【研發(fā)技術】特殊鋼冶金工藝與裝備技術

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)化和結構調(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”項目作為“2011計劃”鋼鐵共性技術協(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鍵技術、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研究（圖1）以及相應中試平臺建設等方面開展技術研發(fā)和應用推廣，對推動我國特殊鋼產(chǎn)業(yè)結構調(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與常規(guī)特殊鋼冶金工藝理論方面的研發(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鍵技術方面，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，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、超高強度（2400MPa）懸架彈簧鋼及塑性夾雜物控制技術、第三代非調(diào)質(zhì)鋼夾雜物形態(tài)控制技術、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、鋼簾線和切割絲的微合金強化及塑性夾雜物控制技術、高品質(zhì)模具鋼的稀土和鎂處理控制碳化物等多項技術。

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)模加壓冶金關鍵裝備，創(chuàng)立了加壓氣相氮合金化工藝理論和關鍵技術，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鍵技術，實現(xiàn)了超級不銹鋼生產(chǎn)規(guī)?；?、產(chǎn)品系列化和規(guī)格多樣化，在石化、環(huán)保、海洋、核電等諸多領域廣泛應用，解決了我國重大工程和裝備用“超級不銹”短缺的關鍵共性難題，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，特厚板坯和特大型鋼錠電渣重熔技術，半連續(xù)電渣重熔實心和空心鋼錠成套技術及裝備和電渣重熔過程節(jié)電和除氟技術四項創(chuàng)新技術，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)指標達到領先水平，被世界金屬導報評為“2021年世界鋼鐵工業(yè)十大技術要聞”。

4）在大型特殊鋼冶金材料中試平臺建設方面，完成了車間和廠房設計施工及真空脫氣爐、真空氣保電渣爐、真空加壓感應爐、真空自耗爐等設備建設，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)的關鍵技術

3.1 高性能特殊鋼冶煉理論與關鍵技術

開展特殊鋼棒線材的制備關鍵技術研究，開發(fā)含低熔點元素硒碲鉍高溫滲碳齒輪鋼制備技術、軸承鋼中Ds類夾雜物形成機理與控制技術、彈簧鋼中夾雜物塑性化機理與控制技術、稀土鎂處理非調(diào)質(zhì)鋼關鍵技術；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（結晶器和鋼錠模喂帶）、連鑄大圓坯和大鋼錠補縮新技術，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、風電、機器人等領域高端裝備用特殊鋼關鍵品種開發(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)半導體設備用超純不銹鋼的規(guī)?；a(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)控等關鍵技術。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難題，開展電渣重熔復合軋輥成套裝備與工藝技術研究，開發(fā)低成本、滿足雙重標準的復合軋輥裝備與技術；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，解決超高潔凈度和均質(zhì)化技術難題，研究開發(fā)新一代真空?應熔煉、電渣重熔（導電結晶器、旋轉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，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，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鍵技術。

3.4 中試平臺建設

以東大（沈撫）工業(yè)技術研究院為依托，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”短流程關鍵技術和重大裝備，實現(xiàn)年產(chǎn)萬噸級氫冶金和高端特殊鋼冶金關鍵技術中試示范、成果轉化以及推廣應用，打通成果轉化的“Z后一公里”，促進學研產(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理論，突破雙金屬復合軋輥、高端工模具鋼和高鐵軸承鋼制備以及含氫等離子感應爐和精煉爐工藝理論等。

◆ 2024-2025年：研發(fā)形成特殊鋼冶金工藝與裝備技術。攻克特殊鋼棒線材夾雜物控制技術、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鍵技術及電渣重熔和真空電弧重熔特種冶煉等關鍵共性技術，完成相關新技術的工業(yè)試驗和專有工藝路線，完成東大（沈撫）工業(yè)技術研究院中試平臺建設。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，在相應廠家開展推廣應用。

◆ 2026-2027年：建設關鍵工藝與裝備的應用示范線，開展工業(yè)應用及推廣。特殊鋼棒線材冶煉技術擬在特鋼企業(yè)推廣應用，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)推廣應用，建成2-3條高性能不銹鋼示范線，成果應用產(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裝備關鍵部件用超純不銹鋼等；新一代特種冶金工藝與裝備技術擬在特冶企業(yè)推廣應用，建成2-4條特冶示范線，成果應用產(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進行全國推廣應用的同時，進一步深挖相關理論，完善包括理論、裝備、技術等在內(nèi)的相關內(nèi)容，構建理論體系。

5　預期效果

“特殊鋼冶金工藝與裝備技術”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鍵技術、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研究及相應中試平臺建設，力爭突破一批高性能特殊鋼和特種合金制備關鍵核心技術和裝備，建成高水平中試平臺，促進我國特鋼產(chǎn)業(yè)結構調(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鍵技術，技術指標及產(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：世界金屬導報）

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