【研發(fā)技術(shù)】特殊鋼冶金工藝與裝備技術(shù)

發(fā)布時間：2023-06-01

1　項目背景

我國“十四五”規(guī)劃提出，要推動鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化和結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動高品質(zhì)特殊鋼材、高性能合金、高溫合金等先進金屬材料取得突破。“特殊鋼冶金工藝與裝備技術(shù)”項目作為“2011計劃”鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心研究重點之一，將圍繞高性能特殊鋼冶煉理論與關(guān)鍵技術(shù)、高性能不銹鋼研制開發(fā)、新一代特種冶金工藝與裝備技術(shù)研究（圖1）以及相應(yīng)中試平臺建設(shè)等方面開展技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣，對推動我國特殊鋼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、提升自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)品市場競爭力，滿足我國高端裝備制造業(yè)對高性能材料的急需具有重要的戰(zhàn)略意義。

2　特殊鋼冶金技術(shù)與裝備的研究進展

本項目團隊長期從事特殊鋼特種冶煉新技術(shù)與常規(guī)特殊鋼冶金工藝?yán)碚摲矫娴难邪l(fā)工作，取得了多項重要進展與突破，具體如下：

1）在高性能特殊鋼冶煉理論與關(guān)鍵技術(shù)方面，開發(fā)了高品質(zhì)軸承鋼超低O、Ti、Ca和Ds類夾雜物控制技術(shù)，獲2021年冶金科技進步獎二等獎；還開發(fā)了高品質(zhì)齒輪鋼超低氧及夾雜物形態(tài)控制技術(shù)、超高強度（2400MPa）懸架彈簧鋼及塑性夾雜物控制技術(shù)、第三代非調(diào)質(zhì)鋼夾雜物形態(tài)控制技術(shù)、連鑄和電渣兩種工藝路線下的高品質(zhì)氣閥鋼超低氧及Ds類夾雜物控制技術(shù)、鋼簾線和切割絲的微合金強化及塑性夾雜物控制技術(shù)、高品質(zhì)模具鋼的稀土和鎂處理控制碳化物等多項技術(shù)。

2）在高性能不銹鋼研制開發(fā)方面，國內(nèi)首次研制出實驗和中試規(guī)模加壓冶金關(guān)鍵裝備，創(chuàng)立了加壓氣相氮合金化工藝?yán)碚摵完P(guān)鍵技術(shù)，并建成了噸級中試基地；攻克了超級不銹鋼氣相增氮和精確控氮、高潔凈度冶煉、高質(zhì)量和高成材率成套熱加工及精確熱處理等系列關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了超級不銹鋼生產(chǎn)規(guī)模化、產(chǎn)品系列化和規(guī)格多樣化，在石化、環(huán)保、海洋、核電等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，解決了我國重大工程和裝備用“超級不銹”短缺的關(guān)鍵共性難題，獲2021年遼寧省科技進步一等獎。

3）在新一代特種冶金工藝與裝備技術(shù)方面，突破了傳統(tǒng)電渣工藝的局限性，創(chuàng)立了全參數(shù)過程穩(wěn)定的超高潔凈度控制（CSP）及超快冷和Z佳熔速下淺平熔池均質(zhì)化凝固（SCOM）理論，同時自主開發(fā)了高潔凈、高均質(zhì)電渣重熔成套技術(shù)，特厚板坯和特大型鋼錠電渣重熔技術(shù)，半連續(xù)電渣重熔實心和空心鋼錠成套技術(shù)及裝備和電渣重熔過程節(jié)電和除氟技術(shù)四項創(chuàng)新技術(shù)，獲2019年國家科技進步一等獎；建成了首條“綠色智能全廢鋼連續(xù)加料電弧爐-精煉-連鑄-直接軋制”生產(chǎn)線，總體生產(chǎn)指標(biāo)達到領(lǐng)先水平，被世界金屬導(dǎo)報評為“2021年世界鋼鐵工業(yè)十大技術(shù)要聞”。

