特殊钢质量提升及稳定化管控

钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute基础件用特殊钢质量提升的技术和管理问题探讨王忠英钢铁研究总院华东分院芜湖新兴铸管股份有限公司2016年09月22日整合资源实现共赢协同创新引领发展钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute提纲一、基础件用特殊钢的现状二、质量改进思路及关键技术措施三、稳定化生产的质量管控体系钢铁研究总院华东分院East钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——基础零部件行业的现状1、机械基础件(主要指：轴承、齿轮、弹簧、紧固件等)是装备制造业不可或缺的重要组成部分，是实现我国装备制造业由大到强转变的关键。2、我国机械基础零部件制造业已经形成门类较齐全、规模较大、具有一定竞争力的产业体系。国内市场占有率70%左右，重大装备配套水平显著提高，已成为机电产品出口大户，紧固件产量居世界第一位，液压元件、齿轮市场销售额居世界第二位，轴承和模具销售额居世界第三位。3、但零部件总体质量水平和品牌处于中低档，出口是以低价取胜，国内高端零部件的主要还是依靠进口。钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——国内外主要基础件制造企业零部件国外著名企业国内企业轴承SKF,NSK,FAG,TIMKEN，NTN，Koyo，ROLLAX人本，瓦轴、洛轴，上海集优，哈轴，天马重型变速箱美国伊顿，德国采埃孚法士特，綦江齿轮轿车变速箱采埃孚、爱信、JATCO、DSI、哥特拉克上汽、青山、精锻、奇瑞、北汽、宝骏风电齿轮Winergy,HansenTransmissions南高齿、华锐重工、重齿切割钢丝贝卡尔特、东京制钢、韩国高丽耐丝、常州凡登、兴达国际、恒星科技紧固件伍尔特(WURTH)，EJOT，卡迈锡(KAMAX),ITW(艾达),安国特东徽，春雨、恒耀、晋亿金鼎、时代汽车悬架弹簧Mubea,ThyssenKruppSpring,SogefiAllevard,日本/中央发条株式会社，大圆钢业中国弹簧、中瑞钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——国内外主要基础件用特殊钢企业零部件国外著名企业国内企业轴承钢OVAKO，山阳，神户，TIMKEN宝特、兴澄切割钢丝日本神户、新日铁、德国萨斯特青钢、武钢、宝钢、沙钢弹簧钢神户，大同，新日铁宝钢、南钢非调质钢新日铁、三菱制钢、大同制铁、英国工程用钢、法国SAFE公司宝钢、西宁特钢冷镦钢神户制钢、新日铁、JFE公司邢钢、宝钢齿轮钢大同知多厂、新日铁、德国蒂森兴澄、莱特钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——轴承钢质量对比日本轴承钢企业主要从降低氧含量入手，通过氧含量极低化来达到减少夹杂物含量和降低夹杂物尺寸的目的；OVAKO公司侧重从轴承寿命提升出发进行系统控制。国内轴承钢在高端产品和质量稳定性上与国外还有差距。主要表现在稳定性较差，全氧含量波动大，D类夹杂物和TiN夹杂物尺寸偏大、且不均匀，碳化物颗粒尺寸和分布不均匀，有时还出现异样组织。瑞典IQ级轴承钢氧含量4-6ppm，钛含量8-12ppm，最大夹杂物DS≤15um，且具有各向同性钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——切割钢丝及盘条质量对比Bekaert是全球钢丝拉拔产品及应用的领先者，在先进金属变形及镀膜方面具有核心技术，市场占有率达50%左右，其次是日本东京制钢、韩国高丽等。目前Bekaert公司有关于钢丝拉拔技术专利超过500项，并有19项特定的切割钢丝专利，从原料检测、热处理工艺、拉拔工艺及工装改进都形成了专利壁垒，处于垄断地位。国内切割钢丝生产厂已愈30余家，产能超过40万吨，但均无核心技术。从盘条原料而言，国外高端切割丝主要依赖日本神户、新日铁、德国萨斯特等优质盘条，通过对化学成分、纯净度和显微组织的控制，为切割钢丝提供稳定原料来源。国内青钢、武钢、沙钢是钢帘线的主要生产商，但在质量上与国外产品还有较大差距。钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——弹簧钢质量对比日本神户制钢是弹簧钢技术的世界领先者，尤其是在汽车悬架弹簧领域，如其开发的新型弹簧钢SRS60钢性能完全超越了Si-Cr、Si-Cr-Mo、Si-Cr-V系钢;日本大同特殊钢的饭久保知等人也开发了高强度的汽车悬挂弹簧钢ND250S(RK360(0.4%C-2.5%Si-0.8%Mn-2%Ni-0.85%Cr-0.4%Mo-0.2%V))。美国经常使用的弹簧钢是9260、9254、6150、5160，尤以5160（H）和9260应用最广，多年来5160是美国螺旋悬挂弹簧钢的主要钢种。目前9259弹簧钢是北美的主要悬挂弹簧钢，由于9254钢比9259钢的含硅量高，可提供更好的抗弹减性。9254钢在北美和日本的用量都在逐步增加。国内也在弹簧钢品种和质量方面也开展了大量工作，但在汽车悬挂弹簧钢仍以国外钢种为主。在产品质量方面的主要问题仍是洁净度和表面质量，高端产品仍用日本神户和新日铁的弹簧钢。钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——弹簧钢的发展趋势级别2000MPa（国产原材料代替新日铁）2100Mpa（开发新一代原材料）卷簧方式冷卷热卷冷卷热卷交货状态油淬火回火态热轧态（磨削/剥皮）油淬火回火态热轧态（磨削/剥皮）抗拉强度1950~2050MPa热处理后达到1950~2050MPa2050~2200MPa热处理后达到2050~2200MPa断面收缩率40%35%硬度575~620HV30615~655HV30表面硬度（表面0.1~0.4mm）≤630HV0.5≤655HV0.5脱碳≤50μm，不允许有全脱碳≤50μm，不允许有全脱碳表面粗糙度Rmax≤33μmRmax≤30μm夹杂物（德国DIN50602标准）K2＜15K3=0K2＜15晶粒度9级6级10级腐蚀疲劳：腐蚀盐溶液（GB/T10125中性氯化钠50±5g/L水溶液）,每25分钟雾状喷淋5分钟；弹簧经100,000次腐蚀疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）≥90%，常规疲劳：弹簧经250,000次疲劳试验后不断裂弹簧的可靠度（PUE）≥90%钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——国外几种高强度弹簧钢钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——齿轮钢质量对比齿轮材料按应用分为车辆齿轮钢和工业齿轮钢两大类，前者约占80%。随着合资汽车厂进入，我国的汽车齿轮钢品种除传统的CrMnTi系列外，也包括Cr系、CrMo系、NiCrMo系、CrMn和CrMo系等。目前我国先进企业在化学成分、淬透性带、纯净度等与国外基本接近，但在硫化物和成分偏析控制方面还差距较大。目前高强度和小尺寸是汽车齿轮的一个重要发展方向。目前日本研发新型齿轮钢的重点是降低易形成晶界氧化物的硅含量，用钼和钒来补偿硬度损失和细化晶粒。国外风电机组齿轮箱的外齿轮用钢有17CrNiMo6（18CrNiMo7-6）、15CrNi6、20CrNi2MoA和17Cr2Ni2MoA等，内齿轮（齿圈）用钢为42CrMoA、34Cr2Ni2MoA等。质量差别主要在于原材料纯净度的控制和淬透性带宽的控制。钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——齿轮钢质量对比钢种ONSAE43201468TL42275116TL4227685TL452110101编号试样号规格A晶粒度930℃—1A晶粒度950℃—2A晶粒度980℃—3A晶粒度1000℃—4A晶粒度1000℃—5A晶粒度1000℃—61J-SAE4320408.07.57.58.08.08.02J-TL4227-40mm40不能明显显示晶界7.58.08.08.03J-TL4227-41mm418.08.07.58.08.08.04J-TL4521307.58.07.58.08.0不能明显显示晶界钢种ASTME45A法DIN50602K法K4(O)K4(S)SAE4320A0.5；D0.500TL4227A2.5；D0.50——TL4227A2.5；B1.0e；D0.50.025——TL4521A3.5；B0.5e；D0.5K3(O)0.038——钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——非调质钢质量对比日本新日铁NQF系列、三菱制钢VMC系列、大同制铁UDK系列和神户制钢KNF系列等非调质强度级别高于900MPa以上，目前日本55%的轴类零件、75%的锻造构件均已采用非调质钢制造。此外，德国C70S6BY、英国工程用钢和瑞典实验室联合开发Vanard系列（700～1000MPa）、法国SAFE公司开发的METASAFE系列（800～1000MPa）等高强韧性非调质也已经完全用于制作连杆、曲轴、轮轴、转向节等。目前，日本、欧美等国家仍垄断着高端装备制造用高品质非调质钢的冶金与加工制备关键技术。国内非调质钢研发及应用过程中遇到的主要问题有：①强度有余而韧性不足。国内非调质钢高强度与高韧性不相匹配，成分波动范围较大，性能不稳定。②标准体系不完善。目前执行的GB/T15712-2008标准涵盖钢种数量较少，且其抗拉强度均低于900MPa。③定制非调质钢结构件性能需求不明确。④硫化物形态、尺寸控制技术及标准缺乏。钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——非调质钢的强度与韧性关系钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——不同级别非调质钢的要求屈服,MPa抗拉,MPa延伸,%面缩,%≥700950-1100≥10≥20屈服,MPa抗拉,MPa延伸,%面缩,%KU2,J≥450750-970≥12≥30≥15一、钢材指标：1、开发强度≥600Mpa、800Mpa、1000Mpa三个系列强度的非调钢品种。2、高强韧非调质钢硫化物长径比≤8、等效直径≤5µm。3、连杆用钢：C70S6BY、36MnVS4/46MnVS4，其中46MnVS4为代表，性能指标为：4、曲轴用钢：38MnVSN、C38N2，其中C38N2为代表，性能指标为：二、应用指标曲轴实物45度方向的力学性能达到：屈服强度≥450Mpa,抗拉强度：780-930Mpa,延伸率≥8%,端面收缩率≥20%。以非调质钢代替调质钢生产汽车曲轴、连杆、前轴、半轴、工字梁、转向节、转向节臂、凸轮轴等达到80%。钢铁研究总院华东分院EastChinaBranchofIronandSteelResearchInstitute一、基础件用特殊钢的现状——紧固件用钢质量对比日本是紧固件钢种研发水平、品质和最先进的国家，主要企业有神户制钢、新日铁和JFE公司，在开发高强度紧固件用钢的同时，更注