中冶东方　亓伟娜/文

 

金川5000t/a镍及镍合金板带材生产线是中冶东方控股有限公司完全自主工艺开发设计，部分核心设备自主设计，通用设备集成创新。项目于2011年12月建成投产，项目建成后是国内产量最大、装备水平最高的专业镍及镍合金板带材生产线。近日获悉，该项目荣获全国冶金行业优秀工程设计奖一等奖。

镍及镍合金板带材熔炼、锻造、冷热加工领域在国内没有完全成熟的工艺、设备，中冶东方经过近两年的考察、研究、开发，填补国内此加工领域部分工艺的空白。深入研究镍及镍合金熔炼、锻造及加工特性，解决了其铸锭熔炼要求高、锻造工艺难度大、金属难变形、温度控制严格、热处理及表面处理复杂等种种难题，独立开发出坯重大、产量大、品种规格范围全、产品精度高的现代化镍及镍合金板带材系统性生产工艺技术，并成功应用于本工程设计之中，使“金川5000t/a镍及镍合金板带材生产线”工程成为国内装备水平最高的现代化镍板带生产线。

本工程最终产品为镍及镍合金等精密合金板带材及为其他厂生产部分锻棒原料，主要生产的合金品种有纯镍、软磁合金、膨胀合金、电阻电热合金、耐蚀合金以及生产难度较大的高温合金。

镍及镍合金精密合金板带材主要用于电子电工、航空航天、军工等重要领域。中国已成为镍及镍合金精密合金板带材产品主要消费国，但不是主要生产国，高端产品大部分依靠进口。金川5000t/a镍及镍合金板带材项目工程的成功设计和顺利生产，使得金川公司突破了只能提供镍基原料、不能生产高附加值镍合金板带材产品的局限;并且随着工艺设备操作日益成熟，该生产线已经具备了生产部分进口镍合金板带产品的能力，为金川公司镍深加工发展起到积极的推进作用，同时对加速我国镍及镍合金板带材生产加工能力，全面提升国产板带材的品质和生产能力，满足航空、航天、军工国防工业需求等方面的意义重大。

攻克难题之一——自主工艺设计，合理配置熔炼工艺设备

最终产品的多品种、多规格、小批量决定了采用多种铸锭和铸坯规格及多种炉型。在国内外没有完全成熟的经验技术，合理配置、布置熔炼工艺设备，保证熔炼产品质量以及多种炉型交替生产操作是本工程一大难点。

中冶东方自主工艺设计，采用国内外先进生产工艺设备，以保证最终产品质量要求；车间工艺设备布置，根据不同炉型生产特点，采取分类、分组布置，在满足工艺操作条件下尽可能紧凑式布置，做到生产流程顺、操作干扰少；采用真空浇注系统进行铸锭浇注，大大提高铸锭的质量；生产用合金种类多，采用严格分类管理；车间运量小，但物料运输频繁，本设计采用横向电动平车和叉车相结合的运输方式，以减少操作之间的干扰。在现有总图条件下，车间生产辅助配套设施采用集中布置，供电等各种能源介质供应由全厂平衡统一调配使用。

攻克难题之二——填补国内外镍基合金的锻造工艺的空白

产品为镍基特殊合金、精密合金、高温合金，由于这些材料中添加了大量的合金元素，所以其工艺塑性非常低，变形抗力大，可锻温度区间很窄，导热性差，加热条件要求高，整个锻造工艺难度很大。根据不同合金品种锻造要求，采用多种炉型配合批量加热镍合金铸锭；在满足镍合金加热特性的同时，也满足本项目产品品种多、批量小的特点。

热轧带材产品要求提供锻坯的最大宽度达640 mm，而为锻造工艺提供的锻造板坯厚度为80mm，板坯宽高比为8，大多数板坯规格的宽高比在5～7之间，现有其他相关企业的锻造板坯宽高比都不超过4。板坯展宽在锻造工艺中是比较难的工艺，板坯宽高比为8，是国内外镍基合金的锻造工艺中前所未有的。由于工艺的先进性及设备选择的合理科学，所以锻造出的板坯有着其他工艺无法比拟的优势，在该工程中，使用该锻造新工艺可以锻造出板坯宽高比为5-8，最大锻造铸锭到达1400kg的板坯。

