超级钢的发展与现状

超级钢的发展与现状超级钢是在压轧时把压力增加到通常的5倍，并且提高冷却速度和严格控制温度的条件下开发成功的。其晶粒直径仅有1微米，为一般钢铁的1/10～1/20，因此组织细密，强度高，韧性也大，而且即使不添加镍、铜等元素也能够保持很高的强度。在750摄氏度下施加压力，这种超级钢组织内部的微粒不变形，而会斜向滑动，因此两块钢板表面的微粒能够相互渗入，密切接合，呈现2倍于一般钢铁的超可塑性。这种技术叫做“扩散接合技术”。与现在使用的高温焊接技术相比，其优点是没有焊接痕迹，没有因此而发生的强度劣化现象。这将大大提高各种钢铁加工产品的质量。超级钢的开发应用已经成为国际上钢铁领域令人瞩目的研究热点。微晶钢具有其它任何钢材都不具有的优异性能--超强的坚韧性,故被视为钢铁领域的一次重大革命.。.中国是目前世界上唯一实现超级钢的工业化生产的国家，其它国家的超级钢尚未走出实验室。超级钢是通过各种工艺方法将普通的碳素结构钢的铁素体晶粒细化，进而使其强度有大幅度提高的钢材．超级钢是20世纪90年代末为更好地利用钢铁材料在使用性能上的优势，并进一步改进传统钢铁材料的一些不足，减少材料消耗，降低能耗而研制的新材料，其主要目的在于解决传统钢铁材料在强度、寿命上的不足．同传统钢铁材料相比，超级钢具有高性能、低成本的特点超级钢是20世纪90年代末为更好地利用钢铁材料在使用性能上的优势，并进一步改进传统钢铁材料的一些不足，减少材料消耗，降低能耗而研制的新材料［!］。其主要目的在于解决传统钢铁材料在强度、寿命上的不足。同传统材料相比，超级钢具有以下特点：32比传统钢铁材料有更高的性能价格比；42强度比传统钢铁材料高!倍以上；52使用寿命比传统钢铁材料高!倍；62基本消除宏观偏析。因此，超级钢必须具有超细晶粒，高均匀性和超纯净度。超级钢生产中的关键技术在超级钢实际生产中有&大技术难题。12721洁净化技术各类高洁净钢是20世纪90年代的研究热点。洁净化的含义，一是最大限度地去除钢中3、7、1、5、6（有时包括4）等杂质元素的含量；二是严格控制钢中夹杂物的数量、成分、尺寸、形态及分布。目前工业生产中钢水的洁净度已从普通钢的387818685!%*#2!#’+降低到经济洁净钢的387818685!!%#2!#’+。国外一些先进钢厂对3、7、1、6、5的总量已控制在*#2!#’+以下，达到超洁净钢的水平，且具有进一步降低的趋势。目前武汉钢铁公司生产的管线钢的3含量已经达到3!###%!的水平，最低3含量可达####*!，达到国际先进水平［%］。目前在现有钢铁生产工艺不做大变革的前提下，用现有的冶炼、精炼手段将钢中众多的杂质元素降到*#2!#’+的水平，除了要解决工程上的问题外，还有许多基础理论上的问题须解决。12727高均匀性技术高均匀性是指成分、组织和性能的高度均匀。已有试验表明，材料微区结构越均匀，所对应材料的抗冲击性能越高。因此，要尽可能地减少钢在凝固过程中的偏析。在实际生产中须解决如何实现“零过热度”浇注的一系列问题等。!#$超细晶技术金属材料的强化方式有固溶强化、析出强化、位错强化和晶粒细化强化等。在这些强化方式中，晶粒细化强化是唯一能够同时提高强度和韧度的有效方法。其他方法都是在强度提高的同时，冲击韧度下降。因此获得超细晶粒金属材料的加工工艺非常重要。实际生产中不仅要求钢的铸态组织充分细化，消除柱状晶粒，还要求在加热轧制、轧后冷却上能保证晶粒不粗化，原始晶粒能被充分破碎。超细晶粒是指晶粒尺寸达到%$&$!’，实现晶粒细化的措施主要有#个：%在奥氏体再结晶区轧制时，通过再结晶细化晶粒；&在奥氏体未再结晶区轧制时，施加大压下量，增加形变奥氏体有效形核面积；’通过轧后快冷，来增加铁素体的形核数目。在不加任何合金元素的情况下通过控制各项轧制和冷却工艺参数来细化晶粒是最有效的方法。