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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：
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)，汽車車重每減輕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，須通過提高車體強(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)來看：工程機(jī)械是投資拉動(dòng)行業(yè)，受國(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3年工程機(jī)械企業(yè)將廣泛受益。因此，開發(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)過大家普遍的嘗試并沒有達(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)相組織的思路來有效的降低超細(xì)晶鋼的屈強(qiáng)比。本研究所開發(fā)的超細(xì)晶粒鋼可以廣泛應(yīng)用汽車等行走機(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。汽車車重每減輕1%，油耗降低0.6~1.0%。隨著沖撞安全性標(biāo)準(zhǔn)提高，須通過提高車體強(qiáng)度、剛度以保證其安全性。本研究開發(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，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程，其是在碳錳結(jié)構(gòu)鋼成分的基礎(chǔ)上，通過添加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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