简介:关于技术钢锭方面的论文题目、论文提纲、技术钢锭论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
研发背景
装备制造是国家十大振兴规划产业之一,它的发展带动了国内传统产业的快速发展.2001年,我国铸锻件产量首次超过美国,连续12年位居世界第一,约占全球产量的1/3,年产值约占国内GDP总量的1.5%.铸锻产业的技术进步,对国民经济和社会发展有着十分重要的作用.我国虽然已经成为名副其实的铸锻件生产基地,但还不是铸锻件生产强国,许多大型、超大型铸锻件和高附加值铸锻件仍要依赖进口,有些特大型铸锻件花钱也买不到,严重制约了我国电力、船舶、冶金机械、高速铁路等重点产业的发展.以发电设备为例,百万千瓦级的超临界、超超临界机组用超大型低压转子、百万千瓦级以上核电机组用压力容器和蒸发器大锻件及70万千瓦级以上大型水电机组用转轮不锈钢上冠、下环和叶片3大铸件曾长期依赖进口.
针对大型铸锻件长期依赖进口、受制于人的被动局面,国家领导论文范文有关部门的领导都曾做过重要批示,“十一五”期间,科技部、国家发改委、论文范文等也都设立研发专项,支持大型铸锻件的研发工作,力求尽快解决这一问题.然而,我国大型铸锻件的研制仍然面临诸多困难.究其原因,一是装备落后,技术支撑薄弱；二是铸锻成形于高温,其内部金属流动和缺陷演化过程看不见、摸不着,工艺设计主要依赖经验积累和“试错”,许多工艺成为师傅带徒弟的手艺活,科学性差；三是大型铸锻件实验成本高、周期长,给工艺研发带来很大难度.以5米轧机的锻钢支承辊为例,一支产品的价值就高达2600万元,整个热加工周期达3个月时间,因此通过试制来摸索生产经验几乎是不可能的.
发达国家现有的先进铸锻技术,是多年来投入大量的人力物力积累、开发的结果.而我国的铸锻工艺比较落后,要想在短时间内赶上来,实现技术跨越,就必须另辟蹊径,开发更加创新的铸锻技术.如果能够实现铸锻成形过程可视化,就可以从根本上引领工艺设计从“经验型”向“科学型”转变,从而开发出高水平的凝固和固态成形过程共性技术,指导铸锻件的制造.
研发过程
中国科学院金属研究所在材料科学与工程、腐蚀科学与防护领域是国内一流的研究所,具有强有力的研究团队和先进完备的实验设备,曾为我国的经济建设、国防建设作出过重大贡献.
为了改变我国金属热加工领域的落后局面,金属所于1998年引进中科院“百人计划”人才,确定了以材料制备工艺和计算机模拟学科为主攻方向.2001年,在中国科学院和英国皇家学会的支持下,建立了中英联合可视化铸造技术中心( HTC)和技术平台,课题组拥有包括中外院士在内的40余人的研发队伍,并配备先进的实验设备,得到了国家发改委、中科院和地方政府的共同支持.
2003年,课题组开展了大型铸钢支承辊项目的研发.中英双方紧密合作,采用新型浇注系统设计技术,为中国一重成功试制出了我国首支50吨级铸钢支承辊.在研发过程中,金属所自行开发的新浇注系统设计方法、X射线实时观察技术和计算机模拟软件3项关键技术发挥了重要作用.新铸造浇注系统的核心是通过控制铸造充型过程,避免金属液卷气和夹杂,从而减少疏松、夹杂和裂纹等缺陷,降低铸件废品率.课题组在传统铸锻技术的基础上,融入信息化技术和先进的实时观测技术,成功开发了新的可视化铸锻技术.该项技术已在东北地区10多家大型企业中推广应用,并取得成功.
