℃,S31042管壁温度可达670℃。2005年,S30432开始工业化生产研制,经过3年多努力,钢管的高温持久和抗氧化性能测试均达到进口管水平;2008年8月,通过由上海发电设备成套院组织的专家评审;2010年9月,S30432、S31042等奥氏体耐热钢管及标准通过国家压力容器标准化委员会的评审认证,并获全面生产许可。

  至2010年底,宝钢特钢直接或间接向信阳电厂、绥中电厂、井冈山电厂、新昌电厂等超超临界火电机组供应S30432和S31042成品钢管。这两个高压锅炉钢管的首次国产化,标志着火电高端领域用精品钢管依赖进口的局面被打破,为火电降低煤耗、节约资源和提高热效率提供了有力支撑。

  (五)超超临界汽轮机———叶片用关键材料

  2005年起,宝钢特钢与上海汽轮机厂、东方汽轮机有限公司、哈尔滨汽轮机有限公司、无锡透平叶片有限公司等合作,按照国际电站制造商的材料技术规范,开展超超临界汽轮机叶片钢的国产化工作,先后开发X系列、B50A系列、K11C系列及国标叶片钢(含核电机组用叶片钢)等30多个钢种。

  2005年,宝钢特钢参与上海市科委重大科研项目“发电设备叶片和螺栓用高温高强度材料研制”,当年就交付上海汽轮机厂产品300多吨,确保了超超临界汽轮机自主研发的需求。

  2009年,宝钢特钢与北京钢铁研究总院合作承担国家863项目———“超超临界火电机组汽轮机用铁素体叶片钢”研制工作,成功开发出拥有自主知识产权的超超临界汽轮机620℃耐热叶片钢12Cr11Co3W3Cu2MoVZrB。

  2006—2010年,超超临界叶片钢产量从260吨增加到3000吨,替代了进口材料,保证了核电站材料国产化和核电工业的发展需求。

  (六)油气输送用双相不锈钢管

  2003年5月,宝钢五钢在与国外公司竞标中,中标中国石油天然气集团公司(简称中国石油)西气东输地面工程非标设备用双相不锈钢钢管2205品种150吨的研制任务,规格有直径19毫米×3毫米×9000毫米、直径19毫米×2毫米×13150毫米等13个,全部按瑞典山特维克公司(Sandvik)“SAF2205换热器技术条件”生产,并增加了按“ASTMA92301检测双相不锈钢有害金属相试验方法中的C法进行氯化铁腐蚀试验,点腐蚀率≤10毫克/平方分米•天。宝钢五钢先后解决了热塑性(初轧开坯和热穿孔)、成分控制等难点,2004年3月,全部完成任务,替代进口。

  (七)油气开采用镍基合金管

  2003年后,中国相继在川渝和西北地区发现多个大型天然气气田。这类气田的开采开发,须采用BG2250、BG2532或BG2830等镍基合金油井管。由于镍基合金油井管产品一直依赖进口,价格昂贵且交货期长,2006年,中国石油化工集团公司(简称中国石化)和中国石油同时要求宝钢承担该系列产品国产化研发任务。同年8月,宝钢特钢与宝钢研究院正式立项开展材料研究和全流程制造工艺开发工作。2007年2月,试制出国内第一支BG2250110ksi管,经第三方权威机构检验,油井管组织、力学性能、腐蚀性能和实体性能均满足标准和实际工况的使用要求。同年7月,中国石化召开论证会,与会专家认为,宝钢研制的镍基合金油井管达到国外同类产品水平,可以进行小批量工业试制。

  2008年6月,中国石油西南油气田分公司首次向宝钢采购5800米BG2830110ksi油井管,2009年3月在四川龙岗成功下井使用。中国石化普光气田也随之在2008年11月向宝钢采购11200米BG2250125ksi油井管,2009年6月在四川普光气田千河村成功下井使用。至2010年底,宝钢承接镍基合金油井管合同71258米(约940吨),交货600吨,产品牌号包括BG2250、BG2830和BG2532,强度等级包括110ksi和125ksi。

  2006年6月—2010年,宝钢先后攻克镍基合金油井管材料的析出相控制、电弧炉冶炼、热挤压分层和冷轧强度控制等多项技术难题,最终开发出镍基合金油井管系列产品,产品质量和成材率不断得到提升,实现了批量稳定生产,具备了镍基合金油井管品种、规格、钢级的全系列供货能力。既打破了国外产品的垄断,降低了油田的采购成本,缩短了交货周期,又支撑了中国高酸性气田安全、经济、高效的开发和“川气东送”等国家能源战略工程的实施。

