熱軋是鋼鐵生產(chǎn)的核心工序，是鋼鐵工業(yè)整體水平的標(biāo)志。隨著裝備不斷向著大型化、輕量化和特種用途方向發(fā)展，更高級別和特種用途鋼板的研制開發(fā)成為主流。例如，國產(chǎn)化1000MPa水電用鋼已迫在眉睫。同時(shí)，極薄2mm級、特厚300mm級、超寬5m級特種鋼板及異型高強(qiáng)鋼工件熱處理性能均勻性差、淬火畸變大、可加工性差，已成為鋼鐵工業(yè)急需解決的關(guān)鍵問題。
總之，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級對鋼材性能提出了前所未有的嚴(yán)苛要求，推動著我國熱軋鋼材質(zhì)量向更高層次發(fā)展。而國家對制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略需求，使鋼鐵行業(yè)對產(chǎn)品高質(zhì)化、工藝綠色化和裝備智能化的發(fā)展有了更深層次的認(rèn)識和目標(biāo)。我國通過多年的努力，目前大多數(shù)鋼種已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自主保障，有些鋼種甚至達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。在鋼鐵材料生產(chǎn)和性能控制方面，積累了大量理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并對鋼鐵材料的強(qiáng)韌化機(jī)理有了深刻認(rèn)識。因此，自主研發(fā)并突破關(guān)鍵核心生產(chǎn)技術(shù)以及重大裝備，以更好滿足我國重大工程建設(shè)領(lǐng)域的需求，是非常必要的也是完全可行的。
東北大學(xué)在先進(jìn)鋼鐵材料開發(fā)方面具備雄厚的基礎(chǔ)研究實(shí)力，前期研發(fā)成果獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省部級科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)14項(xiàng)；獲得國家發(fā)明專利140件、出版專著25部、兩次入選世界鋼鐵工業(yè)十大技術(shù)要聞；牽頭制定國家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。
東北大學(xué)自主研發(fā)的鋼板熱處理加熱及淬火工藝技術(shù)與裝備解決了制約我國特種板帶鋼熱處理核心工藝與裝備難題，保障了海工、能源化工、水電核電、工程機(jī)械、國防軍工等特種板帶鋼國產(chǎn)化。目前，該裝備技術(shù)國內(nèi)市場占有率73%，生產(chǎn)的調(diào)質(zhì)/固溶鋼板占國內(nèi)總產(chǎn)量70%以上。已經(jīng)研制成功屈服強(qiáng)度700-1300MPa超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板和NM300-NM600耐磨鋼板，形成兩大類28個(gè)牌號。
堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)室裝備研制與工藝開發(fā)為工業(yè)產(chǎn)線設(shè)計(jì)、中試/產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)服務(wù)的方針，貫徹“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的基本原則，在實(shí)驗(yàn)室條件下開展關(guān)鍵單體設(shè)備的設(shè)計(jì)、研制、制造以及共性技術(shù)開發(fā)，建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)研究平臺，實(shí)現(xiàn)單體裝備與技術(shù)的系統(tǒng)集成和再開發(fā)。針對工業(yè)化生產(chǎn)流程，完成組織性能控制為核心的制造流程和關(guān)鍵工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成新一代低成本、高效率、環(huán)境友好的工藝技術(shù)、裝備及產(chǎn)品創(chuàng)新（圖1）。研究聚焦于以下三點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)：1）基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)，開發(fā)出熱軋鋼材綜合質(zhì)量一體化控制、高強(qiáng)韌性TMCP及熱軋Q&P等創(chuàng)新性工藝技術(shù)；2）以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為契機(jī)，開發(fā)出軋后均勻高效冷卻、重大熱處理及在線固溶等重大裝備；3）在工藝技術(shù)和裝備創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，研發(fā)出吉帕級高強(qiáng)鋼、高端軸承鋼與鋼軌、大厚度鋼板及新型極低溫用鋼，并在我國重大工程建設(shè)中全面應(yīng)用。
本方向圍繞一體化TMCP、超快速冷卻、離線熱處理全工序開展一體化熱軋工藝創(chuàng)新研究（圖2），具體內(nèi)容如下。
4.1 熱軋鋼材綜合質(zhì)量一體化控制
1）多源、異構(gòu)、多模態(tài)數(shù)據(jù)信息特征提取與深度挖掘。開發(fā)聚類分析、關(guān)聯(lián)分析、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)挖掘算法，建立關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)特征信息。
2）熱軋生產(chǎn)過程“形性一體化”高保真動態(tài)數(shù)字孿生。開發(fā)高維度、規(guī)?；瘮?shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)方法，建立特征參數(shù)數(shù)據(jù)權(quán)重影響關(guān)系，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)，構(gòu)建熱軋過程“形性一體化”高保真動態(tài)數(shù)字孿生。