随后,他们结合国家重大工程与重大装备的战略需求,进一步将可视化铸锻技术推广应用到能源、石化、冶金机械、高速铁路等领域,多次突破关键铸锻件的技术瓶颈.目前该项技术已成功应用于大型铸钢支承辊、船用曲轴、三峡水轮机组、核电压力容器、空心钢锭、压缩机缸体、燃机机匣、燃机叶片、高速铁路道岔、转向架等关键件的大型铸锻件制造上.与众多大型企业,如中国一重、中国二重、上海重型、大连重工、鞍钢重机、沈阳铸锻、长客集团、沈阳黎明集团等密切合作,帮助企业突破大型铸锻件的制造瓶颈,大幅实现节能降耗,使企业获得巨大的经济效益和社会效益.
在应用中创新
在可视化铸锻技术的推广应用过程中,课题组一直没有放慢研发的步伐,继续不断创新与完善,使技术臻干完美.
铸锻过程可视化平台建设
采用计算机数值技术和热加工理论,模拟金属铸锻成形过程,然后在实验室内采用×射线等手段实时观察和*按比例缩小的中试件或小型实际件成形过程；再以模拟与观察结果为基础,建立精确化的数学物理模型,利用计算机模拟手段确定最佳工艺,放大到大型铸锻件；最后在企业验证和完善实验室的铸锻工艺,形成成套技术及相应软件,用于铸锻件批生产.在可视化铸锻技术的基础上,精确建立材料传热、传质、流动、应力应变、缺陷演化和晶体相变模型,开发出铸锻过程的纯净化、均质化、致密化、终形化的共性技术和晶体形貌演化、构件缺陷演化、铸锻流程优化等前瞻技术,推动了学科的发展.
三峡水轮机转轮不锈钢铸件研究
在三峡工程700MW水轮机组马氏体不锈钢材料的研究中,开展了材料成分优化设计与组织性能关系研究.研究发现,决定该马氏体钢强韧性的两个关键相是6铁素体和逆变奥氏体.研究揭示了逆变奥氏体形成机理及其含量对马氏体不锈钢韧塑性的影响；阐明了6铁素体含量对力学性能的定量影响,提出了控制Ni/Cr当量比减少6铁素体的方法.综合上述因素后提出了一次正火和两次回火的热处理制度,调整材料的综合性能.以上述研究为基础,综合冶炼、铸造、热处理、焊接等各个环节,牵头制订了三峡水轮机转轮马氏体不锈钢铸件制造技术规范,以指导企业生产制造大型水轮机转轮铸件.
建立了包含铸造、打箱、切割冒口和热处理等工序的叶片变形全流程计算模型,开发了叶片反变形控制技术,实现叶片近终形制造.该项技术已在宁夏共享铸钢集团等企业应用,叶片加工余量从50～60mm降至20—30mm.
大型船用曲轴热加工关键技术研究
针对我国曲轴锻件国产化的迫切需求,采用有限元的二次开发模拟技术,对曲拐弯锻和热处理过程进行系统研究.掌握了曲拐弯锻过程温度场、应力应变场的变化规律,分析了曲拐锻件的变形机制及模具使用的安全性,设计合理的曲拐弯锻成形工艺,消除各种锻造缺陷；提出了反变形方法设计预成形毛坯和相应锻造模具,从而降低了产品的加工余量；与组织演变模拟技术相结合,系统分析了曲拐锻件正火过程的温度场、组织场的变化规律,控制材料组织性能；模拟了红套过程金属的形状变化,设计了合理的红套工艺.在上述研究基础上,完成了曲轴曲拐热加工成套工艺参数设计和模具图纸的设计,覆盖26~98机的各个规格型号,并在5家重机行业得到应用.
大型铸钢支承辊工艺开发
课题组采用计算机模拟技术结合×射线实验观察,模拟分析了不同工艺参数对温度场、流场和应力场的分布规律,准确预测缩孔疏松等缺陷.在此基础上进行了工艺创新：一是打破传统,设计新型平稳充型浇注系统,保证钢水的纯净度；二是设计应力释放系统,开发了滑动辊颈技术,消除裂纹缺陷；三是设计顺序凝固冷却系统,保证轧辊内在质量.在此基础上开发出大型铸钢支承辊整体铸造技术,并提供了铸造工艺参数和模具制造图纸.相关技术在一重、鞍重等企业应用,已成功生产出50吨级、100吨级优质铸钢支承辊.
