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基本信息

項(xiàng)目名稱：
基于快速相變的一種新型亞微米鋼生產(chǎn)工藝
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
(1) 將普通碳錳鋼Q235的鐵素體晶粒細(xì)化至4μm以下，從而大幅度提高鋼板的強(qiáng)度，獲得良好的力學(xué)性能。(2) 以低合金高強(qiáng)鋼為對(duì)象，在微米-亞微米尺度下進(jìn)行復(fù)相化組織控制，以改善微米-亞微米晶鋼的綜合力學(xué)性能。(3) 開(kāi)發(fā)出一套適合于超微細(xì)復(fù)相組織高強(qiáng)、超高強(qiáng)鋼大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的組織性能控制理論及軋制工藝。
詳細(xì)介紹：
伴隨著低碳經(jīng)濟(jì)的提出，汽車(chē)等行走機(jī)構(gòu)的減重是降低油耗的主要途徑，同時(shí)也是減少二氧化碳廢氣排放量的最有效對(duì)策。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)車(chē)重每減輕1%，油耗可降低0.6~1.0%。另外，隨著沖撞安全性標(biāo)準(zhǔn)逐年提高，須通過(guò)提高車(chē)體強(qiáng)度、剛度并優(yōu)化結(jié)構(gòu)以保證其安全性。針對(duì)這樣的社會(huì)需求，利用材料的高強(qiáng)度化，使汽車(chē)在安全性和重量方面保持更好的平衡成為一種有效可行的手段。從工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展預(yù)測(cè)來(lái)看：工程機(jī)械是投資拉動(dòng)行業(yè)，受?chē)?guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)政策，尤其是基礎(chǔ)建設(shè)投資影響較大；目前，我國(guó)仍處于基礎(chǔ)設(shè)施投資高速增長(zhǎng)階段，未來(lái)3年工程機(jī)械企業(yè)將廣泛受益。因此，開(kāi)發(fā)低成本高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼具良好的應(yīng)用前景。 （1）本實(shí)驗(yàn)以細(xì)晶強(qiáng)化為著眼點(diǎn)，采用感應(yīng)加熱的方法，對(duì)鋼板進(jìn)行了快速加熱處理，研究了鋼板快速加熱工藝實(shí)現(xiàn)的方法和措施。通過(guò)奧氏體晶粒的超細(xì)化及對(duì)其相變行為的有效控制獲得一種實(shí)現(xiàn)低碳結(jié)構(gòu)鋼組織超細(xì)化控制的新思路。 （2）通過(guò)熱軋，獲得鐵素體+珠光體組織，溫軋的溫度低于奧氏體化溫度，其目的為將滲碳體組織破碎，使?jié)B碳體更加彌散均勻，為隨后的加熱過(guò)程提供更多的形核點(diǎn)，快速加熱軋制實(shí)驗(yàn)是工藝的核心內(nèi)容，利用快速加熱的機(jī)理，使試樣迅速達(dá)到奧氏體化溫度以上，且因?yàn)槎虝r(shí)間保溫，奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，隨即被冷卻軋制，軋制變形的作用，為相變提供了較大的形變能，導(dǎo)致相變迅速，且配合隨后的冷卻過(guò)程，最終得到晶粒非常細(xì)小的組織，達(dá)到預(yù)期設(shè)想的目的。 （3）一般生產(chǎn)晶粒細(xì)化鋼種都是利用超快冷的指導(dǎo)思想，但是這種方法經(jīng)過(guò)大家普遍的嘗試并沒(méi)有達(dá)到理想的效果，而且大生產(chǎn)當(dāng)中也是很難以實(shí)現(xiàn)的，本文通過(guò)逆向思考，采取超快速加熱的思維方式，最終優(yōu)化工藝路線，得到了預(yù)期晶粒細(xì)化的目標(biāo)，采取逆向思維，這是在科研實(shí)踐中必不可少的環(huán)節(jié)，希望這種新型的工藝會(huì)為新世紀(jì)的中國(guó)鋼鐵事業(yè)帶來(lái)嶄新的篇章。

作品圖片

  • 基于快速相變的一種新型亞微米鋼生產(chǎn)工藝
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作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

通過(guò)奧氏體晶粒超細(xì)化及相變控制獲得組織超細(xì)化結(jié)構(gòu)鋼的新思路。利用預(yù)變形導(dǎo)致基體形核點(diǎn)增大，快速升溫實(shí)現(xiàn)奧氏體形核率大于長(zhǎng)大速度，短時(shí)保溫限制奧氏體長(zhǎng)大，快速冷卻大變形，使奧氏體發(fā)生相變生成細(xì)小組織的超細(xì)晶鋼；通過(guò)對(duì)控軋控冷前段工序施加影響，對(duì)奧氏體組織及晶粒大小控制，實(shí)現(xiàn)奧氏體超細(xì)化，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織超級(jí)細(xì)化高強(qiáng)度超強(qiáng)鋼；得到抗拉強(qiáng)度大于1200MPa，延伸率13%，晶粒尺寸0.5微米的亞微米高強(qiáng)鋼