3）熱軋鋼材創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建與應(yīng)用。依托典型工業(yè)產(chǎn)線，進(jìn)行熱軋鋼材創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施的工業(yè)示范應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用結(jié)果進(jìn)一步迭代并完善系統(tǒng)架構(gòu)及信息處理與智能優(yōu)化功能，最終實(shí)現(xiàn)熱軋鋼材綜合質(zhì)量一體化控制。
4.2 軋后均勻高效冷卻及重大熱處理及在線固溶工藝技術(shù)與裝備
1）金屬材料高效冷卻傳熱機(jī)理與傳熱模型。研究瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)、連續(xù)轉(zhuǎn)變條件下金屬材料三維陣列射流結(jié)構(gòu)、換熱形式和換熱區(qū)分布規(guī)律，揭示表面熱流密度、厚向溫度梯度、溫度遺傳效應(yīng)等因素對心部冷速的影響規(guī)律。
2）極限規(guī)格板帶鋼、異型金屬熱處理裝備技術(shù)。開發(fā)“納米冷卻劑+多束陣列射流淬火+變周期淬火”的板帶材連續(xù)冷卻-熱處理工藝方法，實(shí)現(xiàn)矩形管、刀板、履帶加工件等工程機(jī)械專用特種工件低畸變熱處理，滿足行業(yè)需求。
3）金屬板帶材熱處理智能化控制系統(tǒng)。開發(fā)基于復(fù)雜環(huán)境識別的視覺模型和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，研制基于信息物理融合的高精度在線輪廓三維掃描儀，實(shí)現(xiàn)形狀三維重構(gòu)、板形缺陷判斷和上下游工藝閉環(huán)控制。
4.3 高端熱軋產(chǎn)品開發(fā)與工程應(yīng)用
1）時(shí)速600公里磁懸浮列車軌道導(dǎo)向板用軟磁鋼厚板?；跓崃W(xué)理論、相變理論、強(qiáng)韌化理論等開展化學(xué)成分設(shè)計(jì)，形成熱軋、冷卻、熱處理一整套原型工藝技術(shù)，在我國超高速磁懸浮交通領(lǐng)域探索實(shí)現(xiàn)重大工程應(yīng)用。
2）800MPa級系列海洋柔性管用抗H2S應(yīng)力腐蝕用鋼。優(yōu)化設(shè)計(jì)海洋柔性管用鋼的化學(xué)成分體系和熱軋工藝，在國內(nèi)高水平高速線材生產(chǎn)線及異型鋼冷軋-熱處理產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，系列產(chǎn)品在典型海上石油工程上應(yīng)用。
3）吉帕級工程機(jī)械用鋼。研究1400MPa和1500MPa工程機(jī)械用鋼的合金成分設(shè)計(jì)及控制原理，實(shí)現(xiàn)新型吉帕級工程機(jī)械用鋼的工業(yè)化生產(chǎn)和示范應(yīng)用。
4）船用高止裂韌度特厚鋼。建立大厚度止裂鋼合金成分體系并開發(fā)相變時(shí)序控制、織構(gòu)控制、溫控-形變耦合高滲透性軋制等核心關(guān)鍵制造技術(shù)，提高止裂鋼生產(chǎn)效率。
5）高強(qiáng)中厚板產(chǎn)品綠色化制備技術(shù)及工程化應(yīng)用。研究連鑄坯化學(xué)成分、偏析程度及冷卻方式對氫分布的影響規(guī)律及機(jī)理，開發(fā)Q690及X80管線鋼典型厚度規(guī)格產(chǎn)品并應(yīng)用于國內(nèi)重點(diǎn)工程建設(shè)。
◆ 2023年：實(shí)現(xiàn)多模態(tài)工業(yè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確識別和生產(chǎn)數(shù)據(jù)集的建立；建立高精度、自適應(yīng)以及高效率的圖像處理及板形識別模型；建立微觀組織-制備工藝路徑-性能之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，形成熱軋、冷卻、熱處理一整套原型工藝技術(shù)，建立材料的結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控理論。
◆ 2024年：開發(fā)工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)的智能優(yōu)化理論與策略，建立軋制過程不同物理冶金學(xué)現(xiàn)象間相互耦合的映射關(guān)系；開發(fā)熱處理高效、高均勻性、高精度控制新工藝技術(shù)，完成高等級、極限規(guī)格板/帶/管材在線、離線熱處理先進(jìn)裝備研發(fā)及工業(yè)應(yīng)用；海洋柔性管用鋼、船用高止裂韌度特厚鋼及時(shí)速600公里磁懸浮列車軌道導(dǎo)向板用軟磁鋼厚板工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用；開發(fā)Q690高強(qiáng)工程機(jī)械用鋼并工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。
◆ 2025年：構(gòu)建高保真熱軋過程數(shù)字孿生體；開發(fā)出熱軋全流程工藝參數(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略并工業(yè)示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)熱軋過程綜合質(zhì)量一體化控制；穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)極限規(guī)格特種鋼帶鋼及異型高強(qiáng)鋼工件高質(zhì)量熱處理，滿足重點(diǎn)領(lǐng)域需求；低合金高強(qiáng)鋼成分優(yōu)化、免RH鑄坯質(zhì)量控制與TMCP生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)，工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用；X80管線鋼低內(nèi)應(yīng)力高效軋制技術(shù)開發(fā)。
通過上述工作的持續(xù)優(yōu)化，主要技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平：
1）研制首臺套高效在線冷卻及熱處理裝備，建立示范產(chǎn)線；
2） 2mm級高強(qiáng)鋼板淬火平直度4-5mm/m；
3） 300mm級鋼板熱處理斷面性能均勻性6%-8%；
4）開發(fā)出吉帕級高強(qiáng)鋼、深冷用鋼、軸承鋼、高止裂船板鋼等產(chǎn)品并在工程建設(shè)中實(shí)際應(yīng)用。
