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1、基础件用特殊钢质量提升的技术和管理问题探讨钢铁研究总院华东分院2016年09月22日,整 合 资 源 实 现 共 赢 协 同 创 新 引 领 发 展,提 纲,一、基础件用特殊钢的现状 二、质量改进思路及关键技术措施 三、稳定化生产的质量管控体系,钢 铁 研 究 总 院 华 东 分 院 East,一、基础件用特殊钢的现状 基础零部件行业的现状,1、机械基础件(主要指：轴承、齿轮、弹簧、紧固件等)是装备制造业不可或缺的重要组成部分，是实现我国装备制造业由大到强转变的关键。 2、我国机械基础零部件制造业已经形成门类较齐全、规模较大、具有一定竞争力的产业体系。国内市场占有率70%左右，重大装备配套水平
2、显著提高，已成为机电产品出口大户，紧固件产量居世界第一位，液压元件、齿轮市场销售额居世界第二位，轴承和模具销售额居世界第三位。 3、但零部件总体质量水平和品牌处于中低档，出口是以低价取胜，国内高端零部件的主要还是依靠进口。,一、基础件用特殊钢的现状 国内外主要基础件制造企业,一、基础件用特殊钢的现状 国内外主要基础件用特殊钢企业,一、基础件用特殊钢的现状 轴承钢质量对比,日本轴承钢企业主要从降低氧含量入手，通过氧含量极低化来达到减少夹杂物含量和降低夹杂物尺寸的目的；OVAKO公司侧重从轴承寿命提升出发进行系统控制。 国内轴承钢在高端产品和质量稳定性上与国外还有差距。主要表现在稳定性较差，全氧含
3、量波动大，D类夹杂物和TiN夹杂物尺寸偏大、且不均匀，碳化物颗粒尺寸和分布不均匀，有时还出现异样组织。,瑞典IQ级轴承钢 氧含量4-6ppm，钛含量8-12ppm，最大夹杂物DS15um，且具有各向同性,一、基础件用特殊钢的现状 切割钢丝及盘条质量对比,Bekaert是全球钢丝拉拔产品及应用的领先者，在先进金属变形及镀膜方面具有核心技术，市场占有率达50%左右，其次是日本东京制钢、韩国高丽等。目前Bekaert公司有关于钢丝拉拔技术专利超过500项，并有19项特定的切割钢丝专利，从原料检测、热处理工艺、拉拔工艺及工装改进都形成了专利壁垒，处于垄断地位。国内切割钢丝生产厂已愈30余家，产能超过4
4、0万吨，但均无核心技术。 从盘条原料而言，国外高端切割丝主要依赖日本神户、新日铁、德国萨斯特等优质盘条，通过对化学成分、纯净度和显微组织的控制，为切割钢丝提供稳定原料来源。国内青钢、武钢、沙钢是钢帘线的主要生产商，但在质量上与国外产品还有较大差距。,一、基础件用特殊钢的现状 弹簧钢质量对比,日本神户制钢是弹簧钢技术的世界领先者，尤其是在汽车悬架弹簧领域，如其开发的新型弹簧钢SRS60钢性能完全超越了Si-Cr、Si-Cr-Mo、Si-Cr-V系钢;日本大同特殊钢的饭久保知等人也开发了高强度的汽车悬挂弹簧钢ND250S(RK360(0.4%C-2.5%Si-0.8%Mn-2%Ni-0.85%Cr
5、 -0.4%Mo-0.2%V)。美国经常使用的弹簧钢是 9260、9254、6150、5160，尤以 5160（H）和 9260 应用最广，多年来 5160 是美国螺旋悬挂弹簧钢的主要钢种。目前 9259 弹簧钢是北美的主要悬挂弹簧钢，由于 9254 钢比 9259 钢的含硅量高，可提供更好的抗弹减性。9254 钢在北美和日本的用量都在逐步增加。 国内也在弹簧钢品种和质量方面也开展了大量工作，但在汽车悬挂弹簧钢仍以国外钢种为主。在产品质量方面的主要问题仍是洁净度和表面质量，高端产品仍用日本神户和新日铁的弹簧钢。,一、基础件用特殊钢的现状 弹簧钢的发展趋势,腐蚀疲劳：腐蚀盐溶液（GB/T1012
