为了促进制造业高端钢铁材料升级迭代，引领我国制造行业“高性能、新材料”技术领域的巨大改革和突破，实现国产化超高强度钢产品替代进口，打破欧洲垄断地位，2017年1月至2021年12月，河钢邯钢与东北大学、终端客户以产学研用合作的方式，开展“板带材多功能高精度热处理核心关键技术的创新及应用”项目的研究实施：1）研发板带材冷却路径可控的控温淬火、约束淬火工艺，实现热处理可视化、交互性顺序及板区域位置坐标控制，温度精度±4.5℃，时间同步精度±0.01秒，达到国际同类设备领先水平。2）国际上首次实现“烧嘴明火+热风循环”强制对流循环混合回火加热技术，建成国内首套高精度热风循环式回火炉，在钢板上下表面形成对称的有序流场，强化传热效率、传热精度，实现大温度跨度回火热处理精度为±3℃，能耗排放降低15%，实现绿色生产、绿色制造。

通过对国内近百条热连轧生产线的过程控制模型精度和产品质量指标研究发现，造成非稳态过程难以控制的原因，既有板带材轧制本身的工艺因素，又受制于热连轧自身的控制特点，长期面临如下突出问题： （1）热连轧各机架存在着弹性变形和塑性变形的交叉耦合作用。热连轧各机架与带材直接接触并产生压下量时，轧机设备会发生弹性变形，轧件又会发生塑性变形，这种设备弹性状态和带钢压下产生的塑性状态耦合到一起，导致传统数学模型很难对其进行精准计算和表述，尤其在频繁换规格或换钢种状态下，一种弹塑性耦合状态下的模型未完自学习至最优状态，又会过渡到另外一种弹塑性状态，导致整个机组形成长时间的非稳态过渡过程。 (2)非稳态过程难以建立高精度的热轧数学模型。该过程具有不确定性、非线性等特点，存在润滑状态、设备工况等多种多样难以表述的变化，这些对薄带材轧制的影响远超过普通带材。而实际控制过程采用的单一常参数模型难以满足连续变化的要求，模型匹配性差，实际生产过程中轧制力、前滑等关键参数存在很大偏差。 (3)多工序间的过程控制参数波动的影响。热连轧生产过程装备由加热炉、定宽压力机、粗轧机组、精轧机组、控制冷却及卷取机组等多个区域组成，各个工序均具有非线性、快响应以及时变、不确定性、工艺控制模型复杂、过程变量维数高、规模大等特点，这就决定了各个工序的建模过程比一般的工业过程复杂得多。这种非稳态下的过程参数波动，均可对下游工序产生很大的影响，从而导致产品质量问题，如板形、尺寸精度以及工艺性能等。 针对热连轧制造领域内过程精准控制科学问题和相关技术瓶颈，2019年河钢集团有限公司、华为、东北大学在深圳举行联合组建“工业互联网赋能钢铁智能制造联合创新中心”签约挂牌仪式。三方成立的联创中心将作为钢铁行业工业互联网与智能制造产学研用平台，以钢铁全流程产线为基点，着力实现网络化、数字化、智能化的新钢铁，促进钢铁产业转型升级、高质量发展。 项目团队依托河钢邯钢公司邯宝2250mm热连轧生产线，基于现有自动化与信息化系统，深度融合数据驱动模型与机理模型，首次开发了热连轧过程动态数字孪生模型并建立了CPS控制系统平台，提高了轧制工艺对复杂多变工况的原位分析能力，改善了热连轧过程三维尺寸控制指标。

