基本信息
- 项目名称：
- 基于快速相变的一种新型亚微米钢生产工艺
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- (1) 将普通碳锰钢Q235的铁素体晶粒细化至4μm以下，从而大幅度提高钢板的强度，获得良好的力学性能。(2) 以低合金高强钢为对象，在微米-亚微米尺度下进行复相化组织控制，以改善微米-亚微米晶钢的综合力学性能。(3) 开发出一套适合于超微细复相组织高强、超高强钢大规模工业化生产的组织性能控制理论及轧制工艺。
- 详细介绍：
- 伴随着低碳经济的提出，汽车等行走机构的减重是降低油耗的主要途径，同时也是减少二氧化碳废气排放量的最有效对策。据统计，汽车车重每减轻1%，油耗可降低0.6~1.0%。另外，随着冲撞安全性标准逐年提高，须通过提高车体强度、刚度并优化结构以保证其安全性。针对这样的社会需求，利用材料的高强度化，使汽车在安全性和重量方面保持更好的平衡成为一种有效可行的手段。从工程机械行业发展预测来看：工程机械是投资拉动行业，受国家宏观经济政策，尤其是基础建设投资影响较大；目前，我国仍处于基础设施投资高速增长阶段，未来3年工程机械企业将广泛受益。因此，开发低成本高强度钢或超高强度钢具良好的应用前景。 （1）本实验以细晶强化为着眼点，采用感应加热的方法，对钢板进行了快速加热处理，研究了钢板快速加热工艺实现的方法和措施。通过奥氏体晶粒的超细化及对其相变行为的有效控制获得一种实现低碳结构钢组织超细化控制的新思路。 （2）通过热轧，获得铁素体+珠光体组织，温轧的温度低于奥氏体化温度，其目的为将渗碳体组织破碎，使渗碳体更加弥散均匀，为随后的加热过程提供更多的形核点，快速加热轧制实验是工艺的核心内容，利用快速加热的机理，使试样迅速达到奥氏体化温度以上，且因为短时间保温，奥氏体晶粒来不及长大，随即被冷却轧制，轧制变形的作用，为相变提供了较大的形变能，导致相变迅速，且配合随后的冷却过程，最终得到晶粒非常细小的组织，达到预期设想的目的。 （3）一般生产晶粒细化钢种都是利用超快冷的指导思想，但是这种方法经过大家普遍的尝试并没有达到理想的效果，而且大生产当中也是很难以实现的，本文通过逆向思考，采取超快速加热的思维方式，最终优化工艺路线，得到了预期晶粒细化的目标，采取逆向思维，这是在科研实践中必不可少的环节，希望这种新型的工艺会为新世纪的中国钢铁事业带来崭新的篇章。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 通过奥氏体晶粒超细化及相变控制获得组织超细化结构钢的新思路。利用预变形导致基体形核点增大，快速升温实现奥氏体形核率大于长大速度，短时保温限制奥氏体长大，快速冷却大变形，使奥氏体发生相变生成细小组织的超细晶钢；通过对控轧控冷前段工序施加影响，对奥氏体组织及晶粒大小控制，实现奥氏体超细化，使其转变为组织超级细化高强度超强钢；得到抗拉强度大于1200MPa，延伸率13%，晶粒尺寸0.5微米的亚微米高强钢
科学性、先进性
- 以细晶强化为着眼点，用感应加热对钢板进行快速加热，通过奥氏体晶粒的超细化及相变控制获得组织超细化结构钢。通过热轧，获得铁素体珠光体组织，在600度轧制，将渗碳体组织破碎，使渗碳体弥散均匀，为加热过程提供更多的形核点，快速加热轧制是工艺的核心内容，利用快速加热使试样迅速达到奥氏体化温度以上，短时保温，奥氏体晶粒来不及长大，即被冷却轧制，轧制变形的作用，为相变提供了形变能，使相变迅速，且配合随后的冷却过程，得到晶粒细小的组织。生产细晶粒钢种一般利用超快冷的方法，但其只能把晶粒细化至4微米，本文通过对奥氏体控制，采取快速加热的方法优化工艺路线，得到了晶粒细化强度更高的超高强亚微米钢。
获奖情况及鉴定结果
- 有论文发表 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)。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 可以与钢铁企业联合研发，依托于设备的改进或完善，深化其在钢铁材料领域的推广，提升材料竞争力。
作品可展示的形式
- 图片，样本
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本研究提出以超细复相组织的思路来有效的降低超细晶钢的屈强比。本研究所开发的超细晶粒钢可以广泛应用汽车等行走机构、工程机械等，替代现有的Q235和Q345钢板，实现大幅的减重，降低成本。汽车车重每减轻1%，油耗降低0.6~1.0%。随着冲撞安全性标准提高，须通过提高车体强度、刚度以保证其安全性。本研究开发的超细晶粒钢具有良好的市场应用前景，在为企业创造可观经济效益的同时为企业实现良好的社会效益。
同类课题研究水平概述
- 20世纪末兴起的纳米科技，使人们不再满足于1微米的定位，亚微米、纳米尺度的超细组织成为新的研发目标。微米级、亚微米级和纳米级超细晶粒钢业已成为先进结构材料的研发热点。下面简要介绍各种超细晶钢的国内外研究现状： 1.微米级(10至1微米)超细化 热机械控制处理(T米CP)是钢板生产中不可或缺的成熟技术，在通常的大工业生产中，热机械处理工艺(T米CP)所能获得的最小晶粒尺寸为5微米。而新日铁最近开发出新型T米CP工艺并成功地应用于制造具有表面层超细铁素体晶粒的厚钢板(SUF钢板)。这种钢板的裂纹扩展抗力高、低温韧性优异。我国超级钢研究项目已经在宝钢2050热连轧机上进行了两轮工业实验，利用SIDTR将SS400钢的晶粒细化到5微米左右，强度提高了约一倍。 2.亚微米级(1微米至100纳米)超细化 有关亚微米钢的研究始于上世纪八十年代末。目前能够获得亚微米钢的方法都可以归结到强烈塑性变形(SPD)范畴。这些方法包括旋挤、等角挤压(ECAP)、累积叠轧焊(ARB)、逆相变和多向变形加工等。除了多向轧制呈现出一定的工业应用潜力以外，其它方法由于尺寸和可操作性的限制距离实际应用尚有很大的距离。 日本研究者发明的ARB法将薄板反复叠片、轧制并使其自动焊合。含Ti的IF钢经过5次500摄氏度的ARB循环后，晶粒之间的位向差很大，晶粒尺寸减小到500纳米以下。不过，由于分层内界面的存在，ARB方法制备的亚微米钢塑性较差。 利用冷轧马氏体引发的逆相变可以将低合金钢和高合金钢的奥氏体晶粒细化到亚微米尺度。 3.我们关于亚微米级超细晶钢的研究 本研究发明了一种制造亚微米化超细晶热轧带钢的方法，具体包括冶炼与精炼、加热、锻造、第二次加热、热轧、再加热、温轧、超快速加热、大压下轧制等工艺过程，其是在碳锰结构钢成分的基础上，通过添加Nb、V、Ti微合金元素和采用形变诱导铁素体相变技术生产抗拉强度800兆帕以上，延伸率在15%左右高强钢，其金相组织晶粒尺寸为0.4至1微米铁素体与珠光体双相组织；相似的，本研究同时提供一条生产线，最大限度的提高低碳微合金钢的力学性能，以发挥成分最大优势、利于提高产品质量、降低生产成本、简化生产工艺。
