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。

轿车作为家庭的高端消费品，鉴于对轿车外观日益严苛的要求，汽车外板成为表面质量要求最高的钢铁产品。在汽车外板的炼钢连铸、热轧、冷轧和热镀锌等各生产工序中都可能产生表面缺陷，其中炼钢连铸工序中产生的表面缺陷（炼钢缺陷）占比达到 70%左，由于其产生机理复杂，又与其他缺陷相互交织，造成其判定、识别和改进非常困难。因此汽车外板表面炼钢缺陷控制近年来成为各大钢铁公司炼钢连铸技术领域最重要的研发课题。 上海大学联合宝钢、首钢京唐、首钢迁钢、鞍钢等数家在汽车外板制造技术国内领先的钢铁公司，2010 以来围绕该技术持续研究，取得显著成效。

通过对国内近百条中厚板生产线的工艺技术装备现状研究发现，产线普遍在关键工艺质量参数感知、多工序协调优化方面，长期面临如下突出问题： 1、生产过程中轧制、剪切等工序的自动化达到较高水平，但是各工序控制系统相对孤立，尚未形成联动，部分工序缺失关键质量参数，不能基于反馈进行动态优化控制，机理模型的预测和控制精度低，严重影响产品质量、生产效率和成材率的提升； 2、缺少钢板轮廓识别和板形检测关键大型仪表，导致轧后钢板头尾形貌、轮廓和板形等关键质量参数难以在线精准识别，仍以人工方式线下测量，无法与轧制过程形成在线反馈控制，难以通过在线工艺优化来保证最终产品质量； 3、依靠人工经验的传统组板系统订单匹配度低、精准剪切控制能力偏低，无法根据钢板实时轮廓信息优化组板策略导致组板余材过多，影响生产效率和成材率。剪切工序也无法根据实时轮廓形状优化剪切策略。此外，剪切工序与轧制过程、组坯过程除基础的产品信息交互之外，无其它过程质量数据交互，迫切需要将轧后钢板实际轮廓形状与订单合同进行实时动态匹配，急需开发面向多目标约束的优化剪切和动态组板策略，以实现减少切损的同时提高订单的匹配度。 针对宽厚板制造领域内过程精准控制科学问题和相关技术瓶颈，2010年由山钢与东北大学等单位组建联合研发团队，在国家十三五重点研发计划《基于CPS架构的多工序协调优化与质量精准控制及应用示范》（2017YFB0304103）项目和山东省《宽厚板智能轧制数字化车间是的试点示范》项目的支撑下，依托山东省山钢王国栋院士工作站科研平台，深入推进开展产学研合作和协同创新，发挥高校基础研究理论创新优势与企业产工程技术优势，联合开展本项目关键共性技术的科研攻关工作。

中厚板产品广泛应用于油气输送、船舶海工、桥梁建设，压力容器、高强工程机械、建筑结构等行业领域，中厚板产品是国家工业建设、城市建设、经济发展和国防军工的重要支撑材料。而高品质厚板作为中厚板产品中的明珠，主要应用于国家重大工程和重大装备的承压、承重等关键承力部件，如盾构机的刀盘、风电塔筒及门框、风电安装船的桩腿、高层建筑的箱柱底座等，高品质厚板产品质量直接影响国家工程的建设，但长期以来，高品质厚板长期依赖进口，立项之初，其制造技术一直存在三个方面的技术瓶颈，具体如下： 1、连铸坯生产保探伤特厚钢板技术。因铸坯内部缺陷和特厚钢板的压缩比受限等原因，保证特厚钢板的探伤性能要求一直是行业难点，同时此类特厚钢板往往应用于关键的承力部件，如重型装备的盾构机采用180mm以上的特厚板，对其探伤性能要求满足国标Ⅰ级要求。传统采用模铸工艺生产特厚钢板，因其能耗高、效率低，已无法满足绿色高效的制造要求。因此，迫切需要开发低压缩比连铸坯生产保探伤特厚板技术，实现连铸坯生产180mm以上保探伤特厚板。 2、高强韧易焊接厚板制造技术。高强韧易焊接特厚板是决定焊接钢结构服役安全性的关键，如建筑用承力柱、桁架等部位要求100mm以上460MPa级厚板，为了保证钢板的强韧性匹配，传统采用正火工艺生产，因碳当量高，焊接过程中易产生裂纹，对建筑结构的安全性产生较大的隐患。而采用TMCP工艺生产大厚度高强度钢板时，虽然采用低碳当量可改进焊接性，但TMCP工艺生产大厚度钢板组织控制难度大，低温韧性稳定控制的技术瓶颈尚未突破。 3、在线淬火生产高强韧厚板制造技术。在碳达峰、碳中和背景下，为了降低能源消耗并减少碳排放，同时提高产品竞争力，行业内普遍采用在线淬火工艺生产厚度≤50mm以下550MPa钢板，但海洋工程领域的风电安装船的桩腿等行业设计需求厚度≥60mm、强度≥690MPa高强韧厚板，随着世界能源结构调整和我国风电行业的快速发展，对此类产品的需求将更加迫切，但在线淬火工艺生产难以获得全厚度截面的马氏体组织，导致钢板韧性差一直是行业难题。 综上所述，为了满足重大工程对高品质厚板需求，迫切需要突破高品质特厚板生产的关键技术瓶颈！

