01钢的高性能化研究与探索--董瀚
新型超高强钢突破2000MPa强度极限
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度， 每平方毫 米可承受 超过 ３ ０ ０ ｋ ｇ 压力 ， 并具超 高耐磨性 及变形 能力 。 领 导 该 研 究 计 划 的 香 港 城 市 大 学 副 校 长 兼机 械 工程 学 讲 座 教 授 吕坚 表 示 ： “ 这 种 材 料 具有 很 大 的 应 用潜 力 ，性 能， 病 人可 因此 避 免 进 行 第 ２ 次手 术 以取 出零 件 。 同时 ， 镁 是 对 身体 有 益 的 元
密度 纳米析 出强化 的超高 强马 氏体 时效钢 。 新 的超高强 钢不但成 本 降低 ， 而且 抗 拉 强度达 到 ２ ２ ０ ０ ＭＰ ａ ， 同时塑性不 低于 ８ ％， 大幅度提 高 了高强钢铁 材料 的综合
性能。
匕 京 钢铁 研究 总 院董 瀚教 授表 示 ， 钢铁 材料 的性 能极 限化研 究是 近年 来 的 研 究 热点 ， 强度 极 限化更是 业 内一直 追求 的梦想 。 业 内普 遍认 为 ， 进一 步提 高钢 铁 强度 与韧性 是 非常 困难 的。 吕昭平 团 队的这一 原创 性成果 创新 纳米 析 出的合
大化 的反 应条 件 及周 期性 变 化。 实验 上， 基于 镧 系元 素相 同条 件 下硼 酸熔 融反 应 中周 期性 变化 的认 识 ， 将 可生
成２ 种 不 同晶格结 构 的镧 系元 素 以相
关， 成 功开 发了 高性 能变形 镁合金 材 料及相 关的 大直 径锭坯 半连 续铸 造技术 和
料 工程实 验室都 时禹研究 员及合作 者 利用第一性 原理密 度泛 函理 论等手段
对 镧系元 素硼酸化 反应 的不 同产物 进
行 了电子 结构与反 应热力学 的理论研 究。 发 现 同一种 镧 系元 素发 生不 同 类
高强高塑第三代汽车钢的研发
高强高塑第三代汽车钢的研发1董瀚，王存宇，时捷，曹文全（钢铁研究总院，北京 100081）摘要：本文首先简要介绍了先进高强钢的发展状况和高强高塑第三代汽车钢的研发情况。
在此基础上，本文重点介绍了钢研总院及其合作单位在第三代汽车钢领域的基础研究、工业试制、零件冲压情况。
所研发的第三代汽车钢具有优异的力学性能和较低成本，试验钢的抗拉强度在700-1600MPa范围内，强塑积可达30-50GPa%；太钢的工业试制获得了第三代汽车钢热轧钢板与冷轧钢板，其抗拉强度为700-900MPa，强塑积不小于30GPa%。
研究认为，第三代汽车钢的高强度与高塑性主要归因于超细双相组织与大量奥氏体的相变诱发塑性作用。
本文还简要介绍了第三代汽车钢在一汽与湖南大学的应用情况。
最后对第三代汽车钢的未来发展潜力进行了探讨。
关键词：第三代汽车钢，高强高塑，超细双相组织，相变诱发塑性Abstract: At first, R&D of the third generation automobile sheet steel (TG steel) with high strength and high ductility are briefly introduced. And then, the basic research, industry trial, and stamping of the TG steel are presented in details. It is shown that excellent mechanical properties of the steels prepared in laboratory scale at CISRI are of 700-1600MPa for tensile strength and of 30-50% for the product of tensile strength (Rm×A) to total elongation. The mechanical properties of steel sheets produced in the industry trials are of 700-900MPa for tensile strength and no less than 30GPa% for Rm×A. This combination of high strength and high ductility is believed to be attributed to