针对国内微合金化钢生产中存在的板带材表面质量缺陷，以及生产过程能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，钢铁研究总院在2015年9月首先与邯郸钢铁集团有限公司签订技术合作合同，共同开展宽厚板边直裂控制技术和微合金化钢红送裂纹控制技术的研究工作，并取得初步成效。 在此基础上，2017年7月由首钢集团有限公司联合邯郸钢铁集团有限公司、鞍钢股份有限公司、山西太钢不锈钢股份有限公司、新冶高科技集团公司等在微合金化钢生产中具有丰富实践经验和研究基础的单位，共同承担“十三五”国家重点研发计划中“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的研究任务。以期在微合金化钢板带材生产关键技术方面取得突破，首先在国内建成集连铸坯表面无缺陷生产技术、边直裂控制技术、红送裂纹控制技术等为一体的大板坯连铸-轧钢界面高效化、绿色化关键技术集成应用示范生产线，并向钢铁企业进行工程化推广，使连铸坯真正成为物质流、能量流、信息流的载体，被直接输送到下一步轧制工序，彻底打通和捋顺铸-轧界面，为下工序高效率、绿色化、高质量生产奠定坚实的基础。

本项目建立了一套完整的工艺控制理论，把轧制技术的关键理论控制技术在简化装备的条件下实现本土化，改变核心控制理论掌握在国外少数相关公司及专家手里的局面，填补国内板带热轧技术的理论和实践空白，在热连轧机组和中厚板机组，实现了用国产技术替代引进的技术，采用自主开发过程控制技术替代国外Siemens的技术、GeTMeic的技术、Tippins技术，为这些板带厂取得了巨大的直接经济效益，真正实现国内板带材轧制控制理论应用的突破，达到比国外引进技术更高、更好的控制水平。

项目属冶金科学连铸技术领域。项目为“十三五”国家重点研发计划“钢铁流程关键要素协同优化和集成应用”项目中的“钢铁流程铸-轧界面物质流与能量流协同优化及智能控制技术”课题的主要研究任务，以及企业间的横向技术合作。项目的研究时间为2015年9月-2021年12月。针对国内微合金化钢板带材生产中存在的能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，在实验室计算机仿真和模拟加热、轧制等实验研究的基础上，以邯钢、鞍钢、京唐、莱钢等大板坯连铸机-加热炉-轧机生产线为依托，重点开展了连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键工艺与装备技术的研发和工业生产验证工作。形成的关键技术成果与创新如下： （1）探明了边直裂的形成机理，创新性的提出：合理优化铸坯角部形状,可以提高铸坯温度的均匀性，同时有效改善铸坯轧制过程中的角部受力和变形状态，达到消除和避免轧制过程边直裂产生的核心思想。开发出独有的连铸坯角部形状二次倒角工艺与装备系统专利技术，在国际上率先实现工业化应用。大幅度减小板带材的裁边量，使成材率提高约1%。 （2）微合金化钢红送裂纹形成机理研究取得突破，开发出了独家的双工位铸坯红送裂纹在线控制工艺和装备专利技术，一方面使铸坯8～10mm表面层温度快速降低到铁素体相区，实现了微合金化钢由冷装或码垛温装向平均750℃以上快冷直装的跨越，另一方面满足了铸坯高拉速、高效率生产，彻底解决了铸坯表面残水蒸发给厂房及设备带来的污染。 （3）首次开发出基于热流监测的锥度动态控制技术和组合结构的侧面支撑足辊装备以及弧形曲面形状优化的新型倒角结晶器，使低碳钢和超低碳钢大倒角连铸坯正常工作拉速达到1.7m/min，最高拉速达到1.8m/min；同时有效避免了裂纹敏感性宽厚板铸坯的角部横裂纹缺陷发生，使铸坯表面无缺陷率达到99.6%以上。 （4）在世界范围内首次集成连铸坯表面无缺陷生产、边直裂控制和红送裂纹控制等关键技术，并辅助以多种优化工艺与控制模型软件，创建了低成本、高效化板带材绿色制造工业示范生产线。 项目开发实现了系统技术成果在国内大型钢铁企业的推广应用，优化了微合金化钢生产工艺，提高了钢的成材率、节约了能源、大幅度缩短了生产时间。有力的推动了行业技术进步。 项目共获得授权专利33件，其中国际发明专利4件、国际实用新型专利6件。为在国内和国际市场推广奠定良好的基础。

