（来源：中国冶金报社）

项目名称：短流程薄板坯ESP轧线高速钢复合轧辊的研制及产业化

完成单位：中钢集团邢台机械轧辊有限公司 等

完成人：邢振国 等

PART 01

立项背景

ESP无头薄板坯轧制技术是全球第三代短流程冶金核心工艺，依托连铸轧制一体化全无头连续生产模式，ESP薄板坯无头轧制技术具有流程短、效率高、能耗低、排放少等优点，是钢铁行业实现绿色低碳、高端板材制造的核心发展路线。国内自2015年日照钢铁引进首条ESP生产线起，太行钢铁、福建鼎盛等企业相继布局，全国已建成十余条ESP轧线，成为我国薄板生产核心产能载体。

轧线当时配套欧洲进口轧辊，运行过程中暴露出在机磨损大、下机裂纹深、辊面氧化严重等问题，造成效率低、轧程短，同时辊型保持与辊面质量恶化，导致轧材尺寸精度与表面质量差，引进日本CPC高速钢轧辊后粗轧机架热裂纹仍严重，轧辊成为制约先进轧线推进的行业“卡脖子”难题。

在这种情况下，中钢邢机充分发挥高性能轧辊材料与复合成形全国重点实验室优势，联合日照钢铁等单位，攻克这项行业难题。

PART 02

研发思路及创新点

为破解上述行业瓶颈，中钢邢机依托高性能轧辊材料与复合成形全国重点实验室，联合日照钢铁等单位，组建核心研发团队，开展“短流程薄板坯ESP轧线高速钢复合轧辊的研制及产业化”全链条研发工作，全面攻克ESP专用轧辊材料、成形、热处理、极限制造全系列核心技术。

项目立足ESP粗、精轧各机架差异化失效机理，建立“工况-失效机制-材料研发-制造工艺”全链条协同研发体系，形成四大原创核心技术，全部通过工业中试与规模化生产验证。

（1）首创分机架性能多元化设计和辊面氧化膜控制技术

项目分析了各机架轧辊的失效行为，揭示了轧辊热裂、磨损、氧化等失效机理，确定了各机架轧辊的性能需求差异，打破按机组设计单一成分和性能的传统做法，首创短流程薄板坯分机架设计新理念。项目通过研究高速钢裂纹敏感系数和扩展系数、抗氧化性等关键指标，形成组织与性能协同控制技术，建立了ESP轧线高速钢复合轧辊成分优化设计体系，形成5种成分设计方案。同时，项目揭示了高速钢轧辊的氧化膜形成、增厚、脱落至循环再生的演变机制，明确了ESP轧辊氧化动力学曲线须满足对数生长规律，形成了高结合力致密氧化膜控制技术，结合力由49N提高到60N以上。该创新点解决了轧辊材料分机架设计和表面氧化膜控制问题，授权8件发明专利。

（2）开发了工作辊离心复合成形异质界面调控技术

项目通过建立“成分-温度-夹杂物”的关系模型，通过炉底吹氩及保护浇注，形成了多元高合金高速钢洁净化熔炼与动态防氧化协同技术。项目采用分区控冷技术调控离心外层凝固厚度和腔温均匀性，依托数值模拟精准匹配浇注间隔时间等关键工艺参数，形成离心复合成形异质界面调控技术，实现复合界面化学成分、组织、反蚀量精准控制，工作层厚度差≤10mm，界面结合强度大于450兆帕。该创新点解决了异质材料高质量冶金结合与反蚀控制难题，授权6件发明专利。

（3）开发了超稳离心装备，突破细长工作辊极限制造技术

针对细长工作辊，项目研制了超高转速、超平稳离心设备，设计了离心动态平衡及主动抑振系统，稳定控制冷型振动速度小于0.8mm/s；研发了工作层控速浇注和快速凝固方法，实现工作层金属液面逐层快速凝固，显著提升复合轧辊的同一圆柱面组织均匀性，保证轧辊在使用过程中辊面均衡磨损。单辊连续轧制公里数突破200公里。该创新点解决了精轧后段细长工作辊磨损不均的问题，授权5件发明专利。

