科特派在行动 | 助力高品质工模具钢实现国产化替代
今天，“科特派在行动”专栏报道河冶科技专精特新特派团的故事。
“这是利用机器学习新设计材料的成分配比，咱们得抓紧制备试样，着手下一步全方位性能测试。”3月27日，作为科特派团长的苏孺再次来到河冶科技股份有限公司。从腊月二十六到现在2个月以来，苏孺团队面对上千组数据，利用机器学习，基于领域专业知识增强可解释材料关键性能指标预测模型，逆向设计的新材料成分及组织参数，为下一步工作开展打开了新的思路。
工模具钢，被誉为“工业之母”，是用以制造切削刀具、 量具、模具和耐磨工具的特殊钢，作为我国战略新兴产业，工模具钢行业因具有高的竞争壁垒和技术壁垒受到广泛关注。2022年12月，为响应国家推动产学研深度融合的号召，我校材料科学与工程学院苏孺教授组建了河冶科技专精特新特派团，主动对接服务企业，为企业发展以及我国高速工具钢产业的发展注入了新的活力。河冶科技股份有限公司是一家研发和生产相结合的专业化高速工具钢企业，中国特钢企业协会高速工具钢专业组组长单位，河北省专精特新“小巨人”企业，在工具钢合金化、精炼工艺、电渣重熔、钢锭加热预处理及开坯技术等方面有较深的研究，在国内工具钢行业处于领先水平。在2022年10月的第一次技术对接会上，河冶科技技术研发部部长尤晓东就提出了高速钢冲头使用寿命短的问题，“我们自己生产的M42高速钢组织均匀性与细化程度可媲美欧美等国际知名厂商生产的高速钢，但在冲头的用户报告中却存在易断裂，使用寿命短的问题，这一问题困扰我们很久”。苏孺当场认领了这一难题，他说，“科研工作要面向经济主战场，深入了解企业的需求，可以帮助我们更好地理解行业趋势和市场需求，从而指导我们的研究工作，确保我们的工作能够真正地带来价值和创新。”
在接下来的对接中，特派团利用微束X射线衍射仪等高端精密检测设备，通过几十微米的光斑，分析冲头表面残余应力分布规律，找出开裂、变形原因，然后又在冲头加工企业从钢材入厂检验到毛坯下料，从前序加工到顶尖成型，从产品热处理到成品测试，进行全流程跟踪，寻找改进工艺的突破口。解决方案带回河冶后，不仅在冶炼中优化了合金元素的配方，还对热处理温度进行了调整，大大提高了材料的强度和韧性，将冲头加工成材率提高了20%，使冲头的平均使用寿命从3000次增加到了3万次。
除了冲头使用寿命问题，特派团团队凭借其在高性能金属材料服役安全可靠性领域的深厚研究基础，对高速钢、模具钢的磨损与疲劳失效问题也提出了一系列创新解决方案。团队通过对工模具钢的微观组织和残余应力演变进行深入分析，建立了一套完善的可靠性评价指标体系，全面评估材料在服役过程中的性能变化以及剩余寿命。这一体系不仅有助于预防潜在的失效问题，还能优化生产工艺，提高工模具钢的可靠性，同时为工模具钢的维护和保养提供科学依据，降低维护成本。根据特派团的建议，河冶科技将锯齿用钢采用了高碳成分设计，制作的双金属带锯有良好的使用寿命和稳定性，实现了替代进口；高端冲头用钢，采用了低碳成分设计，同时添加新组元、优化锭型及重熔工艺，控制钢材的大颗粒碳化物尺寸、数量，使钢材冲压成品率和冲头使用寿命有了较大提高，也实现了替代进口。
为推动企业与高校的深度合作，实现资源互补。2023年12月5日，双方共同建立的“研究生培养实践基地-研究生工作站”正式挂牌，标志着学校与河冶科技股份有限公司合作关系迈上了新的台阶，为精准对接企业人才需求，实现校企产教融合发展、优势互补再添新力。此外，双方共同承担完成了河北省重点研发计划项目—高品质特殊钢关键共性技术研发及应用示范，共同建立了河北省高品质工模具材料重点实验室，合作创办了首批省级先进金属材料产业学院。此外，双方还签订了多项横向合同，申请并获批了教育厅项目，申请了多项国家发明专利，促进了校企之间的产学研深度合作。
苏孺表示，接下来团队将继续坚持科技赋能、精准帮扶，推动河冶科技股份有限公司的产业创新升级，加快形成一批具有科技含量和鲜明辨识度的标志性成果，助力企业发展迸发新动能。
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编辑：荀贺达
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