实践证明，通过上述#种技术的综合应用，可使钢的韧度获得大幅度提高。超级钢典型生产工艺介绍。在一定工艺条件下，将材料通过两道成(形状凹模模子轧制，将大变形施加于试样上，通过反复轧制获得总体上的大应变，进而细化晶粒。此方法虽然可成功获得超细晶粒，但不能用于批量的工业生产。为使其适用于批量生产，堆叠的钢板在轧制的同时进行熔合（轧制)熔合），原则上获得的应变是无止境的。目前，该工艺已成功应用于超细晶粒*+（$$合金）、*+),-（./#合金）和01钢的生产中。#$弛豫析出控制相变技术通过弛豫析出控制技术可明显细化组织，在变形奥氏体的弛豫过程中，发生回复形变与诱导析出。回复使晶内位错密度下降，位错组态发生变化，逐步形成胞状结构。这些胞的边界在随后的相变过程中可能引起促进新相形核抑制长大的作用，从而细化转变组织。在位错上产生的应变诱导析出对细化更有用，这些析出物在长大、粗化时，周围形成溶质贫化区，从而与基体间共格关系逐步消失，出现了新的异相界面，这些异相界面又是冷却时新相的有利形核位置，促进晶内形核。目前，该技术的研究主要集中于钢的铁素体转变，而奥氏体析出对非平衡组织贝氏体或马氏体形核长大的影响，尚缺乏系统研究［2］。超级钢国内外研究现状为了提高钢铁材料的竞争力并使构件轻型化，20世纪90年代中期，日本提出“超级钢”概念，继日本之后，世界钢铁协会又组织#.家北美、西欧钢厂和汽车厂开展“超轻钢车身”项目研究。与此同时，韩国、欧盟也相继组织力量研发新一代钢铁材料。$33/年，我国启动了国家重大基础研究计划项目（34#项目），新一代钢铁材料的基础研究课题首批进入了这一项目［4］。这个课题主要由#所大学，!个研究所，#个钢铁集团组成，约有$/位教授和专家代表了本次科学家工作团体。该课题的目标是在生产成本基本不增加的前提下将现有的结构用钢的强度指标提高$倍，并满足韧度和各种使用性能的要求，追求超细晶技术，洁净化技术和均匀化技术的结合。这个计划开发了#种原始钢级普通碳钢。细晶强化是可以提高钢材强度而不恶化韧度的一种强化方式。关于晶粒的超细化，国内外已进行了广泛研究，实验室内采用各种变形工艺已能够使晶粒细化到=!’以下，但在工业生产中生产出性能全部达标的超级碳钢，未见公开报道［/］。而我国开发的=,56、/,56级超级碳钢，现已投入实际生产，并正在应用推广之中，该项技术处于世界领先水平。6超级钢在汽车生产中的应用现状!年$月!#日中国第一汽车集团公司和上海宝山钢铁股份有限公司签订了用=,56超级钢代替D.$制造平头货车发动机前悬置梁的新产品试制协议书（协议书号为：DE@)$2)$）。产品规格为.’’F$.’’，定货总量为!G。新产品于!年$$月!4日进行热轧生产，性能检验全部合格，屈服强度达到=,56，用于冲压发动机前悬梁，无一废品。!$年.月，一汽集团将厚度为.’’、2’’规格的=,56级超级钢用于汽车底盘发动机后悬梁、内上加强板、左!右纵梁、下支撑后簧前支架、托板后簧前支架、左!右加强板前簧支架和左支撑板前簧后支架等冲压件。#$$%年&’(月，)$$*+,级超级钢（-..、/..），被用于生产汽车底盘横梁，性能检验结果合格。截止到#$$#年%%月，宝钢累计生产)$$*+,级超级钢-&$$0，该产品分别被一汽集团、东风汽车集团等汽车制造厂应用到冲压卡车底盘横梁、纵梁等数十种零部件上，并获得了极大的成功。超级钢在汽车生产中的应用前景超级钢是在不改变原钢种成分，不提高材料制造成本基础上通过控制轧制温度及工艺，将材料强度和寿命提高%倍的一种新型钢种。因此，它具有高性能、低成本的特点。如果将超级钢应用于汽车生产中不仅可以降低国产汽车的成本，提高汽车质量，增强国产汽车参与国际竞争的能力，而且可以减小汽车质量、降低能源消耗和减少环境污染。因此，可以断言在不久的将来，超级钢将在中国及世界汽车行业中得到广泛的应用。