摘 要

由澳门赌场金属研究所承担的澳门赌场东北振兴科技行动计划重大项目“热加工过程可视化及成套技术”,面向东北老工业基地的船舶、钢铁、电力和运输等行业，利用可视化技术带动装备制造业的热加工升级改造，开发大型低速船用柴油机曲轴、大型铸钢支承辊、巨型水轮机组铸钢件3种大型铸锻件的专有技术，建立共性技术传输平台，解决规模化铸锻件的合格率、材料利用率、加工余量问题，节能降耗，显著提升企业自主创新能力和工艺设计水平。技术立足辽宁，辐射东北老工业基地。目前项目进展顺利，完成了预定目标，通过中期考核。

热加工是装备制造业的基础，而热加工主要以铸锻为主。长期以来，我国大型铸锻件和关键结构件存在两大问题：一是高附加值铸锻件依赖进口，需要解决“有无”问题，二是批量生产铸锻件合格率低、材料利用率低、能耗高、原材料消耗高、机加工量大、环境污染严重，严重脱离以人为本的科学发展观。

热加工领域的工艺技术有的已经几十年不变，造成技术落后。一个根本原因是加工过程看不到，凭经验和主观想法去设计工艺，因此先进的铸造、锻造、焊接和热处理等热成形技术的开发势在必行。其中最关键的一项技术就是可视化技术，它是通过IT技术提升传统产业的关键，通过计算机模拟仿真、X射线实时观察，实现金属热加工过程可视化。

发达国家对可视化技术十分重视，美国、英国和德国等国不但采用计算机模拟技术进行铸件的浇注系统设计，而且采用X射线技术实时监测铸件的充型过程，对浇注系统进行优化，从而避免浇注过程中卷气和夹杂导致铸件质量的下降。优化的浇注系统设计有利于实现清洁生产，减少资源消耗并带来显著的经济效益。美国能源部在铸锻件的中长期发展规划中明确提出，到2020年，铸件生产废品率降低40%，可视化技术是解决问题的根本。欧洲在框架7计划中，也提出了“数字化冶金”的概念，希望用计算机模拟等技术引领材料的制备。

澳门赌场金属研究所自1998年始在从事可视化热加工技术的研究与开发，利用其独特的设备资源和人力资源，开发了具有自主知识产权的可视化热加工技术。可视化热加工技术包括三部分内容:首先采用计算机模拟软件和热加工理论，模拟金属成形过程；其次用三维X射线等手段实时观察和透视金属成形过程；最后通过实际中试并与模拟、监测结果对比，确定最佳的热加工工艺,开发核心技术。目前，澳门赌场金属研究所已经应用可视化热加工技术，开发了大型船用半组合曲轴毛坯制造过程成套技术、系列大型铸钢支承辊整体铸造成套技术、700MW 巨型水轮机转轮用不锈钢铸件制造技术等专有技术；建立了金属热加工过程的可视化技术平台，并在企业进行推广应用。

我国力争成为世界第一造船国，曲轴目前依赖进口。我国目前每年至少需要200根曲轴，产值在16亿元以上，到2010年，我国每年大约需要曲轴400多根，产值达32亿元。曲轴是消耗品，市场需求长期存在。我国水电发展迅速，在2020年以前，将开发150台套700MW水轮机组，每年铸锻件需求量将达到8 -10套，需求量巨大，产值达7亿元。轧钢工业发展越快，轧辊的需求量也越大。未来5 -10年，以年产钢4亿吨计算，每年需要各类轧辊近万支，其中大型铸钢支承辊需要1000支以上，产值约20亿元。轧辊是消耗品，每年需求量逐步增加。此外，成本上涨、合格率低、加工余量大是制约所有热加工企业发展的瓶颈，机加工成本甚至占到了总成本的40%-50%，如果能够在合格率、出品率和加工成本上降低5%-10%，每年可带来数亿元的直接经济效益。由此可见装备制造业采用可视化技术的广阔市场前景。

