東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（RAL）本質細晶鋼研究團隊在王國棟院士指導下，學術骨干王超博士通過熱軋鋼材本質細晶原理及機制的基礎研究，在解決第二相粒子演變規律及誘導相變形核機制等科學問題的基礎上，實驗室研究與工業化試制相結合，突破成分-冶煉-軋制-冷卻全流程組織性能調控核心技術，目前已成功實現本質細晶鋼工藝技術在螺紋鋼產品領域的批量生產應用，取得突破性研究進展。該研究充分利用氧/硫/氮化物粒子的第二相誘導細晶作用，發揮細晶強化作用機制，減少微合金元素的大量添加，降低了合金成本和生產難度，并形成了穩定的工業化生產技術。目前，本質細晶鋼技術已應用于12~36mm規格HRB400E抗震螺紋鋼筋的工業化生產，組織性能良好，降成本效果顯著?；谠撗芯康南嚓P工藝技術創新已申報國家發明專利5項，申報國際專利4項，形成了工業化成套工藝技術，可為企業提供一攬子系統解決方案。

螺紋鋼是建筑用鋼領域體量最大、應用最廣的鋼材門類。對于鋼鐵行業，螺紋鋼產品生產相對簡單，應盡可能采用簡單的成分和工藝，來獲得高品質的產品。2018年，我國實施了螺紋鋼新國標GB/T 1499.2-2018，強化了對產品金相組織的要求。為滿足國標要求，各螺紋鋼生產企業進一步強化采用釩或鈮微合金化技術，不但造成生產成本的增加，而且還將導致貴重合金資源的巨大消耗。針對新國標提出的組織性能調控需求，尤其是大規格產品，迫切需要開展工藝技術創新，實現高品質螺紋鋼的經濟、綠色化生產。在機理研究方面，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分析，明確了微細第二相粒子彌散分布的控制機理，考察了不同熱變形條件下奧氏體粗化規律及組織轉變行為，分析了氧/硫/氮化物誘導細晶相變形核機制，闡明了第二相粒子與組織演變的交互作用機制，為工藝技術開發提供了理論支撐。在基礎研究成果的工業化轉化實踐方面，產學研結合，基于對螺紋鋼工業生產流程中夾雜物演變規律開展的系統取樣分析，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轉爐條件下成分和生產節奏控制要領，重點解決了快節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對性能的影響規律。

經過多輪的工業化試制，解決了不同產線中出現的實際問題，打通了冶煉、連鑄和軋制全工藝流程，在多輪的千噸級連續試制過程中，生產工藝穩定，產品性能優良，確立了成熟穩定的工業化生產工藝方案。通過本質細晶鋼技術的實施，HRB400E螺紋鋼筋在非控軋控冷條件下減少微合金消耗，與常規含釩鋼筋相比晶粒度細化1.5級以上。在此基礎上，進一步結合不同標準和規格進行成分和工藝的調整優化，開發出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品。

▲常規釩氮微合金化鋼筋組織

▲本質細晶鋼筋組織

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組織細化機理與工藝開展本質細晶鋼相關的基礎研究工作。本質細晶鋼研究主要是針對大規格、大斷面或厚規格熱軋鋼材產品全斷面組織均勻性調控的重大需求，擬采用相對合理的成分設計和工藝調控手段，實現鋼材斷面組織的細化，提升鋼鐵材料綜合強韌性。攻讀博士學位期間，幾年如一日，王超蹲守在實驗熔煉設備旁，潛心研究，理論分析與實驗研究相結合，深入考察各脫氧元素析出規律及組織細化機制，并進一步深入鋼鐵企業生產現場，注重基礎研究成果與工業實踐相結合。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難以均勻細化難題，通過在鋼中引入彌散分布的高熱穩定性第二相粒子，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晶界/晶內相變形核，獲得均勻細晶轉變組織，改善材料的綜合強韌性能。RAL本質細晶鋼研究團隊針對螺紋鋼實際生產需求，突出發揮產學研創新鏈條中基礎研究的理論支撐作用，靈活有效地運用彌散第二相誘導細晶強化機制，通過基礎研究的突破推動工藝技術的創新與進步，為螺紋鋼的高品質生產提供了創新思路及技術路線。同時，相關研究突破對于實現其它鋼材門類的本質細晶化生產也具有重要參考價值，對我國鋼鐵行業高品質鋼鐵材料的開發生產具有重要意義。（來源：東北大學、有色技術平臺）

▲氧硫化物誘導細晶鐵素體相變形核