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1、 . . . 微合金化复合包芯线的研发及产业化项目申报书编写说明1申报书由项目申报单位编写，经项目申报单位主管部门、所在地科技、财政部门审核同意后上报。2编写要求：（1）项目目标符合项目申报指南的要求，定位准确，指标明确、可考核；（2）项目任务明确，要充分考虑经济、技术等方面的可行性；（3）项目申报需另编制省科技计划项目预算申报书，一并上报；3申报书文本采用A4幅面纸，一式十二份简装。项目名称微合金化复合包芯线研发及产业化项目申报单位名 称通讯地址邮编单位类别 大专院校 科研院所 企业 其他其他主要参加单 位序号单 位 名 称项目负责人姓 名性别男 女出生年学 历研究生 大学 大专 中专 其他
2、职 称高级 中级 初级 其他联系E-mail项目组人数24人高级6人中级8人初级6人其他4人起始时间2007年11月终止时间2009年10月项目活动类型应用基础研究 应用开发 产业化开发 其他所属技术领域光电子信息 新材料 先进制造 新能源 种植 养殖 农产品加工 生物医药 资源环境 人口与健康创新类型原始创新 集成创新 引进消化吸收再创新主要研究容(200字以)研究掌握合金元素在钢中的作用及其相互间竞争和促进的机制，对微合金化复合包芯线的配方、生产制造过程中粉铁比定量及喂丝工艺进行研究设计，开发生产特种冶金包芯线，提高合金元素在钢材中的利用率，并实现产业化。预期成果专利 技术标准 新产品（或
3、农业新品种） 新工艺新装置 新材料 计算机软件 论文论著 研究报告其他预期知识产权获得国外发明专利 项，国发明专利 项，其他 项。预期技术标准制 定国际标准 国家标准 行业标准 企业标准产学研联合是 否经费预算总投资 6000 万元，其中省拨300万元。申请经费支持方式无偿资助 贷款贴息项目信息表项目申报书提纲一、项目概述我国是钢铁大国，但优质钢的数量和品种所占的比例较小，不仅不能满足我国经济建设和国防建设的要求，而且资源的浪费相当严重，造成了钢铁冶炼的成本不断增加。解决上述问题的根本途径是，采用20世纪70年代出现的新型冶金学科微合金化技术，即在钢中加入微量的（0.0010.1）合金元素，就
4、能对钢的性能（如高强度、高韧性、良好的可焊性和耐腐蚀性）达到显著的改善，同时节约贵重的合金元素，以降低成本，这是传统的钢铁生产向现代化生产转化的重要标志。20世纪90年代后，我国和世界主要钢铁生产国相继制定和实施新一代钢铁生产研究的发展计划，超细组织、高洁净度、高均匀度的微合金化钢成为钢铁材料的主要发展趋势。目前，微合金化钢占钢材总量的比例，世界平均水平约为15，工业化国家达到30，而我国不足5，因此我国急需用微合金化技术改造我国原有的低合金高强钢体系，并与控轧控冷结合开发急需的微合金化钢品种和新一代钢铁材料。微合金化钢的生产技术之一是炉外精炼，因为贵重的微合金化元素在炉冶炼时其收得率较低，而
5、炉外精炼其合金元素的收得率可以大幅提高，并取得良好的冶金效果。微合金化元素往往是氮、碳化物形成元素和化学性活泼的元素，如Ca，Mg，Ba，Ti，B，Re，Zr等。但某些元素，如Ca，Mg，Ba等的熔点和沸点远低于钢材熔炼过程的温度，具有较高的蒸汽压，低的比重和溶解度。而微合金化冶炼方法必须能够精确控制这些元素含量，使之深入到钢包底部，进行充分的微合金化，最大限度地发挥它们的有益作用，这一过程的实现只能采用微合金化复合包芯线技术，这是炉外精炼的重要工艺手段。我国目前只是采用传统的Si-Ca线，没有起到微合金化的作用。本项目所提出的微合金化复合包芯线突破了传统的Si-Ca线，在Ca冶金和微合金化理