本项目属金属材料技术领域，来源于河钢集团自主研发项目，包括彩涂钢板、冷基锌铝镁镀层钢板及热基无锌花超厚镀层钢板产品的研究开发与制造技术及产业化应用。该系列产品因具有良好的耐腐蚀性和绿色、低碳与环保的共性，与传统热轧或冷轧裸板相比，存在着国外专利壁垒、涂镀层附着力、基板表面海绵体结构形成、耐腐蚀性能机理等深入研究和亟需解决的难题，针对存在的难题采取实验室研究与工业化生产制造及推广应用相结合的路线与措施开展了研究与开发工作，取得了以下重大科技创新： 1. 系统研究了家用电器用彩涂钢板与薄膜复合匹配技术，形成了一整套彩涂覆膜家电用产品稳定生产体系。采用钢板清洁度控制技术、无铬钝化技术、UV涂层附着力失效模拟检测方法以及彩板弯曲起棱失效预判控制方法，探寻出了附着力评价时间的工业化临界值，解决了覆膜钢板加工过程层间附着力失效、UV涂层脱落及弯曲起楞的行业技术难题。 2. 攻克了家用电器钢板凹版印制技术，通过防腐性提升技术、鲜映性提升技术、微晶触感实现技术及抗菌功能研发，实现了印刷彩板在外观（高鲜映性）、功能（高防腐性、抗菌功能）及触觉体验（微晶触感）等全方位的技术升级。同时攻克了钢板数码喷绘技术，实现了高颜值和立体纹理兼具的高端定制化彩板方案在家电行业的首发。 3.首创具有自主知识产权的低铝系稀土锌铝镁产品成分设计生产控制技术。将0.02~ 0.05%稀土创新性地添加到低铝系锌铝镁产品中，增加了镀液的流动性，细化镀层结晶组织，增加产品的耐蚀性，解决了稀土元素镀液成分均匀性分布难点，形成一整套厚镀层低铝系稀土锌铝镁高表面生产控制技术，连续5次国内首发极限厚镀层310g/m2、350g/m2、430g/m2、450g/m2和0.30~0.35mm薄规格180 g/m2产品。 4. 开发了热基无锌花超厚镀层产品生产控制技术。从成分设计、酸洗表面质量提升、基板粗糙度均匀化、海绵体形成以及锌液成分、气刀参数、张力匹配等方面进行研究，实现了600-900g/m2双面无锌花超厚镀层，解决了无锌花超厚锌层的附着性能差、边厚浪形、斜疤、斜纹等技术难题，900g/m2超厚锌层产品填补了国内空白。

