完成人
王京瑤、趙英彪、馬志勇、王任全、薛岳釗、徐旭東、車(chē) 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(cháng)材工程技術(shù)有限公司、北京京誠瑞達電氣工程技術(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(xiàn)材廠(chǎng)
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(yōu)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(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(chǎn)；生產(chǎn)批次小，批次間質(zhì)量波動(dòng)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(dòng)大，無(wú)法滿(mǎn)足下游客戶(hù)要求，以C919、運20為例，部分緊固件產(chǎn)品仍需要進(jìn)口。
為了響應國家“十三五”關(guān)于“關(guān)鍵戰略材料綜合保障能力超過(guò)70%”的目標，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，以改變國內落后的生產(chǎn)局面。項目組根據自身長(cháng)期的技術(shù)積累，聯(lián)合多家單位，組成強大的“產(chǎn)學(xué)研”研發(fā)團隊，對難變形金屬的熱加工問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，為滿(mǎn)足國家高端制造業(yè)需求，提升“中國制造”的全球影響力貢獻力量。
主要創(chuàng )新點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)內容
創(chuàng )新點(diǎn)1：針對難變形金屬材料導熱系數低、熱加工范圍窄的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了溫度波動(dòng)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(yōu)速度控制技術(shù)和裝備，開(kāi)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)域成功應用，取得了鈦合金盤(pán)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(chǎng)份額，實(shí)現了難變形金屬的高一致性和高穩定性連續生產(chǎn)。
通過(guò)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(guò)程的溫度場(chǎng)，開(kāi)發(fā)了成套近恒溫軋機技術(shù)和裝備，實(shí)現了?5.5~16mm線(xiàn)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)組織及晶粒細化難的問(wèn)題，創(chuàng )新提出大規格難變形金屬材料“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)現了大規格產(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落后的問(wèn)題，開(kāi)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。為突破傳統鍛造生產(chǎn)模式、實(shí)現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)檢驗軋制精度優(yōu)于1/3DIN，達到國際先進(jìn)水平。
電氣控制是軋制裝備及生產(chǎn)穩定運行的“神經(jīng)中樞”，本項目自主開(kāi)發(fā)了難變形金屬材料全流程智能控制系統，動(dòng)態(tài)多向實(shí)時(shí)溫度監測與報警、多點(diǎn)質(zhì)量檢測、速度跟隨及自適應調整、創(chuàng )新實(shí)現了任意道次自動(dòng)起軋功能，實(shí)現了自動(dòng)軋制，智慧軋制。
知識產(chǎn)權及第三方評價(jià)
本項目授權專(zhuān)利34項，發(fā)明專(zhuān)利24項，軟件著(zhù)作權5項, 主編《筆尖用易切削不銹鋼絲》1項。項目成果經(jīng)行業(yè)專(zhuān)家鑒定，達到國際先進(jìn)水平。
本項目近三年產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益5.8億元，新增利稅8千多萬(wàn)元，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。應用該技術(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多家國內外重點(diǎn)裝備制造企業(yè)合作，成功應用于航空航天、海洋平臺、能源化工等多個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)品質(zhì)量已通過(guò)終端客戶(hù)及專(zhuān)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(yè)內多家期刊報道，開(kāi)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(wèn)題。
推廣應用和社會(huì )經(jīng)濟效益
本項目開(kāi)創(chuàng )了難變形金屬材料高效軋制新模式，有利推動(dòng)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(dòng)了后續高端制造業(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。
