先进高强钢智能矫平关键技术与装备研发及应用

先进高强钢是我国重型机械、大型船舶、航空航天、军工装备等战略领域的关键用钢。2022年，工信部、发改委、生态环境部三部门联合发布《关于促进钢铁工业高质量发展的指导意见》，明确要求重点发展高品质特殊钢，促进钢材产品实物质量的提升。矫平工艺是先进高强钢消除内应力、控制弯曲和变形的关键环节，直接决定了下游用户的加工成型与装配精度以及生产效率。先进高强钢矫平装备曾长期被国外垄断，近年来国内相关企业持续攻关，已实现部分进口替代。然而，当钢板抗拉强度达到2000MPa级别时，高强钢塑性出现断崖式下降，均匀延伸率低于7%，现有矫平装备已无法满足生产需求，亟须研发与之适配的辊系结构、传动部件以及质量调控系统，并在国内大型钢铁企业推广应用，从而实现国产重载低延伸率矫平技术及装备的弯道超车。

针对先进高强钢精整矫平工艺中所面临的“辊系结构参数设计依据欠缺”“关键传动部件强度和刚度不足”“多规格产品适应性差”三大行业关键核心技术难题，在国家自然科学基金重大项目和湖北省重点研发计划项目的支持下，该项目组开展了“理论机理突破→装备原型研发→智能控制迭代”的系统创新研究。

主要创新性成果

该成果的主要创新性体现在以下3个方面：

一是先进高强钢回弹微塑性渐进矫平辊系结构智能设计技术。该项目提出了交变屈服轨迹和复杂曲率演化下多道次非线性回弹微塑性渐进矫平理论，建立了残余曲率和残余应力的智能预测模型，开发了连拱几何不变体系结构设计方法和多目标结构参数智能设计平台，首次精确设计了2200MPa超高强钢矫平辊系结构，突破了传统设计极限，为超高强度、低延伸率材料矫平装备的结构设计提供了开创性的技术思路。

二是先进高强钢重载矫平装备关键功能组元部件智能制造技术。该项目首创了重载矫平装备辊系、传动关键部件载荷级联分析方法与功能组元部件一体化制造技术，发明了关键部件表面激光微纳增材智能强化技术，实现了17种类型、85种规格矫平装备的传动部件和成套装备的工业化生产，最大矫直力提高了9.38%，最大传动扭矩提升了14.29%，过钢量提高了85%，从而突破了抗拉强度2200MPa级超高强钢的矫平难题。

三是多规格先进高强钢矫平工艺数字孪生智能调控技术。该项目研发了表面缺陷及平直度可视化在线检测技术，提出了多态时变3D同态映射与预测维护技术，开发了分布式多云环境下矫平工艺数字孪生智能调控平台。该平台延伸率控制误差不超过0.5‰，产品平直度低至1毫米/米，成品率从96.5%提高到99.3%，生产效率提高了21%，生产成本降低了9.7%，实现了产线的智能运行及安全生产。

应用情况与效果

该项目形成的创新技术成果以及所开发的矫平系列重载关键部件、成套装备及产线，已先后推广应用于上海宝山钢铁股份有限公司、中冶南方工程技术有限公司、湖南华菱涟源钢铁有限公司、北京钢研新冶工程设计有限公司、河北钢研科技有限公司、襄阳博亚精工装备股份有限公司等多家企业的先进高强钢矫平装备研发和高强钢板生产线，同时出口至俄罗斯、印度及中东、东南亚等国家和地区，取得了良好的应用效果。与行业巨头国外某企业相比，该项目的矫直能力、矫直效果、控制精度等指标均优于国外同类技术。

该项目共授权发明专利31项，制定团体标准1项，发表论文31篇。该项目整体达到国际先进水平，其中2200MPa超高强钢矫平技术居于国际领先水平。该项目的成功研发，使我国拥有了具有自主知识产权的先进高强钢智能矫平关键技术与装备，延长了装备服役寿命、生产效率和成品率，积极响应了国家“双碳”目标和绿色高质量发展的号召。该项目成果已走出国门，为“一带一路”倡议及“中国制造”走向海外市场做出了积极贡献；同时，也带动了我国军工、航空、汽车工业、海洋工程等行业的科技进步。（中国冶金报）