由镍合金的锻造工艺特点和本工程锻造产品的特点，使得锻造工艺设备配置较困难。中冶东方在合理配置加热设备的同时，配备相应锻造主设备及辅助设备，以完全满足本工程产品锻造工艺和生产规模的要求。

攻克难题之三——攻克镍基合金难变形难题 自主设计热轧炉生产线

镍及镍合金板带材的生产批量小、品种多、产品规格范围广，合金品种有纯镍、软磁合金、膨胀合金、电阻电热合金、耐蚀合金以及生产难度较大的高温合金。产品规格范围（4～20mm）厚×（200～640mm）宽。中冶东方在热轧设计中成功解决了热轧轧制温度控制的技术难点。由于镍合金变形温度高且范围窄，采用大坯重锻坯作为热轧原料，在精轧阶段轧件长度长，轧件温降和头尾温差大，如何保证轧件温度均匀性，保证获得高性能、高精度产品是本工程设计的一大技术难点。热轧采用“补温+保温”工艺方案，以满足大坯重、多品种轧制的温度要求。保温可使轧制过程中的辐射温降损失减小，从而对于5mm以上的精密带坯全部可以一火成材。采用在线补温炉，保证中间坯的加热均匀性和加热效率，实现了温度要求严格的高温合金和4mm以下的精密长带材连续在线轧制，提高了生产率，节省能耗。

中冶东方在设计中摸索建立了热轧镍基合金轧制工艺模型，自主集成设计了全套热轧生产线，投产后运行良好，已批量生产出多种镍合金产品，尺寸精度高，性能合格。

攻克技术难题之四——解决冷轧镍及镍合金板带难变形及热处理、精整工艺复杂问题实现高精度轧制

中冶东方经深入研究，为满足纯镍和镍合金变形抗力变化大等特点，冷轧各工序配置先进工艺设备，保证最终产品得以实现。高变形镍合金板带变形抗力高，由冷轧原料4.0-6.0mm，轧制冷轧产品最薄达0.05mm，如何解决冷轧镍及镍合金板带难变形问题，是本工程设计的一大技术难点。采用先进的环保的工艺设备配置方案，实现精密压延和保证最终精密合金产品尺寸精度和板型等，薄规格产品板型控制精度达3I。

与国内外同类项目对比优势显著

国内镍及镍合金加工材生产厂家仅十数家，普遍问题是规模小、品种少、装备水平低、产品质量不高，且装备简陋，产品质量较低。由于镍及镍合金变形抗力高，同时镍及镍合金板带材的批量小，品种多，规格范围广，且加工工序比铁及铁基合金长，因此镍及镍合金板带材生产线建设难度大，之前尚无大型专业化生产线。

金川5000t/a镍及镍合金板带材生产线与其他同类项目相比，在生产能力，生产品种、牌号，产品规格范围，坯重、成材率、质量稳定性，产品精度等方面优势显著：本工程年产量5000t/a（预留发展到10000t/a），是国内其他同类企业生产能力的3～4倍；本工程品种有纯镍、软磁合金、膨胀合金、电阻电热合金、耐蚀合金以及生产难度较大的高温合金，其他家品种不全，特别是高温合金中高牌号产品生产厂家更少；本工程产品最大宽度达610mm，冷轧产品最薄达0.05mm，其他专业生产厂只能生产450mm宽度产品，厚度0.1mm左右；本工程坯重大、成材率高，坯重是国内其他厂家的3-4倍，成材率提高5%以上，同时使产品质量稳定段大幅度提高；本工程热轧及冷轧设计装备有高精度轧制技术，冷轧薄规格产品厚度精度+/- 0.002 mm，板型达3I。其他类似项目达不到如此高的产品精度。

金川5000t/a镍及镍合金板带材工程设计的成功实施，使中冶东方在镍及镍基合金熔铸、锻造、加工工艺、设备设计等技术水平达到国际先进水平。对我国在镍及镍基合金深加工领域的发展起到了巨大的推进作用。　②