高品质特殊钢技术发展的思考

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、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、石高铁轮对、能源装备、大型飞机

2、、石油化工、武器装备油化工、武器装备高端品种 资源供应、环境保护、市场需求资源供应、环境保护、市场需求 物质、能量、时间、空间物质、能量、时间、空间流程再造 高强高韧钢、长寿命钢、低成本钢高强高韧钢、长寿命钢、低成本钢 钢材钢材零件一体化技术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

3、、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

4、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 转（电）炉连（模）铸热轧热处理钢板 三步法冶炼连铸热连轧冷连轧不锈钢薄板 电（转）炉精炼连铸连轧精整热处理棒线材 特冶模铸快锻径锻热处理粗加工锻材 电炉精炼连铸轧管精整热处理钢管形成特殊钢材的专业化生产线棒线材电炉

5、（转炉）冶炼精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合金含量性能（耐温力蚀性能）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 Httenwerke Krupp MannesmannSSABDillinger HttenwerkeNisshin废钢电弧炉日本大同Republic德国LSWTenarisV&a

6、mp;MIndusteelAcerinoxOtokumpuSidenorDEW日本爱知Georgsmarienhtte特殊冶金CarpenterDEWSandvikSumitomoSMCATILatrobeA&DErasteelCrucible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轴承钢产量400400万吨万吨/ /年年高速钢产量高速钢产量1010万吨万吨/ /年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

7、耐热钢，耐-196度的低温钢。要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 with a 100

8、mm2 test areaConventional 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）02004006008001000120000.20.40.60.811.2strength, MPastrength, MPanitrogen content, %nitrogen content, %RmRp0.2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

9、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公称横截面积截面积cm2cm2方向方向RmRmMPaMPaRp0.2Rp0.2MPaMPaA A% %AKAKJ/cm2J/cm2645纵向186015153049645920横向1860151530291860151525294340300MAF1410A100超高强度钢发展0102030405060708050010001500200025003000total elongation, %total elongation, %ultimate tensile strength, MPaultimate tensile

10、strength, MPaCr-Mo-(Ni)300MAF1410A10045CrNi2MoVReq.高品质基础件用特殊钢GST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 010203040506070809080010001200140016001800KISCC, MPam1/2KISCC, MPam1/2Yield strength, Yield strength, MPaMPa42CrMo-Hui W J42CrMo-V-Hui W J42CrMo-Ti-Hui W J300M-

11、Li R S42CrMo-Li R S0.4C-low alloy steel(4340,H11,300M)-GerberichADF1ADF1-Lab.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）2002003003004004005005006006007007008008009009001000100050050010001000150015002000200025002500Fatigue limit, MPaFatigue limit, MPaRm, MPaRm, MPaconvention

12、alconventionalADVANS 2000SADVANS 2000S性能提高的潜力以硬度提高为例The precipitation of carbontempered at 150tempered at 150tempered at 165tempered at 165极端马氏体组织 EAF-VIM 43400100200300400500600700800900120014001600180020002200HVHVRmRm, , MPaMPaASB基体ASB组织形貌ASBASB组织形貌组织形貌ASBASB断口形貌断口形貌高分辨原子像ASB的组织形态超细组织超细组织衍射斑点衍射斑点1

13、00nm需要关注钢的发展5005008001600200040060080010001200400600800140017000100020003000400050006000铁素体钢奥氏体钢贝氏体钢马氏体钢珠光体钢Rm, MPaindustrialtargetpotential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模糊的 有竞争力的产品 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