大型整体构件是现代大型飞机关键结构件，其性能是影响整机性能与可靠性的重要因素。而此类结构件制造中所面临的问题，已成为制约我国乃至世界各主机厂急需解决的重大关键技术问题。随着飞机结构件向着轻量化、大型化、整体化制造方向发展，低成本高效率地制造高性能高可靠性、功能结构一体化的大型整体轻量化航空结构件对航空制造技术提出新的挑战。例如，尺寸为3600 mm×1500 mm×150 mm的铝合金主承力构件飞机框梁、飞机吊挂、吊挂盒段。一体化的设计可减轻结构重量，但采用传统减材、等材加工的制造方法面临巨大困难。如美国F35的主承力构件需万吨级水压机压制成形，之后还需要大量繁琐的铣削、打磨等复杂工序，制造周期和流程长。又如，吊挂底梁腹板模锻件重量为760 Kg，而实际成品只有77.625 Kg，材料利用率仅10%。由此可见，大型结构件的传统制造方法，不仅需要大型水压机、大型多轴数控机床，而且其材料利用率低，工序繁多，制造周期长，有些构件甚至无法用传统工艺完成加工。正是由于传统加工技术的局限性，现代飞机的大型复杂形状零部件往往只能在结构、重量、形状、性能等诸多方面进行妥协，因而，严重制约了其高性能一体化设计的灵活性。为此，本项目的出发点是：面向高性能一体化大型复杂结构的设计与制造需要，研究一种大型整体结构制造的新技术。

项目属于金属材料制造工艺技术与材料应用技术领域，产品主要应用于制造新能源汽车驱动电机铁心。新能源汽车驱动电机铁芯使用高端无取向硅钢，其使用需求是高效率、高功率密度及安全性，决定了铁芯导磁材料高磁感、极低损耗、高强度特性。汽车驱动电机铁芯工作于高速转动的工况，为了提高效率，要求中频极低铁损；为了提高安全性，要求导磁材料强度高；同时，鉴于汽车的民用属性，涂层材料的环保化将成为趋势等。本项目研究了高端无取向硅钢磁畴行为及表面富集元素作用机理，形成提高面织构、夹杂物无害化、化学成分及组织优化控制等平台技术，解决研制高端无取向硅钢系列产品的共性技术问题。依据高端无取向硅钢强度、磁性能耦合关系，研究强度和电磁性能的统一；同时研发了无铬环保涂层、应用于汽车驱动电机整体增强技术的自粘接涂层。

本项目属于金属材料冶炼加工制造领域，具体是取向硅钢的研发、制造及应用领域。取向硅钢被称为 “钢铁皇冠上的明珠”，主要用作变压器铁芯，是制造工艺最复杂的钢铁产品。本项目应电机行业发展和市场迫切需求，开展了新型无底层绿色环保涂层高磁感取向硅钢的开发及规模化制造，产品主要用作大型发电机铁芯，工序更漫长、工艺更复杂，是取向硅钢中的“专精特新”产品。 本项目历时五年，行业内首次成功实现无底层绿色环保涂层高磁感取向硅钢的大批量生产及应用，取得四个方面创新成果： 1）发明了一种新的含铋及独有脱碳退火工艺生产取向硅钢的制造技术，可抑制取向硅钢硅酸镁底层的生成，生产出可满足于电机行业使用的新型低成本无底层高磁感取向硅钢，该技术独创了无底层取向硅钢制备工艺，为全球领先技术； 2）攻克了含铋无底层取向硅钢的铋元素添加、稳定热轧技术，解决了铋元素的均匀、稳定添加，以及热轧板边裂的控制难题，全球取向硅钢领域内首次实现了含铋无底层取向硅钢的稳定、批量生产； 3）以含铋无底层取向硅钢为基材，创新了表面处理技术，研制出一种新型低表面硬度、附着性等级高的特殊涂层取向硅钢产品，并实现全球首发，该产品可有效解决电机行业采用取向硅钢制作电机铁芯时存在的冲片毛剌大、模具损耗严重的难题； 4）以含铋无底层取向硅钢为基材，创新了表面处理技术，研制出另一种新型可自粘接成型的特殊涂层取向硅钢产品，并实现全球首发，该产品可有效解决风电电机铁芯粘接端板不能用取向硅钢制造（无法整体成型）的难题。 项目产品短时间内一举通过东方电机火电（核电）、中车株洲电机风电产品质量认证，累计销售1.50万吨，实现销售收入2.06亿元，直接经济效益3383万元，利税3290万。项目获发明专利33项（授权22项、受理11项），论文10篇，核心技术秘密2项，制定行业标准1项，开发出5个牌号新产品，其中2项全球首发。项目产品应用于中车株洲电机海外风电项目、东方电机“大国重器”项目——大型百万千瓦级火电发电机组，国内市场占有率100%，彻底解决了困扰电机制造行业多年取向硅钢制作铁芯冲片毛剌大、加工成本高的“卡脖子”问题（冲片加工效率可提高10～15倍、模具成本降至1/100），经济和社会效益显著。项目产品助力电机企业满足电机能效的更高要求，可更好的实现技术降本与产品创新，为我国“双碳”目标推进提供有力支撑，为国家和社会绿色低碳发展作出贡献。