取向硅钢被誉为钢铁中的“工艺品”，其制造技术和产品质量反映了一个国家特殊钢的生产技术水平。传统取向硅钢工业生产中钢板经过H2-N2-H2O气氛中连续脱碳退火将基体中碳脱到0.003%以下，并在钢带表面形成合适氧化层，然后表面涂布MgO隔离剂，在高温退火过程中MgO与钢板表面氧化层发生固态扩散反应2MgO+SiO2→Mg2SiO4，形成Mg2SiO4玻璃膜底层。硅酸镁底层硬度高，导致传统取向硅钢的加工性能差，不管是规模化的轧制还是冲制，对工装和工具都消耗极大，严重影响了加工效率，增加了制造成本，且底层与基体的粗糙界面对磁畴移动具有阻碍作用，不利于铁损降低。 研发无硅酸镁底层取向硅钢，可有效解决取向硅钢加工性能差的行业难题，无底层取向硅钢能直接用于轧制极薄规格取向硅钢（厚度≤0.12mm）。极薄规格取向硅钢是将传统的晶粒取向硅钢经过冷轧和退火而获得，主要用作高频变压器、大功率磁放大器、脉冲变压器、脉冲发电机、通讯的轭流圈、电感、储存和记忆元件，以及在振动和辐射条件下工作的变压器，在频率为400Hz～1000Hz范围显示出极低的铁损，被视为较高频率用的变压器铁芯材料，当前国内高端极薄取向硅钢带材仍以进口为主。采用无底层取向硅钢成品制作极薄规格取向硅钢减少去除硅酸镁底层工序，大大降低生产成本，提高生产效率。

近年来，江南造船、沪东中华等我国造船企业承接了大量超大型集装箱船订单，对90 mm厚度以上止裂钢板有大量的需求。最近的2021年，中国船舶集团先后成功揽入法国达飞、瑞士地中海、加拿大塞斯潘等国际班轮巨头的批量集装箱船订单，特别是与法国达飞签订了22艘箱船订单，总价超150亿元，刷新国内最大单笔船舶订单纪录]。沪东中华和江南造船共交付10艘超大型集装箱船，实现全球首创最大最先进23000TEU液化天然气（LNG）双燃料动力集装箱船项目的完美收官，进一步巩固了中国船舶集团在全球超大型集装箱船市场的领先地位[6]。但是国内钢铁行业在大厚度高止裂韧度钢板生产方面的不足，制约了止裂钢产品的供货，打压了当前国内超大型集装箱船建造迅猛发展的势头。 大厚度、高强度、止裂韧性优异的船舶用止裂钢是超大型集装箱船的安全保障。在生产方面难度极大： 1）采用连铸坯生产特厚钢板存在轧制压缩比不足的制约； 2）轧制变形渗透和轧后冷却在钢板厚度方向存在不均匀现象； 3）较低终轧温度极大考验着厚板轧机的轧制力和扭矩极限。 此外，全厚度钢板断裂时，尺寸效应放大了断裂过程的复杂性，钢板止裂韧性与低温冲击、裂纹尖端张开位移（CTOD）及无塑性转变温度（NDTT）等常规断裂测试结果均没有可靠规律。钢板止裂韧性评价成本高、周期长，进一步增加了特厚止裂钢板的生产难度。

以红土镍矿为原料，针对铬镍系不锈钢开展了冶炼工艺 流程和品种开发等两大技术创新。一方面利用 RKEF 冶炼镍铁水直接 热送 AOD 精炼铬镍系不锈钢，大幅降低了综合能耗和成本，树立了全球铬镍 系不锈钢冶炼成本新标杆。另一方面创造性设计了 2000ppm 以上氮含量的资源 节约型高耐蚀奥氏体不锈钢 QN 系列（PREN 值高于 18.5），开发了从炼钢、连 铸、热轧到冷加工的全流程一贯制制造技术，耐蚀性优于 304 不锈钢，已广泛 应用于建筑、家电、电梯、人防工程、市政工程、化工和集装箱等领域，替代 304 甚至更高耐蚀级别的铬镍系不锈钢，实现了中国不锈钢品种从跟随到引领全 球的创新性转变。

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。

针对国内钢铁企业的上述缺陷，以及由此引发的微合金化钢生产效率低、能耗高等问题，项目以国内典型钢铁企业生产流程为依托，开发系统完整的工艺与装备技术，大幅度提高铸坯直接热装轧制的比率和热装温度、切实提高铸坯质量和钢的成材率，使铸坯正在成为物质流、能量流、信息流等的载体被直接输送到下一步轧制工序，优化铸-轧界面技术，实现典型钢铁流程的高效化、绿色化制造技术的工程应用，并建立应用示范工程向国内钢铁企业进行应用推广，为我国钢铁企业降低生产成本、节能减排奠定基础。