连铸凝固末端重压下技术开发与应用项目是由东北大学、鞍钢集团攀钢、河钢唐钢、中冶京诚、宝武韶钢共同完成的，获2020年度国家科技进步奖二等奖，获2018年中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖。

项目背景

高端特厚板、大规格型棒材广泛用于海洋工程、交通运输、国防军工等重大工程与重大装备的关键承压、承重、耐磨部件制造，是实现中国制造、海洋强国、能源安全等国家战略的重要保障。为了满足其严苛的质量性能要求，轧制制备过程需保证足够压缩比以克服铸坯遗传的内部缺陷问题，通常只能采用模铸、真空复合焊接、超大断面连铸等流程制备，存在金属收得率与生产效率低、吨钢能耗与设备投资维护成本高等诸多局限。例如，模铸金属收得率仅为85%（常规连铸为98%），且铸锭还须经二次加工以提升质量；真空复合焊接制坯工艺复杂，生产成本增加约370元/吨钢；而超大断面连铸机建设成本巨大（如德国迪林根500毫米超厚板铸机耗资4.45亿欧元）。我国钢铁行业的连铸比已达到99%，采用较大断面连铸坯生产高端大规格钢材产品已成为行业追求与发展目标。

为此，东北大学联合攀钢、河钢唐钢、宝武、中冶京诚等企业和设计院，历经10年攻关，从理论、工艺、装备等方面，研发应用了适用于我国“一线多产”的动态重压下关键工艺与装备技术，即通过在连铸坯凝固末端及完全凝固后实施大变形压下（压下量约铸坯厚度的10%），充分利用连铸坯内热外冷高达500摄氏度的温差特点，实现压下量向其芯部的高效传递，以达到充分改善偏析疏松、闭合凝固缩孔的冶金效果。

主要科技创新

其一，该项目系统研究并揭示了重压下过程传热变形、溶质传输、缩孔闭合等行为规律，阐明了重压下提升连铸坯致密度与均质度的工艺本质和技术原理，解决了“在哪压、压多少”的关键工艺理论问题，为技术路线确立、工艺与关键装备研发提供了重要理论支撑。

其二，研制了连铸重压下核心装备—增强型紧凑扇形段ECS与渐变曲率凸型辊CSC-Roll，突破了常规连铸机无法稳定实施大变形压下的装备瓶颈。

其三，研发了基于溶质非均匀分布“软测量”与压力压下量实时反馈“真检测”的凝固末端位置形貌高精度在线标定技术、同步控制中心偏析与疏松的两个阶段连续重压下工艺、精准控制驱动扭矩提升铸坯芯部变形的高效挤压控制技术，形成了准确、高效、稳定压下的连铸凝固末端重压下集成技术。

应用效果

该项目在河钢唐钢、攀钢分别建成投产了国际首条连续、动态重压下宽厚板坯与大方坯连铸示范产线，解决了高端大断面连铸坯中心偏析与严重疏松的技术质量瓶颈问题，首次实现轧制压缩比1.87:1条件下150毫米厚高层建筑用钢大批量稳定生产；率先实现了轧制压缩比3.74:1下车轴方钢等大规格棒材产品制备；生产的长尺重载钢轨轨腰致密度提升5.81%，在大秦线重车线铺设率达90%。生产的高强工程机械用钢、高端塑料模具钢、高性能耐候钢、汽车轮毂轴承钢、热作模具钢、大规格曲轴用钢等供应奔驰、宝马、NSK等高端用户，已应用于万吨级远洋货轮、高铁动车、风电传动、矿机液压支架等重大装备。该项目已获授权发明专利26项、软件著作权14项，相关技术在宝武、鞍钢、韩国现代钢铁等国内外钢企的近20条产线推广应用，年创经济效益超4亿元，实现了重大连铸技术的国际领跑。

链接：大方坯重压下关键工艺与装备技术的开发及应用

本报记者 孟祥林

大方坯重压下关键工艺与装备技术的开发及应用项目是上述课题的重要组成部分，2017年攀钢集团有限公司、东北大学凭此项目获四川省科技进步奖一等奖。

大规格型棒材产品广泛应用于交通运输、石油化工、机械制造等领域重大装备的制造，具有重要的战略意义和经济价值。然而，大方坯的中心偏析与疏松缺陷等内部质量问题一直未能得到根本解决，严重制约了产品成材率和生产成本，成为百米长尺重载钢轨、车轴等高端大规格型棒材高效化生产的技术瓶颈。

该项目从理论研究、装备设计、工艺开发等方面自主研发并应用了大方坯连铸重压下技术，充分利用了连铸坯的凝固末端及完全凝固后内外高达500摄氏度温差，实现了大变形量向铸坯芯部的连续、高效传递，全面提升了铸坯均质度与致密度。

一是针对大方坯重压下过程应变速率高、温度跨度大、组织差异明显的特征，建立准确表征高温黏塑性大变形条件下金属流变行为的本构方程，系统研究并揭示了重压下过程大方坯的变形行为与应力应变规律，丰富了连铸工艺理论。

二是研发投用了大方坯连铸重压下核心装备—渐变曲率凸型辊CSC-Roll，在液压系统无需整体升级条件下，单辊压下量提升2.5倍以上，全面保障了重压下的高效、稳定、低成本实施。

三是研发应用了连铸大方坯SEDHR技术，主要包括：实现中心偏析与疏松同步改善的两个阶段连续压下工艺，提升压下量向芯部渗透的挤压变形控制技术，基于溶质偏析分布计算与“压力-压下量”在线校验的凝固末端在线定位技术等。该项目建成投产了全球首条可实现SEDHR的大方坯连铸生产线。

该项目研究在国际上率先实现了轧制压缩比3.73∶1条件下合金结构钢、车轴钢、氧气瓶钢等大规格型棒材产品的成功制备，已累计生产约50万吨高端大规格型棒材。该研究成果已累计创直接经济效益约1.8亿元，为实现列车车轴钢、75千克/米百米长尺重载钢轨钢等高端大规格型棒材产品的大批量、高质量稳定生产提供了技术支撑。

该项目成果实现了高端大规格型棒材产品的高效低成本稳定生产，对推动我国钢铁行业产品的升级换代，以及高端制造业的发展均具有十分重要的现实意义和战略意义。