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日长春第一页，共四十九页。高品质特殊钢是发展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/应用过程中成本低第二页，共四十九页。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第三页，共四十九页。特殊钢行业近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—零件一体化技术第四页，共四十九页。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第五页，共四十九页。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第六页，共四十九页。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第七页，共四十九页。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第八页，共四十九页。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第九页，共四十九页。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第十页，共四十九页。特殊钢的生产工艺流程第十一页，共四十九页。普钢建成了先进流程（济钢）第十二页，共四十九页。形成了先进钢铁生产工艺流程普钢长形材高炉—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—钢管第十三页，共四十九页。形成特殊钢材的专业化生产线棒线材电炉（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—锻件加工第十四页，共四十九页。按合金、性能和产量划分特钢第十五页，共四十九页。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&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第十六页，共四十九页。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、武器等第十七页，共四十九页。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/年第十八页，共四十九页。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，易于加工制造第十九页，共四十九页。案例第二十页，共四十九页。Sanyo的夹杂物评估技术

从高洁净钢到超高洁净钢Thelargestinclusionsobservedineachofthirtysampleswitha100mm2testareaConventionalhighcleanlinesssteel(oxygencontent:5ppm)Premiumcleanlinesssteel(oxygencontent:5ppm)第二十一页，共四十九页。不锈钢中氮含量不断提高第二十二页，共四十九页。氮合金化不锈钢

（1Cr22Mn15N）第二十三页，共四十九页。大同特殊钢公司高均匀度模具钢第二十四页，共四十九页。大同特殊钢公司非調質鋼技术第二十五页，共四十九页。神户制钢气阀弹簧钢市场占有率逐年提高第二十六页，共四十九页。Sandvik公司蒸汽发生器用换热器管第二十七页，共四十九页。起落架用超高强度钢公称横截面积cm2方向RmMPaRp0.2MPaA%AKJ/cm2645纵向186015153049645—920横向1860151530291860151525294340300MAF1410A100第二十八页，共四十九页。超高强度钢发展第二十九页，共四十九页。高品质基础件用特殊钢齿轮钢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]5ppm第三十页，共四十九页。GST技术提高耐延迟断裂性能

晶界G+组织S+陷阱控制T—MoV合金化+工艺

GSTtechnologytoimprovedelayedfracture第三十一页，共四十九页。IST技术提高抗疲劳性能

FatiguelimitimprovedbyIST

（夹杂I+组织S+陷阱控制T—CrNiMoV合金化+工艺）第三十二页，共四十九页。性能提高的潜力以硬度提高为例第三十三页，共四十九页。Theprecipitationofcarbontemperedat150℃temperedat165℃第三十四页，共四十九页。极端马氏体组织

EAF-VIM

4340第三十五页，共四十九页。ASB组织形貌ASB组织形貌ASB断口形貌第三十六页，共四十九页。高分辨原子像第三十七页，共四十九页。ASB的组织形态超细组织衍射斑点100nm第三十八页，共四十九页。需要关注钢的发展纯铁<111>方向的实测抗拉强度为13.1GPa，（S.S.Brenner,J.Appl.Phys.,27(1956),854.）第三十九页，共四十九页。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……第四十页，共四十九页。特殊钢怎么办第四十一页，共四十九页。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……第四十二页，共四十九页。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、科技发展评估第四十三页，共四十九页。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）……第四十四页，共四十九页。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第四十五页，共四十九页。解决措施之一现有国内企业合作特钢企业模具钢汽车钢第四十六页，共四十九页。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……第四十七页，共四十九页。特殊钢多样化提供了更多的发展空间第四十八页，共四十九页。内容总结高品质特殊钢技术发展的思考。董瀚。2013年7月31日长春。疲劳/延迟断裂/腐蚀/蠕变。生产/加工/应用过程中。品种开发能力、特殊钢关键品种