鋼鐵材料發(fā)展

1、鋼鐵材料發(fā)展一、引言材料是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)l材料、能源、信息構(gòu)成人類(lèi)文明，而材料是基礎(chǔ)l任何物質(zhì)只要能為人類(lèi)經(jīng)濟(jì)地使用，就成為材料l結(jié)構(gòu)材料是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)l人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展是以材料作為基礎(chǔ)標(biāo)志的 舊石器時(shí)代 新石器時(shí)代（陶器） 銅器時(shí)代 鐵器時(shí)代結(jié)構(gòu)材料的性能要求1l穩(wěn)定的形態(tài)（溫度、濕度、外力作用下穩(wěn)定）較高的剛度（排除了氣體和液體）較高的承載能力（屈服強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度，抗拉、抗壓、抗彎、耐磨、抗疲勞，輕量化要求如高層建筑、運(yùn)輸工具）溫度穩(wěn)定性（冷脆、熱強(qiáng)性）環(huán)境介質(zhì)作用穩(wěn)定性（耐候性）結(jié)構(gòu)材料的性能要求2l安全性韌性（沖擊載荷作用下吸收能量）耐溫（不同使用條件下有不同要求，如低溫鋼、耐火鋼）耐

2、蝕（不同使用條件下有不同要求，如耐候鋼、耐海水腐蝕鋼、耐酸鋼）自我修復(fù)（如加工硬化）結(jié)構(gòu)材料的性能要求3l易于成型和加工不同結(jié)構(gòu)要求不同的形狀流態(tài)成型（鑄造、沉積）半固態(tài)成型（帶液芯軋制或鍛造）固態(tài)成型（壓力加工：熱加工與冷加工）固態(tài)成型（機(jī)械加工：反復(fù)軟化與硬化）連接成型（焊接、粘合、機(jī)械結(jié)合、復(fù)合、涂飾）結(jié)構(gòu)材料的性能要求4l生產(chǎn)成本低廉且能大規(guī)模生產(chǎn)資源豐富且易于開(kāi)采接近自然平衡態(tài)（硅酸鹽材料具有特殊優(yōu)勢(shì)）滿(mǎn)足大規(guī)模生產(chǎn)要求（生產(chǎn)工藝技術(shù)、成型工藝技術(shù)、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝技術(shù)、性能提高的工藝技術(shù)等）環(huán)境友好結(jié)構(gòu)材料的性能要求5l舒適性與裝飾性現(xiàn)代要求且是發(fā)展趨勢(shì)表面質(zhì)量與涂裝金屬光澤與抗氧化抗

3、震降噪隔熱色彩（如彩鋼）特殊性能（如抗菌、手感）主要結(jié)構(gòu)材料l硅酸鹽材料：價(jià)格低廉，年用量上千億噸；其中天然沙石量上千億噸，水泥22.1億噸(中國(guó)10.6億噸，占48%)，陶瓷1.85億噸(中國(guó)0.96億噸，占52%)l木材：天然材，但涉及環(huán)境保護(hù)，年消耗量約40億立方米 (中國(guó)約5億立方米）l鋼鐵材料：年產(chǎn)量11.29億噸(中國(guó)3.5239億噸，占31%）l有色金屬：年產(chǎn)量8100萬(wàn)噸(中國(guó)1635萬(wàn)噸)l高分子材料：塑料年產(chǎn)量2.12億噸(中國(guó)2199萬(wàn)噸)中國(guó)水泥產(chǎn)量發(fā)展鋼鐵材料的特點(diǎn)l資源豐富地殼中5%的豐度l成本低廉大部分鋼材的售價(jià)在3000元/噸l便于回收90%的鋼鐵材料可回收l(shuí)性

4、能優(yōu)良且多樣強(qiáng)度和韌度耐腐蝕性能耐磨性能低溫性能特殊功能l固態(tài)多形性相變使得性能可大幅改變鋼鐵材料與技術(shù)的發(fā)展方向l提高產(chǎn)量滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展需求l高性能高強(qiáng)度、高韌性、長(zhǎng)壽命l高內(nèi)部質(zhì)量高潔凈度、高均勻性、超細(xì)晶粒l高表面質(zhì)量高尺寸精度和光潔度l微合金化改善組織和性能l多品種鋼種和材型l低成本降低合金含量和工藝操作成本l綠色化易于回收和利用、可持續(xù)發(fā)展提高產(chǎn)量0 02002004004006006008008001000100012001200production, millionproduction, millionmetric tonsmetric tons19801980 1990199