百万千瓦核电压力容器锻件成形研究
锥形简体是核电蒸发器最重要的部件之一,直径4.6米,壁厚仅为300毫米.锻件外型呈“米斗”形,扩孔过程中锻件锥度发生动态变化,锻件一体化成形的模具设计和锻造工艺非常复杂.研究组建立了SA508-3钢的高温本构模型,采用动态显示有限元方法对锻件的扩孔过程进行了模拟.结合数学解析和多道次成形模拟,建立了芯棒拔长、马杠扩孔、型砧扩孔过程的锻件锥度动态控制模型,开发了核电锥形简体锻件一体化成形技术,实现了锻件关键尺寸的实时可控,以及锥度段和直段的协调变形.研究成果在中国二重进行应用,生产直径5m的1000MW级核电锥形简体25件,材料利用率较传统的锻焊结构提高了30%,合格率达100%.
大型钢锭关键制备技术研究
我国钢锭制备技术相对落后,造成大型锻件质量不稳定,已成为大型锻件自主研发的技术瓶颈.钢锭的主要缺陷包括：①卷渣、氧化夹杂严重,②碳等轻质元素偏析严重,⑧二次缩孔、轴线疏松严重.课题组对钢锭A偏析的形成机理进行了研究,发现氧化物是形成A偏析的根本原因,开发了低氧纯净化技术来控制大型钢锭中的A偏析；通过对大型钢锭凝固过程的模拟和百吨钢锭的解剖实验,提出了大型钢锭中心缩孔疏松预测判据,准确地预测出了大型钢锭中心缩孔疏松缺陷,开发了多梯度稳态冒口技术,基本消除了大型钢锭中心缺陷；自主开发了大型钢锭宏观偏析预报软件,研究大型钢锭多包合浇过程中不同钢包的化学成分和浇注间隔时间对钢锭宏观偏析的影响规律,开发了大型钢锭多包合浇工艺和冒口延迟补浇工艺.所开发的大型钢锭关键制备技术已经在中国一重、中国二重和鞍钢重机等企业的100—600吨级钢锭上进行了应用,降低了大型钢锭中的宏观偏析,显著减轻了大型钢锭的中心缩孔疏松缺陷,大幅提高了材料利用率,降低了钢锭废品率,实现了锻件稳定生产.
规模化铸锻件工艺优化
利用可视化铸造技术研究揭示了金属液在充型过程中的流动规律和夹杂物等缺陷演化规律,在此基础上提出了平稳充型浇注系统设计的思想,在大型空心钢锭、铸钢支承辊上应用,成功制造了百吨级空心钢锭和65吨大型轧辊.并在规模化铸件上示范应用,表现出良好的应用前景.沈鼓集团对缸体、缸盖等25类典型铸件运用可视化技术进行工艺优化,使其铸件一次打压合格率提高了30%.利用该技术开发的高锰钢组合辙叉产品质量好,成本低,同时使用寿命长,在线试铺的平均寿命达到2亿吨通过总量,使用效果良好.可视化铸造技术应用于高速铁路铸件,成功制造了转向架中球铁齿轮箱铸件和铝合金枕梁铸件,目前已装车使用.
低碳钢介观尺度组织演化模拟
以工程应用为研究背景,课题组在凝固与固态相变领域开展了微观组织演变模拟的应用基础研究.建立了介观尺度的确定性元胞自动机模型和概率性Monte Carlo模型,模拟奥氏体-铁素体相变过程,发现了单个铁素体晶粒在相变过程中的六种长大模式：结合有限元方法,首次建立了介观尺度的顺序耦合与同步耦合模型,模拟形变一相变耦合过程,揭示了形变作用下的晶粒细化机理,推动了该领域的学科发展.
目前,可视化铸锻技术及其外延技术已获得相关授权专利50多项,发表高水平论文200多篇,并获得2007年辽宁省科学技术进步奖一等奖、2009年度中科院杰出科技成就奖、201 1年度第五届中国技术市场协会金桥奖（优秀项目）、2012年度中国产学研合作创新与促进奖、2012年度国家科学技术进步奖二等奖.
