技术路线在现场跑通 产品才能站稳高端市场——首钢高端特殊钢中型电渣锭生产技术攻关团队侧记

来源：首钢集团

项目名片

项目剑指复兴号350公里时速等级高铁轴类用钢等高端特钢生产的“卡脖子”痛点，首创小方坯自耗电极电渣重熔工艺，攻克了浅平金属熔池控制、高洁净度控氧、电渣锭均匀性控制三大行业技术难题。项目让中型电渣锭全工序成材率跃升至80%以上，较行业平均水平提高14个百分点，工艺覆盖3大系列28个特钢牌号，复兴号绿巨人系列车轴钢市场占有率实现100%供货、350公里时速等级电机转轴钢装车200余列，市场占有率超半壁江山。

攻关故事

当复兴号以350公里时速风驰电掣，藏在车身之中的车轴与牵引电机转轴，便是托举安全与速度的硬核脊梁。这看似寻常的钢轴，要扛住高速运转下的极致冲击，对钢材纯净度、组织均匀性的要求都极为严苛。曾几何时，高端高铁轴类用钢被国外牢牢垄断，国内企业不仅采购成本居高不下、成材率屡屡偏低，品质更是始终迈不进国际顶尖门槛。

如今，首钢凭借全球首创的小方坯自耗电极电渣重熔技术，一举打破国外技术壁垒，让国产高铁轴类用钢品质升级，成材率提高14个百分点，两年半时间创效突破千万元。这项硬核技术的背后，站着一支平均年龄不大、敢啃硬骨头的钢铁科研团队——首钢技术研究院与首钢贵钢组建的高端特殊钢电渣重熔工艺攻关团队。

屡次“碰壁”，让“破壁”决心更加坚定

故事的起点，藏着一段“窘迫又揪心”的现实。

坚守“制造+服务”双提升，终究要直面市场与成本的双重大考。首钢贵钢高铁轴类用钢，虽是历经严苛认证的老牌拳头产品，可传统生产模式在市场行情竞争加剧的情况下，却让企业陷入进退两难的局面：一是质量难以攀高——传统工艺生产的电渣锭能满足高铁货运机车用轴的质量要求，却无法达到复兴号350公里时速等级客运列车对疲劳性能的更高标准，想要进军更高效益的客运列车转轴市场，产品质量瓶颈亟待突破。二是成本居高不下——全废钢电炉冶炼钢水模铸后锻造成电极，再经电渣重熔，仅模铸锭切头就损失20%的原料，全流程成材率仅70%，让原本具有高附加值的高铁轴类用钢沦为越产越亏的“赔钱货”。现场人员愁眉不展：“质量上不去，成本降不下来，再这样下去，‘饭’都吃不上啦。”

技术创新要站排头、当先锋，就得在绝境夹缝里，拼出一条破局之路。“绝不能让中国高铁，用着外国钢轴奔跑！”“必须把技术路线跑通，让国产产品站稳高端市场！”项目负责人、技术研究院首席工程师吕迺冰，语气斩钉截铁。团队成员马跃深耕首钢贵钢一线，他与现场技术人员反复核算成本、推演工艺，一个大胆的构想浮出水面：立足首钢贵钢现有工艺装备，彻底抛弃传统模铸锻造电极，改用厂区现成的小方坯直接制造成电极！

这个想法刚一抛出，便引来大家一片质疑。电渣重熔最核心的“填充比”指标，传统圆形电极需达0.5—0.6才算合理，而采用小方坯做电极后填充比仅0.3左右，远低于行业公认底线。“这违背电渣重熔基本规律，根本不可能成功！”大家纷纷摇头，认定这是触碰行业禁区的“异想天开”。

逢山开路、遇水架桥，行业规则、技术边界，本就是用来突破的！屡次“碰壁”的攻关团队，凭着对科研机理的深刻洞察，偏要啃下这块“硬骨头”。在随后的日子里，一支由首钢技术研究院与首钢贵钢组成的电渣重熔工艺攻坚小分队，就此踏上挑战行业极限的征途。

顺“藤”摸“瓜”，破解行业三大难题

小方坯自耗电极，看着简单，填充比过低导致熔池过深、钢锭质量差；电极表面积大，重熔过程严重增氧；钢锭上下成分不均，性能波动大——每个关卡“小妖”的背后都有“大BOSS”，且是困扰行业多年的共性顽疾。