5、0 19921992 19941994 19961996 19981998 20002000 20022002 20042004ChinaChinaWorldWorld中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的發(fā)展空間l目前世界人均鋼產(chǎn)量160kg/年l發(fā)達(dá)國(guó)家在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化期間，人均鋼產(chǎn)量300-1000kg/年，持續(xù)生產(chǎn)時(shí)間為50-80年，人均累積用鋼25-50噸l發(fā)達(dá)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)達(dá)到飽和后，仍保持人均300-500kg/年的生產(chǎn)供應(yīng)水平l在后工業(yè)化社會(huì)，鋼鐵材料仍占全部金屬材料的90%以上l我國(guó)2003年人均占有鋼已達(dá)到世界平均水平約160kg/人，總產(chǎn)量達(dá)到2.24億噸。2006年鋼產(chǎn)量為4.188億噸，人均3

6、17kg。預(yù)計(jì)近年內(nèi)將達(dá)到5億噸左右的峰值，人均占有鋼達(dá)到350-400kg/人l中國(guó)要實(shí)現(xiàn)全面工業(yè)化，達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家整體水平，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)間約需50年，累積用鋼應(yīng)達(dá)到200-300億噸（人均15-20噸）l中國(guó)后工業(yè)化社會(huì)仍需保持200kg/人年，即3億噸/年的鋼鐵材料生產(chǎn)供應(yīng)水平中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的發(fā)展空間l鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)在一定時(shí)期內(nèi)均具有大規(guī)模出口的趨勢(shì)l日本、美國(guó)、歐洲、蘇聯(lián)均有過(guò)大規(guī)模出口鋼鐵產(chǎn)品的時(shí)期，高峰時(shí)可達(dá)到生產(chǎn)量的一半以上l我國(guó)2005年仍為鋼鐵凈進(jìn)口國(guó)，2006年進(jìn)口1500余萬(wàn)噸，出口近5000萬(wàn)噸，一舉成為世界最大的凈出口國(guó)。預(yù)計(jì)未來(lái)可達(dá)到1億噸左右的凈出口提高性能與質(zhì)量改善

7、鋼材品種結(jié)構(gòu)鋼帶鋼帶6%6%其他其他1%1%鋼管鋼管7%7%中厚鋼板中厚鋼板13%13%線材線材19%19%普通型材普通型材35%35%優(yōu)質(zhì)型材優(yōu)質(zhì)型材6%6%薄鋼板薄鋼板13%13%增加品種：How many different types of steel grades are available?lSteel is not a single product. There are currently more than 3,500 different grades of steel with many different properties-physical, chemical, env

8、ironmental, 75% of which have been developed in the last 20 years. lSources: 生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化棒線材轉(zhuǎn)向扁平材開(kāi)發(fā)高質(zhì)量和新型鋼材工藝裝備調(diào)整小方坯連鑄-棒線材軋制板坯連鑄-扁平材軋制擴(kuò)大高爐爐容轉(zhuǎn)爐大型化超高功率電爐地區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)整年份19501970198019901998華北12.7219.9621.5122.6926.10東北82.8337.3226.4420.8914.30東部1.9523.7024.7427.5731.60中南0.9013.5715.051

9、6.6415.80西南1.614.5110.349.388.80西北00.941.912.823.40降低生產(chǎn)成本提高成材率：連鑄比與粗鋼產(chǎn)量020004000600080001000012000140001600018000197919811983198519871989199119931995199719992001yearcrude steel tonnage, 104tons0102030405060708090100CC ratio, %crude steelCC ratio采用先進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)工藝技術(shù)煉鐵Ironmaking高爐噴吹煤粉技術(shù)降低煉鐵各工序能耗煉鋼Steelmaking濺

