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冷拔钢管-难变形金属材料高效轧制技术和装备开发与应用
作者：无锡苏桥 来源： 日期：2023/5/16 14:38:57
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摄氏度之内，变形抗力是钢的2倍到3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，也可能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。
为了实现国家“十三五”关于“关键战略材料综合保障能力超过70%”的目标，急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。该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摄氏度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70千克到227千克的历史性突破，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，该项目团队合理运用变形程度、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，实现了直径5.5毫米~16毫米线材和直径10毫米~100毫米棒材的批量生产。
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，该项目团队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900毫米圆锭轧出直径85毫米~350毫米成品的世界纪录，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。
电气控制是轧制装备及生产稳定运行的“神经中枢”，该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情况
该项目获得授权专利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》标准1项。项目成果经行业专家鉴定，达到国际先进水平。
该项目近3年产生直接经济效益5.8亿元，新增利税8000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；采用该项目成果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
该项目开创了难变形金属材料高效轧制新模式，有力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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