2、高端重要用途钢材冶金质量稳定性控制技术(王教授).pdf

高端重要用途钢材冶金质量 稳定性控制技术 王新华 2014年12月 高端重要用途钢材品种 高端钢材主要差距： • 中国钢铁工业发展壮大（产量、品种、质量等）； • 实物质量与性能稳定性控制； • 某些重要用途高端钢材品种仍依赖进口： 1. 汽车钢板（合资品牌汽车钢板国产比率：~50%）； • 与用户联系。 2. 重要用途特殊钢棒线材： • 轴承（飞机、高铁等）； • 高铁车轮、车轴、中高档汽车齿轮、轴件、弹簧等。 3. 特殊性能钢材（超高强度钢板、大桥悬索钢丝、深海钻 管、套管、切割丝等）； 4. 。 高端钢材特点 谢蔚，中国钢铁工业可持续发展论坛，中国科协，2013年，唐山 冶金质量稳定性控制问题 • 国产高端重要钢材性能不稳定，很大程度源于冶金质量 控制不稳定，主要表现为钢中夹杂物尺寸大和钢凝固缺 陷控制（偏析、裂纹、疏松等）问题。 • 以重要装置用高端轴承、弹簧、高铁车轮、车轴为例， 即便将总氧含量控制在3.5~5ppm极低含量范围，钢中仍 有个别数十、数百微米，甚至毫米级大型夹杂物存在。 德国Mubea公司泰倉厂弹簧钢试样分析 1. 德国Sarrstahl钢厂 2. 韩国浦项制铁 3. 国内高水平特钢厂： • A厂 • B厂 汽车弹簧钢盘条不变形夹杂物尺寸比较 42CrMo钢疲劳断口（T.O ：10ppm） 旋转弯曲疲劳实验： • 三种热处理制度得到三个不同强 度水平的材料，进行疲劳实验 • 22个疲劳断口裂纹起源为夹杂物； • 最大夹杂物为66µm，最小夹杂 物为14.8µm，平均为33.3µm 尺寸60μm的夹杂物 个别大型夹杂物为外来夹杂物？ ） % （ 量 含 夹杂物尺寸（µm） 尺寸60μm的夹杂物 特殊钢抗疲劳性能与夹杂物控制 • 特殊钢棒线材用于制作机械设备 中的轴件、齿轮、弹簧、轴承等； • 大多在动载荷，即周期性交变应 力的条件下工作，疲劳破坏是导 致工件失效的重要原因； • 非金属夹杂物往往成为疲劳裂纹 的起源。 影响疲劳性能的夹杂物临界尺寸 Lasson等研究发现： • 夹杂物小于10µm时，夹杂物萌生疲劳裂纹的几率非常小； • 夹杂物大于10µm时，疲劳裂纹则在夹杂物周围萌生。 斋藤誠研究发现： • 10µm程度的TiN夹杂物导致弹簧疲劳破坏。 Kiessling等认为： • 大多数疲劳破坏起源于表面或亚表面的单个夹杂物，萌生疲 劳裂纹的表面或表面附近的夹杂物尺寸并不太重要。 M.Lasson et al. Mater. Sci. Tech., 1993,9(3), p235 斋藤誠，熱処理，1987, vol.27, No.1, p.23 R.Kiessling, et al., Production and Application of Clean Steel,1970, p179 非金属夹杂物检验标准 常规夹杂物检验标准（ASTM E45 ） GB/T 10561-2005 山阳特殊钢轴承钢质量控制重要转变 2004年10月 极低氧轴承钢中大型夹杂物问题 川上潔，第1821