本项目以钠冷快堆的高温环境和ITER计划极低温环境为代表的新一代核电技术对奥氏体不锈钢材料在性能及其制造工艺成熟稳定性、质量可靠性的高要求为目标，依靠自主创新，系统地解决了奥氏体不锈钢的高纯净度冶炼、性能和组织及其均匀性控制、高耐蚀高强韧性能协同等关键技术难题，开发出系列高品质不锈钢产品，满足了当今最为先进的压水堆、快堆、聚变堆等不同核电技术的不锈钢材料需求，实现我国核电用关键不锈钢材料从进口到自主、从堆外到堆内、从常规到尖端和从竞争到唯一的转变，保障我国核电工程的快速建设和安全运行，促进了我国核电技术和事业的健康发展，为我国能源结构调整和低碳减排夯实了基础。

一、背景介绍 本钢冷轧具有国内最宽2150mm冷轧产品的生产供货能力，可为下游用户端的物料供应和降低加工成本提供强有力的支持。本钢急需研发超宽幅产品生产技术。 二、应用领域和技术原理 本项目属于钢铁材料及加工制造工艺领域。 本项目的创新点和总体思路： 1.建立通卷板型预控系统模型。建立轧制力预控模型；变规格期间头尾板型不良控制方法及润滑系统分配控制模型；形成超宽规格产品稳定轧制控制技术集成，实现对超宽规格板型目标为5I（最大10I）的自动控制技术。 2.创新研发了超宽幅产品连退机组炉内冷瓢曲的关键工艺控制技术；研究全厚度规格超宽幅产品退火炉内张力模型；建立热平衡模型实现动态控制炉辊热凸度；研究材料屈服强度对带钢冷瓢曲的影响，优化极限规格退火工艺。超宽幅产品在连退机组合格率达到90%。 3.通过超宽幅产品表面清洁性过程控制创新，建立连退清洗段刷辊保护及清洗液稳定控制程序，实现反射率92%以上；建立带钢表面粗糙度衰减模型，实现宽幅产品粗糙度和表面均匀。 4.实现了桶料生产方法创新，采用窄规格桶料倍尺高效生产模式，形成超宽幅产品轧机各架AGC控制模型和升降速过程中的乳化液喷洒控制模型，确保桶料厚度高精度目标控制。 5.从超宽幅产品全流程生产过程控制难度攻关，解决超宽幅产品对炼钢、热轧和冷轧工序的生产难点，形成超宽幅产品表面质量和性能均匀性控制技术诀窍。 三、国内外同类技术指标对比 1.本钢生产的超宽幅冷轧板的合格率达到行业领先，且2050-2150mm宽度产品属于国内外空白，达到国际先进水平。 2.本钢生产的超宽幅冷轧板的力学性能和表面质量达到行业同类产品水平，达到国际先进水平。 3.本钢生产以超宽幅产品为牵引，倍尺生产桶料，提高生产效率，降低工序成本，市场占有率达到40%以上，并持续增长，达到国际先进水平。 四、知识产权 该项目形成独立知识产权，授权专利13项（其中发明专利7项）,发表论文8篇，企业技术秘密17项。 五、作用意义 项目创新成果2016-2020年在本钢应用期间，累计生产高品质汽车板15.21万吨，剖分桶料27.75万吨，填补国内2050mm以上产品生产空白，创经济效益14942.6万元。实现了部分汽车激光拼焊替代；剖分桶料对钢铁企业节能减排、绿色发展有重要意义，市场占有率达到40%以上。