6、论的基础上，在包芯线中加入一定量的微合金化元素（Ti、B、Re、Zr、Ba等），形成炉外精炼的一种重要的冶金手段和产品。微合金化复合包芯线技术是包芯线制造技术和喂线技术的总称。它是先在包芯线制造厂将欲加入钢水或铁水的各种元素（如脱氧剂、脱硫剂、变质剂以及微合金化元素等）破碎成一定的粒度，并用薄钢带将其包裹成按厂家要求生产的任意长度的包芯线，通过喂丝机使之以一定的速度穿过渣层，到达盛有钢水或铁水的钢包或铁水包中。随着包芯线外皮的不断熔化，其的各种元素进入钢水或铁水中，发生一系列的物理化学反应：脱氧、脱硫、脱磷，同时在产品当中起到细化晶粒、净化晶界、改善组织特别是改善非金属夹杂物的形状、尺寸和分布
7、，提高了钢的综合力学性能和消除了各向异性。使用微合金化复合包芯线能避免合金元素在渣面上的烧损，保证了合金剂与钢液直接接触，并有相当大的接触界面和接触时间，从而保证这种方法有较高的稳定的收得率，如Ti炉冶炼时收得率为40%，而喂复合包芯线其收得率可以达到8090%，从而节约宝贵资源和降低成本，因此该项技术被誉为“冶金史上的一次重大突破”。本项目的重要特点是根据开发新钢种的需要利用微合金化的基本理论，依据国外包芯线的先进理论和经验，充分理解钢液中各种元素之间竞争和促进作用，自主开发、设计和生产冶金用微合金化复合包芯线，并实现产业化，为钢厂和我国的冶金新产品开发起到推动作用。二、项目的目标与任务（一
8、）项目目标与任务需求分析我国钢产量已连续数年雄踞世界第一，2006年钢产量为4.2亿吨，所需要粗钢已经完全实现了自给自足，产品已达到了国际先进水平，这是我国钢铁事业上的巨大成功。但同时还应该看到，我国优质钢材品种及数量距离发达国家还有一定距离。优质钢材的数量及种类在很大程度上是一个国家现代化的标志，对国家的经济和军事建设起着举足轻重的作用。国防事业的发展离不开优质钢材的支撑，但我国国防用钢还有相当一部分停留在前联7080年代的水平，大型的设备、舰船及重要的部件用的优质钢材还需要从国外进口，甚至某些情况下有雄厚的资金却买不到急需的产品。在国防事业从来没有像现阶段显得如此重要的时候，国防事业急需大
9、量的优质钢材与我国优质钢材严重不足的矛盾前所未有地显现出来且日益加剧。另外，我国的社会主义经济建设正在掀起一波又一波的热潮，各种重大工程纷纷上马，所设计的结构日益趋向高参数、轻量化及大型化，这就要求工程材料尤其是钢材必须具有更高的强度和更优良的韧性。因此，生产出国防和经济建设急需的、品质优良的、适合不同工程结构和工作环境应用的多品种优质钢材就成为了当前我国钢铁企业首当其冲、迫在眉睫的任务和责任。微合金化复合包芯线不仅可以提高钢的品质，还为新钢种的开发提供一种新的思路，在很大程度上可以缓解优质钢材品种与数量不足的危机。但是，我国钢铁行业大量急需的新特优质钢材与我国微合金化复合包芯线研发能力严重不
10、足形成了鲜明的对比。国钢铁制造业在上世纪九十年代初开始应用包芯线技术取代直接加粉或喷粉冶金技术，包芯线的技术和经济优势逐步体现出来。但目前国冶金包芯线生产技术与国际先进水平存在较大差距，主要表现在：品种单一、目的简单；产品质量差；最重要的是目前国所生产普通的通用包芯线尚无微合金化作用，不能适应我国急需新钢种和优质钢材的要求，未承担起提高钢材品质和种类的重要责任。微合金化复合包芯线的研发能力在很大程度上是钢铁行业由“大”过渡到“强”的一个瓶颈。因此，本项目的目标就是，针对我国急需优质钢材，如高强高韧性钢、船用钢、耐蚀钢、耐候钢及桥梁钢，应用国外先进的包芯线技术理论，结合我国国策及资源分布状况，自