the ultrafine duplex structure and the role of the phase transformation induced plasticity (TRIP effect). The stamping trials of TG steel sheets in First Automobile Works and in Hunan University are introduced in brief. At last, the potentials of the TG steel are discussed.Key words: Third generation automobile steel, strength and ductility, ultrafine duplex microstructure，TRIP effect 0.前言首先，钢材是构成汽车的主要材料，其高强化成为汽车轻量化的首要目标，通过轻量化达到汽车的节能减排势在必行；第二，汽车碰撞安全性法规也促进汽车使用更高强度和更高塑性的钢材。
高性能钢的基础研究进展PPT课件
第二代
• 低微合金钢 • 屈服强度500-900MPa • 针状铁素体/贝氏体/马氏
体
第三代
• 超低碳微合金的新型 TMT技术
• 屈服强度0.5-1GPa, 高韧 高塑
• M3组织
B+F M+B+A
10mm
板号 1 2 3 4
部位 头 尾 头 尾
多相组织
25mm Q500q
500MPa级多相组织桥梁钢
屈服 抗23823 14.7 745 825 0.90 40 11T-017606 14.7 700 840 0.83 33.5
标准要求
690 760 0.97 17
冲击功-30C
234 268 252 252 182 231
单值84J 均值120J
纤维断面率
科技部973项目（编号2010CB630800） 《高性能钢的组织调控理论与技术基础研究》
高性能钢的基础研究进展
钢铁研究总院 董瀚
donghan@ 2014年11月18日 北京
本项目的课题设置 2010年1月－2014年8月
序号 1 2 3 4 5 6
名称
第三代高强高韧低合金钢精细组 织的研究
中锰钢相变中的锰扩散
Mn concentration (%)
12
9
Austenite
6
Ferrite
3
0 575
600 625 650 675 700 T, Annealing temperature (OC)
725
B类夹杂物控制策略
• 控制重点：钙处理后去除夹杂物 • 采取措施：优化软吹流量、时间
0
0
0
半世纪春秋锻钢魂 五十年风雨铸辉煌——热烈庆祝钢铁研究总院结构材料研究所成立五十周年
=
，
由 结 构 材 料 研 究所 先 专 著 《 进 钢 铁 材 料 》 等 在 国 内具 有 重
。
半 世 纪 以来
，
多 项 科 技 成 果 申请 了 国 家 发 明 专 利
，
．
9 0 7 舰 船 结构钢
．
新十 三 号 合金
”
．
马 氏体时效钢 为
，
”
代 表 的 多个 科 技 项 目 获 得 了 多 项 国 家 级 和 省 部 级 科 技 奖 励
十 余 项 合 金 钢 技 术 项 目获 1 9 7 8 年 全 国 科 学 大 会 奖
一
其中
“
6 0 3 无 镍 装 甲钢
于 1965 年获国家发明 奖
低 碳 铁 素 体 ／ 光体 钢 的超 细 晶 强 韧 化 与 控 制 技术 珠
于
2 0 04 年获 国家科技 进 步
等奖
。
结构 材料研 究所现 有职 工 1 0 0 余 人 研 究所 是按材 料学 生1 20 人
，
”
，
结构 材 料研 的钢 铁材 料 研 发
钢铁研究总院结
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河北省纯铁材料及应用产业技术研究院揭牌仪式在龙凤山举行
2021年第1期理事传真77河北省纯铁材料及应用产业技术研究院揭牌仪式在龙凤山举行2020年10月27日，河北省纯铁材料及应用产业技术研究院（以下简称“纯铁研究院”）揭牌仪式在龙凤山铸业有限公司（以下简称“龙凤山”）举行。
来自科研院所和企业用户、相关政府机构的代表出席了揭牌启动仪式。
纯铁研究院将在现有高纯/超纯生铁的生产工艺技术基础上，研发高效、绿色的杂质元素和有害元素纯净化技术，进一步提高高纯/超纯生铁的品质，逐步开发3N ～6N 级高纯铁生产工艺技术。
