1 研究背景與總體任務(wù)目標(biāo)

鋼鐵行業(yè)作為典型流程工業(yè)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜且多工序、長流程。在開發(fā)與生產(chǎn)過程中，縮短周期、提升效率、降低資源消耗與環(huán)境污染，成為轉(zhuǎn)型升級的核心挑戰(zhàn)。尤其在綠色低碳轉(zhuǎn)型背景下，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展已上升為國家戰(zhàn)略重點。傳統(tǒng)工藝亟需通過短流程化、智能化及綠色化技術(shù)創(chuàng)新推動轉(zhuǎn)型。其中，熱軋無縫鋼管、薄帶鑄軋?zhí)厥夂辖鸬雀叨瞬牧项I(lǐng)域的技術(shù)突破與工藝改進，成為提升產(chǎn)業(yè)競爭力、驅(qū)動鋼鐵材料高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎，為解決行業(yè)痛點、支撐低碳化升級提供關(guān)鍵路徑。

本項目圍繞“綠色低碳鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新”這一主題，依托短流程生產(chǎn)工藝的技術(shù)優(yōu)勢，聚焦熱軋無縫鋼管、薄帶鑄軋和特殊功能材料制備三大領(lǐng)域，開展一系列關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用推廣?？傮w任務(wù)目標(biāo)包括：

1）熱軋無縫鋼管在線組織調(diào)控短流程工藝：通過在線組織調(diào)控技術(shù)的創(chuàng)新，解決傳統(tǒng)無縫鋼管生產(chǎn)過程中無法有效控制材料組織和性能的問題，提升鋼管產(chǎn)品的強度、韌性和焊接性能，降低生產(chǎn)成本，并實現(xiàn)工藝流程的短化和優(yōu)化。

2）薄帶鑄軋工業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用：推動薄帶鑄軋工藝的工業(yè)化應(yīng)用，通過鑄軋與軋制過程的優(yōu)化，實現(xiàn)硅鋼等鋼帶產(chǎn)品的高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)，并推動高端產(chǎn)品在高效電機等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

3）特殊功能材料制備：通過綜合利用雙輥鑄軋快速凝固技術(shù)優(yōu)勢，將鋼鐵行業(yè)的短流程技術(shù)遷移至電子行業(yè)亟需的磁性納米材料制備領(lǐng)域，滿足我國經(jīng)濟高速發(fā)展對基礎(chǔ)材料越來越高的要求。

2 解決的關(guān)鍵共性技術(shù)內(nèi)容

本項目圍繞熱軋無縫鋼管和薄帶鑄軋兩個領(lǐng)域，攻克了一系列關(guān)鍵共性技術(shù)難題。通過這些技術(shù)創(chuàng)新與突破，不僅為各個細(xì)分領(lǐng)域的生產(chǎn)提供了強有力的技術(shù)支持，還推動了材料產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的進程。

2.1熱軋無縫鋼管在線組織調(diào)控短流程工藝

1）連鑄圓坯心部質(zhì)量控制技術(shù)

解決了連鑄圓坯在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的中心疏松、縮孔等質(zhì)量缺陷，通過在圓坯連鑄機產(chǎn)線適當(dāng)位置布置壓下裝備，利用連鑄坯表面與心部溫差的特點進行適度壓下變形，顯著提高了圓坯心部的致密度，消除了中心缺陷，提升了最終鋼管的質(zhì)量，突破了傳統(tǒng)工藝中對鑄坯心部缺陷的處理瓶頸。

2）在線?；呔鶆蚶鋮s技術(shù)

開發(fā)了冷速無級可調(diào)的高效汽霧冷卻噴嘴結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建了適應(yīng)不同產(chǎn)品冷卻要求的自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了在線常化過程的精準(zhǔn)控制，提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3）熱軋無縫鋼管在線控制冷卻技術(shù)

針對大口徑厚壁管線鋼的需求，提出了結(jié)合在線冷卻與直接淬火技術(shù)的解決方案，提升了鋼管的綜合力學(xué)性能，特別是在抗硫腐蝕性能和高溫性能方面的提升，突破了傳統(tǒng)冷卻技術(shù)的局限。

2.2薄帶鑄軋一體化及控制技術(shù)

