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“十四五”我國(guó)高品質(zhì)鋼的研發(fā)歹啼、產(chǎn)業(yè)化及其關(guān)鍵技術(shù)
  來(lái)源:世界金屬導(dǎo)報(bào) 發(fā)布時(shí)間:2021年09月29日 點(diǎn)擊數(shù): 419

  我國(guó)對(duì)高品質(zhì)鋼的需求涉及海洋工程及船舶澳迫、 軌道交通主慰、汽車锅论、能源電力药薯、航空航天等重點(diǎn)領(lǐng)域饿序,也涉及建筑熬苍、機(jī)械劳澄、家電等大宗鋼材應(yīng)用領(lǐng)域地技。高品質(zhì)鋼的共性關(guān)鍵制造技術(shù)包括先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)技術(shù)、冶煉技術(shù)秒拔、軋制技術(shù)莫矗、質(zhì)量穩(wěn)定化技術(shù)、焊接技術(shù)等砂缩。依靠材料品種和關(guān)鍵共性技術(shù)的技術(shù)創(chuàng)新作谚,大力提升高品質(zhì)鋼鐵產(chǎn)品的有效供給水平,是“十四五”時(shí)期我國(guó)鋼鐵行業(yè)供給側(cè)改革的重要著力點(diǎn)之一庵芭。

  1 提升我國(guó)重點(diǎn)工程所需關(guān)鍵鋼材供給水平

  本文以高鐵用鋼妹懒、核電站核島主設(shè)備材料、精密不銹帶鋼双吆、高品質(zhì)模具鋼等為例眨唬,展示我國(guó)重點(diǎn)工程所需鋼材的要求和實(shí)物水平滔悉。

  馬鋼針對(duì)車輪運(yùn)用過(guò)程中復(fù)雜的磨損、接觸疲勞单绑、熱損傷問(wèn)題回官,采用提高材料強(qiáng)韌性匹配、改善相變特性的手段搂橙,研發(fā)出中碳硅釩合金化的高速歉提、重載車輪材料。通過(guò)創(chuàng)新脫氧工藝区转,使鋼中Al2O3夾雜微細(xì)化(<3μm)和彌散化苔巨,并且形成塑性MnS包裹Al2O3夾雜。開(kāi)發(fā)出先弱冷再?gòu)?qiáng)冷的梯度淬火工藝废离,保證踏面下10mm發(fā)生完全珠光體轉(zhuǎn)變侄泽、同時(shí)內(nèi)部處于奧氏體溫度區(qū),解決了車輪踏面存在非珠光體組織而造成早期剝離問(wèn)題蜻韭。馬鋼車輪鋼冶金質(zhì)量控制水平與日本車輪相當(dāng)悼尾,車輪實(shí)物質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,在時(shí)速350公里的復(fù)興號(hào)上運(yùn)行超過(guò)140公里肖方。

  我國(guó)核島主設(shè)備材料已經(jīng)躍居國(guó)際先進(jìn)水平闺魏。鋼研總院、一重俯画、寶特等單位聯(lián)合攻關(guān)析桥,開(kāi)發(fā)出系列核島主設(shè)備材料及其制造技術(shù),例如100-600噸級(jí)核島大鍛件低溫韌性提升和組織性能均勻性控制艰垂、316LN主管道鍛造開(kāi)裂和晶粒度控制泡仗、690合金管材晶界碳化物控制等。

  航空航天猜憎、軍工核電娩怎、高端電子、新能源等尖端領(lǐng)域使用的寬幅超薄精密不銹帶鋼拉宗,厚度≤0.05mm/50μm峦树,市場(chǎng)需求以50%速度逐年增加。

  我國(guó)模具鋼滿足基本需求旦事,但每年需進(jìn)口8-10萬(wàn)噸中高端模具鋼。鋼研總院和撫順特鋼開(kāi)發(fā)出高韌性壓鑄模DCK-S(FS438)急灭,比H13鋼韌性提高25%姐浮,具有更高的回火穩(wěn)定性、抗熱龜裂性和淬透性葬馋。

  2 提高我國(guó)大宗鋼材的質(zhì)量穩(wěn)定性和適用性

  對(duì)于建筑卖鲤、機(jī)械肾扰、家電用鋼等量大面廣的鋼材產(chǎn)品,應(yīng)全面推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)和品牌建設(shè)蛋逾,提高鋼材的質(zhì)量穩(wěn)定性和適用性集晚。這里以橋梁用鋼為例,說(shuō)明我國(guó)大宗鋼材的質(zhì)量穩(wěn)定性和適用性区匣。

