近日，东北大学机械工程与自动化学院黄须强、吕朝阳科研团队，在有色金属高端管材制备及应用领域取得重大突破，成功研制出全球最大尺寸的一体近净成型高性能铜管，并为多个行业带来了革命性进步。
一直以来，如何使铜同时具备高强、高导性能是世界性难题，尤其是制作大尺寸高强高导铜管难度更大。该科研团队经过十多年对高性能铜管的研制和应用，通过铜的强化机理及成型工艺，成功研制出长度达7.5m、直径2.4m、厚50mm，当今世界上尺寸最大、性能最优的一体成型高性能铜管，并成功应用于国内外（中国一重、二重、意大利GIVA集团）百吨级电渣炉高性能结晶器制作。
世界之最：长7.5m、直径2.4m的一体成型铜管
自2008年起，黄须强、吕朝阳科研团队以高性能铜管制备为研究方向，从材料强化机理和成型工艺着手，对高性能铜管材料、强化及成型工艺进行系统研究，并用于熔炼结晶器制作。2013年，团队实现卷焊铜管焊缝质量达到射线探伤Ⅰ级《JB-T 4730-2015》，该铜焊接技术一直处于世界领先地位；2018年。团队成功研制出直径2.2m，长度6m，厚50mm尺寸的卷焊高性能铜管，并为中国二重成功制作世界首台套150T电渣炉卷焊高性能铜管结晶器，实现大尺寸铜管焊缝质量达到射线探伤Ⅰ级《JB-T 4730-2015》；自2018年起，为满足市场需求，团队开始研制无缝高性能铜管材料与成型技术。2023年，团队实现直径2.4m，长度7.5m，壁厚5cm以下的净近一体成型，并于近日成功应用于国内外百吨级电渣炉结晶器制造。目前，该团队能制备满足市场需求的任意尺寸一体成型高性能铜管。
据了解，直径超过200mm的铜管目前主要应用于钢厂连铸结晶器、电渣炉结晶器、自耗炉结晶器、凝壳炉结晶器、EB炉结晶器、单晶硅熔炼结晶器。由于铜管强度低，结晶器使用寿命短，致使材料熔炼成本和市场价格提高。该团队研究的高性能铜管陆续在沈阳和泰冶金设备有限公司（东北大学试验基地）生产的熔炼结晶器上使用，使结晶器使用寿命提高3~5倍，降低材料熔炼成本、提高了熔炼效率和熔炼质量，每年可为国内熔炼行业节约结晶器制作费用数亿元。以熔炼15T钛锭真空自耗炉结晶器（铜管直径1040mm，长度4500mm，厚30mm）为例，目前国内使用传统铜管制作的结晶器使用在100炉次左右就会发生明显变形，需要进行维修，而使用该团队研制的高性能铜管，一次使用寿命高于500炉次。
此外，这种铜管凭借其优异性能和大尺寸特征，在多个领域有着广泛应用前景。在船舶制造中，其高强度和高导电性使其成为制造核心部件的理想材料；在低温物理研究中，其出色的低温性能和高导电性为科学研究提供了可靠支持；在暗物质探索等前沿科学领域，大尺寸铜管同样具有重要应用价值。
同时，该团队还深入研究变形铜管再制造技术，成功研制出世界上最先进的铜管修复技术。使用该技术修复变形的结晶器，使用寿命不低于原使用寿命，还大大提高了结晶器全寿命周期，为结晶器绿色制造作出了重大贡献。目前，通过此技术生产的高性能结晶器已出口德国、法国、意大利、俄罗斯、印度、韩国、日本等国家；生产的电渣炉结晶器（135T）已被全球最大的锻造企业GIVA采购，这标志着我国高端管材（铜管）的制备技术获得业界同仁的高度认可。
