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上海大学付建勋团队成功开拓我国含碲高端特殊钢里程碑!
时间:2021-09-08 16:55 点击次数:
近日,中国钢铁工业学会及中国金属学会奖励委员会公布了2021年冶金科学技术奖获奖名单,由上海大学牵头,芜湖新兴铸管有限责任公司、南京钢铁股份有限公司、攀钢集团江油长城特殊钢有限公司、宝钢特钢韶关有限公司、广东韶钢松山股份有限公司、承德建龙特殊钢有限公司、中天钢铁集团有限公司、鞍钢集团北京研究院有限公司、浙江青山钢铁有限公司等单位共同参与完成的“含碲高端特殊钢冶金工艺技术的开发和应用”项目荣获一等奖,上海大学材料科学与工程学院先进凝固技术中心付建勋教授为该项目第一获奖人,翟启杰教授、沈平副研究员、徐翔宇讲师等为该项目的共同获奖人。 冶金科学技术奖作为中国钢铁工业学会和中国金属学会联合设立的奖项,是中国冶金行业最高科学技术奖,该奖项旨在表彰在冶金工业领域科技成果研究、开发、推广、应用等方面做出创造性贡献的组织与个人,为学术界所公认并广泛受到关注,在推动冶金工业领域技术创新不断发展的同时,对国家、社会经济发展产生了深远影响。 碲被誉为“现代工业、国防与尖端技术的维生素”,中国90%以上的碲应用于半导体行业,冶金行业鲜有应用及报道。付建勋教授梳理国外文献过程中发现,碲对钢中硫化物的性态调控有着极其有益的效果,凭着敏锐的专业感觉,从自选课题起步,开展深入的理论研究。多年如一日的坚持,研究团队历届20余名研究生、博士后开展相关的课题,系统进行了碲冶金理论及应用基础研究,揭示了碲在钢中的存在形式、转变规律和作用机理、碲对钢材性能的影响规律。 多年不懈的坚持中,相继获得两项国家自然科学基金、博士后基金、安徽省重点研发专项、广东省重点研发专项、国家“十三·五”重点研发专项的资助,研究也逐步结出丰硕的研究成果:撰写了数十篇论文,占该领域SCI论文的80%,申请了该领域80%的发明专利。在坚实理论知识的支撑下,付建勋教授将碲冶金技术成果引入高品质特殊钢的产业化应用,相关技术在19家钢厂大批量产业化推广,原创性开发出碲系易切削钢、碲系非调质钢、碲系不锈钢,碲系模具钢,每年为社会创造数亿元的社会价值,大力促进了我国特殊钢产业的技术创新。 德国、法国、日本等发达国家对硫化物调控有着长年的技术积累,掌握了高硫易切削钢中硫化物调控的关键技术,五十年前就制定了硫化物形态调控的国家和专业标准,产品长期占据行业的高端市场。国内众多的特钢企业,由于没有掌握关键技术,产品只能是低端的大路货。 易切削钢成为特钢领域的突出的技术洼地:高端产品无法突破,低端产品市场竞争激烈、利润微薄甚至没有利润。基于扎实的理论研究成果,项目团队将碲冶金技术应用于高硫易切削钢的开发,在冶炼工艺优化的基础上,向钢液添加适量的碲合金,调控硫化物夹杂的赋存状态,促使硫化物形成的碲硫复合夹杂,改变其物理特性,使其轧后几乎全部成为纺锤状夹杂,夹杂物实物效果媲美日本号称“全世界切削性能最好的易切削钢”,实物质量达到国际领先的水平。 关键的技术的突破,有效解决了钢中硫化物轧制过程易变为长条形,导致钢材各向异性问题,而且大幅改善了钢材的切削性能,实物产品可替代12L14、SUM24L等含铅易切削钢,顺应了环保无铅易切削钢的发展趋势,有效带动国产易切削钢行业的产品升级。下图为1214Te碲系易切削钢盘条中硫化物三维形貌。 1214Te碲系易切削钢盘条中硫化物形貌 非调质钢作为汽车发动机、驱动轴的核心材料,在汽车结构件中占比达20%-30%,我国每年汽车产量接近3000万辆,非调质钢有着庞大的市场需求。非调钢中硫化物的形态控制水平对产品的性能有重要的影响,硫化物控制水平不好,降低发动机的抗疲劳性和服役寿命;长条状硫化物的会导致产品累积磁痕检验超标、判废,国际品牌汽车关键非调质钢很大部分依赖于国外进口。非调质钢硫化物形态控制水平成为产品迈入高端市场的关键技术壁垒;只有硫化物形态控制满足进口车主机厂的控制标准,产品才有可能进入国际品牌汽车。 基于本项目团队技术,已成功开发出C70S6Te、40MnVNTe、C38N2Te、45MnVTe、30MnVSTe、S43CVSiTe、38MnVSTe、48MnVTe、SVh40C等十余个碲系非调质钢系列产品,有效解决了曲轴磁痕缺陷问题,产品批量应用到东风康明斯、东风日产、沃尔沃、依维柯、舍弗勒等主流的汽车及汽车零部件制造企业,实现国产非调质钢的跨越式发展,成功替代进口非调质钢。 模具钢和不锈钢(马氏体、铁素体、奥氏体),都是公认的切削性能很差的钢种。不锈钢中加入硫可以改善产品的切削性,但硫的加入会带来一系列质量缺陷:耐腐性能下降、产品分层,轧制劈头开裂等。模具钢加工成模具产品过程经历复杂的切削加工工序,但由于钢种严格限硫,切削问题成为模具加工行业公认的难题,如图3所示。市场的需要是产品开发最大的动力。碲冶金技术有效解决了模具钢、不锈钢上述问题,项目团队基于一次次的实验,解析关键控制技术,开发了416Te、430Te、420Te、303CuTe、304Te、40Cr13等全新钢种,不仅提升了产品的切削性能,而且还有效改善了产品的耐腐蚀性能和抛光性能,为模具钢、不锈钢产品应用领域的拓展提供了一条全新的技术路线。 模具及复杂的型腔 普通机械加工机床的切削转速为600-1500r/min,普通的硫系易切削钢即可满足需求;数控机床切削转速达3000-5000r/min,此时硫系产品已不满足高速切削的要求,“铅系”、“铋系”、“碲系”等高端易切削钢的优势开始体现。数控加工中心转速高达12000-15000r/min,是未来24小时无人值守“黑灯工厂”的标配,也是未来机械加工行业的主流机床,在如此超高速条件下,即使目前公认的切削性能优异的铅系易切削钢也无法满足加工要求,开发“超级”易切钢成为机械加工行业的迫切诉求。 2021年7月,鞍钢集团北京研究院、攀钢成都特钢所、上海大学、攀长钢等单位共同承担了攀钢集团重点研发项目:超易切削机理研究及产品开发的项目,项目总投资1500万元,拟用三年时间开发出满足超高速切削需求的新一代超级易切削材料,占领该行业的技术至高点,碲冶金技术成为开发该材料的关键手段之一。 文章来源: 上大材料

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