研发团队及管理体制
团队建设及人才培养
课题组拥有一支稳定的,包括铸造、锻造、焊接、热处理等多专业组成的研究队伍.课题组长是李殿中研究员,主要成员有李依依院士、柯伟院士、陆善平研究员、陈星秋研究员等.研究组与国际高水平材料加工研究机构建立了密切的合作,如英国伯明翰大学的John Campbell院士,乌克兰冶金物理研究所的朱可夫教授,韩国KIMS研究所先进塑性成形组的KangSeonghong教授等.稳定的研究队伍达50余人,老中青结合,老科学家模范带头,年轻一代茁壮成长,是一支具有凝聚力、特别能战斗的优秀团队.保障了科研项目的顺利完成.
管理体制
金属所材料加工模拟研究部隶属于沈阳材料科学国家（联合）实验室,该研究部以可视化铸锻技术为基础,充分借助国家实验室先进的检测分析手段和人才优势,为国家重大工程的大型铸锻件工艺研发解决技术难题.研究部与国内各大重型企业采取项目合作方式,集中解决企业的各类技术问题,同时以“产学研”联合方式,承担国家各类重大专项任务,开发热加工过程数值模拟软件,研发铸锻件共性技术,并在行业内进行推广应用.
在与企业的合作过程中,各单位明确责任分工,及时沟通.金属所主要负责相关基础实验研究、工艺开发和技术指导,企业负责产品中试和生产实验.由双方共同承担的工作,成果和知识产权归双方共享.目前金属所与企业合作过程中已联合申报10多余项专利.
成果转化模式
2007年7月,在沈阳市科技局的支持下,金属所在沈阳市召开了“可视化铸锻技术成果推广”会议,沈阳市内10余家大型铸锻企业参加了会议.通过召开行业会议和开展技术培训,企业对可视化铸锻技术有了深刻的认识,逐步与金属所开展合作,加速了可视化技术在全国的推广应用.
邪钢锭:中信重工世界最大油压机成功锻造438吨特大型钢锭
目前,可视化铸锻技术已在东北、华北、山东、西北、西南、长三角、珠三角等地区进行推广应用,应用的企业达100余家.金属所还为企业提供了成套技术和相关技术咨询服务,取得了显著效果.目前,金属所已成为国内重型企业的首选合作伙伴.
体会及经验
可视化铸锻技术的研发和推广是实施国家创新战略的成功范例.该课题组始终以“推动学科发展,满足国家需求”为己任和目标,坚持自主创新,秉承金属所“一竿子捅到底”的精神,基础研究和应用开发相结合,充分发挥研究所的科研能力优势,刻苦攻关,切实为企业解决急需的共性技术难题.可视化铸锻技术的成功研发说明,我国科研人员通过技术创新,完全能够打破国外技术垄断,创造出世界最先进的技术工艺.
实施政府引导、产学研相结合的技术创新路线,是提升我国自主创新能力的有效途径.在项目开发过程中,科技部、国家发改委、论文范文等政府部门与企业、研究所充分发挥了各自的职能作用,形成政府、企业、科研院所“三位一体”的合力工程,共同搭建技术创新平台,开展关键技术攻关研发,从而实现了我国重大装备自主创新的重大突破.实践证明,实施以政府引导、产学研相结合的技术创新路线,是提升我国自主创新能力的有效途径.
培育研究团队具有“四气”精神.即“有勇气”,面向国家战略需求,敢于迎接挑战,敢于承接来自企业生产一线的重大技术难题；“有骨气”,敢于挑战国外最先进的技术,瞄准技术最前沿；“有底气”,善于理论联系实际,利用深入、系统的知识积累,实现技术创新,并应用于企业生产：“有人气”,与企业真诚合作,团结一心,刻苦攻关,深入现场,切实为企业解决技术难题服务.
总结：本论文可用于技术钢锭论文范文参考下载，技术钢锭相关论文写作参考研究。
邪钢锭引用文献:
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