高性能钢的现状与进展

Pipeline Projects in China
Pipeline projects of 1st and 2nd
The first West-East Pipeline 17 bm3/a
X70 • Y.S. ≥ 485MPa • T.S. ≥ 570MPa • Charpy impact (-20℃) ≥125J • DWTT(-20℃) ≥85% • Pcm ≤ 0.25 • Thickness: 14.6 mm
• Packet boundary is clear
• The neighboring packet is almost perpendicular
• The packet size is about several microns.
• Within a packet the boundary is not clear.
高性能钢的现状与展望
北京科技大学 尚成嘉
cjshang@ustb.edu.cn
钢铁材料的物理冶金基础
• A.H. Cottrel ：气团学说，IF钢 • R. Cahn：《物理金属学》 • T. Ko (柯俊）：贝氏体相变
-----金属材料的科学基础大部分来自英国
（Simith，Oxford）
• 冶金史：李约瑟---柯俊
提出了发展这类钢的组织控制与细化创新原理
“十五”863：新一代超细化低成本微合金结构钢系列
完成了这类钢的产业化
鞍钢、武钢技术合作，实现了新钢系的全面发展与推 广应用 (An-Steel, Wisco, Jinan-Steel)
低碳贝氏体钢成果 Developing LCB Steels
• 创建微合金设计新体系及中温转变组织控制与细化新原理 Advanced Principle and Technology
• 均匀组织-----铁素体/珠光体组织 • 位错/析出/相变强化----复相强化
1200℃，200s
T /℃
低碳贝氏体组织演变及控制
850℃，30%
1℃/s
650℃ 600℃ 500℃
450℃
WQ
t /s
600℃(a)
(a)
500℃(b)
(b)
450℃(c)
(c)
GB M/A
AF
10μm
Typical Morphology of Granular Bainite
Higher Strength Longer Lifetime
High strength rebar steel: 2010: 40% 2015: 60%
Iron Ore Consumption: 16 million ton Energy Consumption: 6 million ton Coal Carbon Dioxide Emission: 2 million ton
Influence of Relaxation Process on the Microstructure and Properties of Low
Carbon Bainitic Steel
Forum, 2003(426-436） Sinica,2003,39(10)
C Shang et al, Materials Science C Shang et al, ACTA Metallurgica
低碳、微合金化(C-Mn-Cu-Nb-B) ， 组织控制与优化，贝氏体组织超细化(control and refinement bainite) 纳米析出控制与强韧化(Nb, Cu precipitation control)
• 建立全新的冶金工艺技术集成( Metallurgy Process)
热连轧机组与板轧机组控轧控冷技术(TMCP-RPC) 回火工艺与钢板性能均匀性
Corrosion, Fatigue, Aging
Graduated: 400(master)+150(doctor)/a
Challenge for Developing HSLA
400MPa Grade Steel by Ultrarefining Microstructure
High Performance Steel ------Refined Packet
• 发展多用途、高性能、易焊接微合金钢( HPS application)
420-960MPa 级，厚度 3-80mm， 工程机械、煤矿液压支架，桥梁、船舶等领域
奖励情况
• 国家科技进步二等奖2项 （2009）（2011） • 教育部科技进步一等奖1项（2007年） • 冶金科技进步一等奖1项（2006年）
• 460-1000MPa • 韧性好 • 易焊接 • 耐大气腐蚀性能好 • 工程机械 • 桥梁 • 船及海洋平台 • 管线 • 建筑
屈强比高
• 抗震建筑（净截面断裂）： 460MPa，19%，0.83
• 桥梁：420，460，500，0.78 •抗大变形管线钢： 10%，0.83，1.15
低碳贝氏体钢相变及组织特点
Weather Resistant Bridge Steel
Wet/dry cycles test
corrosion depth，mm
0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01
0 48
96 144 192 240 time，h
HPS 09CuPCrNi
High strength pipeline steel
第二阶段1990-1998年 新钢系的初步实践，合金设计、冶炼、轧制
生产了第一炉 X65 低碳贝氏体钢 In Bao Steel 开发了第一个590MPa级低碳贝氏体钢 in WISCO
第三阶段1998年后( Fundamental and High Tech Research ) 973子项目：微米亚微米针状组织钢强韧化机理研究
• 1.58 million ton pipeline steel • <40% domestic steel
The second West-East Pipeline 30 bm3/a
X80 • Y.S. ≥ 560MPa • T.S. ≥ 625MPa • Charpy impact (-20℃) ≥240J • DWTT(-15℃) ≥85% • Pcm ≤ 0.23 • Thickness: 18.4mm (strip),
In 2009, Chinese government promised that by 2020 carbon
dioxide emissions per unit GDP will reduce by 40-45%
compared to 2005.
