中冶京誠工程技術(shù)有限公司
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陜西天成航空材料有限公司
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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攝氏度之內(nèi)，變形抗力是鋼的2倍到3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(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)量波動大；即使同一批次內(nèi)，由于頭尾溫差、芯表溫差導致的性能波動大，也可能無法滿足下游客戶要求，以C919、運20為例，部分緊固件產(chǎn)品仍需要進口。
為了實現(xiàn)國家“十三五”關(guān)于“關(guān)鍵戰(zhàn)略材料綜合保障能力超過70%”的目標，急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(nèi)落后的生產(chǎn)局面。該項目組根據(jù)自身長期的技術(shù)積累，聯(lián)合多家單位，組成強大的“產(chǎn)學研”研發(fā)團隊，對難變形金屬的熱加工問題進行技術(shù)攻關(guān)，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(guān)技術(shù)內(nèi)容
創(chuàng)新點1：針對難變形金屬材料導熱系數(shù)低、熱加工范圍窄的問題，開發(fā)了溫度波動范圍±50攝氏度內(nèi)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，取得了鈦合金盤卷單重由70千克到227千克的歷史性突破，占領(lǐng)了筆尖鋼80%以上的市場份額，實現(xiàn)了難變形金屬的高一致性和高穩(wěn)定性連續(xù)生產(chǎn)。
通過對不同材料熱加工圖的研究，該項目團隊合理運用變形程度、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(shù)和裝備，實現(xiàn)了直徑5.5毫米~16毫米線材和直徑10毫米~100毫米棒材的批量生產(chǎn)。
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，該項目團隊創(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(chǎn)模式，取得了最大直徑900毫米圓錠軋出直徑85毫米~350毫米成品的世界紀錄，實現(xiàn)了大規(guī)格產(chǎn)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(chǎn)模式、實現(xiàn)難變形金屬材料高效生產(chǎn)提供了先進的裝備保障。
電氣控制是軋制裝備及生產(chǎn)穩(wěn)定運行的“神經(jīng)中樞”，該項目自主開發(fā)了難變形金屬材料全流程智能控制系統(tǒng)，動態(tài)多向?qū)崟r溫度監(jiān)測與報警、多點質(zhì)量檢測、速度跟隨及自適應調(diào)整、創(chuàng)新實現(xiàn)了任意道次自動起軋功能，實現(xiàn)了自動軋制，智慧軋制。
知識產(chǎn)權(quán)及第三方評價情況
該項目獲得授權(quán)專利34項、發(fā)明專利24項、軟件著作權(quán)5項, 主編《筆尖用易切削不銹鋼絲》標準1項。項目成果經(jīng)行業(yè)專家鑒定，達到國際先進水平。
該項目近3年產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益5.8億元，新增利稅8000多萬元，經(jīng)濟效益顯著。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(nèi)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(lǐng)域，產(chǎn)品質(zhì)量已通過終端客戶及專項認證機構(gòu)認證；采用該項目成果開發(fā)了難變形金屬材料熱加工的新工藝和新裝備，解決了關(guān)鍵材料“卡脖子”的問題。
推廣應用和社會經(jīng)濟效益
該項目開創(chuàng)了難變形金屬材料高效軋制新模式，有力推動了技術(shù)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(chǎn)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(lǐng)域，提高了國家關(guān)鍵戰(zhàn)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。
