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1、高品质特殊钢技术发展的思考钢铁研究总院 董 瀚 2013年7月31日 长春高品质特殊钢是发展方向高质量高性能环境友好低成本p窄化学成分 p高纯净度 p高均匀度 p组织控制 p高尺寸精度 p高表面质量p力学性能 强度和韧性 p服役性能 疲劳/延迟断 裂/腐蚀/蠕变 p工艺性能 冷热加工生产/加工/应 用过程中 稳定和经济地 回收利用生产/加工/应 用过程中 成本低特殊钢行业近期关注原材料流程装备工艺钢材深加工应用环保特殊钢行业近期关注 窄化学成分、高纯净度、高均匀度、 精细组织、高尺寸精度、高表面质量提高质量 高铁轮对、能源装备、大型飞机、石 油化工、武器装备高端品种 资源供应、环境保护、市场需
2、求 物质、能量、时间、空间流程再造 高强高韧钢、长寿命钢、低成本钢 钢材零件一体化技术新型材料高品质特殊钢的关键技术 高洁净度化学冶金与精确控制化学成分技术 凝固过程的洁净度与均匀度控制技术 板（方、圆）坯连铸、大锭型模铸、大锭型电渣的 凝固控制技术 高品质特殊钢的轧制（锻造）工艺技术 提高钢材尺寸精度与表面质量 在线热处理技术 后步精整热处理技术研究 组织调控技术与缺陷检测控制技术 特殊钢品种的应用技术研发 建设品种、工艺流程、装备、在线检测技术集 成的生产示范线，推动特殊钢技术整体的进步特殊钢产品需要关注的共性问题 特殊钢的洁净度水平 特殊钢产品的均匀度 模具钢等向性 齿轮钢带状组织、淬透
3、性带宽 特殊钢产品的质量稳定性和一致性 特殊钢产品的尺寸精度产品的稳定性和一致性 生产工艺流程的不断优化 品种开发能力、特殊钢关键品种的特征 关键工艺技术，尤其与设备的相关性 生产工艺流程的在线控制，尤其是成分的 精确控制，轧制模型的动态调整 在线热处理、在线探伤、在线精整 原材料品质特殊钢产品的均匀度 碳和合金元素的分布均匀分布 夹杂物（硫化物、氧化物）分布不均匀 钢材硬度分布需更加均匀，提高加工性能 化学成分的偏析控制降低热处理变形特殊钢产品的尺寸精度 使用高精度轧机，如kocks轧机，提高棒材 的尺寸精度 生产高精度管材，采用同样牌号的锅炉管 ，使用国内管材的机组效率需要提高 扁钢边角锐
4、度需要达到先进水平技术的支撑作用 市场需求与企业结构产品质量 钢材品种 工艺技术 生产流程特殊钢的生产工艺流程普钢建成了先进流程（济钢）形成了先进钢铁生产工艺流程 高炉转炉连铸热连轧钢筋、线材、型钢 高炉转炉精炼连铸热连轧冷连轧薄板普钢长形材普钢长形材 转（电）炉连（模）铸热轧热处理钢板普钢薄钢板普钢薄钢板 三步法冶炼连铸热连轧冷连轧不锈钢薄板热轧中厚板热轧中厚板 电（转）炉精炼连铸连轧精整热处理棒 线材不锈钢薄钢板不锈钢薄钢板 特冶模铸快锻径锻热处理粗加工锻材特钢长形材特钢长形材 电炉精炼连铸轧管精整热处理钢管特钢锻材特钢锻材无缝钢管无缝钢管形成特殊钢材的专业化生产线棒线材电炉（转炉）冶炼精
5、炼连铸棒 线材连轧精整热处理板带材三步法冶炼（电炉K-OBM-S转炉 VOD精炼）板坯连铸热连轧 冷 轧酸洗连续退火无缝钢管冶炼精炼坯料环形炉加热穿 管轧管加热减定径探伤精整锻材锻件冶炼精炼模铸（连铸）快锻（ 径锻）成材锻件加工按合金、性能和产量划分特钢优特钢合金不锈钢合金特钢生产和应用量特钢企业类型按材型 分 按流程 分棒线材无缝管材中厚板板卷锻材锻件粉末冶金铁水 转炉住金小仓V&M Httenwe rke Krupp Mannesm annSSAB Dillinger Httenw erkeNisshin废钢 电弧炉日本大同 Republic 德国LSWTenaris V&MInduste
6、elAcerin ox Otoku mpuSidenor DEW日本爱知 Georgs marienh tte特殊 冶金Carpenter DEWSandvik SumitomoSMCATILatrobeA&DErasteel Crucible特殊钢是不断发展的新材料因为需求在不断发展 如汽车、能源、武器等特殊钢 工业基础材料和不断发展的新材料轴承钢产量400万吨/年高速钢产量10万吨/年特钢产品的主要发展方向抵抗温度环境 温抵抗载荷作用 力抵抗腐蚀失效 蚀适应多种工艺加 工艺装备的服役温度 向超高温和超低 温两个极限方向 发展，需要耐 650度以上温度 的耐热钢，耐- 196度的低温 钢。要