12th Five Year Plan (2011-2016)
二等奖1项（2008年） 三等奖1项 • 辽宁省科技进步一等奖1项（2006年）
二等奖1项（2008年） • 湖北省科技进步一等奖1项（2011年） • IOMMM 2011年Charlse Hatchett奖
Developing High Performance Steels for Green Economy in China
Chengjia Shang University of Science and Technology Beijing, P R
China Yuqing Weng The Chinese Society for Metals, P R China
GDP and Crude Steel in China
Large Capability of Steel Industry and Huge Demand from GDP
Present
Production: 0.63 billion ton crude steel (Jan-Nov, 2011)
Consumption: 0.55 billion ton crude steel (Jan-Oct, 2011)
桥梁、工程机械、管线、船舶、采油平台、港机等领域 需要500-1000MPa级高韧性、易焊接、低成本、节能型钢种
MPa
屈 服 强
1000
回火马氏体调质钢
度
合金含量高，可焊性差
能耗高 工艺长
500
铁素体加珠光体钢 DIFT超细化，C-Mn系
低碳贝氏体钢新体系
低碳贝氏体：高强韧、易焊接、易加工 现代冶金流程：合金用量低、节能不调质、 产能大 、流程短、品种广
-----中国是最早认识和使用钢铁材料的文
明古国
金属物理专业创建56年
研究队伍及业绩
• 贺信莱教授： 第一期973项目课题---800MPa级钢
• 尚成嘉，博士，教授： 第三期973：第三代低合金钢 “十五863”：低成本高性能焊接结构钢， “十一五863”：大厚度尺寸海洋平台钢， 自然基金重点，面上项目
≥22mm (plate) • 4.34 million ton pipeline steel • almost 100% domestic steel
Create economic benefit 10 billion RMB
环境意识与可持续发展
高性能钢的新挑战
-------屈强比
低碳贝氏体特点---高性能
完全不同于老钢系的新体系 代表当前国际焊接结构钢的发展方向
组织控制：各类贝氏体，M/A 组织细化：长大控制机制 析出控制：Nb（C，N），ε-Cu
历史沿革/History review of LCB steels in China
第一阶段 1986年国际合作 Mn-Nb-B微合金体系组织及析出控制研究
Energy Consumption per unit GDP: 16% Carbon Dioxide Emissions per unit GDP: 17%
Steel Industry: 18%
Predicted Carbon Dioxide Emissions: 43.64 billion ton. Steel Industry contributes 16% .
Chaotianmen Bridge in Chongqing City
More than 10,000 Tons of 420MPa grade plate steel have been used to build express highway bridge (produced by An-steel).
1000 800
RQ-T RPC-T
6300C tempering
Yield strength(MPa)
600
400
200
10μm
0
1
2
3
4
Tempering time(h)
Microstructure of as-rolled百度文库plate steel Comparison of yield strength
Reduce Production and Upgrade Facility
3R principle :Reduce-Reuse-Recycle
Eliminate backward production capacity
In 11th Five Year Plan: Iron: 0.12 billion ton Steel: 69 million ton
• 杨善武，博士，教授： 第二期973课题：耐海洋大气腐蚀高强度钢， 自然基金面上项目
• 王学敏，博士，教授： “十一五863 ”：690MPa海洋平台用钢， 自然基金面上项目
• 郭 晖，博士，副教授：自然基金
Developing background of high performance structural steel
Beijing to Shanghai High Speed Railway Bridge in Nanjing
4 high speed railway and two light railway lines 12,000 t of 420MPa grade steel produced by WISCO
9.8% 10.6%
Prediction
Production: about 0.9 billion ton crude steel in 2015
Consumption: 0.75 billion ton crude Steel in 2015
Serious overcapacity
Green Economy Target