10、渣護(hù)爐技術(shù)轉(zhuǎn)爐復(fù)吹技術(shù)電爐煉鋼技術(shù)二次精煉技術(shù)連鑄Continuous casting傳統(tǒng)連鑄生產(chǎn)的高效化新型連鑄技術(shù)軋鋼Hot rolling確立先進(jìn)軋鋼生產(chǎn)流程生產(chǎn)裝備和技術(shù)的現(xiàn)代化開(kāi)發(fā)新型軋鋼生產(chǎn)技術(shù)l 高爐噴煤技術(shù)10年多噴吹煤粉（重點(diǎn)高爐噴煤比達(dá)到120kg/t）節(jié)約焦炭712萬(wàn)噸，節(jié)約成本11億元。l 濺渣護(hù)爐技術(shù)普通轉(zhuǎn)爐最長(zhǎng)爐齡已大于3萬(wàn)爐（重點(diǎn)企業(yè)平均3600爐），復(fù)吹爐最高大于2.9萬(wàn)爐。按年產(chǎn)1億噸轉(zhuǎn)爐鋼計(jì)算年經(jīng)濟(jì)效益3億元。l 連鑄工藝與裝備技術(shù)10年間連鑄比增加61.9個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)約成本約95億元。l 棒線材連軋10年間共提高了45個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)約成本17億元。l 綜合節(jié)

11、能技術(shù)10年降低0.691噸標(biāo)煤，節(jié)約成本356億元。高效化生產(chǎn)工藝l 生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn)：l 縮短工藝優(yōu)化流程，緊湊化、連續(xù)化l 實(shí)現(xiàn)封閉生產(chǎn)，達(dá)到零排放l 管理信息化，生產(chǎn)智能化l 環(huán)境友好，建立節(jié)能型鋼鐵廠 薄板坯連鑄連軋高效化生產(chǎn)工藝l 國(guó)外薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線水平為：?jiǎn)瘟?30萬(wàn)噸，雙流200萬(wàn)噸。l 國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的7條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，研究開(kāi)發(fā)和采用高效化生產(chǎn)工藝，使單流產(chǎn)量達(dá)到150萬(wàn)噸/年，雙流產(chǎn)量達(dá)到300萬(wàn)噸/年。l 將對(duì)我國(guó)和世界薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝產(chǎn)生巨大的影響采用先進(jìn)的大鋼鐵生產(chǎn)流程l節(jié)能，負(fù)能煉鋼、余熱蓄熱技術(shù)與回收發(fā)電l固體廢棄物綜合利用，鋼渣水泥生產(chǎn)、建筑材料

12、生產(chǎn)、透水材料l曹妃甸項(xiàng)目年產(chǎn)1000萬(wàn)噸鋼、500萬(wàn)噸水泥、100萬(wàn)千瓦電力l向下游產(chǎn)品延伸發(fā)展，非調(diào)質(zhì)鋼、油氣管線、預(yù)硬化模塊、軸承套圈及滾動(dòng)體微合金鋼與微合金化技術(shù)是鋼鐵材料發(fā)展的重要方向l超細(xì)晶粒鋼，微米級(jí)晶粒尺寸的獲得與控制l超微細(xì)第二相強(qiáng)化鋼，納米級(jí)第二相的獲得與控制l屈強(qiáng)比問(wèn)題，提高抗拉強(qiáng)度及均勻延伸率是重要方向，而第二相與夾雜物的尺寸控制是鋼鐵材料中微裂紋尺寸控制的關(guān)鍵電爐煉鋼新技術(shù)l20年后，電爐煉鋼將成為最主要的鋼鐵生產(chǎn)方式（廢鋼原料將超過(guò)鐵礦石原料）l超大功率l節(jié)能降耗l緊湊生產(chǎn)銅在鋼中的應(yīng)用與控制l廢鋼原料的大量應(yīng)用必然帶來(lái)銅在鋼中的富積l銅在鋼中產(chǎn)生熱脆l(xiāng)銅提高鋼的耐候性l銅在鋼中可產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀析出強(qiáng)化AlN在鋼中的作用研究l鋁廣泛用于脫氧，故在鋼中普遍存在，合金化成本低廉lAlN不僅可能以六方ZnS晶體結(jié)構(gòu)的形態(tài)存在，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)還可能以面心立方NaCl晶體結(jié)構(gòu)的形態(tài)出現(xiàn)，從而具有類(lèi)似于微合金碳氮化物的作用l奧氏體區(qū)析出控制晶粒粗化并適當(dāng)調(diào)節(jié)形變奧氏體再結(jié)晶行為，鐵素體區(qū)析出產(chǎn)生強(qiáng)烈沉淀強(qiáng)化效果N在鋼中的作用研究lFe-C相圖與Fe-N相圖的比較l擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，替代鎳用于生產(chǎn)不銹鋼（不銹鋼需求量的增長(zhǎng)速度大