  (上海特钢工业中的“航空航天关键材料研发”“金属功能材料研发”“取向硅钢制作工艺技术研发”见本卷第七篇第四章第二节《重大科技项目》)。

五、特钢工艺技术创新

  (一)特种冶金及径快锻造工艺技术

  特种冶金是开发高性能金属和合金必须采用的冶金手段,通常采用真空感应熔炼(VIM)、真空自耗重熔(VAR)、电渣重熔(ESR)等熔炼方式。1965年,上钢五厂在国内首次成功采用“真空感应熔炼+真空自耗重熔”双真空熔炼航空发动机叶片用高温合金GH37。经过几十年的创新实践及技术积累,上海钢铁工业的特种冶金工艺技术开发与应用取得了丰硕成果。电渣重熔:2000年,宝钢五钢引进国内第一台5吨保护气氛电渣炉,通过工艺试验和创新实践,掌握了氩气保护气氛电渣核心技术(如铝、钛等易烧损元素含量精准控制技术等),同时在去除夹杂物方面效果显著。真空自耗重熔:2002—2007年,宝钢五钢、宝钢特钢先后引进3台10吨、8吨真空自耗炉,通过工艺研究开发,掌握了熔速、熔滴短路控制冶炼工艺技术,实现了铸锭超低偏析质量控制,冶金质量水平处于国内领先。真空感应熔炼:实现超低杂质元素的冶炼控制,并掌握了易烧损元素的过程控制技术。2006年,宝钢特钢引进一台12吨真空感应炉,并通过消化、吸收与创新,实现了专业化批量熔炼生产。2010年,宝钢特钢实现了以航空发动机用高温合金GH4169G为代表的“真空感应熔炼+电渣重熔+真空感应熔炼”三联工艺产品试制,并在某重点型号战机上成功应用,其实物质量接近美国同类产品水平。

  径快锻造是20世纪80年代国际先进的联合锻造加工工艺技术。1987年,上钢五厂引进一台2000吨快锻机;2004年,宝钢五钢引进一台4000吨快锻机(为国内黑色金属企业最大吨位的快锻机);2005年,宝钢五钢引进一台1300吨径锻机(采用液压式径锻,为国内技术最先进、吨位最大的径锻机)。通过消化、吸收和工艺技术创新,掌握了不同锭型如镍基合金、钛合金、不锈钢、模具钢等主要产品的全自动锻造工艺控制技术,以及不同钢种变形温度与组织性能精准控制关键工艺技术,实现了国内首创的径快锻造联合作业。工艺技术应用的主要成果,体现为产品用于制作航空航天用GH4169变截面低压涡轮长轴、模锻件及燃气轮机用GH2674、GH742、GH698盘锻件等。

  (二)不锈钢管及高合金管工艺技术

  【高合金管热挤压工艺】

  早在1966年,上钢五厂就开展了热挤压高温合金管的工艺试验研究;1971年,利用锅炉封头专用水压机部件改建成4000吨卧式挤压机,进行铝合金、不锈钢、高温合金管等特定产品的热挤压工艺研究及挤压玻璃润滑剂的研究,取得重要技术成果,并积累了宝贵经验。2009年,根据核电、航空航天、油气化工对镍基高温合金和耐蚀合金管材等高端品种的需求,宝钢特钢建成6000吨热挤压管专业生产线。通过热挤压工艺技术的创新研究及实践,2010年,成功开发核电及油气开采用耐蚀合金热挤压管,使宝钢特钢成为国内首家核电蒸发器用690U形管及镍基油井管批量供货的企业。

  【不锈钢大口径无缝钢管生产工艺】

  1981年12月,上钢五厂自行建造的100毫米穿孔机投入生产,使不锈钢穿孔荒管规格扩大至108毫米×7.5毫米,同时在100毫米穿孔机上创新开发了不锈钢二次穿孔工艺。1986年,114毫米穿孔机投入生产,由斜底加热炉、100毫米穿孔机、114毫米穿孔机组成不锈钢二次穿孔工艺生产线。不锈钢二次穿孔工艺的开发与应用,满足了中国石油化工建设对大口径规格不锈无缝钢管的需求,并替代进口。上钢五厂被中国石油化工集团公司等单位指定为国内专业不锈钢管定点供应企业。1982—2000年,上钢五厂、宝钢五钢、宝钢特钢生产的石化用大口径不锈钢无缝管产量处于行业领先地位。

