高品质特殊钢技术发展的思考

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日长春高品质特特殊钢是是发展方方向高质量高性能环境友好低成本窄化学成分高纯净度高均匀度组织控制高尺寸精度高表面质量力学性能强度和韧性服役性能疲劳/延迟断裂/腐蚀/蠕变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行业近期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行业近期期关注提高质量窄化学成分、高纯净度、高均匀度、精细组织、高尺寸精度、高表面质量高端品种高铁轮对、能源装备、大型飞机、石油化工、武器装备……流程再造资源供应、环境保护、市场需求物质、能量、时间、空间新型材料高强高韧钢、长寿命钢、低成本钢钢材—零件一体化技术高品质特特殊钢的的关键技技术高洁净度度化学冶冶金与精确控制制化学成分技术凝固过程程的洁净净度与均均匀度控控制技术术板（方、、圆）坯坯连铸、大大锭型模模铸、大大锭型电电渣的凝固控制制技术高品质特特殊钢的的轧制（锻造））工艺技技术提高钢材尺寸寸精度与表面质质量在线热处处理技术术后步精整整热处理理技术研究组织调控控技术与与缺陷检测测控制技术特殊钢品品种的应应用技术术研发建设品种、工艺流程、装备、在线检测测技术集集成的生产示范线，，推动特殊钢技术整体的进步特殊钢产产品需要要关注的的共性问题特殊钢的的洁净度度水平特殊钢产品的均均匀度模具钢等等向性齿轮钢带带状组织织、淬透透性带宽宽特殊钢产品的质量稳定性和和一致性性特殊钢产品的尺寸精度产品的稳稳定性和和一致性性生产工艺艺流程的不断优优化品种开发发能力、特殊钢关键品种种的特征关键工艺艺技术，，尤其与与设备的的相关性生产工艺艺流程的在在线控制制，尤其其是成分分的精确确控制，，轧制模模型的动动态调整整在线热处处理、在在线探伤伤、在线线精整原材料品质特殊钢产品的均均匀度碳和合金元素的分分布均匀分布布夹杂物（（硫化物、、氧化物物）分布不均均匀钢材硬度分布需更更加均匀，提高加工性能能化学成分的偏偏析控制降低低热处理变变形特殊钢产品的尺寸精度使用高精度轧轧机，如如kocks轧机，提高棒材的尺尺寸精度度生产高精度管管材，采采用同样样牌号的的锅炉管管，使用用国内管管材的机机组效率率需要提高高扁钢边角角锐度需要达到到先进水水平技术的支支撑作用用市场需求求与企业业结构产品质量钢材品种工艺技术生产流程特殊钢的的生产工工艺流程程普钢建成成了先进进流程（（济钢））形成了先先进钢铁铁生产工工艺流程程普钢长形材高炉—转炉—连铸—热连轧—钢筋、线材、型钢普钢薄钢板高炉—转炉—精炼—连铸—热连轧—冷连轧—薄板热轧中厚板转（电）炉—连（模）铸—热轧—热处理—钢板不锈钢薄钢板三步法冶炼—连铸—热连轧—冷连轧—不锈钢薄板特钢长形材电（转）炉—精炼—连铸—连轧—精整热处理—棒线材特钢锻材特冶—模铸—快锻—径锻—热处理—粗加工—锻材无缝钢管电炉—精炼—连铸—轧管—精整热处理—钢管形成特殊殊钢材的的专业化化生产线线棒线材电炉（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、、性能和和产量划划分特钢钢优特钢合金不锈钢合金特钢生产和应用量特钢企业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&MHüttenwerkeKruppMannesmannSSABDillingerHüttenwerkeNisshin废钢电弧炉日本大同Republic德国LSWTenarisV&MIndusteelAcerinoxOtokumpuSidenorDEW日本爱知Georgsmarienhütte特殊冶金CarpenterDEWSandvikSumitomoSMCATILatrobeA&DErasteelCrucible特殊钢是是不断发发展的新新材料因为需求求在不断断发展如汽车、、能源、、武器等等特殊钢工业基础础材料和和不断发发展的新新材料轴承钢产产量400万吨/年高速钢产产量10万吨/年特钢产品品的主要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的夹杂物评评估技术术从高洁净净钢到超超高洁净净钢Thelargestinclusionsobservedineachofthirtysampleswitha100mm2testareaConventionalhighcleanlinesssteel((oxygencontent::5ppm)Premiumcleanlinesssteel(oxygencontent:5ppm)不锈钢中中氮含量量不断提提高氮合金化化不锈钢钢（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弹簧钢市市场占有率逐逐年提高高Sandvik公司蒸汽汽发生器器用换热器器管起落架用用超高强强度钢公称横截面积cm2方向RmMPaRp0.2MPaA%AKJ/cm2645纵向186015153049645—920横向1860151530291860151525294340300MAF1410A100超高强度度钢发展展高品质基基础件用用特殊钢钢齿轮钢1200MPa-1600MPa1500MPa-11000MPa螺栓钢12.9KISCC30MPam1/216.9KISCC30MPam1/2弹簧钢1800MPa-10.3b2000MPa-10.5b轴承钢L10106[O]10-15ppmL10109[O]5ppmGST技术提高高耐延迟迟断裂性性能晶界G+组织S+陷阱控制制T—MoV合金化+工艺GSTtechnologytoimprovedelayedfractureIST技术提高高抗疲劳劳性能FatiguelimitimprovedbyIST（夹杂I+组织S+陷阱控制制T—CrNiMoV合金化+工艺）性能提高高的潜力力以硬度提提高为例例Theprecipitationofcarbontemperedat150℃℃temperedat165℃℃极端马氏氏体组织织EAF--VIM4340ASB组织形貌ASB组织形貌貌ASB断口形貌貌高分辨原原子像ASB的组织形形态超细组织织衍射斑点点100nm需要关注注钢的发发展纯铁<111>方向的实实测抗拉拉强度为为13.1GPa，（S.S.Brenner,J.Appl.Phys.,27((1956),,854.）高强度、、耐腐蚀蚀耐高温、、抗低温温性能的极极限化发发展成本的持持续降低低质量的稳稳定性控控制……特殊钢怎怎么办大家的关关注应用用领域高铁动车车转向架架用车轮轮、车轴轴、轴承承等大飞机用用起落架架、结构构件、主主轴等火电机组组用钢核电机组组用钢新能源用用钢军工用钢钢……机器制造造用钢汽车用钢钢海洋开发发用钢……关于特殊殊钢清晰的各钢类的的发展方方向钢材质量量发展目目标国内外对对标企业业先进的生生产工艺艺模糊的有竞争力力的产品品企业形态态工艺流程程技术发发展品质的发发展方向向与用户的的关系历史、文文化、科科技发展展评估案例石钢的SBQ棒材（专专业化））兴澄特钢钢的SBQ棒线材（（专业化化）美国TIMLEN的轴承钢钢与轴承承（零部部件）方大特钢钢的弹簧簧钢与弹弹簧（零零部件））久立特材材的不锈锈钢管材材新兴铸管管的铸铁铁管（零零部件））江苏兴化化不锈钢钢（产业业集群））……特殊钢行行业特点点钢种和钢钢材品种种多质量要求求多元化化生产工艺