（4）研制了专用热处理成台套装备，项目发明了复合轧辊高效均一热处理技术

项目研制了电感快速纵深差温加热和多路多区快速喷淬热处理装备，实现全工序集成化和智能化，保证工作层高硬度与芯部高强韧的有机组合。加热效率提高20%，轧辊硬度均匀性和硬度降落小于2个肖氏硬度；研发了柔性热处理技术，实现对组织转变与应力演变的主动干预和动态调控，形成高速钢复合轧辊高效均一热处理技术，残余奥氏体小于1%，残余压应力稳定200-300MPa。该创新点解决了轧辊工作层性能不均与应力控制难的问题，授权6件发明专利。

PART 03

项目应用情况、

技术水平及经济社会效益

本项目技术可全面适配ESP薄板坯短流程轧线及MCCR、Castrip同类轧制产线，建成覆盖材质设计、离心铸造、热处理、专用装备全链条的完整自主知识产权体系，累计获授权发明专利25项，牵头、参与制定国家及行业标准5项，规范国内ESP轧辊设计、制造、检测全流程体系，发表国内外核心期刊论文28篇，夯实高速钢轧辊领域系统化理论基础。项目先后通过国家自然科学基金、河北省重大科技专项验收，产品经河北省质检院检测符合GB/T 1503国家标准，多家钢厂出具实地应用证明；经科技查新证实核心技术具备全球新颖性，专家组评审认定项目整体技术达到国际领先水平，成功破解ESP高端轧辊“卡脖子”瓶颈，搭建起国内材料研发、装备制造、现场应用一体化创新链条，大幅提升我国冶金高端装备国际话语权。项目研发的分机架材质匹配、界面复合控制、高效均一热处理成套工艺装备通用性强，可延伸应用于汽车板、不锈钢高端轧制轧辊，引领国内轧辊行业整体技术迭代升级。

项目自研轧辊已完成ESP产线全线上机工业化验证，实现对欧美、日本进口轧辊全面替代。自2020年起，产品陆续在福建鼎盛、河北太行钢铁落地投产，同步推广至首钢京唐MCCR、沙钢Castrip、越南和发QSP等海内外多条短流程轧制产线，现已成为国际轧机龙头普锐特集团官方配套供应商，彻底打破海外厂商在高端短流程轧辊市场的全球垄断格局，产业化落地范围广、国内外市场认可度高。

依托轧辊超长使用寿命优势，有效减少产线非计划停机，ESP产线综合能耗降低50%-70%，二氧化碳排放削减60%-80%，深度契合国家“双碳”战略发展要求。同时轧辊单次磨削量显著下降，减少金属原材料、切削介质消耗，固废产出同步降低，全生命周期绿色制造特性突出，为冶金行业低碳、清洁、高效生产提供关键装备支撑，助力钢铁行业绿色转型发展。

PART 04

项目总体价值与行业展望

本项目是国内首个针对ESP等全无头短流程轧线开发的全系列高速钢复合轧辊成套技术成果，突破材料设计、复合成形、精密热处理、专用制造装备四大世界级技术壁垒，实现从材料理论、工艺装备到工业化应用全链条自主创新。项目成果不仅补齐我国短流程薄板轧制核心关键零部件短板，打破欧美日长期市场垄断，同时充分释放ESP工艺节能、高效、超薄生产的核心优势，推动国内薄板带钢产业高端化、绿色化转型。

未来，依托现有成熟技术体系，一方面持续拓展国内新建、改造短流程轧辊市场，另一方面加速海外市场技术输出，将成套高速钢轧辊制造技术推向全球；同时基于本项目多合金调控、界面强化、均一热处理基础理论，拓展高强钢、特种不锈钢等特殊轧制场景专用轧辊研发，持续放大项目技术辐射效应，为钢铁行业高质量发展提供坚实技术保障。