ENGLISH
科学研究
学术梯队
科研成果
科研项目
实验室安全

“特殊钢冶金”研究梯队简介
发布时间:2011-5-20    立即打印    

梯队负责人: 成国光 教授

梯队成员:   成国光,李晶,刘青,赵沛(外聘),王中丙(外聘),张鉴(顾问),傅杰(顾问)

梯队简介:

“特殊钢冶金技术”从北京钢铁学院建校开始就是学校重要的研究领域之一,研究工作主要集中在当时的冶金系电冶金教研室。五十多年来,该方向已经在国内外具有较大影响。

本梯队以高质量特殊钢品种为出发点,重点研究与特殊钢性能密切相关的关键冶金工艺和理论。从机理上阐明实际生产中所出现的质量缺陷与工艺控制的相关性;跟踪国际前沿技术,不断提出新工艺、新理论;开发新品种。

主要研究方向:

1) 新型炉外精炼技术

瞄准国际炉外精炼技术的发展趋势和我国特殊钢生产过程中所体现的特点,结合LF、RH、AOD、VOD、VD等炉外精炼装置,重点做好以下几方面的技术工作: (1)以轴承钢为代表性的轿车用高端零部件的极低氧精炼技术;(2)以齿轮钢为代表的成分精确控制技术;(3)以非调质钢为代表的微合金元素及氮、硫控制技术;(4)各类不锈钢中控氮、控碳技术;(5)典型特殊钢品种夹杂物控制技术。

2) 特殊钢均质化技术

着眼于特殊钢中出现的与凝固过程有关的低倍缺陷,致力于特殊钢均质化的研究。研究重点为: (1)凝固过程中各元素的基本偏析规律,如:高碳钢碳偏析、硫易切削钢中硫偏析等;(2)凝固过程中凝固组织的形成机理及控制,如铁素体不锈钢中柱状晶发达的控制技术;(3)凝固组织中低倍缺陷的形成机理,如特殊钢中残余内裂纹、残余缩孔、疏松等;(4)热加工过程相关的均质化技术。

3) 特殊钢产品升级换代及新品种开发

主要的重点是:(1)提升企业产品档次,与企业合作使其产品满足国际企业标准,如轴承钢,使国产轴承钢达到瑞典SKF、德国FAG、日本NSK等标准;(2)开发铁路提速弹簧钢的研究;(3)开发Cr-Mn、Cr-Mo、Cr-Ni-Mo系列齿轮钢研究;(4)铁素体不锈钢、高级刀剪用马氏体不锈钢、高氮不锈钢、高性能模具钢的研究与开发。

4) 特殊钢生产流程合理化

针对特殊钢生产过程度工艺与流程特点,重点开展以下几方面的研究(1)钢厂工序运行高效匹配、衔接与优化控制;(2)钢铁制造过程系统的可靠性;(3)复杂钢铁制造流程的潜能评价与分析;(4)钢厂制造流程的优化配置;(5)钢厂制造执行系统MES。优化流程,实现顺行、高效、优质、低耗。逐步形成特殊钢流程合理化相关理论。

主要科研进展: 

1) 高洁净特殊钢冶金工艺

本课题组长期以来致力于高质量特殊钢冶金工艺的研究(图1)。在轴承钢方面:基本掌握了极低氧、D类夹杂物控制、连铸坯液析、缩孔、偏析等基本规律和关键控制工艺,在石钢顺利完成了转炉冶炼轴承钢的开发研究课题,获得好评。在弹簧钢方面:从2004年开始承担北京市科委下达的《高品质弹簧钢冶金技术的研究》课题,得到首钢和北京市科委鉴定专家的一致肯定,获得2008年冶金科技二等奖、北京市科技进步一等奖和2009年国家科技进步二等奖(已公示),并和邢钢、长城特钢、新疆八一钢厂合作开发高质量弹簧钢。在齿轮钢方面:与莱钢及石钢合作承担了有关的研究课题,取得了较好效果。在不锈钢方面:与酒钢开展高质量不锈钢冶金工艺研究,对酒钢不锈钢工艺改进和洁净度提高起到了很好的指导作用;与广东省阳江十八子合作开发高级刀剪用马氏体不锈钢;与广东省不锈钢加工企业开展铁素体不锈钢的耐蚀性能研究。除此以外,与相关企业在高质量锻钢方面也有较多的合作。

