热处理在钢铁生产中的应用和新产品开发培训课件(共73张PPT)

三、钢的生产流程及各工序功能
——冶炼及连铸工序
1、主要是化学成份的精确控制、窄带范围控制 2、洁净度及夹杂物控制 3、化学成分的均匀化控制，减少成份的偏析。
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TMCP：控制轧制和控制冷却技术结合起来，能够进一步提高钢 材的强韧性和获得合理的综合性能，并能够降低合金元素含量和 碳含量，节约贵重的合金元素，降低生产成本。 新一代TMCP：以超快冷技术为核心的控制轧制和控制冷却技术。
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整合资源实现共赢
协同创新引领发展
钢铁热处理技术及新产品开发
王忠英
钢铁研究总院华东分院 2015年11月14日
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目 录
一、先进钢铁材料的要求 二、影响钢铁材料质量的主要因素 三、钢的生产流程及各工序对质量的影响 四、钢的主要热处理工艺及效果 五、热处理技术在钢铁生产中的应用
多品种－钢种和材型
3500多种碳素钢和合金钢 板、管、丝、带、棒、锻材
低成本－降低合金含量和工艺操作成本
降低能源消耗和金属消耗 微合金化－改善组织和性能
绿色环保－易于回收和利用、可持续发展
以铁为基，其它元素应无污染、可回收
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三、钢的生产流程及各工序功能
——控制轧制和冷却工序
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控制轧制：控制轧制是在调整钢的化学成分的基础上，通过控制 加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数，控制奥氏体状态和 相变产物的组织状态，从而达到控制钢材组织性能的目的。
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控制冷却：控制冷却是通过控制热轧钢材轧后的冷却条件来控制 奥氏体组织状态控制相变条件、控制碳化物析出行为、控制相变 后钢的组织和性能。
高强度低合金钢
合金结构钢 超高强度钢 不锈耐蚀钢 耐热钢 轴承钢 工模具钢
双相钢、超深冲IF钢、高强度IF钢、TRIP钢、耐候钢
微合金非调质钢、耐延迟断裂螺栓钢、长寿命齿轮钢等 高强度高韧性的马氏体时效钢、低合金超高强度钢 耐苛刻介质腐蚀不锈钢、铁素体时效不锈钢、马氏体时效不锈钢 超超临界机组用铁素体耐热钢 超高洁净度高碳铬轴承钢、控制淬透性轴承钢、耐坏境作用轴承钢 不变形模具钢、易切削模具钢、防震模具钢、少偏析/无偏析高速钢
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一、先进钢铁材料的要求 ——总体要求 高性能－高强度、高韧性、长寿命
高内部质量－高洁净度、高均匀度、超细晶粒、夹杂物控制 高表面质量－表面无缺陷、高尺寸精度和光洁度
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三、钢的生产流程及各工序功能
——轧钢工序(轧制及冷却) 1、通过一定压缩比消除铸造缺陷，材料的各项综合力学性能 就好。 2、保证钢材的外形尺寸 3、特殊钢在高温状态下的变形抗力较普钢高，高温塑性差， 因此其轧制工艺亦有其特殊性。 4、为了满足钢的组织和性能要求，钢材轧后冷却有缓冷、水 冷、风冷和雾冷。 4.1 殊钢由于逸氢及减轻组织应力的需要，一般均采用较高的 终轧温度，冷床一般相对较窄，以利于高温入坑缓冷，其目的是为 了避免产生白点和应力裂纹。 4.2 对于需要获得索氏体组织的钢种或需要控制二次碳化物网 状级别的钢种则采用水冷、风冷或雾冷；如目前已成功开发应用的 斯太尔摩生产线就是线材生产过程中对钢材轧后冷却制度应用的典 型。 4.3 为避免某些钢种轧后开裂或硬度过高则在冷床采用保温设 施。
连续铸钢技术
技术特点： 利用中间包－结晶器－二次冷却－拉矫 等生产设备，连续生产合格铸坯；
采用结晶器振动和保护渣改善铸坯表面
质量； 采用二次冷却和电磁搅拌，提高铸坯内 部质量。 技术优点： 连续化生产，生产效率提高； 钢材成材率提高15~20%； 实现近终形连铸； 实现高温热送热装或连轧工艺。
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二、影响钢铁材料质量的主要因素
钢的性能决定于其组织形态，而组织则决定于化学成 份、热加工生产工艺及热处理工艺。 1、钢的化学成分及均匀性 2、钢的洁净度及夹杂物控制 3、钢的组织控制及稳定性
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连铸技术的发展，不仅提高了钢铁 成材率，提高了生产效率，而且促进 了钢铁生产从单元化、间断生产的模 式向连续化短流程方向发展。
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三、钢的生产流程及各工序功能
——高品质钢洁净生产流程 传统观点认为，只有少数高附加值钢材要求达到超纯净。而21世纪先进钢 铁厂的基本理念是要保证生产所有钢材都能超纯净，钢中杂质元素总含量 S+P+N+T.O+H<100~15010-6，也就是“大批量”的概念。为了实现这一目标， 必须努力降低超纯净钢的生产成本（目标是低于现代化钢铁流程中普通钢的生 产成本），提高生产稳定性，保证产品质量稳定。