与此同时，研究3N ～6N 级高纯铁在特殊合金材料中的应用技术和推广，以及开展在高端装备核心部件的应用研究。
龙凤山历经21年发展，立足现有优势基础，抢抓发展机遇，不断提升核心竞争力；始终坚持于铁的纯净化技术研究，挑战纯净度极限，以开展铁纯度达到4N 及以上级别的高纯/超纯生铁的工艺技术和产业化技术研发为契机，锚定高质量发展方向；始终坚持以精准、极致、高效及勇攀高质量科技尖峰的新时代创新精神，勇于担当解决我国铁基新材料领域中“卡脖子”的难题。
龙凤山总经理、纯铁研究院院长白佳鑫表示，纯铁研究院揭牌后，一是要高标准建设纯铁材料及应用产业技术研究院，全力推动PI 品质提升工程早日投产；二是龙凤山将以此次研究院成立为契机，打好组合拳，以提升高纯/超纯生铁的产业化能力和应用为目标，加强产业化配套服务功能，完善产学研用合作体系，着重人才培养、社会配套、企业服务等建设，保障高纯/超纯生铁产业和规模化应用的绿色、高质量可持续发展，实现需求牵引供给、供给创造可靠的市场需求；三是将继续弘扬“成功必定有我”的创新与担当精神，凝心聚力、抓铁有痕，持续探索一切关于“铁”的事物，创造超越“铁”本身的全新价值，以“龙生铁、凤熟铁”，为我国高端纯铁材料的研发与工业化制备开辟新路径。
上海大学材料学院院长、纯铁材料研究院名誉院长董瀚表示，研究院将与下游合作，做好应用研发工作，一方面作为高精尖材料的原料使用，另一方面作为特种材料使用。
高品质特殊钢技术
欧洲企业的中碳 钢
汉阳铁厂的低碳 钢
日伪时期鞍钢中 高碳钢
现代各国高碳共 析钢
高铁
≤0.030
≤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.030
0.15
0.10
0.03
0.15
金相微观组织比较
欧洲企业的 中碳钢
汉阳铁厂的 低碳钢
日伪时期鞍 钢中高碳钢
现代各国高 碳共析钢
铁素体+珠光体 大量铁素体+珠光体少量铁素体+珠光体
全珠光体
钢轨技术演变 — 生产流程技术
高层大跨度建筑采用国产钢材
1000 Yield strength, MPa 800 600 400 200 0 Q235 Q345 Q420 Q460 Q590 Q780 Q980
Courtesy of Shanghai Guandaer Steel Structure Company
技术进步
• 微合金化技术 • 细晶化技术 • 钢筋的洁净钢生产平台 • 高效率切分轧制 • ……
中国金属学会特殊钢分会理事会暨2014年特殊钢技术研讨会在黑龙江齐齐哈尔召开
中国金属学会特殊钢分会理事会暨2014年特殊钢技术研讨会
在黑龙江齐齐哈尔召开
佚名
【期刊名称】《特殊钢》
【年(卷),期】2015(36)1
【摘要】2014年12月3～5日在黑龙江齐齐哈尔市召开了“中国金属学会特殊
钢分会理事会暨2014年特殊钢技术研讨会”。
会议以“特殊钢品种质量提升”为主题，由钢铁研究总院、东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司承办，来自科研院所、大专院校、特钢生产及用户企业等30多家单位，70多位代表参加了会议。
会议包括（i）全体大会；（2）学术报告；（3）特殊钢理事会；（4）《特殊钢》杂志编辑委员会会议。
全体大会由分会陈思联秘书长主持，东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司总经理王伟先致词，特殊钢分会主任委员董瀚讲话。
【总页数】1页(P69-69)
【关键词】中国金属学会;技术研讨会;齐齐哈尔市;特殊钢;理事会;黑龙江;钢铁研究
总院;编辑委员会
【正文语种】中文
【中图分类】TG-26
【相关文献】
1.中国硅酸盐学会非金属矿分会关于召开“非金属矿专题技术研讨会”暨非金属矿分会理事会的通知 [J],
2.中国金属学会特殊钢分会理事会暨2008年特殊钢技术研讨会在北京召开 [J], 中国金属学会特殊钢分会
3.2006年中国金属学会特殊钢分会理事会暨特殊钢技术研讨会在黄石召开 [J], 刘苏
4.2004年特殊钢技术研讨会、中国金属学会特殊钢分会理事会在成都召开 [J], 刘苏;沈中砥
5.2003年中国金属学会特殊钢分会理事会、中国特钢企业协会行业科技中心管委会年会暨特殊钢技术研讨会在杭州召开 [J],
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3-董瀚-研发节能减排型特殊钢品种的实践与思考 [兼容模式]