 ⊥蛋巍(1)大跨度鐵路橋梁用鋼板

  鐵路橋梁主要發(fā)展方向?yàn)?ldquo;大跨度、重載荷亏钩、高速度”莲绰。這對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性要求越來(lái)越嚴(yán)格,不僅對(duì)設(shè)計(jì)者提出了更高要求姑丑,而且對(duì)鋼板質(zhì)量也提出了更高要求蛤签。武鋼聯(lián)合中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院,先后開(kāi)發(fā)出用于大跨度鐵路橋梁的 14MnNbq鋼栅哀、Q420qE(WNQ570)鋼震肮、Q500qE鋼,鋼板厚度超過(guò)50mm留拾。Q500qE橋梁鋼采用低碳多元微合金化成分體系钙蒙,按TMCP工藝組織生產(chǎn),控制鋼中軟相(鐵素體等)和硬相(貝氏體等)的大小间驮、形態(tài)躬厌、尺寸、分布竞帽,并使晶粒適度細(xì)化扛施,使得鋼具有高的強(qiáng)度和較低的屈強(qiáng)比,同時(shí)低溫韌性和焊接性能優(yōu)異屹篓。Q500qE橋梁鋼及配套焊接材料和焊接工藝等技術(shù)疙渣,成功應(yīng)用于世界首座千米級(jí)公鐵兩用斜拉橋—滬通長(zhǎng)江大橋。

 《亚伞(2)跨海大橋用雙相不銹鋼鋼筋

  針對(duì)跨海橋梁的長(zhǎng)壽命化需求妄荔,太鋼開(kāi)發(fā)出雙相不銹鋼筋產(chǎn)品、關(guān)鍵工藝及應(yīng)用技術(shù)谍肤。例如:雙相不銹鋼VOD精煉及精確控氮技術(shù)啦租、高強(qiáng)韌性能的控軋控冷技術(shù)、肋牙和軋輥孔型設(shè)計(jì)荒揣、高效酸洗及表面鈍化等整套雙相不銹鋼鋼筋生產(chǎn)工藝篷角;建設(shè)具有大軋制能力、自動(dòng)控制多段強(qiáng)冷卻系任、熱矯直等特點(diǎn)的高強(qiáng)不銹鋼鋼筋和棒材聯(lián)合生產(chǎn)線恳蹲,實(shí)現(xiàn)直條鋼筋虐块、盤(pán)卷鋼筋和棒材的高效化生產(chǎn);連接嘉蕾、剪切和折彎加工等雙相不銹鋼鋼筋工程應(yīng)用配套技術(shù)贺奠。太鋼的雙相不銹鋼?12-40mm鋼筋已在港珠澳大橋規(guī)模化應(yīng)用错忱。

  3 大力提升高品質(zhì)鋼的共性關(guān)鍵技術(shù)

 ±苈省(1)先進(jìn)材料設(shè)計(jì)技術(shù)

  耐高溫、應(yīng)力航背、腐蝕等服役環(huán)境適應(yīng)性的鋼鐵材料設(shè)計(jì)技術(shù)喉悴;高強(qiáng)高韌鋼鐵材料設(shè)計(jì)技術(shù);全生命周期“低碳”材料設(shè)計(jì)技術(shù)玖媚;結(jié)構(gòu)/功能“一體化”材料設(shè)計(jì)技術(shù)等箕肃。“材料基因工程” 將成為材料設(shè)計(jì)中不可或缺的部分,它從更寬的組分范圍今魔、更多樣復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)認(rèn)識(shí)材料體系的特性勺像,構(gòu)建材料基因標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù),開(kāi)發(fā)快速错森、可靠吟宦、高通量計(jì)算模擬方法,從而實(shí)現(xiàn)部分替代和指導(dǎo)材料實(shí)驗(yàn)涩维,使新材料“研發(fā)周期減半殃姓、研發(fā)成本減半”。

 ⊥卟(2)先進(jìn)冶煉技術(shù)

  對(duì)應(yīng)客戶要求的服役條件蜗侈,控制狹窄而準(zhǔn)確的成分規(guī)格。軸承鋼睡蟋、彈簧鋼踏幻、合結(jié)鋼、工具鋼戳杀、模具鋼均有精確控制成分的要求该面。國(guó)外齒輪鋼對(duì)S、Ti信卡、Si隔缀、Al等成分要求更為嚴(yán)格,使淬透性帶較窄坐求,轎車齒輪鋼淬透性一般要求在6HRC以下蚕泽。高水平的轉(zhuǎn)爐煉鋼企業(yè)通過(guò)智能控制系統(tǒng),可以獲得高精度成分控制桥嗤,高C-T目標(biāo)比(≥95%)须妻,從而實(shí)現(xiàn)高效率和低成本。

  軸承鋼的氧含量從30ppm降到5ppm泛领,可使軸承疲勞壽命提高30倍荒吏。如果能將鎳鉻不銹鋼中的磷降低到3ppm,就可以完全避免應(yīng)力腐蝕渊鞋。德國(guó)和日本齒輪鋼材的含氧量最低為7ppm绰更,硫作為易切削元素加入鋼中,通過(guò)選擇合理的冶金工藝改善硫化物的形態(tài)和分布锡宋,提高材料的可切削性儡湾,是易切削齒輪鋼發(fā)展的方向。通過(guò)對(duì)高速执俩、重載車輪Al2O3夾雜微細(xì)彌散化徐钠、塑性化以及碳極差控制技術(shù),可以有效防止車輪輪輞開(kāi)裂役首。

