钢铁材料发展

1、钢铁材料发展一、引言材料是人类社会发展的基础l材料、能源、信息构成人类文明，而材料是基础l任何物质只要能为人类经济地使用，就成为材料l结构材料是基础的基础l人类社会的发展是以材料作为基础标志的 旧石器时代 新石器时代（陶器） 铜器时代 铁器时代结构材料的性能要求1l稳定的形态（温度、湿度、外力作用下稳定）较高的刚度（排除了气体和液体）较高的承载能力（屈服强度与断裂强度，抗拉、抗压、抗弯、耐磨、抗疲劳，轻量化要求如高层建筑、运输工具）温度稳定性（冷脆、热强性）环境介质作用稳定性（耐候性）结构材料的性能要求2l安全性韧性（冲击载荷作用下吸收能量）耐温（不同使用条件下有不同要求，如低温钢、耐火钢）耐

2、蚀（不同使用条件下有不同要求，如耐候钢、耐海水腐蚀钢、耐酸钢）自我修复（如加工硬化）结构材料的性能要求3l易于成型和加工不同结构要求不同的形状流态成型（铸造、沉积）半固态成型（带液芯轧制或锻造）固态成型（压力加工：热加工与冷加工）固态成型（机械加工：反复软化与硬化）连接成型（焊接、粘合、机械结合、复合、涂饰）结构材料的性能要求4l生产成本低廉且能大规模生产资源丰富且易于开采接近自然平衡态（硅酸盐材料具有特殊优势）满足大规模生产要求（生产工艺技术、成型工艺技术、产品生产工艺技术、性能提高的工艺技术等）环境友好结构材料的性能要求5l舒适性与装饰性现代要求且是发展趋势表面质量与涂装金属光泽与抗氧化抗

3、震降噪隔热色彩（如彩钢）特殊性能（如抗菌、手感）主要结构材料l硅酸盐材料：价格低廉，年用量上千亿吨；其中天然沙石量上千亿吨，水泥22.1亿吨(中国10.6亿吨，占48%)，陶瓷1.85亿吨(中国0.96亿吨，占52%)l木材：天然材，但涉及环境保护，年消耗量约40亿立方米 (中国约5亿立方米）l钢铁材料：年产量11.29亿吨(中国3.5239亿吨，占31%）l有色金属：年产量8100万吨(中国1635万吨)l高分子材料：塑料年产量2.12亿吨(中国2199万吨)中国水泥产量发展钢铁材料的特点l资源丰富地壳中5%的丰度l成本低廉大部分钢材的售价在3000元/吨l便于回收90%的钢铁材料可回收l性

4、能优良且多样强度和韧度耐腐蚀性能耐磨性能低温性能特殊功能l固态多形性相变使得性能可大幅改变钢铁材料与技术的发展方向l提高产量满足经济建设发展需求l高性能高强度、高韧性、长寿命l高内部质量高洁净度、高均匀性、超细晶粒l高表面质量高尺寸精度和光洁度l微合金化改善组织和性能l多品种钢种和材型l低成本降低合金含量和工艺操作成本l绿色化易于回收和利用、可持续发展提高产量0 02002004004006006008008001000100012001200production, millionproduction, millionmetric tonsmetric tons19801980 1990199

5、0 19921992 19941994 19961996 19981998 20002000 20022002 20042004ChinaChinaWorldWorld中国钢铁产量的发展空间l目前世界人均钢产量160kg/年l发达国家在实现工业化期间，人均钢产量300-1000kg/年，持续生产时间为50-80年，人均累积用钢25-50吨l发达国家基础设施建设达到饱和后，仍保持人均300-500kg/年的生产供应水平l在后工业化社会，钢铁材料仍占全部金属材料的90%以上l我国2003年人均占有钢已达到世界平均水平约160kg/人，总产量达到2.24亿吨。2006年钢产量为4.188亿吨，人均3

6、17kg。预计近年内将达到5亿吨左右的峰值，人均占有钢达到350-400kg/人l中国要实现全面工业化，达到发达国家整体水平，基础设施建设时间约需50年，累积用钢应达到200-300亿吨（人均15-20吨）l中国后工业化社会仍需保持200kg/人年，即3亿吨/年的钢铁材料生产供应水平中国钢铁产量的发展空间l钢铁生产大国在一定时期内均具有大规模出口的趋势l日本、美国、欧洲、苏联均有过大规模出口钢铁产品的时期，高峰时可达到生产量的一半以上l我国2005年仍为钢铁净进口国，2006年进口1500余万吨，出口近5000万吨，一举成为世界最大的净出口国。预计未来可达到1亿吨左右的净出口提高性能与质量改善

