来源：市场资讯
（来源：中国冶金报社）
项目名称：特种合金长材三辊精密连轧技术装备研制及应用
完成单位：四川易尚天交实业有限公司 等
完成人：余伟 等
长材的所谓高精度，轧后截面尺寸精度优于国家标准（GB/T 702-2017）最高要求精度的1/2；或优于DIN EN10060国际标准精度的1/4。采用高精度热轧长材，既能缩减下游机械加工工序、提升材料利用率1.5%-3%，还可部分替代冷加工工艺，显著降低深加工成本，减少环境污染。
特种合金长材是支撑国防军工、航空航天、高端装备、精密制造等领域的核心战略基础材料，亦是我国制造强国建设不可或缺的关键保障。当前我国优特钢产量达7500万吨/年，但高精度优特钢长材轧制成套装备长期依赖进口；而钛、镍、钨钼等高附加值特种合金，普遍存在变形抗力大、轧制摩擦系数差异显著、尺寸高精度控制难度大、生产制造成本高昂等问题，现有技术装备难以匹配国家高端制造发展需求。
国内钢铁行业长材加工长期以二辊轧机为主，受轧机刚度、辊缝调节精度制约，成品尺寸精度存在天然瓶颈，传统只配备二辊轧机的常规粗轧、中轧、精轧机组的轧线而言，只能满足前端坯料粗轧，无法满足特种合金棒线材轧制的高精度要求（DIN10060/ 或DIN1013标准精度的1/6-1/8）。相较之下，三辊轧制单辊轧制压力更低、轧件变形均匀、宽展小，轧机整体刚性更高，成品尺寸精度优势突出，可以稳定优于最高精度的1/2。但高精度三辊连轧成套装备长期被海外企业垄断，成套设备不仅价格高昂，而且存在设备被远程锁控和核心材料数据参数被收集的安全风险。
同时，国内自主研发制造高精度长材轧机面临多重技术壁垒：长材高精度工艺技术缺失，高刚度机组结构设计复杂，核心零部件加工及装配精度要求严苛，配套高精度在线检测设备缺失；生产运行阶段缺少多参数同步检测手段，无成熟在线动态监测与闭环调控体系，多重难题共同制约国内长材轧制装备高端化发展进程。
紧扣国家重大战略需求与行业核心痛点，本项目聚焦四大“卡脖子”技术难题：
1）特种合金精密连轧工艺体系空白、
2）精密三辊轧机设计制造技术封锁、
3）低温控温轧制大扭矩传动部件易失效、
4）全流程高精度在线测控系统缺失。
针对核心难题开展全链条协同攻关，最终完成成套技术装备的研发、落地与规模化工业应用，形成四项核心原创创新成果，全面实现高端轧制装备自主可控。
项目研发的技术路线如图1所示。
创新点一：突破特种合金精密轧制成套工艺瓶颈
1）构建钛、镍、钨钼等多类特种合金高温热变形本构模型与热加工图，精准划定稳定热加工工艺窗口。TC4钛合金的热变形参数与热加工图如图2所示。
2）通过数值模拟和实验验证，系统厘清轧制工艺参数对成品尺寸精度的耦合影响规律（图3），建立连续变径孔型全域数学模型。模型构建的基本思路如图4所示。
图2 钛合金本构模型与热加工图
3 轧制工艺参数对尺寸精度影响的数值模拟
4 三辊轧制连续变径孔型设计数学模型
3）自主开发YIMICON数控轧制大数据智能系统，数据库基础数十万条棒线材轧制工艺数据，采用大数据模型计算优化过程工艺参数；实现轧制参数自动匹配、动态迭代优化与全流程闭环控制，从工艺源头保障特种合金长材尺寸精度稳定性。
图5 YIMICON数控轧制大数据智能系统
创新点二：自主研制全系列高精密三辊连轧成套装备，打破国外垄断
1）创新设计高刚度轧机结构，刚度较传统短应力线机型提升75%；配套偏心辊缝调节机构，孔型调节精度达微米级别；
图6长材轧机结构应力线与高刚度设计；a-闭口牌坊轧机；短应力线轧机；c-高精度三辊轧机
2）开发长寿命、高精度轧机滚动导卫，保障高速轧制过程轧件稳定对中，兼顾高运行速度与长效服役性能；
3）研制“一进三出”三轴同步独立传动系统，三轴转速同步误差控制≤1/10000；同步优化整机结构，在大幅提升设备安全系数的同时降低机构重量；
4） 配套开发核心零部件专用精密加工、热处理工艺与专用工装，实现轧机核心零部件高精度制造。
图6高精度长材轧机配套装备研制：a-高精度滚动导卫；b-一进三出传动系统；c-支撑结构拓扑优化
创新点三：攻克低温控轧大扭矩装备装配与服役失效难题
1）自主研发抗拉强度1500MPa、表面硬度HRC60以上高强韧专用辊轴材料及配套热处理工艺，同时满足大扭矩承载、耐磨损、抗冲击多重工况要求；服役工况、辊轴材料性能与加工辊轴如图7所示
