5 北科大张家泉：线棒材质量与加工性能稳定性与一致性的冶金工艺问题.pdf

线棒材质量与加工性能稳定性与线棒材质量与加工性能稳定性与一致性的冶金工艺问题一致性的冶金工艺问题张家泉北京科技大学钢铁冶金系wechat：SteelManPeking工匠人论坛2020-12-10 三明先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST1）表面或内部探伤（间断性）不合2）力学性能一致性差3）HRB400E钢筋等产品强度或屈强比（强屈比）不合问题4）硬线、帘线拉拔或捻股断丝；5）冷镦钢线材冷顶锻加工镦头开裂；6）弹簧钢线材疲劳寿命问题；汽车阀门弹簧?7）弹簧钢表面缺陷、脱碳等指标控制问题；8）胀断连杆裂解性能不合问题；9）预应力钢绞线拉拔断丝或性能不稳定问题；10）曲轴等产品表面磁粉探伤磁痕问题（裂纹、夹杂、带状偏析等非铁磁性介质造成的导磁率差异）等.总之，长线材通条性、加工性能和服役性能一致性、稳定性的提升，涉及化学成分、冶炼、连铸铸态组织与热加工工艺、强度指标、几何尺寸、表面质量、显微组织、盘卷、加工工艺等多方面的科学设计与目标控制扎实的金属材料学、冶金工艺学基础对错综复杂的缺陷诊断与工艺调控十分重要！2线棒材生产常见质量问题？先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST提纲3一引言二钢铁生产流程特点与发展三钢相变与组织成分与冷却速率影响四拉伸强度与组织细化的若干概念问题五炼钢连铸与钢材初级成形问题五铸坯常见缺陷及其在轧材中的遗传性六棒线材加工常见缺陷问题讨论七小结与讨论先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST1.钢材组织决定性能！加工性能和服役性能4引言成分成分-工艺工艺-组织组织-性能关系图性能关系图Imperfection defects组织缺陷组织缺陷/加工缺陷加工缺陷短板！短板！0 1000 2000 3000 4000 5000 强度,MPa Pure iron Ferritic-pearlitic steel QT martensitic steel Low alloy UHS steel Marage steel Ausforming steel Cold drawing wire 冷拔线材 变形热处理钢 马氏体时效钢 低合金高强度钢 QT 马氏体钢 铁素体珠光体钢 IF 钢 纯铁 先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST2.钢种发展的特点高强韧化与强塑性矛盾5钢材与钢种发展：钢材与钢种发展：service and processing driving低合金铁素体基为主-高合金奥氏体基-中合金奥马/贝多相多尺度先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST3.钢材常见的源头缺陷或其遗传效应残余有害元素、大尺寸夹杂物、成分偏析/异常组织、缩孔/缩松与裂纹等6常见五大有害元素：O、N、H、S、P等常见低熔点有害痕量元素：Cu、Pb、Sn、As等先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST7钢铁生产流程特点与发展先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST8板带与长材轧制先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST绿色环保-低成本高质量形式多样化过程紧凑化-铸、轧/锻复合高效化智能化个性化（针对用户特点和需要）9钢铁生产流程特点与发展先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST10钢相变与组织成分与冷却速率影响按组织分类：铁素体钢、珠光体钢、奥氏体钢、马氏体钢、贝氏体钢、双相钢、多相钢等先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST1）合金化或合金含量增加均提高过冷奥氏体稳定性、降低临界冷却速度；2）合金化共析点左移：铁素体含量下降、珠光体比例增加；3）合金化造成 A3温度提高或降低对加热奥氏体化程度或（终轧）冷却先共析铁素体的影响；4）冷却速率提高（如冬季）、残余奥氏体或贝氏体含量增加，屈强比增加；5）同样碳当量碳钢屈强比小于合金钢6)晶粒尺度与Ti、Nb、V、（N含量）各种微合金化的作用11合金化对工艺与组织性能影响先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CASTYUYLUTSf典型拉伸应力应变曲线机制先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST铸/轧过程晶粒细化与组织细化内涵先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST14C：控制钢材强度、硬度的重要元素，每1C可增加抗拉强度约980MPa。Si：也是增大强度、硬度与弹性极限的元素，每1Si可增加抗拉强度约98MPa。Mn：增加淬透性，提高韧性，降低S的危害等。Al：细化钢材高温组织，控制冷轧钢板退火织构。Nb：细化高温奥氏体、强化钢材组织，增加强度、韧性等。V：细化铁素体和珠光体、析出强化钢材组织，增加强度、韧性等。Cr：增加强度、硬度、淬透性、耐腐蚀性能。