2) 高等轴晶率铁素体不锈钢凝固技术

在国家“973-钢铁材料凝固组织均质化”课题 、国家自然科学重点基金“钢凝固过程细等轴晶化和均质化基础研究” 和博士点基金“铁素体不锈钢非均质形核机理研究”课题的支持下,对提高铁素体不锈钢凝固组织等轴晶率新工艺进行研究。

研究思路:通过控制特定钢液初始成分,使其在凝固过程中自发形成大量的非均质形核核心来提高铁素体不锈钢等轴晶比例为基本出发点,在前期的研究中,已经证实TiN与dFe之间具有很好的晶格匹配性,能够起到有效的生核效果,但这种工艺要求钢液中有较高的钛含量和铝含量,这容易形成氧化铝和含钛夹杂物,对生产顺行和不锈钢质量的提高不利。在此基础上,本课题组提出了氧化物与TiN复合核心生核的想法,其基本原理如图2所示,控制钢液中一定的氧位,并在凝固条件下首先形成Ti2O3,再进一步利用Ti2O3与TiN之间低的错配度,在Ti2O3表面形成TiN来达到形核细化凝固组织的目的,这种工艺由于首先析出钛氧化物,使得后期形成TiN变得容易,可以有效降低钢中需要的钛含量。这种思路已经在实验室10Kg小钢锭上得到了证实的基础上(如图3(a)所示),在工业性铸坯(1200mm×200mm)获得了高比例等轴晶,如图3(b)所示。

3) 单嘴精炼炉技术取得重要进展

单嘴精炼炉是北京科技大学在1976开始提出的一种新型真空炉外精炼装置,通过30余年的研究目前已经在工业性批量生产中获得成功。其基本构造如图4所示。主要由装有偏心吹氩透气转的精炼钢包和直筒型的真空精炼室(包括下部插入钢液的吸咀和上部真空室两部分)组成。其基本原理是循环气体通过钢包底部的偏心透气砖从钢包底部吹入并带动钢液上升进入真空室,在真空室内钢液从与上升气泡相对的另一侧向下流动,从而使得整个钢液循环。这种工艺具有精炼效率高、吸嘴(插入管)寿命长、吹氩量少、装备较为简单、生产成本低的优点。并且不受钢包吨位限制,对我国80吨以下的钢包具有很好的适用性。

 目前单嘴精炼炉已经在太原钢铁公司批量工业性试验中获得了较好结果,总试验炉数达到100炉以上,主要品种以硅钢为主。通过试验证明:该炉型在脱碳、脱硫、插入管寿命、氩气消耗等多方面体现出其独特的优越性。该炉型在日本新日铁已有4台(REDA)投入生产。

4) 高级别钢管线钢冶金技术

根据炉卷轧机设备特点和高钢级管线钢的冶金成分设计思想,设计了X65、X70、X80级别输油气管线用热轧钢板的冶金成分,形成了一整套3500炉卷轧机生产高钢级管线钢钢板的冶金工艺控制方法,成功地研制开发出X65、X70、X80热轧管线钢钢板;分析了转炉冶炼用原材料,开发了转炉冶炼过程钢液深脱磷、防止回硫及控制氮含量的工艺技术,可保证转炉出钢[P]<60ppm、[S]<50ppm、[N]<30ppm;系统研究了铁水预处理-转炉冶炼-RH/LF-CC流程生产高纯净度高级别管线钢的工艺技术及成分的精确控制技术,可实现产品中的[P]<90ppm、[S]<10ppm、[N]<50ppm,T.O<10ppm,保证X80管线钢中的[C] ≤0.060%、[Si] ≤0.20%、残余元素含量满足高级别管线钢的质量要求;采用轻压下技术,生产出了符合高级别管线表面质量技术标准要求的铸坯,铸坯中心疏松≤0.5级,蜂窝状、针孔状气泡≤0.5级,中心偏析A、B、C≤0.5级;表面无裂纹。3500炉卷轧机生产X65管线钢工艺研究及产品开发获江苏省科技进步三等奖。   

