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冶金科技奖一等奖 | 难变形金属材料高效轧制技术和装备开发与应用

2022-09-19 12:36    来源:中国钢铁新闻网
  完成人
  王京瑶、赵英彪、马志勇、王任全、薛岳钊、徐旭东、车 伟、彭 聃、冯光宏、叶文学、吕则伦、徐 亮、张勇利、郭巨众、封海生
  完成单位
  中冶京诚工程技术有限公司、北京京诚瑞信长材工程技术有限公司、北京京诚瑞达电气工程技术有限公司、陕西天成航空材料有限公司、钢铁研究总院有限公司、山西太钢不锈钢股份有限公司不锈线材厂
  项目背景
  难变形金属是指镍基合金、钛合金、工模具钢、特殊不锈钢等品种。这些材料合金化程度在10%以上,导热性能仅为钢的四分之一到五分之一,热加工温度范围在100℃之内,变形抗力是钢的两到三倍,因具有优异的抗疲劳性、抗腐蚀性及良好的高温性能,被广泛应用于航空航天、国防军工、核电、医疗等领域,是重大装备与高端制造业所必需的关键材料。
  难变形金属使用工况复杂,对性能的一致性和可靠性要求严格。目前这些材料主要以多火锻造、横列式轧制的模式生产;生产批次小,批次间质量波动大;即使同一批次内,由于头尾温差、芯表温差导致的性能波动大,无法满足下游客户要求,以C919、运20为例,部分紧固件产品仍需要进口。
  为了响应国家“十三五”关于“关键战略材料综合保障能力超过70%”的目标,亟需形成一套难变形金属高效的加工生产新模式、工艺及装备,以改变国内落后的生产局面。项目组根据自身长期的技术积累,联合多家单位,组成强大的“产学研”研发团队,对难变形金属的热加工问题进行技术攻关,为满足国家高端制造业需求,提升“中国制造”的全球影响力贡献力量。
  主要创新点和相关技术内容
  创新点1:针对难变形金属材料导热系数低、热加工范围窄的问题,开发了温度波动范围±50℃内的近恒温轧制方法,以及最短轧制间歇4秒和最优速度控制技术和装备,开创难变形金属“一火成材”高效轧制新模式,成果在笔尖钢、镍基合金、钛合金等领域成功应用,取得了钛合金盘卷单重由70kg到227kg的历史性突破,占领了笔尖钢80%以上的市场份额,实现了难变形金属的高一致性和高稳定性连续生产。
  通过对不同材料热加工图的研究,合理运用变形程度、变形速度、轧制周期等因素,有效控制变形过程的温度场,开发了成套近恒温轧机技术和装备,实现了?5.5~16mm线材和?10~ 100mm棒材的批量生产。
  创新点2:针对大断面坯料铸态组织塑性差,消除铸态组织及晶粒细化难的问题,创新提出大规格难变形金属材料“免锻直轧”的高效轧制生产模式,取得了最大直径900mm圆锭轧出直径85~ 350mm成品的世界记录,实现了大规格产品“以轧代锻”的新突破。
  创新点3:针对大断面难变形金属材料轧制装备和电控系统落后的问题,开发出世界最大的850横移可逆轧制成套装备,和全流程智能电控系统。为突破传统锻造生产模式、实现难变形金属材料高效生产提供了先进的装备保障,经检验轧制精度优于1/3DIN,达到国际先进水平。
  电气控制是轧制装备及生产稳定运行的“神经中枢”,本项目自主开发了难变形金属材料全流程智能控制系统,动态多向实时温度监测与报警、多点质量检测、速度跟随及自适应调整、创新实现了任意道次自动起轧功能,实现了自动轧制,智慧轧制。
  知识产权及第三方评价
  本项目授权专利34项,发明专利24项,软件著作权5项, 主编《笔尖用易切削不锈钢丝》1项。项目成果经行业专家鉴定,达到国际先进水平。
  本项目近三年产生直接经济效益5.8亿元,新增利税8千多万元,经济效益显著。应用该技术生产的钛合金、耐蚀合金、笔尖钢等产品,已与中航工业、中国船舶重工、中国兵器等20多家国内外重点装备制造企业合作,成功应用于航空航天、海洋平台、能源化工等多个领域,产品质量已通过终端客户及专项认证机构认证。
  项目成果被中国冶金报、世界金属导报等行业内多家期刊报道,开发了难变形金属材料热加工的新工艺和新装备,解决了关键材料“卡脖子”的问题。
  推广应用和社会经济效益
  本项目开创了难变形金属材料高效轧制新模式,有利推动了技术和装备的进步;缩短了下游制造业的加工流程,形成了高效低成本的新产业链,推动了后续高端制造业的整体进步;赋能航空航天、新能源等多领域,提高了国家关键战略材料综合保障能力,引领了国家新材料产业的发展方向。

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