第一关：攻克“浅平熔池”，让钢锭长得更均匀。

填充比太低，热量集中在钢锭中心，会形成深“V”形熔池，中心偏析、组织疏松等缺陷接踵而至。擅长模拟计算的团队成员王晓晨迎难而上，当遇到电磁场、温度场、流场耦合计算难题时，他跟着吕迺冰多次向国内电渣模拟领域顶尖专家虚心请教，一遍遍调试参数、优化模型，为项目推进插上了“数智之翼”。

团队经过复杂的多物理场耦合模拟与现场试验，重新设计小方坯电极结构，熔池深度直接减半，高铁车轴钢先共析铁素体比例骤降至2%以下，组织均匀性显著提高。

第二关：守住“洁净度”，把增氧控制到极致。

方坯电极比表面积远大于传统电极，高温下极易氧化，重熔后增氧量过高，直接腰斩钢轴疲劳寿命。为了精准算出氧化量，理论基础扎实、擅长沟通的团队成员徐士新，在实验室完成近百次高温氧化试验，把电极上氧化铁皮的“生长节奏”在实验室还原得“明明白白”，为每一次工艺优化提供了精准的数据支撑。

氧化铁皮薄脆易脱落，稍不留意试验数据就全部作废，“有时连做10次试验，只有1次能保住完整样品”。团队成员李舒笳工作仔细认真，练就一手打磨“绝活”。她制样、抛光、用精密设备分析氧化铁皮成分有条不紊，精准还原了氧化铁皮原貌。团队成员郝剑桥性格稳重、思路开阔，为了彻底解决现场人工加料不准、风吹损耗的问题，他精心设计了脱氧剂随电极加入渣池的方法，增氧量得到稳定控制，完全优于对标企业水平。

第三关：稳住“成分均匀性”，让钢锭上下一个样。

重熔过程中，铝、硅等活泼元素易波动，易出现钢锭底部与顶部铝含量差距大的情况。团队基于有效平衡反应区理论，建立钢—渣—夹杂物多相反应模型，动态调整炉渣成分，最终实现了5吨级电渣锭上下成分均匀，夹杂物大小、分布完全达标。

针对合金含量高的品种连铸易漏钢、铸坯易开裂的痛点，时任首钢技术研究院炼钢工艺首席工程师的刘珂，和现场人员一道优化工艺窗口，改造连铸机设备，打出“控制结晶器液面波动、优化铸机拉速、匹配浇钢温度与冷却水”的组合拳，从电极材料源头筑牢成分稳定、工艺顺行的根基。

行业领跑，给复兴号装上“中国心”

历经两年日夜奋战，小方坯自耗电极电渣重熔工艺全流程跑通，实现了高质量与高效率双兼顾，更坚定了首钢贵钢进一步拓宽品种类别、开发高端新产品的信心和决心。

抢占品质“制高点”。高铁牵引电机转轴钢30CrNiMo8断裂率为0，远超某著名品牌，已装车复兴号350公里等级列车200余列，市场占有率超50%；高铁车轴钢EA4T通过德国铁路HPQ认证，整车出口欧盟，在复兴号“绿巨人”系列实现100%配套。

效率效益“双丰收”。全工序成材率从70%飙升至84%，提升14个百分点，省去模铸锻造多道工序，生产周期缩短48小时以上。2023年至今，累计创效一千余万元。

深耕科研“硬实力”。团队依托该项目累计申报发明专利7项，形成2项企业技术秘密，工艺覆盖三大系列28个钢种。更难得的是，这支学习型科研团队始终斗志昂扬：吕迺冰今年6月获得了博士学位；郝剑桥博士毕业入职，一边深耕现场技术，一边助力团队成员完成科研论文；徐士新也踏上攻读博士的征程……全员边攻坚边成长，成为首钢科研战线一道亮眼风景线。

从被多方质疑，到用技术实力征服高端市场；从产线踟蹰不前，到领跑高端特钢领域，高端特殊钢中型电渣锭生产技术攻关团队，将小方坯变成“国之重材”，让中国高铁钢轴真正实现自主可控、全球领跑。

如今，首钢贵钢生产线上，小方坯经连铸、重熔、锻造，化作支撑复兴号飞驰的关键钢轴。它们承载着首钢科研人员的汗水与梦想，向着更远的前方疾驰，书写着中国高端特钢崭新的传奇篇章。