2）搭建500MPa超高压集成液压系统，满足紧凑结构装配与大扭矩输出需求，彻底解决无键连接辊轴与轴套轧制打滑失效问题；
3）配套开发快速高精度装配成套技术，单台轧辊箱拆装及孔型调校时间压缩至15分钟以内，大幅提升换辊作业效率与操作安全性。
图7 辊轴服役工况、材料开发与应用：a-服役工况；b-辊轴材料力学性能；c-辊轴制造成品
创新点四：补齐高精度检测与在线动态调控短板
1）自研L-Test高精度光学检测装置，影像识别精度达5微米，孔型位置调整偏差控制10微米以内。光学成像检测系统如图8所示。
图8 光学成像检测系统设计与软件开发
2）开发无源一体化智能传感监测器件，实时采集连轧机组核心运行状态参数；其中无源振动剪切器件的响应频率覆盖10-1600Hz，振幅测量范围0-2 mm（±5%@80Hz），加速度测量范围±20g（±5%@80Hz），设计服役寿命5-8年。
3）提出自适应模糊微振动闭环调控算法，依托工业大数据驱动轧机运行状态智能动态调节，显著提升连续轧制稳定性。如图9所示。
图9 无源智能监元器件研发与在线监测应用
依托上述四项核心技术，项目成功研发出系列高精度三辊连轧机组成套装备，轧制长材规格范围覆盖φ2.5mm~φ260mm。相关机型及轧制规格范围如图10所示。
图10 全系列高精度三辊连轧机组与应用
技术指标先进性对比分析如表1所示。与国外同类设备相比，同等规格机组的最大传动扭矩提升35%，可加工产品直径范围扩大一倍，成品尺寸精度整体提升20%~50%，关键技术指标全面超越进口装备。
项目获批国内重大装备首台套认定；累计授权发明专利26项、计算机软件著作权2项，主编/参编标准2部，出版专著2部，发表高水平学术论文10余篇。
经中国钢铁工业协会组织权威鉴定，本项目整体技术达到国际领先水平，国内外未见与本成果内容相同的公开报道。
图11 重大技术装备国内首台套认定证书
图12 中国钢铁协会组织成果鉴定现场
PART 05
推广应用
项目获批国内重大装备首台套认定；累计授权发明专利26项、计算机软件著作权2项，主编/参编标准2部，出版专著2部，发表高水平学术论文10余篇。
成果推广应用方面：目前研制技术装备已实现规模化工业应用，累计为国内47家重点企业提供成套设备与核心备件，国内已交付高精度长材三辊连轧机组20台套、出口海外连轧机组2台套，核心零部件供货超300台套。自2018年首条产线投产至2025年末，高精度三辊连轧装备的国内市场占有率由“零”提升至68%以上，彻底完成高精度特种合金长材轧制装备的进口替代。应用地域及加工合金类型如图13和图14所示。
图13项目研制设备在国内应用地域分布状况
图14 项目研制设备在不同合金高精度轧制中应用
项目产业化以来累计创造显著的直接经济效益和间接经济效益，大幅降低企业设备的采购与运维成本。在多领域工业应用成效突出：
1）优特钢棒材产线：成品尺寸精度达到DIN标准1/6~1/7，稳定实现780℃低温控轧，产品应用于高铁、化工、核电领域；
2）钛合金生产领域：国内首次实现φ5.5mm超细钛合金线材高精度热轧量产，产品供给航空航天紧固件、高端医疗器械；
3）钨钼难熔合金领域：产出国内最小规格高精度热轧钨钼圆棒，广泛应用于国防装备、半导体硅片切割基材。
本项目成套装备加工生产的特种合金产品，全面配套国内多项国家重点工程与高端装备制造产业链。
在综合社会效益体现在三方面：一是突破海外技术垄断，填补国内高精度特种合金长材轧制装备空白；二是支撑国家高端制造战略，推动特钢、特种合金产业整体技术升级与产业结构优化；三是依托成套装备出口践行“一带一路”倡议，助力国产高端冶金装备走向国际；同时项目产学研联合攻关过程，持续培育冶金工艺、装备、测控交叉复合型高端技术人才。
PART 06
总结及展望
综上所述，本项目针对行业长期卡脖子难题，搭建起特种合金长材加工工艺、高端成套装备、精密装配、在线测控一体化完整自主技术体系，补齐我国高精度特种合金长材轧制领域关键短板。
未来，团队将持续迭代优化装备与工艺性能，不断拓宽特种合金新材料应用场景，深耕高端精密轧制赛道，为我国冶金行业高质量发展、制造强国建设持续输出核心技术支撑。
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