冶金科技獎一等獎 | 難變形金屬材料高效軋制技術(shù)和裝備開發(fā)與應(yīng)用

　　完成人

　　王京瑤、趙英彪、馬志勇、王任全、薛岳釗、徐旭東、車　偉、彭　聃、馮光宏、葉文學(xué)、呂則倫、徐　亮、張勇利、郭巨眾、封海生

　　完成單位

　　中冶京誠工程技術(shù)有限公司、北京京誠瑞信長材工程技術(shù)有限公司、北京京誠瑞達(dá)電氣工程技術(shù)有限公司、陜西天成航空材料有限公司、鋼鐵研究總院有限公司、山西太鋼不銹鋼股份有限公司不銹線材廠

　　難變形金屬是指鎳基合金、鈦合金、工模具鋼、特殊不銹鋼等品種。這些材料合金化程度在10%以上，導(dǎo)熱性能僅為鋼的四分之一到五分之一，熱加工溫度范圍在100℃之內(nèi)，變形抗力是鋼的兩到三倍，因具有優(yōu)異的抗疲勞性、抗腐蝕性及良好的高溫性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工、核電、醫(yī)療等領(lǐng)域，是重大裝備與高端制造業(yè)所必需的關(guān)鍵材料。

　　難變形金屬使用工況復(fù)雜，對性能的一致性和可靠性要求嚴(yán)格。目前這些材料主要以多火鍛造、橫列式軋制的模式生產(chǎn)；生產(chǎn)批次小，批次間質(zhì)量波動大；即使同一批次內(nèi)，由于頭尾溫差、芯表溫差導(dǎo)致的性能波動大，無法滿足下游客戶要求，以C919、運(yùn)20為例，部分緊固件產(chǎn)品仍需要進(jìn)口。

　　為了響應(yīng)國家“十三五”關(guān)于“關(guān)鍵戰(zhàn)略材料綜合保障能力超過70%”的目標(biāo)，亟需形成一套難變形金屬高效的加工生產(chǎn)新模式、工藝及裝備，以改變國內(nèi)落后的生產(chǎn)局面。項(xiàng)目組根據(jù)自身長期的技術(shù)積累，聯(lián)合多家單位，組成強(qiáng)大的“產(chǎn)學(xué)研”研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對難變形金屬的熱加工問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，為滿足國家高端制造業(yè)需求，提升“中國制造”的全球影響力貢獻(xiàn)力量。

　　創(chuàng)新點(diǎn)1：針對難變形金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)低、熱加工范圍窄的問題，開發(fā)了溫度波動范圍±50℃內(nèi)的近恒溫軋制方法，以及最短軋制間歇4秒和最優(yōu)速度控制技術(shù)和裝備，開創(chuàng)難變形金屬“一火成材”高效軋制新模式，成果在筆尖鋼、鎳基合金、鈦合金等領(lǐng)域成功應(yīng)用，取得了鈦合金盤卷單重由70kg到227kg的歷史性突破，占領(lǐng)了筆尖鋼80%以上的市場份額，實(shí)現(xiàn)了難變形金屬的高一致性和高穩(wěn)定性連續(xù)生產(chǎn)。

　　通過對不同材料熱加工圖的研究，合理運(yùn)用變形程度、變形速度、軋制周期等因素，有效控制變形過程的溫度場，開發(fā)了成套近恒溫軋機(jī)技術(shù)和裝備，實(shí)現(xiàn)了?5.5~16mm線材和?10~ 100mm棒材的批量生產(chǎn)。

　　創(chuàng)新點(diǎn)2：針對大斷面坯料鑄態(tài)組織塑性差，消除鑄態(tài)組織及晶粒細(xì)化難的問題，創(chuàng)新提出大規(guī)格難變形金屬材料“免鍛直軋”的高效軋制生產(chǎn)模式，取得了最大直徑900mm圓錠軋出直徑85~ 350mm成品的世界記錄，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)格產(chǎn)品“以軋代鍛”的新突破。

　　創(chuàng)新點(diǎn)3：針對大斷面難變形金屬材料軋制裝備和電控系統(tǒng)落后的問題，開發(fā)出世界最大的850橫移可逆軋制成套裝備，和全流程智能電控系統(tǒng)。為突破傳統(tǒng)鍛造生產(chǎn)模式、實(shí)現(xiàn)難變形金屬材料高效生產(chǎn)提供了先進(jìn)的裝備保障，經(jīng)檢驗(yàn)軋制精度優(yōu)于1/3DIN，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　電氣控制是軋制裝備及生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的“神經(jīng)中樞”，本項(xiàng)目自主開發(fā)了難變形金屬材料全流程智能控制系統(tǒng)，動態(tài)多向?qū)崟r(shí)溫度監(jiān)測與報(bào)警、多點(diǎn)質(zhì)量檢測、速度跟隨及自適應(yīng)調(diào)整、創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了任意道次自動起軋功能，實(shí)現(xiàn)了自動軋制，智慧軋制。

　　本項(xiàng)目授權(quán)專利34項(xiàng)，發(fā)明專利24項(xiàng)，軟件著作權(quán)5項(xiàng), 主編《筆尖用易切削不銹鋼絲》1項(xiàng)。項(xiàng)目成果經(jīng)行業(yè)專家鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　本項(xiàng)目近三年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益5.8億元，新增利稅8千多萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。應(yīng)用該技術(shù)生產(chǎn)的鈦合金、耐蝕合金、筆尖鋼等產(chǎn)品，已與中航工業(yè)、中國船舶重工、中國兵器等20多家國內(nèi)外重點(diǎn)裝備制造企業(yè)合作，成功應(yīng)用于航空航天、海洋平臺、能源化工等多個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)品質(zhì)量已通過終端客戶及專項(xiàng)認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證。

　　項(xiàng)目成果被中國冶金報(bào)、世界金屬導(dǎo)報(bào)等行業(yè)內(nèi)多家期刊報(bào)道，開發(fā)了難變形金屬材料熱加工的新工藝和新裝備，解決了關(guān)鍵材料“卡脖子”的問題。

　　本項(xiàng)目開創(chuàng)了難變形金屬材料高效軋制新模式，有利推動了技術(shù)和裝備的進(jìn)步；縮短了下游制造業(yè)的加工流程，形成了高效低成本的新產(chǎn)業(yè)鏈，推動了后續(xù)高端制造業(yè)的整體進(jìn)步；賦能航空航天、新能源等多領(lǐng)域，提高了國家關(guān)鍵戰(zhàn)略材料綜合保障能力，引領(lǐng)了國家新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。