绿色高效超高强度桥梁缆索是悬索桥或斜拉索桥的关键材料，是高强先进结构材料，国家重点支持的产品。 本项目针对国家区域经济发展战略及“一带一路”倡议，开展了超高强度桥梁缆索核心材料关键技术研究及推广应用，研究了桥梁缆索钢及缆索制造工艺、成份优化设计、无损拉拔及抗延迟断裂等核心技术。 主要研究内容：1）研究了适于桥梁缆索钢的专用绿色环保EDC（Easydrawing-conveyerprocess）技术；2）研究了与EDC在线水浴韧化处理工艺匹配的超高强缆索钢成分优化设计；4）研究了高强钢抗延迟断裂敏感性与控制技术；5）研究了钢丝低损伤拉拔及无接触热镀技术；6）研究了低弯曲应力锚具结构设计及高强钢镦头工艺。 本项目基于基础研究与生产实践相结合、关键工艺技术研究与智能化控制相结合、以及产品研发与工程应用相结合的研发思路，形成了包含EDC水浴韧化技术、成分优化设计、无损拉拔等关键核心技术的桥梁缆索制造体系，其具有绿色环保、短流程、高效率、低成本等特点，年产能可≥20万吨，可保障国内外大型桥梁建设需求。 2000MPa缆索钢项目成功立项ASTM《桥梁缆索钢丝用热轧盘条》标准（WK58959），完成了YB/T 4264-2020 《桥梁缆索钢丝用热轧盘条》标准升级修订，强度上限由1860MPa提升至2000MPa。项目合作单位江苏法尔胜缆索有限公司完成了T/CHTS 20007-2019 《公路桥梁缆索用锌-铝合金镀层钢丝》的制定工作，以上工作突破标准，为桥梁缆索的设计、生产、应用奠定了坚实的基础，为我国桥梁建设“走出去”起到积极的促进作用，具有十分重要意义。 本项目成功开发了高强、高韧新一代桥梁缆索关键材料，形成了产业化能力，产品应用于国内沪苏通长江大桥建设和深中通道项目，并达到该领域最高强度级别。通过本项目的实施，引领未来桥梁钢的发展。提升了我国桥梁建设行业的国际竞争力和影响力，同时引领了国内外制钢企业技术进步及国际标准的提高与应用，为建设钢铁强国作出了贡献。

本项目所属学科为钢铁材料加工制造工艺领域，涉及材料、冶金、材料加工学科。 双相不锈钢具有高铬、高钼、含氮的成分特点和双相组织特点，赋予其较高的屈服强度和优良的耐腐蚀性能，是我国国家战略新兴产业的不可或缺的重要钢类，但其制造难度较大，高端产品长期依赖进口。 油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备对双相不锈钢无缝管耐腐蚀性能和低温冲击韧性等关系到材料及装备安全和寿命的重要指标提出较高要求，与此同时，项目初期国内不能制备φ≥450mm大口径双相不锈钢无缝管，成为严重制约我国高端装备发展和制造的瓶颈。 申报团队依托国家转型升级强基工程项目，历经十二年，实现了高端装备用双相不锈钢“两相平衡设计-高纯净度冶炼及浇注-热穿孔-冷轧-均温快冷热处理组织控制”全链条关键技术突破，并实现了装备自主集成创新。主要创新点如下： （1）开发了高纯净、高致密双相不锈钢管坯制备技术，实现了系列钢种的相比例和耐蚀性平衡设计、全氧含量≤25ppm的低氧控制、φ≥247mm铸锭中心缩孔消除、窄温度区间锻造工艺控制。 （2）发现了双相不锈钢热穿孔温度敏感特性，推荐了兼顾耐点蚀性能和热穿孔性能的氮含量控制范围，开发了热穿孔温度-转速协同控制技术，利用自主集成的φ55mm～φ720mm组距热穿孔装备，制备了φ610mm双相不锈钢荒管。 （3）开发了基于窄区间保温-均匀加热-快速冷却的双相不锈钢组织控制技术，利用独有的φ≥200mm管材固溶、冷却装备，实现了全系列双相不锈钢无缝管的点腐蚀率稳定≤3.5mdd（指标≤10mdd）、-46℃Akv稳定≥100J（指标≥45J）。 项目开发的系列双相不锈钢无缝管，已应用于国内外油气输送、海洋工程及船舶、石油炼化、环保工程等高端装备领域的167个项目，产品实物性能达到或优于国外同类产品。近三年累计销售额7.32亿元，新增利税1.68亿元，经济和社会效益显著。项目授权专利34项（发明12项）、软件著作权4项，制修订国家标准4项，发表论文13篇。 经与国外先进企业实物性能和生产能力对比，项目形成的成果总体达到国际先进水平，其中，项目开发的大口径、抗低温冲击、耐点腐蚀冷轧双相不锈钢无缝管达到国际领先水平。项目的研制成功，为我国高端装备自主化和“走出去”战略提供了材料保障，带动了我国高精尖、高附加值不锈钢无缝管整体技术水平和制造能力的提升。