  【不锈钢超长小口径及精密尺寸制管冷轧工艺】

  1984—1986年,上钢五厂先后引进KPW50VMR高速冷轧管机、网带式氢气保护连续固溶炉、八头砂带抛光机、联合无损探伤检测等装备,组成超长小口径不锈钢精密尺寸制管专业生产线。通过多年工艺研究开发及创新实践,使19~25毫米壁厚的不锈钢高精度尺寸管材的生产长度可达25米,并实现批量生产,满足了国内对化工设备用超长不锈钢换热器用钢管的需要,并实现进口替代。1999年,宝钢五钢在消化吸收引进高速冷轧管机技术的基础上,创新开发了15毫米×1.35毫米专用孔型系列工具及制造技术,实现了在高速冷轧管机上生产极限规格的全冷轧管制管生产。后续开发的镍基合金、特种不锈钢管材,满足了国家重点工程及国防军工行业对高精度尺寸钢管的产品质量要求,并实现批量供货。

  (三)薄带连铸工艺技术

  薄带连铸工艺技术是20世纪80年代初国外著名钢铁企业和科研机构竞相开发的一项冶金新工艺、新技术,属国际前沿技术。其技术核心是直接将钢水铸轧成10毫米以下薄钢带,工艺方法有双辊法、单辊法、履带法、反向凝固法等,其中,双辊法得到行业的普遍认可,接近产业化程度高。

  1983年,上海钢研所开始薄带连铸工艺的调研和技术准备。1984年,设计制造一台150毫米宽的同径双辊试验性连铸机组,并成功试验浇注出钢带。1991年,建成一台250毫米宽的同径双辊连铸机组,浇注钢水重量为150千克,并进行200多炉钢浇注。1995年,设计制造一台600毫米宽的同径双辊连铸机组,浇注钢水重量可达1000千克。3台机组浇注的带材厚度均为3~5毫米,试验钢种有低碳钢、硅钢、不锈钢、高速工具钢等。经过多年的研究、试验、试制,铸带质量接近热轧钢带质量水平,钢带经过表面处理后可用于冷轧加工,该项技术取得专利10余项。“八五”(1991—1995)期间,该项目被列为国家计划委员会重大科技攻关项目,1994年起先后在国内转让4台250~350毫米的同径双辊连铸机。

  2002年,宝钢集团组建以宝钢研究院牵头,由上海钢研所、宝钢五钢、上海宝钢工程技术有限公司、上海宝信软件股份有限公司参与的薄带连铸专题研究项目组。2003年,自主设计建造一台辊面宽度1050毫米的半工业化薄带连铸机组,浇注钢水重量可达5000千克,带钢厚度2.5~5毫米。该机组在侧封技术、液面保护与液面高度控制、气氛保护、带钢冷却控制、带钢成品在线卷曲、带材金相组织控制等方面取得了重大技术突破。至2010年,通过大量试验研究表明:应用薄带连铸工艺试制的钢带产品,具备实现工业化规模生产的可行性及可靠性,并获得多项国家发明专利,为后续产业化推广与应用奠定了基础。

  (四)辊底式连续退火炉工艺技术

  1984年9月,国内首台采用燃气辐射加热的辊底式连续退火炉在上钢五厂建成。该退火炉由北京钢铁设计研究总院和上钢五厂在消化吸收国外同类辊底式连续退火炉的基础上自主设计、研制而成,主要是满足国内需求日益增长的轴承钢冷拉棒材的坯料球化退火质量控制要求。上钢五厂与国内多家单位合作,对退火工艺技术进行开发与攻关,1986年正式应用于生产。此后经过多年的工艺创新实践及退火炉生产运行,各项技术指标均达到设计要求,年产量逐步扩大到1万吨,产品实物质量接近瑞典、日本等国同类产品水平。辊底式连续退火炉与传统台车炉、棒材罩式炉相比,具有高产、优质、低能耗的优势,使上钢五厂冷拉棒材质量明显提升。此后,该项创新工艺成果在国内得到推广应用,提升了中国合金钢冷拉棒材质量水平。

  (五)转炉顶底复吹工艺技术

  转炉顶底复吹技术(STB)是在顶吹的同时从底部也吹入气体的炼钢工艺方法。顶部采用拉瓦尔型喷嘴氧枪高速吹入100%氧气面,底部可以根据工艺要求吹入低供气强度的氧气及惰性气体(氩、氮、二氧化碳、一氧化碳)。该工艺具有金属收得率高、减少脱氧时合金消耗、提高脱硫脱磷能力、实现炉内二次燃烧、减少耐材消耗等技术创新特点。