强化类型与合金元素的作用先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST炼钢/精炼基本任务：高炉铁水脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；升温、合金化、净化钢水（脱除气体N、H与夹杂物）15炼钢工艺与钢材质量关联性先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST钢中有害元素控制水平与进步16先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST连铸初级成形与相变17TlTsA4A3A1室室温温l+sl(+)+TiN Nb(C,N)AlNVN时效析时效析出出相相变变析析出出液态金属铸坯或产品先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST连铸坯形问题18先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST铸坯铸态组织的意义19先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST浇铸环节的常见不良现象20先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST1.钢坯中夹杂物及其危害21铸坯常见缺陷及其在轧材中的遗传性注：外来夹杂物还包括脱氧和合金化用铁合金带入先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST夹杂物与钢基体热膨胀与变形行为的差异裂纹源22先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST夹杂物（总氧和硫含量）对钢材服役性能的影响23先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST对钢材中夹杂物含量类型尺寸控制要求日益精细24先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST252.铸坯成分偏析凝固过程必然现象局部溶质再分配与微观偏析局部溶质再分配与微观偏析（不同合金元素在钢中的分配系数、扩散系数与偏析倾向）（不同合金元素在钢中的分配系数、扩散系数与偏析倾向）先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST铸坯成分偏析对轧材的遗传与控制技术发展26先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST例：枝晶偏析网碳组织-线材拉拔性能27网状碳化物拉拔脆断杯锥断口先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST283.钢坯组织缺陷白亮带或框型缺陷对铸态和轧材组织一致性的影响（铁素体率或碳化物超标、淬透性差异与淬火变形等）先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST294.钢坯缩孔缩松缺陷搭桥影响轧材一致性控制先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST304.钢坯裂纹类型（表面裂纹-皮下裂纹-内裂纹）先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST5.钢坯加热脱碳-过烧-内外温差：轧材组织与均质性31先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST325.热轧工艺：温度-道次压下量-速率-控冷先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST1）表面或内部探伤（间断性）不合2）力学性能一致性差3）HRB400E钢筋等产品强度或屈强比（强屈比）不合问题4）硬线、帘线拉拔或捻股断丝；5）冷镦钢线材冷顶锻加工镦头开裂；6）弹簧钢线材疲劳寿命问题；汽车阀门弹簧?7）弹簧钢表面缺陷、脱碳等指标控制问题；8）胀断连杆裂解性能不合问题；9）预应力钢绞线拉拔断丝或性能不稳定问题；10）曲轴等产品表面磁粉探伤磁痕问题（裂纹、夹杂、带状偏析等非铁磁性介质造成的导磁率差异）；总之，长线材通条性、加工性能和服役性能一致性、稳定性的提升，涉及化学成分、冶炼、连铸铸态组织与热加工工艺、强度指标、几何尺寸、表面质量、显微组织、盘卷、加工工艺等多方面的科学设计与目标控制。33线棒材生产常见质量问题简析先进连铸技术梯队ADVANCED CON-CAST34 高水平企业标志：钢材品种开发能力、钢材质量稳定性和一致性控制水平、个性化低成本控制水平。当前炼钢连铸环节钢质的整体控制技术和控制水平已经有很大提高，针对用户深加工工艺特点和材料服役特殊要求的个性化控制还远不够（尤其是成分偏析、残余元素、单颗粒有害夹杂物等）。高品质钢开发与生产需要从两个源头抓起：用户需求源头、和生产过程的原料与冶炼源头。需要加强用-产-学-研协同创新。当前可能不主要是技术与开发水平问题，更是精细化、专业化生产管理与操作问题、上下游产业链和上下游工序之间的协约精神、企业文化乃至社会工业文化问题！进一步强化流程界面质量关联性控制、强化过程检测和数据采集，基于大数据的全流程质量分析控制技术势在必行；质量控制应强化未病先防、既病防变，所谓“治未病”！小结与讨论2020/11/3035