![3-董瀚-研发节能减排型特殊钢品种的实践与思考 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/e39e4b7aa26925c52cc5bf2c.png)
研发节能减排型特殊钢品种的实践与思考 R&D of Specialty Steel Products to Save Energy and Reduce Emission中国钢研科技集团公司 钢铁研究总院 先进钢铁材料技术国家工程研究中心 中国金属学会特殊钢分会 董 瀚我国节能减排主要目标摘自国务院印发《节能减排综合性工作方案》 • 到2010年，万元国内生产总值能耗由2005年的 1 22吨标准煤下降到1吨标准煤以下，降低 1.22 吨标准煤以下 降低20%左 右；单位工业增加值用水量降低30%。
• “十一五”期间，主要污染物排放总量减少 “十 五”期间 主要污染物排放总量减少10%。
到2010年，二氧化硫排放量由2005年的2549万吨 减少到2295万吨，化学需氧量（ 万吨 化学需氧量（COD）由1414万 吨减少到1273万吨；全国设市城市污水处理率不 低于70%，工业固体废物综合利用率达到 工业固体废物综合利用率达到60%以 上。
材料寿命周期的节能减排低合金含量 铁素体不锈钢原料 低合金 钢材生产 节能 节材连铸连轧技术 在线热处理技术零件制造 节能 节材非调质钢 易切削钢便于分类管理 易切削钢 含钼钢回收利用 易回收钢件应用 高性能 长寿命USC用钢 耐延迟断裂钢 抗疲劳钢连铸技术提高轴承钢成材率特殊钢在线热处理技术 On-line heat treatment 在线软化• 螺栓钢球化退火 • 轴承钢球化退火 • 珠光体钢丝屈氏体化 • 高强度螺栓钢 • 高强度弹簧钢 • 微合金非调质钢在线硬化特殊钢在线热处理技术 On-line heat treatmentSoaking temperature in furnace Rough rolling Intermediate rolling Finish rolling coolingRX of austeniteDIFT and successive transformationsCCTPhysical Metallurgy在线软化处理技术节省能源2 hours 1010 -24 hoursA1/AcmFurnace cooling¾To improve ductility for cold drawing and cold heading ¾To last dozens of hours ¾To consume cons me energy ene g and time ¾Cost of $40 per tonne for the heat treatmentAir coolingConventionally spheroidized heat treatmentGCr15钢在线软化处理技术OffOff -line annealing OnOn -line annealing热扎盘圆的组织（35K）35K钢在线软化处理技术OffOff -line annealing On On-line annealing珠光体钢在线热处理技术 On-line heat treatment35K钢的在线强化技术微合金非调质钢节约能源Die forgingHardening Tempering Stress relievingStraightening微合金非调质钢的特点节减能耗 节省了热处理及相关工序的 材料消耗 减少环境污染 缩短生产周期 提高劳动生产率 提高材料利用率 ～2500 kW·h 取消退火处理 取消调质处理 省去淬火介质 绿色钢材 一般可缩短生产周期约15 % 一般提高3～4 %汽车用微合金非调质钢锻件微合金非调质钢GB/T 15712—××××代替GB/T15712-1995Grade F35VS F40VS F45VS F30MnVS F35MnVS F38MnVS F40M VS F40MnVS F45MnVS F49MnVS F12Mn2VBS Rm MPa ≥ 590 640 685 700 735 800 785 835 780 685 ReL MPa ≥ 390 420 440 450 460 520 490 510 450 490 A % ≥ 18 16 15 14 17 12 15 13 8 16 Z % ≥ 40 35 30 30 35 25 33 28 20 45 Aku2 