高性能鋼鐵材料技術(shù)課件

高性能鋼鐵材料發(fā)展

及對(duì)材料測(cè)試技術(shù)需求鋼鐵研究總院中國(guó)金屬學(xué)會(huì)特殊鋼分會(huì)董瀚2013年11月7日北京我們?yōu)槭裁葱枰咝阅茕摚渴澜缟厦績(jī)蓢嶄撝杏幸粐嵁a(chǎn)自大陸鋼是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的材料基礎(chǔ)鋼鐵材料是除水泥外最大量的結(jié)構(gòu)材料

也是最大量的功能材料（硅鋼）材料：人類文明標(biāo)志材料文明大量應(yīng)用的大致時(shí)間石器時(shí)代2,000,000BC陶器時(shí)代12,000BC青銅時(shí)代3,000BC鐵器時(shí)代從1,000BC至今?核材料?1945AC硅材料?1968AC多種材料并存?1950我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的約束條件氣候變化礦產(chǎn)資源交通運(yùn)輸50%ofrailtransportation

水資源能源15%comsumedinsteelsector每生產(chǎn)一噸鋼需要的資源與排放1噸鋼0.6-0.8噸煤3.8噸水及其它1.7噸CO2及其它1.8噸鐵礦石形成了先進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)工藝流程普鋼長(zhǎng)形材高爐—轉(zhuǎn)爐—連鑄—熱連軋—鋼筋、線材、型鋼普鋼薄鋼板高爐—轉(zhuǎn)爐—精煉—連鑄—熱連軋—冷連軋—薄板熱軋中厚板轉(zhuǎn)（電）爐—連（模）鑄—熱軋—熱處理—鋼板不銹鋼薄鋼板三步法冶煉—連鑄—熱連軋—冷連軋—不銹鋼薄板特鋼長(zhǎng)形材電（轉(zhuǎn)）爐—精煉—連鑄—連軋—精整熱處理—棒線材特鋼鍛材特冶—模鑄—快鍛—徑鍛—熱處理—粗加工—鍛材無(wú)縫鋼管電爐—精煉—連鑄—軋管—精整熱處理—鋼管價(jià)格：普通鋼材

一般礦泉水

普通鋼材：3600（鋼筋）

～5000（冷板）元/噸一般礦泉水～4元/公斤價(jià)格：高性能鋼材

高端礦泉水

高性能鋼材：6000（特殊鋼）

～30000（不銹鋼）元/噸法國(guó)依云礦泉水～20元/公斤鋼材何去何從？高性能鋼的主要特征高質(zhì)量高性能環(huán)境友好低成本窄化學(xué)成分高純凈度高均勻度組織控制高尺寸精度高表面質(zhì)量力學(xué)性能強(qiáng)度和韌性服役性能疲勞/延遲斷裂/腐蝕/蠕變工藝性能冷熱加工生產(chǎn)/加工/應(yīng)用過(guò)程中穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)地回收利用生產(chǎn)/加工/應(yīng)用過(guò)程中成本低高強(qiáng)度、耐腐蝕

耐高溫、抗低溫性能的極限化發(fā)展成本的持續(xù)降低質(zhì)量的穩(wěn)定性控制……高性能化是鋼的永恒主題持續(xù)的需求鋼材的減量化應(yīng)用高強(qiáng)度：建筑鋼、汽車鋼……長(zhǎng)壽命：軸承鋼、彈簧鋼……耐腐蝕：不銹鋼、耐候鋼……產(chǎn)業(yè)進(jìn)步、生活改善、武器升級(jí)需要科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步鋼鐵材料、工藝與測(cè)試科學(xué)的發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)和工藝裝備的進(jìn)步高強(qiáng)度化是鋼的發(fā)展主題純鐵<111>方向的實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度為13.1GPa，（S.S.Brenner,J.Appl.Phys.,27(1956),854.）氮合金化不銹鋼

（1Cr22Mn15N）不銹鋼中氮含量不斷提高大同特殊鋼公司非調(diào)質(zhì)鋼技術(shù)神戶制鋼氣閥彈簧鋼市場(chǎng)占有率逐年提高高性能鋼的關(guān)鍵技術(shù)高潔凈度化學(xué)冶金與精確控制化學(xué)成分技術(shù)凝固過(guò)程的潔凈度與均勻度控制技術(shù)板（方、圓）坯連鑄、大錠型模鑄、大錠型電渣的凝固控制技術(shù)高性能鋼的軋制（鍛造）工藝技術(shù)提高鋼材尺寸精度與表面質(zhì)量在線熱處理技術(shù)后步精整熱處理技術(shù)研究組織調(diào)控技術(shù)與缺陷檢測(cè)控制技術(shù)高性能鋼品種的應(yīng)用技術(shù)研發(fā)需要關(guān)注的共性問(wèn)題潔凈度均勻度模具鋼等向性齒輪鋼帶狀組織、淬透性帶寬產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性產(chǎn)品的尺寸精度……產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性生產(chǎn)工藝流程的不斷優(yōu)化品種開(kāi)發(fā)能力、關(guān)鍵鋼材品種的特征關(guān)鍵工藝技術(shù)，尤其與設(shè)備的相關(guān)性生產(chǎn)工藝流程的在線控制，尤其是成分的精確控制，軋制模型的動(dòng)態(tài)調(diào)整在線熱處理、在線探傷、在線精整原材料品質(zhì)均勻度碳和合金元素的分布均勻分布夾雜物（硫化物、氧化物）分布不均勻鋼材硬度分布需更加均勻，提高加工性能化學(xué)成分的偏析控制降低熱處理變形產(chǎn)品的尺寸精度使用高精度軋機(jī)，如kocks軋機(jī)，提高棒材的尺寸精度生產(chǎn)高精度管材，采用同樣牌號(hào)的鍋爐管，使用國(guó)內(nèi)管材的機(jī)組效率需要提高扁鋼邊角銳度需要達(dá)到先進(jìn)水平技術(shù)的支撐作用