7、求开发高 温稳定性好的特 钢和低温韧塑性 高的特钢装备的高性能化 和轻型化要求提 高钢材的强度， 安全性和可靠性 要求提高塑性和 韧性，以及高强 度化后所导致的 疲劳破坏和延迟 断裂问题使用环境日益苛 刻（工业大气、 工业废水、海水 等相关装备的环 境腐蚀现象日益 严重），对耐腐 蚀性能提出了更 高需求加工制造的自动 化和高效率化需 要特钢具有良好 的加工性能，如 热变形性能、切 削性能、冷弯性 能、焊接性能等 ，易于加工制造案例Sanyo的夹杂物评估技术 从高洁净钢到超高洁净钢The largest inclusions observed in each of thirty samples
8、with a 100mm2 test area Conventional high cleanliness steel (oxygen content: 5 ppm) Premium cleanliness steel (oxygen content: 5 ppm)不锈钢中氮含量不断提高氮合金化不锈钢 （1Cr22Mn15N）大同特殊钢公司高均匀度模具钢大同特殊钢公司非調質鋼技术神户制钢气阀弹簧钢市场占有率逐年提高Sandvik公司蒸汽发生器用换热器管起落架用超高强度钢公称横 截面积积 cm2方向Rm MPaRp0.2 MPaA %AK J/cm2645纵向186015153049 645 9
9、20横向186015153029 1860151525294340300MAF141 0A100超高强度钢发展高品质基础件用特殊钢齿轮钢齿轮钢1200MPa1200MPa -1-1 600MPa600MPa1500MPa1500MPa -1-1 1000MPa1000MPa螺栓钢螺栓钢12.912.9K KISCCISCC 30MPam30MPam1/21/216.916.9K KISCCISCC 30MPam30MPam1/21/2弹簧钢弹簧钢1800MPa1800MPa -1-1 0.30.3 b b2000MPa2000MPa -1-1 0.50.5 b b轴承钢轴承钢L10L10 10
10、106 6OO 10-15ppm10-15ppmL10L10 10109 9OO 5ppm5ppmGST技术提高耐延迟断裂性能 晶界G+组织S+陷阱控制TMoV合金化+工艺 GST technology to improve delayed fracture IST技术提高抗疲劳性能 Fatigue limit improved by IST （夹杂I+组织S+陷阱控制TCrNiMoV合金化+工艺）性能提高的潜力以硬度提高为例The precipitation of carbontempered at 150tempered at 165极端马氏体组织EAF-VIM 4340ASB组织形貌AS
11、B组织形貌ASB断口形貌高分辨原子像ASB的组织形态超细组织衍射斑点100nm需要关注钢的发展纯铁方向的实测抗拉强度为13.1GPa，（S. S. Brenner, J. Appl. Phys., 27(1956), 854.）高强度、耐腐蚀 耐高温、抗低温性能的极限化发展 成本的持续降低 质量的稳定性控制 特殊钢怎么办大家的关注应用领域 高铁动车转向架用车 轮、车轴、轴承等 大飞机用起落架、结 构件、主轴等 火电机组用钢 核电机组用钢 新能源用钢 军工用钢 机器制造用钢 汽车用钢 海洋开发用钢 关于特殊钢清晰的 各钢类的发展方向 钢材质量发展目标 国内外对标企业 先进的生产工艺模糊的 有竞争
12、力的产品 企业形态 工艺流程技术发展 品质的发展方向 与用户的关系 历史、文化、科技发展评 估案例 石钢的SBQ棒材（专业化） 兴澄特钢的SBQ棒线材（专业化） 美国TIMLEN的轴承钢与轴承（零部件） 方大特钢的弹簧钢与弹簧（零部件） 久立特材的不锈钢管材 新兴铸管的铸铁管（零部件） 江苏兴化不锈钢（产业集群） 特殊钢行业特点 钢种和钢材品种多 质量要求多元化 生产工艺流程多样化（复杂化） 钢材生产与零件制造的关系密切解决措施之一现有国内 企业合作特钢 企业模具钢 汽车钢重新关注合金化技术 碳、氮合金化的再认识 锰、硼低成本合金化的再认识 其它合金化，如微合金化等强化应用 在线热处理技术 与零件制造相结合 特殊钢多样化提供了更多的发展空间