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。

板形是板带材的重要质量指标，弯窜系统是改善板形的核心系统，具有改善板形、提高生产率、降低辊耗等优点，是现代板带轧机的的核心功能和结构。但是，弯窜系统因其机电液控多系统集成特性决定的复杂性，以及市场对品种、板形控制的要求越来越高，现有弯窜辊技术的成熟度和可靠度仍然不足，存在故障率高、运行不稳定等诸多问题，严重影响轧机正常生产。 我国现有弯窜装备技术主要是通过消化吸收外商技术而来，至今面临外商的专利封锁和技术保密，尤其是在宽幅板带材轧机弯窜方面，国内新建和改造市场长期被外商垄断，不利于我国冶金核心装备的国产化，也不利于我国钢铁企业的高质量发展。因此，开发具有我国自主知识产权的热轧板带轧机高效、高精度弯窜装备势在必行，同时研究开发保障弯窜装备设计及制造高质量的先进技术方法也具有重要意义。 中冶赛迪项目团队经过不断的研发和工程实践，系统研究了弯窜辊对板形控制的影响、高精度弯窜辊机电液系统耦合模拟仿真、弯辊装置离线模拟加载测试和验证评价方法等核心技术和方法，形成了热轧板带轧机高效高精度弯窜装备技术及相关设计验证方法

高端板带材属于难焊接材料，焊接易产生冷裂纹、热裂纹、粗晶区脆化、气孔等缺陷，焊缝质量控制难度大。焊缝质量是影响高端板带连续生产线稳定运行的最关键因素之一，焊缝质量不好易造成生产线断带，事故停机，特别是断带发生在轧机段、退火炉、酸洗槽内，处理时间长，产生废钢多，严重影响板带连续生产线的稳定性和成材率，给企业带来很大的经济损失。为了避免这类断带，客观上对焊接工艺及焊机设计提出很高的要求。 国产焊机一般采用激光或激光填丝焊接工艺，高端板带材焊缝性能不稳定，焊接成功率较低，不能满足大批量、高效、连续化生产要求。长期以来，国内板带连续生产线主要依赖进口激光焊机，但进口焊机造价高，且使用的二氧化碳气体激光器价格昂贵、结构复杂、维护困难、使用成本高。而以光纤激光器和碟片激光器为代表的高功率固体激光器具有低阈值、高效率、窄线宽、可调性好和显著的投资低、运行成本低、维护简单方便等高性价比优势，近十年来已逐渐替代传统的二氧化碳气体激光器，大量应用于工业生产中，原先基于二氧化碳气体激光器的焊接工艺及设备已不能满足固体激光器的应用要求。因此，开发研究适用于高端板带连续生产线的新型焊接工艺及装备势在必行。

板形是板带材的重要质量指标，弯窜系统是改善板形的核心系统，具有改善板形、提高生产率、降低辊耗等优点，是现代板带轧机的的核心功能和结构。但是，弯窜系统因其机电液控多系统集成特性决定的复杂性，以及市场对品种、板形控制的要求越来越高，现有弯窜辊技术的成熟度和可靠度仍然不足，存在故障率高、运行不稳定等诸多问题，严重影响轧机正常生产。 我国现有弯窜装备技术主要是通过消化吸收外商技术而来，至今面临外商的专利封锁和技术保密，尤其是在宽幅板带材轧机弯窜方面，国内新建和改造市场长期被外商垄断，不利于我国冶金核心装备的国产化，也不利于我国钢铁企业的高质量发展。因此，开发具有我国自主知识产权的热轧板带轧机高效、高精度弯窜装备势在必行，同时研究开发保障弯窜装备设计及制造高质量的先进技术方法也具有重要意义。

板带轧制过程中温度制度及变形制度控制为其难点。针对此难点采用温度梯度差温轧制技术，降低表面温度，提高表面变形抗力，使压缩区向轧材心部扩展，改善中心应力状态，增加变形和金属横向流动，压合裂纹等缺陷。通过温度梯度差温轧制技术实现厚断面轧件全断面变形、组织、性能的均匀性，大幅提高产品性能合格率尤其是探伤、冲击功等性能，同时通过中间冷却技术可以减少中间坯待温时间，大幅提高生产效率及产能。