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日本钢企重点新产品及相关技术研究

添加时间:2018-12-14 11:17:59

我国钢产量占据全球半壁江山,却是大而不强,高级产品比例低,出口量大却效益不高。跟踪了解世界钢铁强国的钢铁新产品、新技术研发进展,对促进我国钢铁技术进步、推动我国钢铁由大变强具有重要的借鉴作用。笔者特介绍日本钢企新开发的重点产品和相关技术,供国内企业参考。

热处理省略钢

近年来,可省略热处理的优质钢材成为各企业的主要研发方向之一。其中,神户制钢开发的热处理省略钢主要包括软化热处理省略钢KTCH系列和非钢质螺栓用线材KNCH系列。

KTCH系列。冷锻时,由于加工发热(100℃~300℃)产生的动态形变使冷锻负荷加大。为抑制动态形变,在开发KTCH系列时采取了以下措施:一是加入Cr、B以降低固溶C、N。二是线材轧制时采取控制轧制和控制冷却,使开发钢KTCH20A的固溶C、N显著降低;在230℃时,KTCH系列的变形阻抗和比较钢(CH20A球状软化热处材)接近。KTCH钢与比较钢的成分与性能对比。

KNCH系列。神户制钢生产的KNCH系列产品达到JIS(日本工业标准)强度8.8级,且不经热处理亦可成型六角螺栓的KNCH系列已商品化。以下重点介绍冷锻性能优良的8.8级非调质螺栓用线材KNCH8S的概况。KNCH8S对化学成分和钢材的加工条件采取了最佳化改进,具体措施如下:一是降低含Si量以降低加工硬化系数,二是降低含N量、增加含Al量以抑制形变时效,三是优化冷拔减面率以减低变形阻抗。对KNCH8S采取冷拔减面率30%的加工后,它和比较钢SWRCH45K的球化热处理的冷锻用模具寿命相同。而且产出螺栓的各种性能均符合JIS标准的规定。该钢材不仅适用于螺栓,还可用于汽车用回转部件。KNCH8S和比较钢的化学成分和性能对比见表2。

氮化粉末钢SPMX4N

近年来,伴随着塑性加工技术的进步,冲压加工的高效化和被加工材料的高强度化也在发展之中,加工用磨具的使用条件更为严苛。其中要求高韧性、高耐磨性和高耐烧结性的模具,多使用JISSKH40等通用粉末钢,但在通用粉末钢难以适应而要求更高耐应性、耐烧结性的场合,对粉末制模具应进行氮化处理层等表面处理以提高耐磨性。但表面处理层在使用时会被磨掉并剥离,为此,需重复进行表面处理,从而增加了处理时间和处理成本。为解决这一问题,便成功开发了SPMX4N粉末钢,使钢中的含氮量增加并分散析出微细的碳氮化物,加上粉末钢的高韧性、高硬度,使钢材总体具有更优的高耐磨性、耐烧结性。

SPMX4N具有以下特点和用途:

淬火回火硬度的特点。该钢种在1130℃下淬火后回火硬度为64HRC以上,还有在1220℃淬火时则回火硬度可达到和KH40同样顶峰的67HRC。

韧性。该钢种由于碳氮化物的微细析出导致难产生对析出物的应力集中,加上结晶粒的粗大化亦受到抑制,从而在同样硬度下亦具有优于通用粉末钢的高韧性,有利于在使用中防止开裂等。

耐磨性、耐烧结性。由于碳氮化物的微细分散可抑制摺动产生的凝付磨耗,故SPMX4N比通用粉末钢引发烧结的荷重大,即在油中和30kg荷重下进行300rpm回转试验时,SPMX4N开始发生烧结的荷重为通用粉末钢的3倍。

由于以上特点,当用于拉拔冲孔和精密重阳用模具及切割刀具时,其使用寿命为通用粉末钢模具的3倍。

SPMX4N是比通用粉末钢的韧性和耐烧结性都优的氮化粉末钢,特别适用于要求高硬度、耐开裂性及耐烧结性等用途的精密冲压模具和切断用刀具等,对延长使用寿命和降低表面处理成本均十分有利。

高耐蚀复合钢板

复合钢板指在碳钢和低合金钢板的一面或两面附上不锈钢或Ni合金的复合钢板,成为兼具母材的机械性能和结合材的耐蚀性的高性能钢板。复合钢板主用于造能、能源开发等多种用途,近年来在资源开发环境日益严峻的情况下,对经济性优的复合钢板的需求日益增多。

