一、研究背景與問題
先進(jìn)高強(qiáng)鋼是我國重型機(jī)械、大型船舶、航空航天、軍工裝備等戰(zhàn)略領(lǐng)域關(guān)鍵材料。2022年，工信部、發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部三部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確重點(diǎn)發(fā)展高品質(zhì)特殊鋼，促進(jìn)鋼材產(chǎn)品實物質(zhì)量提升。矯平工藝是先進(jìn)高強(qiáng)鋼消除內(nèi)應(yīng)力、控制彎曲和變形的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，直接決定下游用戶的加工成型與裝配精度和生產(chǎn)效率。先進(jìn)高強(qiáng)鋼矯平裝備曾經(jīng)被國外壟斷，近年來國內(nèi)相關(guān)企業(yè)持續(xù)攻關(guān)，已實現(xiàn)部分進(jìn)口替代。然而，當(dāng)鋼板抗拉強(qiáng)度達(dá)到2000MPa級別時，高強(qiáng)鋼塑性出現(xiàn)斷崖式下降，均勻延伸率低于7%，現(xiàn)有矯平裝備已無法滿足生產(chǎn)需求，亟需研發(fā)與之適配的輥系結(jié)構(gòu)、傳動部件以及質(zhì)量調(diào)控系統(tǒng)，并在國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用，實現(xiàn)國產(chǎn)重載低延伸率矯平技術(shù)及裝備的彎道超車。
二、解決問題的思路與技術(shù)方案
本項目“十年磨一劍”，針對先進(jìn)高強(qiáng)鋼精整矯平工藝中面臨的“輥系結(jié)構(gòu)適配設(shè)計難”、“傳動部件性能提升難”、“多規(guī)格產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)控難”三大行業(yè)制約性難題，在國家自然科學(xué)基金重大項目和湖北省重點(diǎn)研發(fā)計劃項目的支持下，開展“理論機(jī)理突破→裝備原型研發(fā)→智能控制迭代”的系統(tǒng)創(chuàng)新研究，技術(shù)路線如圖1所示。
圖1先進(jìn)高強(qiáng)鋼智能矯平關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)技術(shù)路線圖
三、主要創(chuàng)新性成果
1、先進(jìn)高強(qiáng)鋼回彈微塑性漸進(jìn)矯平輥系結(jié)構(gòu)智能設(shè)計技術(shù)。提出了交變屈服軌跡和復(fù)雜曲率演化下多道次非線性回彈微塑性漸進(jìn)矯平理論，建立了殘余曲率和殘余應(yīng)力智能預(yù)測模型，開發(fā)了連拱幾何不變體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和多目標(biāo)結(jié)構(gòu)參數(shù)智能設(shè)計平臺，首次精確設(shè)計了2200MPa超高強(qiáng)鋼矯平輥系結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)設(shè)計極限，為超高強(qiáng)度、低延伸率材料矯平裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了開創(chuàng)性思路。
2、先進(jìn)高強(qiáng)鋼重載矯平裝備關(guān)鍵功能組元部件智能制造技術(shù)。首創(chuàng)了重載矯平裝備輥系、傳動關(guān)鍵部件載荷級聯(lián)分析方法與功能組元部件一體化制造技術(shù)，發(fā)明了關(guān)鍵部件表面激光微納增材智能強(qiáng)化技術(shù)，實現(xiàn)了17種類型、85種規(guī)格矯平裝備高負(fù)載、大扭矩輥系、傳統(tǒng)部件和成套裝備工業(yè)化生產(chǎn)，最大矯直力提高了9.38%，最大傳動扭矩提升了14.29%，過鋼量提高了85%，突破了抗拉強(qiáng)度2200MPa超高強(qiáng)鋼矯平難題。
3、多規(guī)格先進(jìn)高強(qiáng)鋼矯平工藝數(shù)字孿生智能調(diào)控技術(shù)。研發(fā)了表面缺陷及平直度可視化在線檢測技術(shù)，提出了多態(tài)時變3D同態(tài)映射與預(yù)測維護(hù)技術(shù)，開發(fā)了分布式多云環(huán)境下矯平工藝數(shù)字孿生智能調(diào)控平臺，延伸率控制誤差≤0.5‰，產(chǎn)品平直度低至1mm/m，成品率從96.5%提高到99.3%，生產(chǎn)效率提高了21%，生產(chǎn)成本降低了9.7%，實現(xiàn)了產(chǎn)線智能運(yùn)行及安全生產(chǎn)。
四、應(yīng)用情況與效果
項目由武漢科技大學(xué)、襄陽博亞精工裝備股份有限公司、湖南華菱漣源鋼鐵有限公司、中冶南方工程技術(shù)有限公司、北京科技大學(xué)、北京鋼研新冶工程設(shè)計有限公司、江漢大學(xué)等單位聯(lián)合完成，創(chuàng)新技術(shù)成果及形成的矯平系列重載關(guān)鍵部件、成套裝備及產(chǎn)線，已先后推廣應(yīng)用于上海寶山鋼鐵股份有限公司、中冶南方工程技術(shù)有限公司、湖南華菱漣源鋼鐵有限公司、北京鋼研新冶工程設(shè)計有限公司、河北鋼研科技有限公司、襄陽博亞精工裝備股份有限公司等多家企業(yè)先進(jìn)高強(qiáng)鋼矯平裝備研發(fā)和高強(qiáng)鋼板生產(chǎn)線，同時出口俄羅斯、印度、中東、東南亞地區(qū)，取得了良好的應(yīng)用效果，與行業(yè)巨頭德國某企業(yè)相比，本項目矯直能力、矯直效果、控制精度等指標(biāo)均優(yōu)于國外同類技術(shù)。
項目授權(quán)發(fā)明專利31項，制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項，發(fā)表論文31篇。項目整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中2200MPa超高強(qiáng)鋼矯平技術(shù)居國際領(lǐng)先水平，使我國擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)高強(qiáng)鋼智能矯平關(guān)鍵技術(shù)與裝備，提高了裝備服役壽命、生產(chǎn)效率和成品率，響應(yīng)了國家雙碳戰(zhàn)略和綠色高質(zhì)量發(fā)展的號召。
信息來源：武漢科技大學(xué)