  1985年1月,上钢五厂与日本住友金属株式会社签订引进转炉顶底复吹技术装备协议;1987年,安装并进行热调试;1988年,开展工艺试验及试生产,主要涉及铬不锈钢、铬镍不锈钢、低合金钢等多个牌号钢种;1989年7月,通过技术鉴定。经过多年创新实践,取得显著成果,渣中氧化亚铁含量降低2.5%~5.0%,金属收得率提高0.5%~1.5%,钢渣残余锰含量提高0.02%~0.06%,石灰消耗降低3~10千克/吨,氧气消耗减少4~6标准立方米/吨,提高了炉龄,减少了耐火材料消耗。上钢五厂转炉顶底复吹工艺技术的开发与应用,成为国内小型转炉工艺创新的典范。20世纪90年代中后期,该项工艺技术在全国各大、小转炉炼钢厂推广应用。

  (六)不锈钢母液熔融还原工艺技术

  世界上大多数不锈钢生产流程采用废钢(或铁水)加高碳铬铁的形式获得母液,而生产成本中不锈钢母液(即含铬铁水)的价格占了较大比例。采用熔融还原可以降低不锈钢母液的生产成本。因此,该项工艺技术一直是国际冶金工业界研究的重大创新课题。

  国内最早的不锈钢母液熔融还原工艺技术研究,是由上海大学与上钢五厂合作开展的。该项目在条件试验和理论计算方面建立试验冶炼过程模型的基础上,1992—1993年在上钢五厂15吨复吹转炉上进行铬矿、氧化镍、铁矿的熔融还原工业性试验,炼成Cr13、Cr18Ni8两种不锈钢母液和铁液。不锈钢母液的熔融还原以含碳铬矿团块、氧化镍矿冷料入炉后,转炉先兑入低磷铁水再加热增碳后开始投料进行熔融还原。通过试验,建立了监察渣况的有效手段,并掌握了各种参数的合理匹配关系,其中母液中铬的增长、温度和渣中氧化铬含量的降低与计算机模拟曲线基本吻合,吹炼终点完全一致。1994年,该项技术成果获上海市科技进步奖二等奖。

  (七)直流电弧炉及合金钢连铸工艺技术

  1993年5月,国家级重点科研项目“上钢五厂10吨直流电弧炉工艺技术开发”取得了阶段性成果———成功冶炼出第一炉合金钢。直流电弧炉是一种现代化先进冶炼手段,其技术特点是在炼钢炉型结构上采用单根石墨电极作阴极、底电极作阳极组成的主电路系统,在冶炼电源上采用先进结构的变压器带来平衡电抗器的可控硅整流,在冶炼方式上采用高架结构、偏心底出钢、炉盖旋转、顶装料机构、电极液压驱动升降等一系列先进技术,具有冶炼电耗低、电极消耗低、炉体耐火材料寿命长、噪音低、对电网冲击少等技术优点。上钢五厂自主设计开发的10吨直流电弧炉装备,成为国内技术领先的冶金试验标志装备之一。

  1995年3月,上钢五厂在10吨直流电弧炉工艺技术试验取得成果的基础上,自主开展工业化生产线设计。1997年3月,建成100吨直流电弧炉合金钢连铸产线,成为国内第一条直流电弧炉+炉外精炼+连铸生产合金钢连铸坯的专业生产线,7月正式投产。整个工程由冶炼、连铸两大主体和14项配套工程组成,主体设备100吨超高功率直流电弧炉从德国GHH公司引进,并配以由ABB公司制作的7.6万千伏安巨型变压器,五机五流合金钢连铸机从瑞士康卡斯特(CONCAST)公司引进,100吨LF炉外精炼炉和罐式真空精炼炉等装备全部由五钢自行设计、自行制作。整条生产线装备工艺先进、结构紧凑、流程合理,达到国际先进水平。在环保方面,封闭式的冶炼和双层吸尘设施,解决了炼钢过程中的烟尘超标排放;在生产运行方面,实现了计算机控制,充分体现了现代化钢铁生产高效率、高质量、低消耗、无污染和高自动化的优势,摆脱了传统炼钢工艺中人工操作占相当比例的生产方式。至2002年,宝钢五钢100吨直流电弧炉连铸产线共开发低、中、高碳合金结构钢近30个牌号产品,并实现产业化生产,实际产量达到年产50万吨设计产能。