复合钢板的生产方法。复合钢板的生产方法有轧制复合法、爆结复合法和补贴复合法,JFE钢铁则在西日本钢铁福山分厂中原板工厂用轧制复合法生产。具体流程为:先将母村和耐蚀材的板坯复合在一起形成复合板坯,然后经加热控轧、控冷后成为复合钢板。此法既可批量生产,又可达到良好的板厚精度,还可应用强韧化技术(TMCP)。它通过快冷在不影响母材焊接性的情况下实现强韧化的目标,并确保复合材的耐蚀性。

不锈钢复合钢板。此钢板主用于化工罐和各种反应容器。耐蚀材使用SUS304(L)、SUS316(L)和SUS410S等,母材则用JIS标准材、ASTM标准材以及API标准材。

不锈钢复合钢板为防止锐敏化造成的耐蚀性劣化多采取熔体化处理,但适用TMCP处理的复合钢板在轧后快冷下可使复合材中的碳化物析出受到抑制,从而在不经熔体化处理的情况下亦可保持良好的耐蚀性。在海水环境下,不锈钢多发生孔蚀和缝间腐蚀。对此,JFE钢铁开发成功耐腐海水腐蚀的不锈钢JIL310Mo作为复合钢板的防锈材,获得了和熔体化处理材同样的耐蚀性。

Ni合金复合钢板。该复合钢板为含Cl离子高,用于含H2S等腐蚀性气的油、气生产以及精制设备使用等,防蚀材为JISH4551NW4400(Ni-Cu合金)和ASTMB443UNSNo6625(Alloy625)。JFE钢铁将Ni合金的含C量降低,使开发成功的正火型复合钢板与TMCP型复合钢板、熔体化处理材具有同等优秀的耐蚀性。

柴油发动机用高耐压的油筒用钢

现在减排CO2以抑制地球变暖已成全球共识,各国也在积极开发清洁能源。新日铁住金据此开发成功了可耐高喷射压的柴油发动机贮油筒用钢。贮油筒为将供油泵送来的燃料在高压下贮存的筒状容器,经过该部件适量适压地喷射燃料,以实现排除尾气的清洁化和柴油发动机的大幅度节能减排。

贮油筒用钢不仅要求高强度,还需具备机械加工的易切削性。过去使用的钢种多为加入易切削性元素的碳钢和低合金钢等,并经淬火、回火处理后应用;而新开发的钢种则以降低制造成本为目的,采用了非调质钢以同时保证高强度和易切削性。

为改善易切削性,新开发的钢种采用了积极利用钢中夹杂物的易切钢技术,而且在抑制粗大夹杂物的同时又生成微细夹杂物以满足两方面性能。通过以上的技术开发,可适应高喷射压的非调质高强度贮油筒用钢终于商品化,对柴油发动机车的节油减污做出了奉献。

减振合金ZMG566

目前,在汽车、火车等车辆和精密机械、工作机械等领域,减少振动和降低噪音成为重要课题。作为对策,对振动和噪音产生的关键部位可采用使之减振的部件材料,此类材料有橡胶和塑料等。但从耐热性和机械性能方面考虑,此类材料的适用范围有限。据此,采用金属材料中具有较大减振性能的合金较为有效。

日立金属在开发各种减振合金中,现Fe系合金中最有效的为Fe-Al系制振合金ZMG566的开发。

ZMG566位铁素体系软磁性材料,利用磁形变而具有减振功能。其最大的特点为在室温到300℃的环境下具有优秀制振性的Fe系合金,在数十赫兹到数千赫兹范围内具有优秀的减振性。

在机械性能方面,ZMG566的0.2%耐力比SUS316还略高,弹性模量和抗拉强度亦大致相同,比重比SUS304小,即强度比SUS304高。

在磁性方面,ZMG566的最大透磁率、磁束密度和供磁力均与磁性不锈钢无大差异,并兼具磁密封性。

ZMG566是在Fe中加入Al的合金,表面形成氧化铝皮酸,在实施温湿度试验(85℃/85%RH×1000hvs)后表面仍基本无变色,耐湿性亦优。

在制造方面,由于ZMG566不含有稀土元素,原料成本低且稳定。铸锭时它的结晶粒粗大,致使其延性-脆性转变温度比室温高,从而成为难加工的材料。日立金属最大限度采用了塑性加工的制造技术,使板厚1mm以下的产品可以大量生产

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