三、钢的生产流程及各工序功能
——冶炼及连铸工序
炉外精炼技术
技术特点： 实现分阶段冶炼，创造最佳的热力学动力学 条件，保证钢水纯洁度； 采用真空精炼，提高脱C脱气速率； 采用电弧加热，精确控制钢水温度； 采用吹氩搅拌工艺，精确控制钢水成分。 技术优点： 提 高 钢 水 纯 净 度 ： [S]≤5×10-6 ， [P]≤20×10-6， [N]≤15×10-6- ， [H]≤1.5×10-6 ， [T· O]≤10×10-6 ， [C]≤10×10-6； 精确控制钢水成分，降低生产成本； 精确控制钢水温度，提高生产效率。
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ห้องสมุดไป่ตู้
三、钢的生产流程及各工序功能
——控轧控冷工艺技术
技术特点：
采用多机架连续轧制，可一火成材； 采用控轧控冷工艺，控制钢材组织，细化晶粒； 利用余热实现热处理，简化工艺流程，减少环境污染。 技术优点： 生产效率高，节能，变多火成材为“一火”或“无火”（连轧）成材 ；
四、钢的主要热处理工艺及效果
——钢的基本组织分类
奥氏体：奥氏体具有面心立方晶体，塑性好，一般在高温下存在。 铁素体：铁素体具有体心立方晶格，含碳量极少，其性能与纯铁极为 相似，塑形极好。 渗碳体：渗碳体是铁和碳的化合物，也称碳化三铁，含碳量6.69％， 具有复杂的品格结构。其性能硬而脆，几乎没有塑性 。 珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体相间的片层状组织。因其显微组织 有指纹状的珍珠光泽而得名。其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度、 硬度适中，并具有良好的塑性和韧性 索氏体：亦称细珠光体，是奥氏体在低于珠光体形成温度分解而成的 铁素体和渗碳体的混合物。其层片比珠光体细，仅在高倍显微镜下才 能辨别。硬度、强度和冲击韧性均高于珠光体。
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三、钢的生产流程及各工序功能
——轧钢工序(加热制度) 1、解决钢的化学成分均匀化、降低碳化物液析、不均度、碳化 物带状、铁素体带状等钢液选分结晶规律带来的问题。 2、防止表面脱碳、过热、过烧等加热缺陷。 3、高碳铬轴承钢、马氏体、贝氏体、莱氏体钢在加热时，必 须控制升温速度，否则加热速度过快时会因热应力和组织应力使钢 锭或钢坯产生应力裂纹或断裂； 4、保证适宜的高温扩散时间，当高温扩散时间不足时，高碳 钢钢液凝固产生的一次大颗粒碳化物（液析碳化物）无法固溶到奥 氏体中，也就无法降低液析碳化物级别； 5、低碳合金结构钢钢坯的树枝状晶也不能溶入奥氏体中，就 无法降低铁素体带状组织对力学性能的不良影响。 6、保淬透性结构钢加热时，也需要进行适当的高温扩散，以 解决微区化学成分偏析、带状组织对淬透性和力学性能均匀性等问 题的不良影响。
成品尺寸公差小；
产品性能稳定，质量改善。 连轧与控轧工艺技术的发展，不仅大幅度提高了生产效率，实现“ 一火”成材，而且将离线热处理改变为在线余热热处理，提高了产品质 量，降低了环境污染。
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炉外精炼的发展，大幅度提高 了钢水净化度，明显改善了产品 的性能。为新一代钢铁材料的发 展打下坚实工艺基础。
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三、钢的生产流程及各工序功能
——冶炼及连铸工序
1、力学性能：强度、塑性、韧性 2、服役性能：疲劳、延迟断裂、蠕变、持久、腐蚀 3、工艺性能：冷热加工性能
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一、先进钢铁材料的要求 ——对环境友好的要求
1、生产过程中稳定和经济性回收 2、加工过程中稳定和经济性回收 3、应用过程中稳定和经济性回收
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三、钢的生产流程及各工序功能
——钢的生产流程
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一、先进钢铁材料的要求 ——对低成本的要求
1、生产过程的低成本
2、加工过程的低成本
3、应用过程的低成本
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一、先进钢铁材料的要求
——典型的先进钢铁材料种类 在钢铁材料基础理论研究和工艺技术装备发展的基础上，为了满 足不断增长的需要，新型钢铁材料层出不穷。
类别 碳素结构钢 新型钢铁代表类型 细晶粒钢、超细晶粒钢
一、先进钢铁材料的要求
——对冶金质量的要求
1、窄化学成分 2、高洁净度 3、高均匀性 4、组织可控 5、高尺寸精度 6、高表面质量
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一、先进钢铁材料的要求 ——对性能的要求
一、先进钢铁材料的要求
——钢的昨天、今天和明天
6000
抗拉强度,MPa
5000 4000 3000 2000 1000 0 昨天 今天 明天 铁素体钢 200 400 800 马氏体钢 800 2000 3000 珠光体钢 2000 4000 6000 奥氏体钢 500 1000 2000
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