J ≥ 47 37 35 -37 -32 28 ---Fatigue limit of microalloyed forging steelsCompared with QT steel and Normalized Carbon steelS 3 5 C,S 4 5 C,QT S Cr 4 40 ,S CM4 3 5 ,S NCM4 3 9 ,Q T S 2 5 C,S 3 5 C,S 4 5 C,N 2 2 Mn V S ,A R 3 8 Mn V S ,A AR 4 8 Mn V ,A R 3 8 Mn V S ,A F 3 8 Mn S ,A F 3 8 Mn V S ,L N 3 8 Mn V S ,HN HN σ -1 =0 .5 2 R m600500 Fa atigue limit,σ-1,MPa400N: No r ma liz e d A R: A s - r o lle d A F: A s - f o r g e d L N: L o w te mp N HN: Hig h te mp N300 σ -1 =0 .4 0 R m 200 O p e n : Da t a o f NIM S ,J a p a n S o lid : Dat a o f C IS RI,C h in a 100 2004006 0080010001 2 00Te n s ile s tr e n g th ,R m ,MPa晶内铁素体分割晶粒技术 Al2O3 – MnS – IGF铁素体晶粒 Ferrite grain size长寿命高强度钢节约材料消耗• • • • • 高强度化降低零件重量，提高装备性能 高 度 降低 件 提高装备性 高强度化需要耐延迟断裂和抗疲劳断裂 提高高强度钢的服役性能 研发≥12.9级耐延迟断裂螺栓钢 研发2000MPa级抗疲劳断裂弹簧钢高强度节约钢材超高强度钢提高耐延迟断裂性能高性能 – 长寿命螺栓钢高强度合结钢的疲劳强度2000MPa grade spring steel高性能热作模具钢SDH13• 已将200多吨 SDH13成功地 成功 应用于大型压 铸模 热锻模 铸模、热锻模 和热挤压模 • 明显提高了模 具寿命，性能 已达到或超过 现有8407钢水 平不锈钢钢筋（长寿命）• 耐腐 耐腐蚀（用于沿海建筑和北方城市桥梁） 海建 城市桥 • 无铁磁性（精密设备建筑）Steel grade SUS304 Aichi Steel SUS304N2 CISRI C 22M 15N Cr22Mn15N Rp0.2 Rp0 2 MPa ≧295 ≧390 ≧500 Rm MPa ≧570 ≧690 ≧800 A % ≧40 ≧35 ≧30Strength and nitrogen in austenitic stainless steels我国现有火电机组消耗了大量的能源中国火电机组煤耗和热效率（火力发电占我国发电的80％以上） 我国机组 火电机组平均煤耗（g/ g/kWh W ） 火电机组平均热效率（%） ∼ 379 ∼ 30 发达国家USC机组 300 > 40 CO2+SO2+NOX每年多消耗近3亿吨原煤消耗资源 污染环境 增加成本 运输压力高效率火电机组用钢• 锅炉钢管 管 • 叶片钢 • 转子钢火电机组用钢开发核电用不锈钢快速发展的不锈钢消耗了大量的镍资源中国不锈钢的消费和生产已经世界第一。
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钢的高性能化研究与探索中国钢研钢铁研究总院
董瀚
2010年10月20日北京
报告内容
我国基础原材料行业发展迅速
我国钢铁生产和应用举世瞩目
2007年产钢国排名
2009年产钢国排名
各国人均粗钢产量
不锈钢的产量与消费（金流会不锈钢分会统计1160万吨）
数据源自中国特钢企业协会不锈钢分会
我国钢的生产和应用比例
形成了先进钢铁生产流程
先进的钢材生产流程
形成了世界先进的钢铁生产流程河北钢铁舞阳钢铁公司的电炉中厚板流程
我国钢铁工业发展的约束条件
气候变化
矿产资源交通运输50% of rail transportation
水资源
能源
15% comsumed in steel sector
我国需要调整钢材产品结构
我国2005年颁布的《钢铁产业发展政策》
我国2009年颁布的《钢铁产业调整和振兴规划》我国经济发展需要钢材品种结构的调整
≈Half US dollar per kilogram Faster Stronger Welding
