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    日本鋼企重點新產品及相關技術研究

    添加時間:2018-12-14 11:17:59

    我國鋼產量占據全球半壁江山,卻是大而不強,高級產品比例低,出口量大卻效益不高。跟蹤了解世界鋼鐵強國的鋼鐵新產品、新技術研發進展,對促進我國鋼鐵技術進步、推動我國鋼鐵由大變強具有重要的借鑒作用。筆者特介紹日本鋼企新開發的重點產品和相關技術,供國內企業參考。

    熱處理省略鋼

    近年來,可省略熱處理的優質鋼材成為各企業的主要研發方向之一。其中,神戶制鋼開發的熱處理省略鋼主要包括軟化熱處理省略鋼KTCH系列和非鋼質螺栓用線材KNCH系列。

    KTCH系列。冷鍛時,由于加工發熱(100℃~300℃)產生的動態形變使冷鍛負荷加大。為抑制動態形變,在開發KTCH系列時采取了以下措施:一是加入Cr、B以降低固溶C、N。二是線材軋制時采取控制軋制和控制冷卻,使開發鋼KTCH20A的固溶C、N顯著降低;在230℃時,KTCH系列的變形阻抗和比較鋼(CH20A球狀軟化熱處材)接近。KTCH鋼與比較鋼的成分與性能對比。

    KNCH系列。神戶制鋼生產的KNCH系列產品達到JIS(日本工業標準)強度8.8級,且不經熱處理亦可成型六角螺栓的KNCH系列已商品化。以下重點介紹冷鍛性能優良的8.8級非調質螺栓用線材KNCH8S的概況。KNCH8S對化學成分和鋼材的加工條件采取了最佳化改進,具體措施如下:一是降低含Si量以降低加工硬化系數,二是降低含N量、增加含Al量以抑制形變時效,三是優化冷拔減面率以減低變形阻抗。對KNCH8S采取冷拔減面率30%的加工后,它和比較鋼SWRCH45K的球化熱處理的冷鍛用模具壽命相同。而且產出螺栓的各種性能均符合JIS標準的規定。該鋼材不僅適用于螺栓,還可用于汽車用回轉部件。KNCH8S和比較鋼的化學成分和性能對比見表2。

    氮化粉末鋼SPMX4N

    近年來,伴隨著塑性加工技術的進步,沖壓加工的高效化和被加工材料的高強度化也在發展之中,加工用磨具的使用條件更為嚴苛。其中要求高韌性、高耐磨性和高耐燒結性的模具,多使用JISSKH40等通用粉末鋼,但在通用粉末鋼難以適應而要求更高耐應性、耐燒結性的場合,對粉末制模具應進行氮化處理層等表面處理以提高耐磨性。但表面處理層在使用時會被磨掉并剝離,為此,需重復進行表面處理,從而增加了處理時間和處理成本。為解決這一問題,便成功開發了SPMX4N粉末鋼,使鋼中的含氮量增加并分散析出微細的碳氮化物,加上粉末鋼的高韌性、高硬度,使鋼材總體具有更優的高耐磨性、耐燒結性。

    SPMX4N具有以下特點和用途:

    淬火回火硬度的特點。該鋼種在1130℃下淬火后回火硬度為64HRC以上,還有在1220℃淬火時則回火硬度可達到和KH40同樣頂峰的67HRC。

    韌性。該鋼種由于碳氮化物的微細析出導致難產生對析出物的應力集中,加上結晶粒的粗大化亦受到抑制,從而在同樣硬度下亦具有優于通用粉末鋼的高韌性,有利于在使用中防止開裂等。

    耐磨性、耐燒結性。由于碳氮化物的微細分散可抑制摺動產生的凝付磨耗,故SPMX4N比通用粉末鋼引發燒結的荷重大,即在油中和30kg荷重下進行300rpm回轉試驗時,SPMX4N開始發生燒結的荷重為通用粉末鋼的3倍。

    由于以上特點,當用于拉拔沖孔和精密重陽用模具及切割刀具時,其使用壽命為通用粉末鋼模具的3倍。

    SPMX4N是比通用粉末鋼的韌性和耐燒結性都優的氮化粉末鋼,特別適用于要求高硬度、耐開裂性及耐燒結性等用途的精密沖壓模具和切斷用刀具等,對延長使用壽命和降低表面處理成本均十分有利。

    高耐蝕復合鋼板

    復合鋼板指在碳鋼和低合金鋼板的一面或兩面附上不銹鋼或Ni合金的復合鋼板,成為兼具母材的機械性能和結合材的耐蝕性的高性能鋼板。復合鋼板主用于造能、能源開發等多種用途,近年來在資源開發環境日益嚴峻的情況下,對經濟性優的復合鋼板的需求日益增多。

