王向成
(武鋼技術(shù)中心湖北武漢430081)
摘 要:介紹了日本、韓國、歐洲和國內(nèi)近年來在新一代鋼鐵材料方面的研究進(jìn)展情況,并對日本在800MPa超細(xì)晶粒鋼、1500MPa超高強(qiáng)度鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼等的研究成果和將來的研究項(xiàng)目進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
關(guān)鍵詞:新一代鋼鐵材料;超細(xì)晶粒鋼;超高強(qiáng)度鋼;耐熱鋼;耐腐蝕鋼
1.3 世界其他國家的研究
根據(jù)日本方面的看法,在該項(xiàng)研究中,以日本、韓國、中國為代表的東亞居世界領(lǐng)先水平,研究和學(xué)術(shù)交流也最為活躍。在實(shí)際軋機(jī)上生產(chǎn)的超細(xì)晶粒鋼分別達(dá)到3μm、4μm、5μm。
韓國在1998年開始的5 年計(jì)劃中推出了Hipers-21項(xiàng)目,其第一期研究與日本的STX-21項(xiàng)目一樣,正在推進(jìn)采用變形誘發(fā)動(dòng)態(tài)相變(strain induced dynamic transformation) 來細(xì)化晶粒的超細(xì)晶粒鋼研究,已取得了重大進(jìn)展,主要研究開發(fā)800MPa 級結(jié)構(gòu)鋼、600MPa 級耐候鋼和1500MPa 級螺栓鋼。為了更好地進(jìn)行新一代鋼鐵材料的研究和生產(chǎn),他們還量身定制了一套新型軋機(jī),從設(shè)備上保證項(xiàng)目的順利開展。他們研制的超細(xì)晶粒鋼的平均晶粒直徑在鋼板表面已達(dá)到2～3μm ,在鋼板中心部位為5μm。2003～2007年的第二期研究將在第一期取得的成果的基礎(chǔ)上,進(jìn)行以下4 個(gè)方面的研究。
(1) 研究開發(fā)出新的超細(xì)晶粒鋼的生產(chǎn)方式;
(2) 開發(fā)出新的超細(xì)晶粒鋼生產(chǎn)方式的中間試驗(yàn)設(shè)備;
(3) 進(jìn)行超細(xì)晶粒鋼生產(chǎn)技術(shù)的鑒定;
(4) 開展在大型結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用超細(xì)晶粒鋼的研究等。
在歐洲,從2000 年起,作為一年期的EU 項(xiàng)目,他們調(diào)查了1μm 晶粒鋼的性能,并以評價(jià)其有效性為目的,進(jìn)行了以大壓下冷軋+ 退火為中心的研究。并且從2001 年啟動(dòng)了時(shí)間為3 年的以民間企業(yè)和大學(xué)為中心的ECSC(歐洲煤鋼聯(lián)盟) 項(xiàng)目,以鋼的高強(qiáng)度化為主要著眼點(diǎn),開展了微細(xì)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的開發(fā),項(xiàng)目成果的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑸婕捌?、建筑、社會基礎(chǔ)設(shè)施、管線等。其目標(biāo)是研制出實(shí)用化的2～3μm晶粒的鋼,為此而開發(fā)了超高速冷卻法,沒有對整個(gè)生產(chǎn)工藝作大幅度變動(dòng),從熱軋材料到生產(chǎn)過程、測控等各環(huán)節(jié)都在進(jìn)行高效率的研究開發(fā)。鋼的焊接性受到重視,正開展用沖孔栓接代替點(diǎn)焊的實(shí)驗(yàn)。從2002年到2007年開始新的
ECSC2002項(xiàng)目,探索鋼的高性能、耐久性、可循環(huán)使用性等。
美國至今尚未見到有關(guān)超細(xì)晶粒鋼的研究項(xiàng)目,但克林頓總統(tǒng)在2000年全美納米技術(shù)研創(chuàng)大會上發(fā)表的講話中說,開發(fā)10倍于鋼鐵的強(qiáng)度、而重量僅是其幾分之一的材料,是一個(gè)偉大的挑戰(zhàn)。其研究開發(fā)動(dòng)向也值得我們關(guān)注。
2 國內(nèi)的研究
我國新一代鋼鐵材料的研究也取得了可喜的進(jìn)展,1998年啟動(dòng)了國家973項(xiàng)目—新一代鋼鐵材料重大基礎(chǔ)研究。其最終目的是將占我國鋼產(chǎn)量60%以上的碳素鋼、低合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼等的強(qiáng)度和壽命提高1倍。據(jù)測算,如果這3類傳統(tǒng)鋼材的一半被新一代鋼鐵材料所取代,則每年可少用1500t成品材,直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)450億元,間接經(jīng)濟(jì)效益更為可觀,如可減少鋼廠的建設(shè)、礦山的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資、減少資源損失和對生態(tài)環(huán)境的污染等。