5) 特殊钢冶金流程研究取得重要进展

在教育部新世纪优秀人才支持计划项目“汽车用特殊钢生产流程的集成优化与协调控制研究”、国家863项目“典型钢铁企业MES产销一体化关键技术研究”和国家自然科学基金“炼钢-连铸过程系统的可靠性研究”等课题支持下,形成了有特色的研究领域,正在进行工艺模型与流程运行控制融合的研究,在工艺流程优化领域登记计算机软件6个、相关内容获得教育部技术发明二等奖、科技进步二等奖(部分研究图片如图6所示)。

6) 特殊钢冶金工艺综合集成技术

该课题组长期从事电弧炉冶炼工艺的研究工作,针对电弧炉流程生产的产品中氮含量高问题,在对钢液氮含量控制理论研究的基础上,进行了电弧炉全流程钢液氮含量控制的研究,提出了控制钢中的氮的方法,开发了电弧炉流程低氮钢生产技术,保证电弧炉流程生产的钢经VD处理的氮小于40ppm;不经VD处理的小于45ppm,经查新达到了国际先进水平。 “现代电弧炉冶炼周期综合控制理论及工艺研究”项目,研究成果水平与技术经济指标总体上进入国际领先行列。此项目获冶金科学技术二等奖。

与珠江钢厂合作进行了“电炉CSP工艺生产集装箱板技术”项目研究,成果突破了国外关于用该CSP生产线不能生产SPA-H集装箱板的禁区,具有创新性,达到了国际先进水平,申请了国家发明专利,形成了具有自主知识产权的工艺技术。该项技术年直接经济效益7280.75万元。获2003年广东省科学技术二等奖。同时进行了“薄板坯连铸连轧工艺基础及产品性能特征”研究,应用“钢的组织性能综合控制理论”指导生产实践,年经济效益达16920万元,2003年“钢的组织性能综合控制理论及应用-薄板坯连铸连轧工艺基础及材料性能特征研究”获教育部科技进步一等奖,并评为2003年中国高等学校十大进展之一。参与了国家973新一代钢铁材料重大基础研究,“低炭铁素体/珠光体钢的超细晶强韧化与控制技术”项目,获专利一项,此项目获“2004年冶金科学技术特等奖”

特殊钢连铸方面,在国家自然科学基金“超声波直接引入钢液改善高碳钢凝固组织和中心偏析”项目及厂协课题支持下,对特殊钢连铸的工艺及相关基础理论展开研究(如图7),包括:(1)连铸坯凝固特性与组织性能研究;(2)连铸凝固传热与冷却配水数学模型;(3)外场(电磁搅拌、超声波)对连铸坯凝固过程与组织及质量的影响;(4)连铸二次冷却系统的设计、优化与二冷配水方案等内容。在该领域登记计算机软件3个、申报发明专利2项、相关内容获得中国钢铁协会·中国金属学会冶金科技三等奖、河北省冶金科技一等奖。 

图7  连铸坯凝固冷却过程计算机模拟

上一文章:“洁净钢”研究梯队简介
下一文章:“多相反应理论及冶金、材料制备新技术”研究梯队简介
Copyright© 2011
版权所有:北京科技大学冶金与生态工程学院 地址:北京市海淀区学院路30号
邮政编码:100083