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    冶金科技獎一等獎 | 難變形金屬材料高效軋制技術和裝備開發與應用

    2022-09-19 12:36    來源:中國鋼鐵新聞網
      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、呂則倫、徐 亮、張勇利、郭巨眾、封海生
      完成單位
      中冶京誠工程技術有限公司、北京京誠瑞信長材工程技術有限公司、北京京誠瑞達電氣工程技術有限公司、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
      項目背景
      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,變形抗力是鋼的兩到三倍,因具有優異的抗疲勞性、抗腐蝕性及良好的高溫性能,被廣泛應用于航空航天、國防軍工、核電、醫療等領域,是重大裝備與高端制造業所必需的關鍵材料。
      難變形金屬使用工況復雜,對性能的一致性和可靠性要求嚴格。目前這些材料主要以多火鍛造、橫列式軋制的模式生產;生產批次小,批次間質量波動大;即使同一批次內,由于頭尾溫差、芯表溫差導致的性能波動大,無法滿足下游客戶要求,以C919、運20為例,部分緊固件產品仍需要進口。
      為了響應國家“十三五”關于“關鍵戰略材料綜合保障能力超過70%”的目標,亟需形成一套難變形金屬高效的加工生產新模式、工藝及裝備,以改變國內落后的生產局面。項目組根據自身長期的技術積累,聯合多家單位,組成強大的“產學研”研發團隊,對難變形金屬的熱加工問題進行技術攻關,為滿足國家高端制造業需求,提升“中國制造”的全球影響力貢獻力量。
      主要創新點和相關技術內容
      創新點1:針對難變形金屬材料導熱系數低、熱加工范圍窄的問題,開發了溫度波動范圍±50℃內的近恒溫軋制方法,以及最短軋制間歇4秒和最優速度控制技術和裝備,開創難變形金屬“一火成材”高效軋制新模式,成果在筆尖鋼、鎳基合金、鈦合金等領域成功應用,取得了鈦合金盤卷單重由70kg到227kg的歷史性突破,占領了筆尖鋼80%以上的市場份額,實現了難變形金屬的高一致性和高穩定性連續生產。
      通過對不同材料熱加工圖的研究,合理運用變形程度、變形速度、軋制周期等因素,有效控制變形過程的溫度場,開發了成套近恒溫軋機技術和裝備,實現了?5.5~16mm線材和?10~ 100mm棒材的批量生產。
      創新點2:針對大斷面坯料鑄態組織塑性差,消除鑄態組織及晶粒細化難的問題,創新提出大規格難變形金屬材料“免鍛直軋”的高效軋制生產模式,取得了最大直徑900mm圓錠軋出直徑85~ 350mm成品的世界記錄,實現了大規格產品“以軋代鍛”的新突破。
      創新點3:針對大斷面難變形金屬材料軋制裝備和電控系統落后的問題,開發出世界最大的850橫移可逆軋制成套裝備,和全流程智能電控系統。為突破傳統鍛造生產模式、實現難變形金屬材料高效生產提供了先進的裝備保障,經檢驗軋制精度優于1/3DIN,達到國際先進水平。
      電氣控制是軋制裝備及生產穩定運行的“神經中樞”,本項目自主開發了難變形金屬材料全流程智能控制系統,動態多向實時溫度監測與報警、多點質量檢測、速度跟隨及自適應調整、創新實現了任意道次自動起軋功能,實現了自動軋制,智慧軋制。
      知識產權及第三方評價
      本項目授權專利34項,發明專利24項,軟件著作權5項, 主編《筆尖用易切削不銹鋼絲》1項。項目成果經行業專家鑒定,達到國際先進水平。
      本項目近三年產生直接經濟效益5.8億元,新增利稅8千多萬元,經濟效益顯著。應用該技術生產的鈦合金、耐蝕合金、筆尖鋼等產品,已與中航工業、中國船舶重工、中國兵器等20多家國內外重點裝備制造企業合作,成功應用于航空航天、海洋平臺、能源化工等多個領域,產品質量已通過終端客戶及專項認證機構認證。
      項目成果被中國冶金報、世界金屬導報等行業內多家期刊報道,開發了難變形金屬材料熱加工的新工藝和新裝備,解決了關鍵材料“卡脖子”的問題。
      推廣應用和社會經濟效益
      本項目開創了難變形金屬材料高效軋制新模式,有利推動了技術和裝備的進步;縮短了下游制造業的加工流程,形成了高效低成本的新產業鏈,推動了后續高端制造業的整體進步;賦能航空航天、新能源等多領域,提高了國家關鍵戰略材料綜合保障能力,引領了國家新材料產業的發展方向。

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