4）在大型特殊鋼冶金材料中試平臺建設(shè)方面，完成了車間和廠房設(shè)計施工及真空脫氣爐、真空氣保電渣爐、真空加壓感應(yīng)爐、真空自耗爐等設(shè)備建設(shè)，初步具備科研、生產(chǎn)能力，并于2022年10月一期工程建成投產(chǎn)。

3　擬開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 高性能特殊鋼冶煉理論與關(guān)鍵技術(shù)

開展特殊鋼棒線材的制備關(guān)鍵技術(shù)研究，開發(fā)含低熔點元素硒碲鉍高溫滲碳齒輪鋼制備技術(shù)、軸承鋼中Ds類夾雜物形成機理與控制技術(shù)、彈簧鋼中夾雜物塑性化機理與控制技術(shù)、稀土鎂處理非調(diào)質(zhì)鋼關(guān)鍵技術(shù)；研究特殊鋼棒線材和鍛材高潔凈度冶煉和高均質(zhì)化凝固調(diào)控、熱加工和服役性能，以及高品質(zhì)特殊鋼大規(guī)格連鑄和模鑄內(nèi)冷式凝固（結(jié)晶器和鋼錠模喂帶）、連鑄大圓坯和大鋼錠補縮新技術(shù)，顯著改善大斷面連鑄和模鑄的凝固質(zhì)量，實現(xiàn)汽車、軌道交通、風(fēng)電、機器人等領(lǐng)域高端裝備用特殊鋼關(guān)鍵品種開發(fā)與穩(wěn)定生產(chǎn)。

3.2 高性能不銹鋼研制開發(fā)

研制開發(fā)具有高疲勞壽命、優(yōu)異斷裂韌性和耐蝕性的第三代航空軸承用高氮馬氏體不銹鋼；研制開發(fā)深度去氣、去夾雜的特種冶金新工藝流程，以及配套的加工和表面處理工藝，實現(xiàn)半導(dǎo)體設(shè)備用超純不銹鋼的規(guī)模化生產(chǎn)；采用“連鑄→電渣重熔板坯→軋制→固溶酸洗”工藝流程，研制開發(fā)第四代核電用高性能奧氏體不銹鋼鐵素體含量、窄成分和潔凈度控制、晶粒度均勻性調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)。通過上述研究，為航空航天、核電、集成電路用裝備、石油化工、節(jié)能環(huán)保和海洋裝備等高端裝備制造提供材料支撐。

3.3 新一代特種冶金工藝與裝備技術(shù)研究

為解決傳統(tǒng)單一材質(zhì)合金軋輥難以同時滿足耐磨性和強韌性的技術(shù)難題，開展電渣重熔復(fù)合軋輥成套裝備與工藝技術(shù)研究，開發(fā)低成本、滿足雙重標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合軋輥裝備與技術(shù)；針對高端模具鋼和高鐵軸承鋼等高端特殊鋼材料的“卡脖子”技術(shù)，解決超高潔凈度和均質(zhì)化技術(shù)難題，研究開發(fā)新一代真空?應(yīng)熔煉、電渣重熔（導(dǎo)電結(jié)晶器、旋轉(zhuǎn)電極電渣重熔和連鑄式電渣重熔）以及真空自耗電弧重熔等特冶新技術(shù)，滿足高端用戶的材料要求；針對傳統(tǒng)電弧爐難以滿足我國鋼鐵行業(yè)對快速實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略要求，研制含氫等離子電爐和精煉爐裝備與工藝技術(shù)，開發(fā)以“低碳少氧”冶煉和“零夾雜”高效高潔凈度精煉為核心的新一代綠色高效煉鋼關(guān)鍵技術(shù)。

3.4 中試平臺建設(shè)

以東大（沈撫）工業(yè)技術(shù)研究院為依托，建成大型特殊鋼冶金材料中試平臺，研制開發(fā)“綠氫制備-氫冶金-特殊鋼冶金”一體化的“零碳鋼鐵”短流程關(guān)鍵技術(shù)和重大裝備，實現(xiàn)年產(chǎn)萬噸級氫冶金和高端特殊鋼冶金關(guān)鍵技術(shù)中試示范、成果轉(zhuǎn)化以及推廣應(yīng)用，打通成果轉(zhuǎn)化的“Z后一公里”，促進學(xué)研產(chǎn)用協(xié)同發(fā)展。