7、钢材品种结构钢带钢带6%6%其他其他1%1%钢管钢管7%7%中厚钢板中厚钢板13%13%线材线材19%19%普通型材普通型材35%35%优质型材优质型材6%6%薄钢板薄钢板13%13%增加品种：How many different types of steel grades are available?lSteel is not a single product. There are currently more than 3,500 different grades of steel with many different properties-physical, chemical, env

8、ironmental, 75% of which have been developed in the last 20 years. lSources: 生产结构调整产品结构变化棒线材转向扁平材开发高质量和新型钢材工艺装备调整小方坯连铸-棒线材轧制板坯连铸-扁平材轧制扩大高炉炉容转炉大型化超高功率电炉地区结构调整年份19501970198019901998华北12.7219.9621.5122.6926.10东北82.8337.3226.4420.8914.30东部1.9523.7024.7427.5731.60中南0.9013.5715.051

9、6.6415.80西南1.614.5110.349.388.80西北00.941.912.823.40降低生产成本提高成材率：连铸比与粗钢产量020004000600080001000012000140001600018000197919811983198519871989199119931995199719992001yearcrude steel tonnage, 104tons0102030405060708090100CC ratio, %crude steelCC ratio采用先进钢铁生产工艺技术炼铁Ironmaking高炉喷吹煤粉技术降低炼铁各工序能耗炼钢Steelmaking溅

10、渣护炉技术转炉复吹技术电炉炼钢技术二次精炼技术连铸Continuous casting传统连铸生产的高效化新型连铸技术轧钢Hot rolling确立先进轧钢生产流程生产装备和技术的现代化开发新型轧钢生产技术l高炉喷煤技术10年多喷吹煤粉（重点高炉喷煤比达到120kg/t）节约焦炭712万吨，节约成本11亿元。l溅渣护炉技术普通转炉最长炉龄已大于3万炉（重点企业平均3600炉），复吹炉最高大于2.9万炉。按年产1亿吨转炉钢计算年经济效益3亿元。l连铸工艺与装备技术10年间连铸比增加61.9个百分点，节约成本约95亿元。l棒线材连轧10年间共提高了45个百分点，节约成本17亿元。l综合节能技术10

11、年降低0.691吨标煤，节约成本356亿元。高效化生产工艺l生产结构优化的重点：l缩短工艺优化流程，紧凑化、连续化l实现封闭生产，达到零排放l管理信息化，生产智能化l环境友好，建立节能型钢铁厂 薄板坯连铸连轧高效化生产工艺l国外薄板坯连铸连轧生产线水平为：单流130万吨，双流200万吨。l国内投产的7条薄板坯连铸连轧生产线，研究开发和采用高效化生产工艺，使单流产量达到150万吨/年，双流产量达到300万吨/年。l将对我国和世界薄板坯连铸连轧生产工艺产生巨大的影响采用先进的大钢铁生产流程l节能，负能炼钢、余热蓄热技术与回收发电l固体废弃物综合利用，钢渣水泥生产、建筑材料生产、透水材料l曹妃甸项目

12、年产1000万吨钢、500万吨水泥、100万千瓦电力l向下游产品延伸发展，非调质钢、油气管线、预硬化模块、轴承套圈及滚动体微合金钢与微合金化技术是钢铁材料发展的重要方向l超细晶粒钢，微米级晶粒尺寸的获得与控制l超微细第二相强化钢，纳米级第二相的获得与控制l屈强比问题，提高抗拉强度及均匀延伸率是重要方向，而第二相与夹杂物的尺寸控制是钢铁材料中微裂纹尺寸控制的关键电炉炼钢新技术l20年后，电炉炼钢将成为最主要的钢铁生产方式（废钢原料将超过铁矿石原料）l超大功率l节能降耗l紧凑生产铜在钢中的应用与控制l废钢原料的大量应用必然带来铜在钢中的富积l铜在钢中产生热脆l铜提高钢的耐候性l铜在钢中可产生强烈的沉淀析出强化AlN在钢中的作用研究l铝广泛用于脱氧，故在钢中普遍存在，合金化成本低廉lAlN不仅可能以六方ZnS晶体结构的形态存在，近年来发现还可能以面心立方NaCl晶体结构的形态出现，从而具有类似于微合金碳氮化物的作用l奥氏体区析出控制晶粒粗化并适当调节形变奥氏体再结晶行为，铁素体区析出产生强烈沉淀强化效果N在钢中的作用研究lFe-C相图与Fe-N相图的比较l扩大奥氏体区元素，替代镍用于生产不锈钢（不锈钢需求量的增长速度大致