2025冶金科学技术奖简介 | 宽幅高品质中高碳钢带的高效生产关键核心技术

中高碳钢带强韧性好、耐疲劳、综合性能优越，是国防军工、航空航天、汽车装备、高端制造等各个领域的关键基础材料。其中，工具钢与弹簧钢更是分别被冠以工业的牙齿工业的弹性材料等美誉。自十四五”规划以来，我国制造产业开始高端化转型，推动中高碳钢带市场年需求量增长至450万吨（高端牌号占比超过60%）。然而，国内中高碳钢带制造产业多以小型设备为主，长期面临钢水成分控制能力差、全长组织性能调控难、缺少有效板形板厚控制手段等技术难题，在规格、质量、产量等方面均存在供给短板，难以满足市场需求。尤其是，以SK2D6AX3280CrV2为代表的高端牌号大尺寸产品严重依赖进口，存在卡脖子问题，迫切需要进行技术攻关，实现系统性提升。

针对传统中高碳普遍采用中宽窄带的小型装备生产存在的效率低、质量不稳定等问题。依托大型钢铁企业已有大型装备，围绕产品研发和全流程质量控制痛点，形成了宽幅大断面中高碳钢组织缺陷控制关键技术、宽幅高强中高碳钢带高精度与高效轧制技术、宽幅高品质中高碳钢带数智化柔性制造技术三大关键技术创新成果，取得关键突破，解决了宽幅中高碳钢带生产过程存在的铸坯易偏析裂纹、易脱碳、轧制不稳定、生产组织管控复杂等难题。开发出以宽幅SK2X32D6A为代表的系列高端产品，实现了高端中高碳产品的全国产化替代。

技术创新一：宽幅大断面中高碳钢组织缺陷控制关键技术

大宽幅与高成材的最终产品特点需依赖于铸坯的宽幅大断面，要求严格管控铸坯偏析与裂纹缺陷。为此，研发了大断面中高碳铸坯中心偏析控制方法，开发高拉速下宽幅中高碳连铸工艺模型成套技术，解决了高拉速下高含碳量宽幅大断面铸坯偏析、裂纹缺陷影响产品性能和生产稳顺的难题。实现高含碳量、大断面铸坯，低倍中心偏析类不大于 1.0 级，裂纹发生率＜0.32%

考虑组织性能与生产稳定性要求，提出了不同厚度规格中高碳钢带差异化热轧卷取工艺控制技术，开发了基于焊前预热焊后退火工艺优化的焊缝质量提升工艺及装备，解决了宽幅中高碳带钢冷轧韧性差，极易断带的生产难题。实现带钢退火球化率达到95%以上，焊缝断带率由55%降低至1%，保障含碳量超过0.85%0.4mm极限规格产品的连轧批量生产。

针对板坯加热过程与罩式退火过程的脱碳现象，研发了考虑脱碳层计算的钢坯温度预报模型，建立了面向燃烧过程的专家知识库和APC先进控制模型，开发全氢罩式退火脱碳综合控制工艺，解决了高品质中高碳钢生产易脱碳难题。实现钢坯在炉时间平均减少6%，成品脱碳层控制在厚度的0.7%以内。

宽幅大断面中高碳钢组织缺陷控制关键技术

技术创新二：宽幅高强中高碳钢带高精度与高效轧制技术

针对热轧中间产品凸度大、断面质量不良的问题，设计了热连轧下游ATRSVTPlus等高效率辊形，开发宽幅轧件断面精准控制策略及自学习方法，提出小凸度最优化工艺求解策略，解决了多品规中高碳钢带的小凸度稳定控制难题实现热轧边降(C40)≤15μm的命中率达到96%以上，延长轧制公里数15%以上

宽幅高强中高碳钢带热轧高精度控制技术

针对冷连轧中间产品同板差板形难协调、难控制的问题，开发了考虑曲面变形抗力模型的冷连轧全机架动态仿真模型，提出面向高阶板形缺陷的弯窜辊及辊形综合控制策略，解决了连轧同板差和平直度控制存在的强耦合问题实现宽幅中高碳钢带冷连轧目标厚度0.15%的超低同板差，5.5IU以内的超高平直度