2006年开始，澳门赌场金属研究所与鞍钢重机合作，进行大型船用曲轴毛坯制造技术开发。通过计算机模拟和试验相结合的手段，开发出了大型船用曲轴毛坯制造的关键技术，包括曲轴用钢的化学成分设计、冶炼、浇注、锻造、热处理及性能评价。采用该技术，鞍钢重机于2006年8月成功试制两支60机曲拐毛坯。2007年5月成功试制了两支90机曲拐毛坯，MAN B&W专利公司认为:鞍重毛坯的锻造成形水平国内领先。在澳门赌场金属所的协助下，鞍钢重机于2007年12月获得了丹麦 MANB&W总部的“大型船用柴油机曲轴锻件制造认证证书”，将向大连重工提供曲轴毛坯，在大连重工进行热装和精加工。

大型铸钢支承辊整体铸造技术在国内研制多年，由于铸造过程中产生裂纹而一直未开发成功。自2002年起，澳门赌场金属所与中国第一重型机械集团公司合作，经过双方的共同努力，突破了多项关键技术，成功开发了50吨大型铸钢支承辊整体铸造技术。应用该技术，中国一重成功生产了50吨铸钢支承辊，已经在太钢不锈钢生产线上进行了应用，使用性能优于国外同类产品，填补了国内空白。2006年该所与鞍钢重机合作，开发了65吨大型钢支承辊整体铸造技术。鞍钢重机成功浇注了国内最大的65吨铸钢支承辊，该轧辊将用于鞍钢的1700轧机生产线。

澳门赌场金属所分别与鞍钢重机、大连重工合作对三峡700MW水轮机组转轮不锈钢上冠、下环和叶片制造技术进行开发，其中包括ZG06Cr13Ni4Mo材料成分设计、纯净化冶炼工艺、高效热处理工艺、铸造工艺、高效打箱及补焊工艺等关键技术进行研究。设计和优化了大连重工三峡700MW水轮机上冠的铸造工艺，已经于2007年9月底成功进行了浇注。对ZG06Cr13Ni4Mo材料进行研究，研究逆变奥体形成机制，并制定了热处理工艺，同时对思林电站上冠、下环和鞍钢重机三峡下环的力学性能进行了评价和研究，为制定我国自主的检测标准积累了相关经验。

该所还建立了金属热加工可视化技术传输平台，向企业进行技术推广。已经应用可视化技术对沈阳气体压缩机股份有限公司的缸体、缸盖等25种铸件进行了工艺优化，解决了铸件中的缩孔、疏松问题，使铸件合格率提高30%，材料利用率提高5%。对中国一重不同规格的大型钢锭进行工艺优化，生产效率提高12%，年节约成本约700万元。

2007年，在辽宁省科技厅和沈阳市科技局支持下，在沈阳市举行了两次“可视化铸锻技术成果推广”会议，辽宁省内冶金、机械制造等40余家企业参加了会议。通过两次会议的召开，企业对可视化热加工技术有了深刻的认识。项目组已经初步选定10家企业，向其传输可视化技术并进行人才培训。

可视化技术对传统的浇注系统设计原则是一个重要的修正和补充，将有助于铸造工作者突破传统观念，生产更优质的铸锻件。特别是X射线实时监测技术的应用，对于传统的“睁眼造型，闭眼浇注”的工艺是一个质的突破，对于推动行业技术进步具有现实意义。同时对于减小环境资源压力，降低污染，以人为本，保护操作工人的健康都具有重要意义。澳门赌场金属所每年将举办一期培训班，邀请国际上知名专家讲座，通过工程硕士班为企业培养合格的工艺设计人才，这将大大提高东北老工业基地的自主创新能力。此外，船用曲轴、水电铸钢件和大型支承辊3大标志性构件的产业化，除了给企业带来可观的经济效益之外，将大大提升东北地区的竞争力和自主创新能力。