    復合鋼板的生產方法。復合鋼板的生產方法有軋制復合法、爆結復合法和補貼復合法,JFE鋼鐵則在西日本鋼鐵福山分廠中原板工廠用軋制復合法生產。具體流程為:先將母村和耐蝕材的板坯復合在一起形成復合板坯,然后經加熱控軋、控冷后成為復合鋼板。此法既可批量生產,又可達到良好的板厚精度,還可應用強韌化技術(TMCP)。它通過快冷在不影響母材焊接性的情況下實現強韌化的目標,并確保復合材的耐蝕性。

    不銹鋼復合鋼板。此鋼板主用于化工罐和各種反應容器。耐蝕材使用SUS304(L)、SUS316(L)和SUS410S等,母材則用JIS標準材、ASTM標準材以及API標準材。

    不銹鋼復合鋼板為防止銳敏化造成的耐蝕性劣化多采取熔體化處理,但適用TMCP處理的復合鋼板在軋后快冷下可使復合材中的碳化物析出受到抑制,從而在不經熔體化處理的情況下亦可保持良好的耐蝕性。在海水環境下,不銹鋼多發生孔蝕和縫間腐蝕。對此,JFE鋼鐵開發成功耐腐海水腐蝕的不銹鋼JIL310Mo作為復合鋼板的防銹材,獲得了和熔體化處理材同樣的耐蝕性。

    Ni合金復合鋼板。該復合鋼板為含Cl離子高,用于含H2S等腐蝕性氣的油、氣生產以及精制設備使用等,防蝕材為JISH4551NW4400(Ni-Cu合金)和ASTMB443UNSNo6625(Alloy625)。JFE鋼鐵將Ni合金的含C量降低,使開發成功的正火型復合鋼板與TMCP型復合鋼板、熔體化處理材具有同等優秀的耐蝕性。

    柴油發動機用高耐壓的油筒用鋼

    現在減排CO2以抑制地球變暖已成全球共識,各國也在積極開發清潔能源。新日鐵住金據此開發成功了可耐高噴射壓的柴油發動機貯油筒用鋼。貯油筒為將供油泵送來的燃料在高壓下貯存的筒狀容器,經過該部件適量適壓地噴射燃料,以實現排除尾氣的清潔化和柴油發動機的大幅度節能減排。

    貯油筒用鋼不僅要求高強度,還需具備機械加工的易切削性。過去使用的鋼種多為加入易切削性元素的碳鋼和低合金鋼等,并經淬火、回火處理后應用;而新開發的鋼種則以降低制造成本為目的,采用了非調質鋼以同時保證高強度和易切削性。

    為改善易切削性,新開發的鋼種采用了積極利用鋼中夾雜物的易切鋼技術,而且在抑制粗大夾雜物的同時又生成微細夾雜物以滿足兩方面性能。通過以上的技術開發,可適應高噴射壓的非調質高強度貯油筒用鋼終于商品化,對柴油發動機車的節油減污做出了奉獻。

    減振合金ZMG566

    目前,在汽車、火車等車輛和精密機械、工作機械等領域,減少振動和降低噪音成為重要課題。作為對策,對振動和噪音產生的關鍵部位可采用使之減振的部件材料,此類材料有橡膠和塑料等。但從耐熱性和機械性能方面考慮,此類材料的適用范圍有限。據此,采用金屬材料中具有較大減振性能的合金較為有效。

    日立金屬在開發各種減振合金中,現Fe系合金中最有效的為Fe-Al系制振合金ZMG566的開發。

    ZMG566位鐵素體系軟磁性材料,利用磁形變而具有減振功能。其最大的特點為在室溫到300℃的環境下具有優秀制振性的Fe系合金,在數十赫茲到數千赫茲范圍內具有優秀的減振性。

    在機械性能方面,ZMG566的0.2%耐力比SUS316還略高,彈性模量和抗拉強度亦大致相同,比重比SUS304小,即強度比SUS304高。

    在磁性方面,ZMG566的最大透磁率、磁束密度和供磁力均與磁性不銹鋼無大差異,并兼具磁密封性。

    ZMG566是在Fe中加入Al的合金,表面形成氧化鋁皮酸,在實施溫濕度試驗(85℃/85%RH×1000hvs)后表面仍基本無變色,耐濕性亦優。

    在制造方面,由于ZMG566不含有稀土元素,原料成本低且穩定。鑄錠時它的結晶粒粗大,致使其延性-脆性轉變溫度比室溫高,從而成為難加工的材料。日立金屬最大限度采用了塑性加工的制造技術,使板厚1mm以下的產品可以大量生產

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