  采用恒拉速尝丐、低過(guò)熱度、無(wú)氧化保護(hù)澆注衡奥、結(jié)晶器和凝固末端電磁攪拌爹袁、曲面形狀倒角結(jié)晶器技術(shù)、優(yōu)化二冷工藝矮固、動(dòng)態(tài)輕壓下和重壓下等系列連鑄技術(shù)失息,顯著改善鑄坯質(zhì)量,降低S档址、O盹兢、Si 等成分偏析,促進(jìn)鑄坯成分和組織的均勻化辰晕。

(3)先進(jìn)軋制和熱處理技術(shù)

鑄坯熱送熱裝蛤迎、直接軋制;降低開(kāi)軋溫度及控制終軋溫度含友,減輕熱加工后再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大替裆;梯度軋制;低溫增塑軋制窘问;變厚度軋制辆童;精確軋制技術(shù)。

梯度熱處理惠赫;高速加熱熱處理把鉴;步進(jìn)式加熱爐、在線冷卻裝置、在線固溶爐及軋后冷卻的合金鋼線材控軋控冷庭砍;高強(qiáng)度寬幅冷軋機(jī)和電加熱氮?dú)獗Wo(hù)退火爐的高強(qiáng)度合金鋼板冷軋技術(shù)场晶。

  (4)質(zhì)量穩(wěn)定化技術(shù)

  質(zhì)量穩(wěn)定性是特殊鋼品質(zhì)的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)怠缸。質(zhì)量穩(wěn)定化技術(shù)包括:高純凈度和組織精細(xì)控制技術(shù)诗轻;在線預(yù)測(cè)鋼材表面缺陷、組織和力學(xué)性能技術(shù)揭北;產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)警扳炬、反饋分析以及不同工序交互分析技術(shù)。利用信息化搔体、智能化手段恨樟,減少人為因素對(duì)質(zhì)量控制的影響,提高鋼鐵產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量穩(wěn)定性疚俱、可靠性和耐久性劝术。

  先進(jìn)的軸承鋼企業(yè)可以將碳化物尺寸降低至0.5μm以下,且呈球狀均勻分布计螺,軸承壽命得到大幅度提高夯尽。模具鋼企業(yè)通過(guò)控制碳化物不均勻度,顯著提高大截面高品質(zhì)Cr12系列冷作模具鋼材(代表鋼種D2)的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用壽命登馒。高強(qiáng)鋼生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)細(xì)化核反應(yīng)堆容器高強(qiáng)度鋼板的晶粒匙握,使其幅照脆化溫度由150-250℃顯著降至50-70℃。

 〕陆巍(5)先進(jìn)焊接技術(shù)

  鋼鐵材料焊接技術(shù)進(jìn)步具體表現(xiàn)在焊縫組織調(diào)控技術(shù)圈纺、焊接熔池凈化技術(shù)以及解決重要工程用鋼的焊接需求諸方面。

  厚鋼板焊接時(shí)麦射,填充焊材熔敷金屬量大蛾娶,焊接時(shí)間長(zhǎng),熱輸入總量高潜秋,焊后應(yīng)力和變形大蛔琅,焊接過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)皲摪搴附硬恳蟮男阅懿煌海虼撕癜宓暮附蛹夹g(shù)受到重視罗售。主要包括廣泛應(yīng)用于各種大型鋼結(jié)構(gòu)的窄坡口焊接技術(shù)、造船業(yè)和建筑業(yè)使用厚度大于50mm鋼板的大線能量焊接技術(shù)钩述。此外寨躁,厚板的激光焊接和激光-電弧混合焊接、攪拌摩擦焊接(FSW)等技術(shù)也在不斷開(kāi)發(fā)之中牙勘。河鋼針對(duì)臨氫鉻鉬特厚鋼板(大于100mm)的需求职恳,研發(fā)出厚板雙絲、三絲窄間隙埋弧焊接技術(shù),解決焊接匹配性差等瓶頸問(wèn)題放钦,將臨氫鉻鉬特厚鋼板批量應(yīng)用于超大型石化色徘、煤化工核心裝備。

  通常把-40℃至-196℃稱為低溫最筒,低于-196℃稱為超低溫贺氓。低溫鋼的高效焊接材料與工程化應(yīng)用技術(shù)被工信部列入提升高端鋼材品種有效供給水平的相關(guān)內(nèi)容蔚叨。9Ni低溫鋼由于Ni含量較高床蜘,具有很高的低溫韌性,可用于-196℃的環(huán)境蔑水,比奧氏體不銹鋼有更高的強(qiáng)度邢锯,適宜制造貯存液化氣的大型容器。對(duì)這類易淬火的低溫鋼采用適當(dāng)?shù)暮附訜彷斎氩蟊稹⒖刂茖娱g溫度以及焊后緩冷等工藝措施丹擎,達(dá)到防止冷裂紋及改善熱影響區(qū)韌性的目的。(金屬導(dǎo)報(bào))

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