4　研究計劃

◆ 2023年：系統(tǒng)開展特殊鋼冶金工藝與裝備技術(shù)理論研究。闡明高品質(zhì)特殊鋼棒線材高潔凈度冶煉和高均質(zhì)化凝固理論，查明合金成分與高強韌性匹配關(guān)系，建立高性能不銹鋼高潔凈度冶煉、氮含量精確控制以及熱加工和熱處理等相關(guān)理論，突破雙金屬復(fù)合軋輥、高端工模具鋼和高鐵軸承鋼制備以及含氫等離子感應(yīng)爐和精煉爐工藝?yán)碚摰取?/p>

◆ 2024-2025年：研發(fā)形成特殊鋼冶金工藝與裝備技術(shù)。攻克特殊鋼棒線材夾雜物控制技術(shù)、超級不銹鋼氮合金化和氮含量精確控制、高潔凈度冶煉和偏析控制關(guān)鍵技術(shù)及電渣重熔和真空電弧重熔特種冶煉等關(guān)鍵共性技術(shù)，完成相關(guān)新技術(shù)的工業(yè)試驗和專有工藝路線，完成東大（沈撫）工業(yè)技術(shù)研究院中試平臺建設(shè)。充分開展典型特殊鋼品種夾雜物和凝固組織控制的機理研究，掌握制備高端特殊鋼材料的核心技術(shù)，在相應(yīng)廠家開展推廣應(yīng)用。

◆ 2026-2027年：建設(shè)關(guān)鍵工藝與裝備的應(yīng)用示范線，開展工業(yè)應(yīng)用及推廣。特殊鋼棒線材冶煉技術(shù)擬在特鋼企業(yè)推廣應(yīng)用，建成1-2條汽車用高等級特殊鋼生產(chǎn)示范線并形成批量穩(wěn)定供貨能力，成果應(yīng)用產(chǎn)品包括軸承鋼、齒輪鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼等；高性能不銹鋼研制開發(fā)擬在不銹鋼企業(yè)推廣應(yīng)用，建成2-3條高性能不銹鋼示范線，成果應(yīng)用產(chǎn)品包括航空高氮馬氏體不銹軸承鋼、耐熱不銹鋼、超級奧氏體不銹鋼、IC裝備關(guān)鍵部件用超純不銹鋼等；新一代特種冶金工藝與裝備技術(shù)擬在特冶企業(yè)推廣應(yīng)用，建成2-4條特冶示范線，成果應(yīng)用產(chǎn)品包括高端軸承鋼、工模具鋼、高溫合金、精密合金等。將特殊鋼冶金新技術(shù)進行全國推廣應(yīng)用的同時，進一步深挖相關(guān)理論，完善包括理論、裝備、技術(shù)等在內(nèi)的相關(guān)內(nèi)容，構(gòu)建理論體系。

5　預(yù)期效果

“特殊鋼冶金工藝與裝備技術(shù)”項目依托高性能特殊鋼和特種合金制備的特種冶金和常規(guī)特殊鋼冶金兩大主流生產(chǎn)流程，通過開展高性能特殊鋼冶煉理論與關(guān)鍵技術(shù)、高性能不銹鋼研制開發(fā)、新一代特種冶金工藝與裝備技術(shù)研究及相應(yīng)中試平臺建設(shè)，力爭突破一批高性能特殊鋼和特種合金制備關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備，建成高水平中試平臺，促進我國特鋼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級，滿足國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的重大需求。通過本項目實施，打造一支高水平特殊鋼和特種合金創(chuàng)新研發(fā)團隊，形成多項高端特殊鋼和特種合金制備理論及關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)指標(biāo)及產(chǎn)品質(zhì)量達到先進水平。項目執(zhí)行期內(nèi)建立5條以上生產(chǎn)示范線，累計生產(chǎn)各類高端特殊鋼和特種合金10萬余噸，特鋼企業(yè)利潤1億元以上。

（來源：世界金屬導(dǎo)報）

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