市場(chǎng)需求與企業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量鋼材品種工藝技術(shù)生產(chǎn)流程潔凈度夾雜物控制北京科技大學(xué)王新華課題試驗(yàn)爐次熱軋板中夾雜物評(píng)級(jí)報(bào)告InclusionscontrolConventionalprocess

ThenewprocessSanyo的夾雜物評(píng)估技術(shù)

從高潔凈鋼到超高潔凈鋼Thelargestinclusionsobservedineachofthirtysampleswitha100mm2testareaConventionalhighcleanlinesssteel(oxygencontent:5ppm)Premiumcleanlinesssteel(oxygencontent:5ppm)起落架用超高強(qiáng)度鋼公稱橫截面積cm2方向RmMPaRp0.2MPaA%AKJ/cm2645縱向186015153049645—920橫向1860151530291860151525294340300MAF1410A100超高強(qiáng)度鋼發(fā)展均勻度大同特殊鋼公司高均勻度模具鋼高品質(zhì)基礎(chǔ)件用特殊鋼齒輪鋼1200MPa-1600MPa1500MPa-11000MPa螺栓鋼12.9KISCC30MPam1/216.9KISCC30MPam1/2彈簧鋼1800MPa-10.3b2000MPa-10.5b軸承鋼L10106[O]10-15ppmL10109[O]5ppmGST技術(shù)提高耐延遲斷裂性能

晶界G+組織S+陷阱控制T—MoV合金化+工藝

GSTtechnologytoimprovedelayedfractureIST技術(shù)提高抗疲勞性能

FatiguelimitimprovedbyIST

（夾雜I+組織S+陷阱控制T—CrNiMoV合金化+工藝）組織調(diào)控Theprecipitationofcarbontemperedat150℃temperedat165℃極端馬氏體組織

EAF-VIM

4340ASB組織形貌ASB組織形貌ASB斷口形貌高分辨原子像ASB的組織形態(tài)超細(xì)組織衍射斑點(diǎn)100nm高性能鋼的組織調(diào)控理論與技術(shù)基礎(chǔ)研究

國(guó)家科技部973計(jì)劃項(xiàng)目建筑設(shè)施用鋼建筑高層化和大型化耐火和抗震高強(qiáng)度、高韌性、低屈強(qiáng)比、耐中溫汽車用鋼輕量化碰撞安全性高強(qiáng)度、塑性、成形性能、焊接性能能源裝備用鋼能源轉(zhuǎn)換高效率耐高溫650℃、高運(yùn)行安全性長(zhǎng)壽命、高持久強(qiáng)度packetpacketpacketpacketpacketpacketpacketpacket項(xiàng)目提出了M3組織調(diào)控目標(biāo)Multi-phaseMeta-stableM3Multi-scaleStableaustenitemetaStableausteniteFerrite+pearlitebainitemartensiteA3A1MSTTimeThermo－ＭechanicalTreatment（ＴＭＴ）M3組織調(diào)控原理示意圖殘余奧氏體板條塊板條原奧氏體晶粒鐵素體殘余奧氏體馬氏體/貝氏體板條束/板條塊/板條合金固溶和析出鐵素體[C][C][C][C][C]關(guān)鍵是調(diào)控相變中合金元素?cái)U(kuò)散

carbondiffusioninsteel0.54%C0.20%C中錳鋼相變中的錳擴(kuò)散通過(guò)M3組織調(diào)控獲得高性能鋼低合金鋼板屈服強(qiáng)度500-1000MPaAKV（-40℃）≥200J或A≥30-25%汽車薄板鋼抗拉強(qiáng)度1000-1500MPaRm×A≥30GPa%耐熱鋼管耐650℃持久強(qiáng)度≥100MPa高韌性第三代低合金鋼高塑性第三代低合金鋼

(本項(xiàng)目提出的研究目標(biāo))第三代低合金鋼第二代低合金鋼第一代低合金鋼汽車用高強(qiáng)塑第三代薄板鋼

（美國(guó)Auto/SteelPartnership:NSF3rdGenerationAdvancedHigh-StrengthSteels的目標(biāo)）汽車用高強(qiáng)塑第三代薄板鋼

（973項(xiàng)目的目標(biāo)）第三代汽車鋼汽車用高強(qiáng)塑第三代薄板鋼

fromwroughtirontowroughtsteel熱軋板卷和冷軋薄板強(qiáng)度與塑性40GPa%30GPa%15GPa%紅旗車HQ7平臺(tái)中央通道目前國(guó)內(nèi)制造的尺寸最大、最薄的熱成形零件厚度為0.9mm，外形尺寸為1434×521×311mm實(shí)物強(qiáng)塑積達(dá)到25—32GPa%的水平，較現(xiàn)有熱成形零件的強(qiáng)塑積提高一倍左右Propertydistributionofatunnel

105

specimensQ&P處理后的組織（0.21%C鋼）TraditionalQ-TprocessQ&P

process900℃×30min300℃×2hACOQ900℃×15min500℃×10minWQ280℃×1minMs=375℃Mf=175℃TypicallathmartensiteLathmartensite+blockyphaseTEMTEMDFCmapProfileofCmap??αα250nm[1-21]?[1-53]

α奧氏體與馬氏體的碳分布奧氏體與馬氏體的碳分布（清華大學(xué)）G112鋼持久強(qiáng)度明顯優(yōu)于T92鋼T/P9