6、5中性氯化钠505g/L水溶液）, 每25分钟雾状喷淋5分钟；弹簧经100,000次腐蚀疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）90%， 常规疲劳：弹簧经250,000次疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）90 %,一、基础件用特殊钢的现状 国外几种高强度弹簧钢,一、基础件用特殊钢的现状 齿轮钢质量对比,齿轮材料按应用分为车辆齿轮钢和工业齿轮钢两大类，前者约占80%。随着合资汽车厂进入，我国的汽车齿轮钢品种除传统的CrMnTi系列外，也包括Cr系、CrMo系、NiCrMo系、CrMn和CrMo 系等。目前我国先进企业在化学成分、淬透性带、纯净度等与国外基本接近，但在硫化物和成分偏析控制方面还差
7、距较大。目前高强度和小尺寸是汽车齿轮的一个重要发展方向。目前日本研发新型齿轮钢的重点是降低易形成晶界氧化物的硅含量，用钼和钒来补偿硬度损失和细化晶粒。 国外风电机组齿轮箱的外齿轮用钢有17CrNiMo6（18CrNiMo7-6）、15CrNi6、20CrNi2MoA和17Cr2Ni2MoA等，内齿轮（齿圈）用钢为42CrMoA、34Cr2Ni2MoA 等。质量差别主要在于原材料纯净度的控制和淬透性带宽的控制。,一、基础件用特殊钢的现状 齿轮钢质量对比,一、基础件用特殊钢的现状 非调质钢质量对比,日本新日铁NQF系列、三菱制钢VMC系列、大同制铁UDK系列和神户制钢KNF系列等非调质强度级别高于
8、900MPa以上，目前日本55%的轴类零件、75%的锻造构件均已采用非调质钢制造。此外，德国C70S6BY、英国工程用钢和瑞典实验室联合开发Vanard系列（7001000MPa）、法国SAFE公司开发的METASAFE系列（800 1000MPa）等高强韧性非调质也已经完全用于制作连杆、曲轴、轮轴、转向节等。目前，日本、欧美等国家仍垄断着高端装备制造用高品质非调质钢的冶金与加工制备关键技术。 国内非调质钢研发及应用过程中遇到的主要问题有： 强度有余而韧性不足。国内非调质钢高强度与高韧性不相匹配，成分波动范围较大，性能不稳定。 标准体系不完善。目前执行的GB/T15712-2008标准涵盖钢种
9、数量较少，且其抗拉强度均低于900MPa。 定制非调质钢结构件性能需求不明确。 硫化物形态、尺寸控制技术及标准缺乏。,一、基础件用特殊钢的现状 非调质钢的强度与韧性关系,一、基础件用特殊钢的现状 不同级别非调质钢的要求,一、钢材指标： 1、开发强度600Mpa、800Mpa、1000Mpa三个系列强度的非调钢品种。 2、高强韧非调质钢硫化物长径比8、等效直径5m。 3、连杆用钢：C70S6BY、36MnVS4/46MnVS4，其中46MnVS4为代表，性能指标为： 4、曲轴用钢：38MnVSN、C38N2，其中C38N2为代表，性能指标为： 二、应用指标 曲轴实物45度方向的力学性能达到：屈服
10、强度450Mpa,抗拉强度：780-930Mpa,延伸率8%,端面收缩率20%。 以非调质钢代替调质钢生产汽车曲轴、连杆、前轴、半轴、工字梁、转向节、转向节臂、凸轮轴等达到80%。,一、基础件用特殊钢的现状 紧固件用钢质量对比,日本是紧固件钢种研发水平、品质和最先进的国家，主要企业有神户制钢、新日铁和JFE公司，在开发高强度紧固件用钢的同时，更注重非调质钢形变强化紧固件的开发和应用，目前其8.8级双头、U型、六角螺栓和9.810.9级双头螺栓已经实用化，12.9级双头、U形螺栓正在进行实用化探索，而对于强度级别较高且形状复杂的9.812.9级的六角凸缘螺栓和六角十字螺栓受到冷加工限制，目前仍处
