2026冶金科学技术奖二等奖丨特种合金长材三辊精密连轧技术装备研制及应用

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。

图1 研发技术路线

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。