《高品质金属材料连铸连轧短流程生产关键技术及应用》

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项目属于材料加工和冶金交叉科学技术领域。

连铸连轧是一种不同于传统铸锭热轧的节能高效生产方式,可用于生产钢铁薄板,也可用于生产铝合金线杆等。连铸连轧材料在凝固微观结构、表面夹杂物分布、残余元素偏析及表面氧化特性,均不同于传统工艺。项目组在多项纵、横向项目支持下,获得板材及氧化膜原创性三维成分分析方法,创造性地利用夹杂物植入法、基于工况匹配的低温气体无应力镀膜法,突破了薄板连铸连轧钢板中夹杂物及氧化膜难于控制等关键性技术瓶颈,解决了铝线杆连铸连轧中线杆表面质量及轧辊耐磨性差的行业性难题。具体创新性成果如下:

(1)在发明定向溶解装置和三维成分顺序扫描测试方法的基础上,发现连铸连轧钢板中低熔点残余元素即使钢板平均成分符合国家标准,板材上下表面残余元素含量差别仍可达数倍之多。进一步轧制和退火,也无法完全消除这种缺陷。由此,通过原材料成分及炼钢工艺及均热炉温度的组合控制方法,解决了湖南华菱涟源钢铁有限公司连铸连轧板材冲压性能波动和北京市盛达旭日金属制品有限责任公司进料波动的关键技术问题。

(2)在发明夹杂物植入新方法的基础上,研究了板坯中不同性质、不同分布夹杂物在后续变形过程中的演变,并编制了相应图谱;发明了氧化膜三维结构表征方法,弄清了连铸连轧钢红色锈蚀成因;同时发现炉辊粘结是由于低熔点元素在热轧坯料表面富集,并在重力作用下致密化的结果,澄清炉辊粘结是由于氧化物非晶化导致的传统观点;基于上述方法及认识,通过合适的轧制规程及加热温度优化,控制氧化膜的生长及残余元素的扩散,解决了湖南华菱涟源钢铁有限公司连铸连轧薄板的红色锈蚀及炉辊粘结的难题。

(3)基于低温气体镀膜、应力原位控制技术及上下游孔型有效衔接方法,发明的耐高温冲击磨损连铸连轧辊,其耐磨寿命是传统高锰钢轧辊的2倍左右,有效地解决了汉江丹江口铝业有限责任公司铝线杆连铸连轧辊耐磨性较差、线杆表面质量不佳等问题。

成果在湖南华菱涟源钢铁有限公司、汉江丹江口铝业有限责任公司等8家单位得到了推广和应用,新增经济效益5.80亿元。项目发表论文43篇,其中被SCI检索21篇,被引用230余次,获授权发明专利13项,软件著作权12项,获得国家标准2项,企业标准1项。所产生的方法性成果,具有普适性,可应用到金属材料和零件生产厂家,也可进一步推广到科研院所,其经济效益将超过百亿之巨,显著推动了行业及社会进步。

成果说明

该技术起源于与湖南华菱涟源钢铁有限公司的合作及与汉江丹江口铝业有限责任公司之间的合作,得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京长城学者资助项目、湖北省国际合作重点项目的资助,获得相应方法和手段,不仅解决了湖南华菱涟源钢铁有限公司及汉江丹江口铝业有限责任公司的关键技术问题,也在陕西金之力电子科技有限公司、湖南兵器东升机械制造有限公司、北京市盛达旭日金属制品有限责任公司、中木同方(湖北)新材料科技有限公司等得到了推广和应用,取得了很好的成效。

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