11、于研究开发阶段。 国内在高强度紧固件和非调质冷镦钢方面也开展了大量工作，与国外相比主要差距在于质量稳定性差。,一、基础件用特殊钢的现状 日本冷作强化非调质钢的实用化适用情况,注：已实用化；仅应用于冷加工量小的螺栓；正在进行实用化探索； 未实用化,二、质量改进思路的关键技术措施 夹杂物的全流程控制,二、质量改进思路的关键技术措施 组织的全流程控制,二、质量改进思路的关键技术措施 轴承钢质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施 切割钢丝盘条质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施 弹簧钢的质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施 非调质钢技术发展趋势与措施,二、质量改进思路的关键技术措
12、施 非调质钢的质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施 冷镦钢的质量控制措施,二、质量改进思路的关键技术措施 齿轮钢的质量控制措施,为什么企业建立了不少体系，也通过了认证， 但生产质量仍然不稳定 ？,未能将管理体系与技术细节有机的结合，可执行性差,实际管理没有按体系要求规范落实 体系运行缺乏有效性,不注重一贯性 只能生产样品 不能生产产品,不注重细节 管理不精细 作业不标准 产品自然不稳定,三、产品质量稳定化的质量管控体系 质量管控体系要解决的问题,三、产品质量稳定化的质量管控体系 质量稳定化的意义,三、产品质量稳定化的质量管控体系 建立质量管控体系的重要性,环境 体系,质量体系,职业健康
13、安全体系,能源 体系,体系 认证,企业按照质量体系标准、顾客要求 、产品标准、质量法规要求建立体系，实现顾客满意。由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,企业按照GB/T24001、环境法律法规和其他要求建立体系，控制环境因素，包括水、气、声、渣等。由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,企业按照GB/T28001、职业健康安全法律法规和其他要求等建立体系，控制危险源、风险。由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,企业按照 GB/T23331（ISO50001）、能源管理法规和能耗标准建立管理体系，由具备资质的认证机构实施认证，认证有效期两年。,测量 体系,企业按照 G
14、B/T19022（ISO10012）、测量管理法规、检定和校准规程建立管理体系，由中启认证中心实施认证，认证有效期两年。,两化融合体系,企业按照 GB/T23020、信息化和工业化融合管理体系 要求、信息化和工业化融合管理体系评定管理办法建立管理体系，由国家工信部确认的具备资质的认证机构实施认证，认证有效期两年。,按照卓越绩效管理模式整合各体系， 形成公司经营管理体系,由国家合格评定委员会CNAS 按照ISO17025、检验方法标准、相关法规、实验室质量管理体系文件,实验室认可,三、产品质量稳定化的质量管控体系 主要认证体系,TS16949 体系,通用质量体系,API 体系,国军标体系,质量管
15、理 体系认证,针对所有钢铁产品。企业按照GB/T19001（ISO9001）、产品标准、质量法规、 建立体系。由国家认可委确认的具备资质的认证机构实施认证，认证有效期三年。,针对汽车用钢材产品。企业按照ISO/TS16949、GB/T19001（ISO9001）、产品标准、质量法规、 建立体系。由IATF认可的认证机构实施认证，认证有效期三年。,针对石油用钢材产品。企业按照API Q1 、GB/T19001（ISO9001）、产品标准、质量法规、 建立体系。由美国API认证机构认证，认证有效期三年。,针对军用产品。企业按照GJB9001B、GB/T19001（ISO9001）、国军标管理制度； 、产品标准、质量法规、 建立体系。由国家认可委确认的具备资质的