11、主开发、设计、生产及应用上述钢材冶金用微合金化复合包芯线，并制定出各种钢种相对应的微合金化复合包芯线技术标准，进行相关设备的改造。以促进新钢种的开发和国防建设用钢钢材品质的提高，解决我国目前优质钢材的不足，促使我国由钢铁大国向钢铁强国的迈进。本公司在已投入2500万元的基础上，将再投入3500万元，扩大生产规模，实现微合金化复合包芯线的产业化，满足我国优质钢材冶炼需求，力争该产品三年后达到年销售13亿元的规模。我国钢铁产业正处于历史上最高峰时期，未来几年，预计我国钢产量将达到5亿吨。随着国防事业重要性的日益凸现和经济建设的极大发展，国家对管线钢、油井管、重轨、高强度低松弛预应力钢丝和绞线、大吨
12、位造船钢板、高强度钢板、H型钢铁、高强度高韧性钢板的比重会进一步倾斜，并且需要进一步开发适应不同工程环境下需要的新特钢种。若每年有 6000万吨钢材需加入相应的复合包芯线，每吨钢水加入2.53.5公斤包芯线，则复合包芯线产业可达到3040亿元的产值。虽然国生产包芯线的企业有近100多家，但品种单一，质量粗糙且为通用型的包芯线，不能满足特种钢材的冶炼要求。我公司立足国外先进的复合包芯线技术的基础理论和科学依据，经消化、吸收、再创新，自主研制科技含量高、质量优、品种齐全的复合包芯线以满足上述钢种需求，且我公司在项目达标年份的销售额为1.6亿元，远未达到市场需要量，处于急需状态。（二）项目目标与任务
13、解决的主要技术难点和问题分析尽管微合金化复合包芯线项目目标明确，任务需求紧迫，但在研制与产业化过程中也存在着技术难点，主要在于：复合包芯线配方的设计、制作复合包芯线过程中粉铁比的控制以及喂入复合包芯线时的工艺。1.复合包芯线的配方设计复合包芯线配方所依据的原理是炼钢过程的化学冶金和物理冶金理论。根据前述钢种中存在的问题须改善钢中夹杂物的形态和分布状态以及细化晶粒，解决上述问题的途径是钙钡镁冶金和微合金化的共同作用。钙可以改善夹杂物的形态和分布，使条状的夹杂物变性为球形的夹杂物且使夹杂物弥散分布；抑制枝晶的生长，增加等轴晶的比例；细化晶粒，改善晶界的性能。Mg的加入可以强化、提高Ca的有效作用，
14、提高Ca的收得率。Ba是典型的活性元素，它能促进Ca的作用。另外，Ca、Mg、Ba属于化学性很活泼的元素，它们的加入可以减少O、S等有害元素，同时由于这些元素沸点比较低，在钢包中易于气化，气泡从钢包底部上浮的过程中可以促使夹杂物的上浮，还增加了钢水的流动，使钢水更加均匀，防止偏析。这可以减少连铸坯中的中心偏析问题，从而使轧制钢板中的带状组织减少，很大程度上改善了钢材中的各项异性。要想进一步的细化晶粒和改善钢材的力学性能，必须同时对钢水进行微合金化，常用的微合金化的元素有B、Ti、Zr、V、Nb等。微量的B可以强化晶界，并且和一定比例的Ti相互作用可以起到很强的细化晶粒作用。Ti和Zr是常用的还
15、原剂和微合金化元素，它们可以降低N的有害作用，在钢中形成微细的氮化物TiN和ZrN，可以细化晶粒，抑制奥氏体晶粒的长大，从而提高钢材的力学性能，特别是提高钢材的抗裂纹扩展能力。此外，Zr还可以提高钢材的耐腐蚀性。另外，采用包芯线加入微量合金元素的方法，可以大大提高合金元素的收得率，从而提高昂贵的合金成分的利用率，是降低钢材制造成本的有效的途径。2.复合包芯线制作过程中粉铁比的确定制作复合包芯线过程中，粉铁比也是一个关键的因素，如果过小则包芯线比较疏松、空气含量较多，将其加入到钢液中易发生翻腾、飞溅，甚至可能焊住钢包吊耳导致生产事故，另外，粉铁比较小易导致加入时间延长，这对钢厂炼钢工艺有很大影响；如果，粉铁比过大则会导致制作过程中包芯线胀