宽幅高强中高碳钢带冷连轧高精度控制技术

针对十八辊精密轧机辊系自稳定性差、同板差与板形质量不佳的问题，开发了兼顾同板差与平直度需求的十八辊轧机高效辊形技术，提出全长实物板形一致及轧后翘曲综合控制方法，解决了十八辊轧机轧辊异常变形及辊系非自稳定难题实现宽幅中高碳钢带十八辊轧制目标厚度0.12%的超低同板差，4IU以内的超高平直度

宽幅高强中高碳钢带十八辊冷轧高精度控制技术

技术创新三：宽幅高品质中高碳钢带数智化柔性制造技术

基于中高碳钢带现行生产工艺方法进行流程再造，设计了涵盖大型热轧（热连轧/CSP连铸连轧）冷连轧单机架（小六辊十八辊）等大型装备全流程柔性生产体系，解决了大工业生产与中高碳钢多品规、小订单的矛盾实现多品种规格、多种交货状态、全流程高效、低成本的宽幅中高碳钢带柔性生产。

宽幅中高碳钢带柔性生产工艺流程优化设计

考虑宽幅高品质中高碳钢带产供销需求特点，研发了基于多工序协同柔性制造模型与算法的产销自动推优机制，开发包含全流程数字跟踪、订单重组、全工序集成计划与调度等功能的产供销数智化辅助生产决策系统实现了宽幅中高碳带产品高质量、高效率生产，订单准期交货率≥98.5%

针对宽幅高品质中高碳钢带形性全长控制问题，研发了涵盖变形抗力、轧制工艺、尺寸形状及力学性能的宽幅中高碳钢带质量分析预测关键模型技术，建立全流程质量综合管控策略，解决了宽幅中高碳钢带质量评价困难和管控复杂的难题实现了各工序质量综合成材率达到95%以上，产品性能预测命中率达到96.8%以上

宽幅中高碳钢带质量分析预测关键模型技术

2015年开始，北科大与新钢和涟钢等企业先后实施了近26项科研和工程项目，通过近年的快速突破，新钢和涟钢已经形成年产热轧高品质中高碳钢带85万吨，高牌号冷轧产品45万吨，应用本研究相关技术生产的宽幅高品质中高碳带比例达到50%以上，已经形成了浙、赣地区宽幅中高碳钢带原材料产业中心，相关技术在行业引起高度关注，在酒钢、马钢、梅钢、本钢、永锋等钢铁企业各类产线快速落地。通过以上技术实施，保障铸坯中心偏析类可达到1.0级，薄板坯的铸坯拉速可达到2.5~5.2m/min，常规热连轧的铸坯拉速可达到1.4~1.6m/min，将中高碳钢带从窄带热轧单机架冷轧的中小型装备生产模式，转变为宽幅热连轧冷连轧单机架的大型装备高效生产模式，全流程生产成本节省超过300吨，优于传统流程，实现了包括高端工具钢、高端弹簧钢在内的最全品种，最全交货状态的供货，可保障热轧最宽到2050mm，最厚到21mm，冷轧最薄0.15mm的宽幅高品质中高碳钢带极限制造能力，综合成材率提高2%以上。该技术推广应用生产的宽幅高品质中高碳带材已经达到行业的50%以上，实现了宽幅高品质中高碳钢带的全国产化替代，满足超重型卡车离合器膜片、发动机阀片用钢等保证下游制造业对高端材料的需求，重塑了传统中高碳产品生产格局，推动全产业链向更高效、绿色方向发展。产品应用于福建舰、复兴号高铁、300吨国产重型矿山重卡等国家重大工程，得到航天科工等部门的表彰，提升高端钢材原料自给能力，助力我国高端制造的自主高质量发展。

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