Bending
Machining Bars Rails Coils
报告内容
钢结构用钢情况
刘万忠，钢结构产业的现状和发展趋势，2009年
•钢结构消费钢材品种与强度级别国内均能够满足。
主要使用的有：
–钢板占钢材66%
–热轧型钢占16%
–冷弯型钢占4%
–钢管占8%
–其它钢材4%
•钢结构使用钢材的强度级别从Q235到
Q460，用量最大的是Q345占57%，其次是Q235占34%。
其它强度级别钢材仅占9%
建筑钢结构的高性能化
•提高安全性与经济性
–高强度、高韧塑性、低屈强比
•改善加工性
–良好的焊接性能
•提高耐久性与安全性
–耐腐蚀性、耐大气腐蚀性、耐火性、抗震性
抗震性
•中国《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）
•抗拉强度与屈服强度的实测值之比不应小于1.2
•伸长率应大于20%，且应有明显的屈服台阶
•应有良好的焊接性和合格的冲击韧性
抗震判据？
•地震波导致的材料受力状况
•钢筋的受力方式
–拉伸、弯曲、压缩、剪
切等复合应力
•载荷—位移曲线
•应变速率•简单力学性能试验•单轴拉伸
•示波冲击
•以能量表示地震时材料抵抗地震破坏的能力
提高吸收能量的思路•高强度•高塑性
高强度低合金钢－耐火钢fire resistant steel
•耐火钢FR Steel
–TS＝400－490MPa
–600℃的YS为室温屈服
强度的2/3
–屈强比<0.8
–焊接性能与同强度等级
钢相同
•钢结构建筑物•Cr－0.5%
•Mo－0.5%
–固溶强化
–Mo2C析出强化•Nb－0.02%
–NbC析出强化•Mo-Nb复合作用–晶界Mo偏析
–抑制NbC粒子长大
GB/T 1591-2008《低合金高强度结构钢》
•是重要的钢材基础标准
•本标准的最大厚度扩大到400mm
•增加Q500、Q550、Q620、Q690，取消Q295
•加严了对磷、硫等元素的控制
•增加了钢材碳当量及裂纹敏感系数的计算公式及规定
GB/T 714-2008 《桥梁用结构
钢》
•热轧、控轧、正火
–Q235qC ～E、Q345qC～E、Q370qC～E、Q420qC～E、Q460qC～E
•热机械轧制
–Q345qC～E、Q370qC～E、Q420qC～E、
Q460qC～E
•调质（淬火+回火）
–Q460qC～E、Q500qD～E、Q550qD～E、Q620qD～E、Q690qD～E
GB/T 4171 -2008 《耐候结构
钢》
高强度耐磨钢板
GB/T XXX-2008《工程机械用高强度耐磨钢板》
DIFT
报告内容
建筑用钢的高强度化趋势明显
Courtesy of
Shanghai
Guandaer Steel
Structure
Company
高强度钢中厚板强度不断提高
我国经济建设需要铺设大量管线pipeline requiring high strength steels
管线钢强度持续提高high strength linepipe steel
Hot rolled or Normalized 0.2C-V
TMCP 0.12C-Nb-V
TMCP+ACC L C-Mo-Nb-Ti
TMCP+ACC 0.08C-Mo-Nb-Ti
TMCP+Heavy ACC 0.05C-alloying
钢的理论研究不断深入
钢铁材料技术研发热点
高洁净度
钢中的氧含量
轴承钢4－8ppm
齿轮钢≤15ppm
弹簧钢10－15ppm
模具钢≤10ppm
高均匀度（SGCr15）
晶粒细化技术
Grain refinement technology
高性能钢–高服役性能
packet packet
packet
packet
packet
packet packet packet
残余奥氏体
板条板
条
•马氏体/贝氏体
•板条束/板条块/
板条
•合金固溶和析出[C ][C
相变中的碳扩散控制carbon diffusion in steel
0.20%C
0.54%C
F+P
B+F
M+B+A
10μm
高塑性第三代低合金钢（973项目—高性能钢的组织调控理论与技术基础研究）
第
三
代
低
合
金钢
第二代低合金钢
第一代低合金钢
提高塑性的技术思路
软硬兼施—针状铁素体/贝氏体析出强化—析出强化针状铁素体
Rp0.2=845MPa，A=24.0%
Rt0.5=515MPa，A=27.1%
800MPa级低合金钢板（热轧/回火）北京科技大学尚成嘉。