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(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(yī)療等領域，是重大裝備與高端制造業(yè)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(zhàn)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(fā)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(yè)需求，提升“中國制造”的全球影響力貢獻力量。
主要創(chuàng)新點和相關技術內容
創(chuàng)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(fā)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(yōu)速度控制技術和裝備，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(wěn)定性連續(xù)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(fā)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(chuàng)新點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(guī)格產品“以軋代鍛”的新突破。
創(chuàng)新點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(yōu)于1/3DIN，達到國際先進水平。
電氣控制是軋制裝備及生產穩(wěn)定運行的“神經中樞”，本項目自主開發(fā)了難變形金屬材料全流程智能控制系統(tǒng)，動態(tài)多向實時溫度監(jiān)測與報警、多點質量檢測、速度跟隨及自適應調整、創(chuàng)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(fā)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(yè)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(yè)、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(yè)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(yè)內多家期刊報道，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(chuàng)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(yè)的加工流程，形成了高效低成本的新產業(yè)鏈，推動了后續(xù)高端制造業(yè)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(zhàn)略材料綜合保障能力，引領了國家新材料產業(yè)的發(fā)展方向。