薄帶鑄軋工藝通過鑄輥直接凝固熔融金屬成薄帶坯并軋制成形，替代傳統(tǒng)多工序流程，顯著縮短生產(chǎn)周期、提升效率。通過優(yōu)化鑄輥結(jié)構(gòu)與軋制參數(shù)，攻克結(jié)晶不均、厚度波動等技術(shù)難題，保障產(chǎn)品高精度與質(zhì)量穩(wěn)定性。同步研發(fā)關(guān)鍵工藝參數(shù)控制技術(shù)，集成帶鋼板形調(diào)控、溫度均勻性控制及冷卻速率精準(zhǔn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過軋制-冷卻全流程溫壓協(xié)同控制，實現(xiàn)薄帶產(chǎn)品性能一致性，推動該技術(shù)向高規(guī)格、高品質(zhì)方向迭代升級

2.3雙輥液態(tài)軋制開發(fā)納米功能粉末技術(shù)

解決均勻化功能納米粉末的高效連續(xù)制備、外形/粒徑控制和顆粒分離等工藝難題，尤其需要針對20-30nm嚴(yán)格粒徑分布尺寸控制要求，在材料成分計算、非晶成形設(shè)計、連續(xù)鑄軋、納米晶結(jié)晶動力學(xué)/熱力學(xué)等方面進行深度開發(fā)。

3 技術(shù)路線與實施方案

本項目圍繞熱軋無縫鋼管和薄帶鑄軋技術(shù)制定了系統(tǒng)化的技術(shù)路線，并根據(jù)各自領(lǐng)域的特點，提出了詳細(xì)的實施方案。通過跨學(xué)科的技術(shù)集成、全流程的工藝優(yōu)化和設(shè)備創(chuàng)新，推動基礎(chǔ)高性能原材料行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型及高質(zhì)量發(fā)展。

3.1熱軋無縫鋼管在線組織調(diào)控短流程工藝

通過理論研究和數(shù)值模擬，系統(tǒng)分析熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中連鑄圓坯心部質(zhì)量與冷卻均勻性控制等關(guān)鍵問題，提出針對性技術(shù)方案。開展圓坯連鑄心部質(zhì)量優(yōu)化與冷卻工藝研究，提升產(chǎn)品性能及穩(wěn)定性。開發(fā)高效在線?；呔鶆蚶鋮s技術(shù)，優(yōu)化冷卻噴嘴結(jié)構(gòu)及介質(zhì)流場，集成至熱軋生產(chǎn)線實現(xiàn)工藝升級。在連鑄機產(chǎn)線配置壓下裝備，通過工藝參數(shù)調(diào)控提升圓坯心部致密度，消除內(nèi)部缺陷，確保鋼管力學(xué)性能。將技術(shù)導(dǎo)入工業(yè)生產(chǎn)線進行中試，調(diào)試優(yōu)化設(shè)備與工藝參數(shù)。最終通過實際生產(chǎn)驗證冷卻控制與組織調(diào)控工藝的可行性和穩(wěn)定性，形成標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。

3.2薄帶鑄軋工業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

研究鑄輥結(jié)構(gòu)、凝固與軋制的耦合特性，優(yōu)化鑄軋結(jié)晶輥設(shè)計，提升凝固質(zhì)量與板形精度。明確鑄輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化、拉速控制、溫度均勻性及板形穩(wěn)定性等關(guān)鍵技術(shù)?；诶碚摷皩嶒灲Y(jié)果，開發(fā)適配薄帶鑄軋的生產(chǎn)設(shè)備，改進鑄輥、軋機及冷卻系統(tǒng)，保障產(chǎn)線高效運行。按規(guī)格調(diào)整工藝參數(shù)，確保厚度、寬度及溫度均勻性達(dá)標(biāo)。基于實驗室成果開展小試并推廣至全產(chǎn)線，優(yōu)化帶鋼板形、溫度均勻性及冷卻控制技術(shù)，通過全流程精準(zhǔn)調(diào)控實現(xiàn)產(chǎn)品性能一致性，推動工藝規(guī)模化應(yīng)用與質(zhì)量穩(wěn)定提升。

在敬業(yè)集團的生產(chǎn)線基礎(chǔ)上，開展薄帶鑄軋技術(shù)的全工序連續(xù)穩(wěn)定化生產(chǎn)應(yīng)用，推動薄帶鑄軋的工業(yè)化進程。完善設(shè)備和工藝控制系統(tǒng)，確保薄帶鑄軋生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行，并在產(chǎn)品品種和規(guī)格上進行不斷拓展。強化工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，確保薄帶鑄軋產(chǎn)品的高質(zhì)量和高精度，推動高端薄帶鋼產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。