該項(xiàng)目首席科學(xué)家翁宇慶在日本的一次講話中說,我國新一代鋼鐵材料研究已開始進(jìn)入實(shí)生產(chǎn)階段。寶鋼、武鋼、鞍鋼、攀鋼等企業(yè)均在積極開展此項(xiàng)研究。2002年6月前后,攀鋼與鋼鐵研究總院用Q235為試驗(yàn)鋼,以獨(dú)特的工藝技術(shù)路線,進(jìn)行了第一輪超細(xì)晶粒鋼的工業(yè)性試生產(chǎn),利用變形誘導(dǎo)鐵素體相變和鐵素體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶原理,獲得了晶粒尺寸5～6μm的超細(xì)晶粒鋼。在東風(fēng)汽車公司進(jìn)行的用戶沖壓汽車零件試驗(yàn)中,合格率達(dá)到了100%。這是我國首例在現(xiàn)役軋機(jī)上生產(chǎn)超細(xì)晶粒鋼的報(bào)道。
武鋼的新一代鋼鐵材料研究也取得了重要進(jìn)展,武鋼投入了大量人力和物力來研究開發(fā)該系列鋼。在“超細(xì)晶粒鋼的焊接研究”課題開發(fā)上,目前,武鋼已冶煉、軋制出了超細(xì)晶耐候鋼和800MPa超細(xì)晶粒鋼,并進(jìn)行了800MPa超細(xì)晶鋼的氣體保護(hù)焊絲化學(xué)成分的設(shè)計(jì),冶煉、軋制出了試驗(yàn)盤條。在“新一代超細(xì)晶800MPa級鋼中厚板的研究”課題開發(fā)上,武鋼進(jìn)行了兩輪實(shí)驗(yàn)室試制,采用RPC工藝進(jìn)行了軋制試驗(yàn),明確了Mo、Ti對性能的影響和Mg部分代替Al脫氧對鋼質(zhì)的影響以及RPC工藝的重現(xiàn)性與穩(wěn)定性。利用DB685鋼在現(xiàn)場進(jìn)行了第一輪半工業(yè)性試制,得到了所希望的超細(xì)晶粒鋼,屈服強(qiáng)度達(dá)到了800～900MPa。在超細(xì)晶355MPa級碳素鋼熱連軋板的研究上,武鋼利用碳素鋼Q235進(jìn)行了一輪工業(yè)性軋制試驗(yàn),完成了力學(xué)性能和組織檢驗(yàn),鋼板的屈服強(qiáng)度為390～410MPa,抗拉強(qiáng)度為510～535MPa。試驗(yàn)結(jié)果表明,通過采用形變誘導(dǎo)軋制技術(shù),可使碳素鋼的屈服強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)翻番。新一代超細(xì)晶高強(qiáng)度耐候鋼的研究課題,按照形變誘導(dǎo)鐵素體相變進(jìn)行了試驗(yàn)鋼的軋制,完成了試驗(yàn)鋼的組織和力學(xué)性能檢測,達(dá)到了預(yù)定指標(biāo)要求。目前,武鋼正在加大超細(xì)晶鋼的試制力度,以盡快使其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。
北京鋼鐵總院成功地開發(fā)出了1300MPa級的高強(qiáng)度螺栓鋼42CrMoVNb,該鋼具有微細(xì)的顯微組織;在約550℃以上回火時(shí)有合金碳化物析出,從而產(chǎn)生二次硬化;具有良好的強(qiáng)韌性配合,其耐延遲斷裂性能、缺口敏感性和冷加工性均有顯著的提高。用該鋼試制的高強(qiáng)度螺栓已通過了汽車道路試驗(yàn)。
3 結(jié) 語
國際上新一代鋼鐵材料研究已經(jīng)取得了重大進(jìn)展,特別是東亞的日、韓兩國,均完成了前半期的研究,并開始在現(xiàn)場軋機(jī)上軋出了超細(xì)晶粒鋼。日本在實(shí)驗(yàn)室研究中,甚至用小規(guī)格試樣獲得了平均晶粒0.5μm的超細(xì)晶。我國新一代鋼鐵材料研究起步雖然稍晚,勢頭非常好,并在現(xiàn)場軋機(jī)上軋出了平均晶粒5μm左右的超細(xì)晶粒鋼。
新一代鋼鐵材料以其低廉的成本、優(yōu)良的性能和對環(huán)境的親和性而倍受世人關(guān)注,是功在當(dāng)代,惠及子孫萬代的事業(yè),也是決定鋼鐵企業(yè)未來生存和發(fā)展的關(guān)鍵。我國在成為第一產(chǎn)鋼大國后,如何成為鋼鐵強(qiáng)國,新一代鋼鐵材料的研究有可能成為試金石,無疑,它給我們提供了一個(gè)難得的契機(jī),因?yàn)閺娜澜鐏砜?各國新一代鋼鐵材料研究基本上處在從實(shí)驗(yàn)室研究開始向工業(yè)性試生產(chǎn)過渡的階段,大家基本上在一條起跑線上。只要我們決策正確、措施得當(dāng)、全力以赴,是可以利用這一契機(jī),實(shí)現(xiàn)由鋼鐵生產(chǎn)大國向鋼鐵生產(chǎn)強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變的。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
新一代鋼鐵材料研究的進(jìn)展（四）
發(fā)布時(shí)間：2011年03月25日 點(diǎn)擊數(shù)：
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