科學(xué)性、先進(jìn)性

以細(xì)晶強(qiáng)化為著眼點(diǎn)，用感應(yīng)加熱對(duì)鋼板進(jìn)行快速加熱，通過(guò)奧氏體晶粒的超細(xì)化及相變控制獲得組織超細(xì)化結(jié)構(gòu)鋼。通過(guò)熱軋，獲得鐵素體珠光體組織，在600度軋制，將滲碳體組織破碎，使?jié)B碳體彌散均勻，為加熱過(guò)程提供更多的形核點(diǎn)，快速加熱軋制是工藝的核心內(nèi)容，利用快速加熱使試樣迅速達(dá)到奧氏體化溫度以上，短時(shí)保溫，奧氏體晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大，即被冷卻軋制，軋制變形的作用，為相變提供了形變能，使相變迅速，且配合隨后的冷卻過(guò)程，得到晶粒細(xì)小的組織。生產(chǎn)細(xì)晶粒鋼種一般利用超快冷的方法，但其只能把晶粒細(xì)化至4微米，本文通過(guò)對(duì)奧氏體控制，采取快速加熱的方法優(yōu)化工藝路線，得到了晶粒細(xì)化強(qiáng)度更高的超高強(qiáng)亞微米鋼。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

有論文發(fā)表 Min Zhou, Linxiu Du, Zhongshang Zhou, Xianghua Liu, Hao Guan. Effects of Rolling Schedul,es on Mechanical Properties and Microstructure in an Ultrafine Grain Steel [C] (ISMST 2010)。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

可以與鋼鐵企業(yè)聯(lián)合研發(fā)，依托于設(shè)備的改進(jìn)或完善，深化其在鋼鐵材料領(lǐng)域的推廣，提升材料競(jìng)爭(zhēng)力。

作品可展示的形式

圖片，樣本

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本研究提出以超細(xì)復(fù)相組織的思路來(lái)有效的降低超細(xì)晶鋼的屈強(qiáng)比。本研究所開(kāi)發(fā)的超細(xì)晶粒鋼可以廣泛應(yīng)用汽車(chē)等行走機(jī)構(gòu)、工程機(jī)械等，替代現(xiàn)有的Q235和Q345鋼板，實(shí)現(xiàn)大幅的減重，降低成本。汽車(chē)車(chē)重每減輕1%，油耗降低0.6~1.0%。隨著沖撞安全性標(biāo)準(zhǔn)提高，須通過(guò)提高車(chē)體強(qiáng)度、剛度以保證其安全性。本研究開(kāi)發(fā)的超細(xì)晶粒鋼具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景，在為企業(yè)創(chuàng)造可觀經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)為企業(yè)實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益。

同類(lèi)課題研究水平概述

20世紀(jì)末興起的納米科技，使人們不再滿足于1微米的定位，亞微米、納米尺度的超細(xì)組織成為新的研發(fā)目標(biāo)。微米級(jí)、亞微米級(jí)和納米級(jí)超細(xì)晶粒鋼業(yè)已成為先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料的研發(fā)熱點(diǎn)。下面簡(jiǎn)要介紹各種超細(xì)晶鋼的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 1.微米級(jí)(10至1微米)超細(xì)化 熱機(jī)械控制處理(T米CP)是鋼板生產(chǎn)中不可或缺的成熟技術(shù)，在通常的大工業(yè)生產(chǎn)中，熱機(jī)械處理工藝(T米CP)所能獲得的最小晶粒尺寸為5微米。而新日鐵最近開(kāi)發(fā)出新型T米CP工藝并成功地應(yīng)用于制造具有表面層超細(xì)鐵素體晶粒的厚鋼板(SUF鋼板)。這種鋼板的裂紋擴(kuò)展抗力高、低溫韌性優(yōu)異。我國(guó)超級(jí)鋼研究項(xiàng)目已經(jīng)在寶鋼2050熱連軋機(jī)上進(jìn)行了兩輪工業(yè)實(shí)驗(yàn)，利用SIDTR將SS400鋼的晶粒細(xì)化到5微米左右，強(qiáng)度提高了約一倍。 2.亞微米級(jí)(1微米至100納米)超細(xì)化 有關(guān)亞微米鋼的研究始于上世紀(jì)八十年代末。目前能夠獲得亞微米鋼的方法都可以歸結(jié)到強(qiáng)烈塑性變形(SPD)范疇。這些方法包括旋擠、等角擠壓(ECAP)、累積疊軋焊(ARB)、逆相變和多向變形加工等。除了多向軋制呈現(xiàn)出一定的工業(yè)應(yīng)用潛力以外，其它方法由于尺寸和可操作性的限制距離實(shí)際應(yīng)用尚有很大的距離。 日本研究者發(fā)明的ARB法將薄板反復(fù)疊片、軋制并使其自動(dòng)焊合。含Ti的IF鋼經(jīng)過(guò)5次500攝氏度的ARB循環(huán)后，晶粒之間的位向差很大，晶粒尺寸減小到500納米以下。不過(guò)，由于分層內(nèi)界面的存在，ARB方法制備的亞微米鋼塑性較差。 利用冷軋馬氏體引發(fā)的逆相變可以將低合金鋼和高合金鋼的奧氏體晶粒細(xì)化到亞微米尺度。 3.我們關(guān)于亞微米級(jí)超細(xì)晶鋼的研究 本研究發(fā)明了一種制造亞微米化超細(xì)晶熱軋帶鋼的方法，具體包括冶煉與精煉、加熱、鍛造、第二次加熱、熱軋、再加熱、溫軋、超快速加熱、大壓下軋制等工藝過(guò)程，其是在碳錳結(jié)構(gòu)鋼成分的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加Nb、V、Ti微合金元素和采用形變誘導(dǎo)鐵素體相變技術(shù)生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度800兆帕以上，延伸率在15%左右高強(qiáng)鋼，其金相組織晶粒尺寸為0.4至1微米鐵素體與珠光體雙相組織；相似的，本研究同時(shí)提供一條生產(chǎn)線，最大限度的提高低碳微合金鋼的力學(xué)性能，以發(fā)揮成分最大優(yōu)勢(shì)、利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。
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