3.3鑄軋非晶晶化法制備納米功能粉末

解決特種功能材料的熔煉、澆注、輥面?zhèn)鳠帷⒑穸染瓤刂频认盗须y題，通過鑄軋輥高轉(zhuǎn)速和大鑄軋力控制引入變形和輥縫幾何尺寸約束，精確控制非晶帶體厚度尺寸，使其保持均勻的物理和化學(xué)特性，為進行非晶納米化實驗探索奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)。突破熱處理、破碎、酸洗、包覆等系列工藝，獲得了粒徑均勻、磁性能穩(wěn)定的鋇基鐵氧體粉末，形成具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的粉末制備技術(shù)。

4 落實產(chǎn)業(yè)與實施效果

本項目的實施目標(biāo)是通過技術(shù)創(chuàng)新和裝備升級，推動熱軋無縫鋼管、薄帶鑄軋以及特殊功能粉末材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推動我國高端金屬材料產(chǎn)品的綠色低碳轉(zhuǎn)型，并取得顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。以下是各大類技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化落實情況與實施效果。

4.1熱軋無縫鋼管在線組織調(diào)控短流程工藝產(chǎn)業(yè)落實情況

該技術(shù)在國內(nèi)多條熱軋無縫鋼管生產(chǎn)線進行了中試及工業(yè)化應(yīng)用。通過工藝與裝備的集成創(chuàng)新，成功實現(xiàn)了連鑄圓坯心部質(zhì)量的有效控制，并推動了在線?；呔鶆蚶鋮s技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)已在鋼管生產(chǎn)中得到了實際應(yīng)用，尤其是在石油、化工、電力、船舶等領(lǐng)域的無縫鋼管生產(chǎn)中，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。多家鋼鐵企業(yè)已引進并實施這一技術(shù)，部分企業(yè)已將其納入常規(guī)生產(chǎn)工藝中，進一步提升了企業(yè)的市場競爭力。

實施效果包括：1）質(zhì)量提升：通過優(yōu)化圓坯連鑄與在線冷卻工藝，顯著提升了熱軋無縫鋼管的內(nèi)外壁質(zhì)量、力學(xué)性能和使用性能，解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中存在的性能提升受限、產(chǎn)品不穩(wěn)定等問題；2）生產(chǎn)效率提高：由于工藝短流程的實現(xiàn)，生產(chǎn)周期大幅縮短，生產(chǎn)成本也有所降低，極大地提升了生產(chǎn)效率；3）綠色環(huán)保：優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝減少了合金元素的使用，降低了后續(xù)熱處理的需求，節(jié)能減排效果顯著，為綠色低碳轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐。

4.2薄帶鑄軋工業(yè)化技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用

該技術(shù)在敬業(yè)集團等鋼鐵企業(yè)的薄帶鑄軋生產(chǎn)線進行了成功應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程長、能耗大、資源浪費等問題。薄帶鑄軋生產(chǎn)線實現(xiàn)了從熔煉到軋制、冷卻、卷取的全流程一體化，成功推向市場。通過優(yōu)化工藝參數(shù)和設(shè)備改造，薄帶鑄軋產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效提升，特別是在低碳鋼和無取向硅鋼的生產(chǎn)上取得了突破。

4.3特種功能納米粉末材料

東北大學(xué)與國內(nèi)某科技企業(yè)簽署研發(fā)合作合同，由東北大學(xué)負(fù)責(zé)研發(fā)關(guān)鍵信息存儲用納米粉末材料制備工藝與裝備。東北大學(xué)鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心的鑄軋技術(shù)團隊設(shè)計并實現(xiàn)了基于雙輥高速液態(tài)軋制非晶帶材和非晶晶化獲得納米晶的工藝與裝備開發(fā)，打破了西方對我國技術(shù)封鎖。

5 結(jié)語

通過上述技術(shù)的成功研發(fā)與應(yīng)用，鋼鐵行業(yè)在提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排等方面取得了顯著成效，同時滿足了日益增長的高性能鋼材及特種功能材料需求。特別是在無縫鋼管領(lǐng)域，技術(shù)創(chuàng)新突破了性能瓶頸，提升了產(chǎn)品穩(wěn)定性和市場競爭力；在薄帶鑄軋技術(shù)中，工藝精度和產(chǎn)品質(zhì)量得到了持續(xù)提升；研發(fā)了高容量存儲所需的關(guān)鍵功能納米粉末制備關(guān)鍵技術(shù)與裝備。未來，隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化進程的加速，基礎(chǔ)材料制造領(lǐng)域?qū)⑦M一步加強技術(shù)自主創(chuàng)新，推動綠色低碳制造，深化與下游產(chǎn)業(yè)的協(xié)同合作，努力為我國經(jīng)濟建設(shè)提供更加優(yōu)質(zhì)的材料保障。