本重点专项总体目标是：以高速精密重载智能轴承、高端液压与密封件、高性能齿轮传动及系统、先进传感器、高端仪器仪表以及先进铸造、清洁热处理、表面工程、清洁切削等基础工艺为重点，着力开展基础前沿技术研究，突破一批行业共性关键技术，提升基础保障能力。加强基础数据库、工业性验证平台、核心技术标准研究，为提升关键部件和基础工艺的技术水平奠定坚实基础。通过本专项的实施，进一步夯实制造技术基础，掌握关键基础件、基础制造工艺、先进传感器和高端仪器仪表的核心技术，提高基础制造技术和关键部件行业的自主创新能力；大幅度提高交通、航空航天、数控机床、大型工程机械、农业机械、重型矿山设备、新能源装备等重点领域和重大成套装备自主配套能力，强有力地支撑制造业转型升级。本重点专项按照产业链部署创新链的要求，从基础前沿技术、共性关键技术、应用示范三个层面，围绕关键基础件、基础制造工艺、先进传感器、高端仪器仪表和基础技术保障五个方向部署实施。专项实施周期为5 年（2018—2022 年）。安排国拨经费总概算约4.5 亿元。

高性能构件设计与制造目前存在以下三方面问题：一是由于材料分布和多尺度结构特征对构件性能的耦合影响规律复杂，导致构件材料与结构匹配的性能设计困难；二是由于传统设计方法和制造工艺的约束，导致复杂构件整体制造困难；三是由于缺乏构件精确成形调控方法，需反复试错，造成高性能目标控制困难。 　　一、科学目标 　　以航空航天典型高性能复杂构件为研究载体，探明多尺度结构与构件性能的映射规律，揭示材料组织演化与结构变形的交互作用机制，探索材料-结构一体化复合制造原理，形成材料-结构一体化设计与制造基础理论，实现高性能复杂结构的整体制造。 　　二、研究内容 　　（一）材料-结构多尺度建模与一体化设计。 　　研究苛刻服役环境下高性能构件宏微多尺度性能表征建模及材料-结构与性能的映射规律，建立宏微结构构型与材料分布的跨尺度拓扑优化设计新方法。 　　（二）多材料结构逐点/逐域控制的增材制造。 　　研究成形过程熔池的表/界面行为和多材料、多尺度结构的界面问题，揭示界面应力的局部能场调控机理，实现材料-结构的形性协调。 　　（三）异质材料构件的界面行为与结构精确制造。 　　研究异质材料叠层制造中宏细观界面特征形成和几何误差传递规律，探索复合制造过程的调控策略，实现高性能构件几何特征与性能的同步精确制造。 　　（四）材料组织演化与结构变形的精确调控。 　　研究高性能构件材料组织演化与结构变形的耦合机理，揭示外加能场对构件材料组织和变形的影响规律，实现多场耦合作用下结构变形协调与性能的精确调控。 　　（五）高性能构件整体制造新原理与新装备。 　　基于材料-结构一体化设计与制造新方法，探索与验证典型构件整体制造新原理、新工艺与新装备。 　　三、申请注意事项 　　（一）申请书说明选择“高性能构件材料-结构一体化设计与制造”，申请代码1选择E0508 　　（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1500万元/项（含1500万元/项）。 　　（三）本项目由工程与材料科学部负责受理。

本重点专项按照钢铁、有色金属、石化、轻工、纺织、建材等6个方向，共部署31个重点研究任务。专项实施周期为5年(2016 - 2020年)。 2016年，本重点专项在6个方向已启动实施12个研究任务，39个项目。2017年，拟在6个方向启动其余19个研究任务。同时，特种功能玻璃材料及制造工艺技术重点任务2016年安排了浮法电子玻璃子任务，2017年拟补充安排溢流法电子玻璃子任务。因此，2017年拟启动20个重点研究任务，共70-140个项目，拟安排国拨经费总概算13.149亿元。凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与国拨经费总额比例不低于1：1。