  (八)不锈钢长型材及高合金钢棒材生产工艺技术

  2003年,宝钢五钢建成一条不锈钢长型材生产线。这是一条由炼钢、轧钢、热处理、酸洗等组成的完整连铸连轧短流程生产线,具有国际先进水平,主要设备有60吨交流电弧炉(EAF)、氩氧脱碳炉(AOD)、双工位真空精炼炉(VOD+VD)、三流连铸机(CC)、34机架连轧机、热处理炉(固溶炉和退火炉),及国内第一条不锈钢盘条全封闭自动酸洗生产线。在冶金方面,采用美国普莱克斯(Praxair)公司精炼专利,使不锈钢盘卷和线材的冶金质量水平处于国内领先;在轧制方面,采用国际先进的德国科克斯(KOCKS)公司三辊和摩根(MORGAN)公司超重型轧机,实现了棒材、线材、盘卷产品的高精度轧制,其产品尺寸精度达到国内领先水平;同时配置的低温精轧技术,使其成为国内第一条实现轴承钢、弹簧钢等结构钢产品在线控轧控冷技术的生产线。经过十多年的工艺技术创新实践,成功开发了不锈钢、轴承钢、弹簧钢、冷墩钢以及部分高温合金、精密合金钢等重点牌号产品,并实现批量生产,部分产品填补国内空白。

  2006年,宝钢特钢建成国内第一条年产10万吨级高合金钢及特种金属材料的半连续热轧专业化生产线。主体设备有步进式加热炉、700毫米可逆式粗轧机及4架一号中连轧、4架二号中连轧、4架预精轧、4架精轧组成的半连续热轧机组,配备固溶炉、退火炉、正火炉等材料热处理系列装备、材料表面精整处理、材料无损探伤设备。该生产线具有在线控轧控冷、低温精轧、材料等温矫直功能,材料全尺寸精度、性能均匀性及全线无扭轧制自动化控制,具备低塑性、难变形、高屈服强度材料专业生产的技术特点。经过多年的工艺创新实践,成功开发了高温合金、钛合金、高端气阀钢及合金钢主要牌号产品,广泛配套应用于国家重点工程和国防军工领域,部分产品填补国内空白。

  (九)特种金属及合金板带工艺技术

  2009—2010年,宝钢特钢建成一条特种金属及合金板带生产线。这是国内第一条集特种结构钢、特殊不锈钢、镍基合金、钛及钛合金、精密合金为主的高端品种专业化生产线。主体设备由四部分组成,电炉炼钢连铸部分包括40吨电弧炉2台,LF精炼炉、VD精炼炉各1座,立式连铸机1台;特种冶炼供坯部分包括7吨扁锭电渣炉2台,电子束和等离子冷床炉各1台;热轧及炉卷部分包括初轧机、炉卷轧机各1台;冷轧板卷部分包括森吉米尔20辊不锈钢板带可逆式轧机及六辊轧机各1台,并配备连续退火、光亮退火、真空退火等多种热处理设备。至2010年底,经过消化、吸收国外先进装备技术特点,通过自主工艺开发及工艺集成,开发了电弧炉冶炼+垂直连铸+热轧板产线贯通工艺,成功试制生产了压力容器结构用65Mn、12CrMoVR和不锈钢304、316等品种热轧板材,标志着宝钢特钢进入拥有扁平材品种系列的历史阶段。

  (十)钛合金等温锻造技术

  1977—1978年,上海钢研所为满足国产航空发动机对钛合金涡轮盘的需求,在国内率先开展钛合金超塑性压缩特性的研究。1981年,进行航空发动机钛合金等温锻造精密件的试制。1983年,试制成功TC6钛合金空心精密锻件,成为中国首个成功使用在飞机发动机上的等温锻造精密件,获冶金部科技进步奖三等奖。1992年,建立上海钢研所超塑性研究中心,并建设国内第一台等温锻造专用3000吨锻压机。1995年,研制成功WP14发动机二级、四级压气机盘和WPB发动机3~8级盘,成为国内最大的钛合金精密锻件。2000年,“大型优质钛合金盘及管坯等温锻造件研制”获国防科工委颁发的国防科学技术奖二等奖。

  2001年,上海钢研所超塑性研究中心并入宝钢五钢,2005年进入宝钢特钢,增添了6300吨、10000吨专用锻压机,建成国内首条完整的等温锻造生产线,可生产航空发动机整体叶盘、整体盘轴等精密锻件,最大锻件单重500千克。2007年,研制成功国内最大的TA15钛合金飞机整体框精密锻件,其投影面积达1.3平方米,创造国内最大钛合金精密锻件新纪录。

  至2010年底,宝钢特钢的等温锻造航空发动机压气机叶盘广泛应用于中国飞机制造工业。