Инновации Baosteel в области износостойкой стали: повышение прочности и устойчивости

Износ материалов является распространенной проблемой в различных отраслях промышленности: по оценкам, из-за износа ежегодно потребляется от 2 до 3 миллионов тонн стальных материалов. Нехватка ресурсов и энергии становится все более очевидной, а проблемы защиты окружающей среды становятся все более серьезными. На мировом рынке высококачественной износостойкой стали уже давно доминируют иностранные компании, такие как шведская SSAB (в том числе финская RUUKI) и японская JFE. По мере быстрого развития промышленности Китая механическое оборудование становится все более сложным, крупногабаритным, легким и разнообразным в условиях эксплуатации. Растет спрос на высокопрочные, прочные, сложные по форме, с низкими потерями и экологически чистые износостойкая сталь материалы, которые быстро внедряются в различных отраслях промышленности. Baosteel, крупнейший и самый современный сталелитейный завод Китая, быстро развивается в области износостойкой стали, последовательно внедряя продукцию, соответствующую ведущим мировым стандартам.

Технологические инновации

Мы преодолели технологию совместного управления, заключающуюся в улучшении каркаса пластинчатого мартенсита и осаждении э-карбида, разработав высокопрочную износостойкую сталь с точным контролем мартенситной основы, многомасштабного осаждения и бейнитной фазы. Впервые мы обеспечили серийное производство продукта марки NM600F, который обладает самой высокой прочностью 2000 МПа. Используя синергетический эффект микросплавов и легирующих элементов, мы обеспечиваем закаливаемость, сводя к минимуму добавление сплавов, улучшая соответствие прочности и вязкости и снижая напряжение закалки. Целевой маркой стали является износостойкая сталь с давлением 2000 МПа НМ 600, характеризующийся микроструктурой низкоуглеродистого пластинчатого мартенсита. Блоки управления микроструктурой состоят из исходных зерен аустенита, пакетов, блоков и планок. Ширина блока является эффективным показателем прочности, а размер пакета — прочностью. Управляя блоками и пакетами в микроструктуре мартенсита, мы можем управлять прочностью и ударной вязкостью износостойкой мартенситной стали. После индустриализации производства износостойкой стали класса F различной прочности ударная вязкость при температуре -60 °C полностью сочетается с прочностью и износостойкостью, что стало первым достижением сверхвысокой прочности 2000 МПа Износостойкая сталь марок E и F. Это позволяет решить проблемы контроля прочности, связанные с высокой твердостью, и превышает предел ударной вязкости SSAB при низких температурах -40°C.

Технология контроля качества

Мы разработали технологию контроля качества отливки из мартенситной износостойкой стали на гигапаскальном уровне по формуле «средний углерод+бор+ниобий+хром + молибден».

(1) Мы разработали метод динамической регулировки давления красной заготовки на машине непрерывного литья для повышения внутреннего качества мартенситной износостойкой стальной заготовки. Используя вторичную модель теплопередачи при затвердевании для расчета толщины в каждом секторе заготовки, мы достигаем динамической стабильности при различной толщине. Точно контролируя динамическую регулировку давления в красной заготовке, мы обеспечиваем самоадаптивный плавный переход при различных условиях заливки, тем самым повышая внутреннее качество износостойких стальных заготовок. После сортировки качества заготовок доля сегрегации по центру C0,5 и центральной пористости 0,5 увеличилась с 75% до 93,4%, особенно для НМ 500 к продукции марки NM600 эта доля возросла с 61% до 93,4%.

(2) Мы впервые разработали метод уменьшения поверхностных трещин на головных и хвостовых заготовках износостойкой стали непрерывного литья путем управления вторичным охлаждением. Отслеживая головку и хвостовую часть заготовки на этапах вскрытия и хвостовой части непрерывного литья высококачественных износостойких стальных изделий, мы регулируем вторичную охлаждающую воду в режиме реального времени для достижения слабого охлаждения головки и хвоста заготовки, самоадаптивного повышения температуры поверхности головных и хвостовых заготовок, уменьшения количества поперечных трещин на поверхности и значительного улучшения качества износостойких стальных изделий. Эта технология является первой в своем роде в процессе непрерывного литья высококачественных износостойких стальных заготовок, преодолевая технический барьер, заключающийся в достижении хорошего внутреннего качества и качества поверхности мартенситных стальных заготовок «средний углерод + бор + ниобий + хром + молибден». Мы также разработали узкий метод контроля состава и технологию плавки чистой стали для повышения стабильности рабочих характеристик готовой стали.

Система управления термообработкой

Мы предлагаем систему композиций Nb-V-Mo-Ti и контролируемый процесс термообработки, который диспергирует частицы при низких температурах для предотвращения возникновения и расширения трещин при сильном износе, а также для предотвращения миграции зерен M на границах в кислотно-щелочной и высокотемпературной средах, повышая стабильность мартенсита. В особых условиях, таких как сильный холод, вечная мерзлота песчаника, кислотно-щелочная среда и высокая температура, износостойкость увеличивается в 1,18-1,53 раза, что обеспечивает высокую износостойкость, низкие потери и экологически безопасное развитие.

(1) При разработке жаропрочной износостойкой стали с хорошими характеристиками эрозионного износа мы добавляем элементы стабильности, упрочняющие твердый раствор мартенсита, такие как Nb, V, Mo и Ti, чтобы повысить степень деформационной стойкости и рабочего упрочнения, а также температурной стабильности и достижения высокотемпературного упрочнения. Это гарантирует, что прочность на растяжение и твердость по Бринеллю мартенситной износостойкой стали не слишком сильно снижаются с повышением температуры, что соответствует требованиям хорошей износостойкости в условиях эксплуатации при высоких температурах. ② Используя процесс термообработки с регулируемой температурой и скоростью закалки, мы способствуем осаждению мелкодисперсных и дисперсных соединений C, N из Nb, Mo, V и других микролегирующих элементов в процессе закалки. Мелкие и дисперсные вещества Nb (C, N), Mo (C, N), V (C, N) предотвращают миграцию на границах зерен и повышают температуру роста зерна, в результате чего получается закаленная стальная пластина с мелким размером зерен и двойным эффектом упрочнения мелкозернистых частиц и усиления осадками. В конечном счете, при эксплуатации при температуре 100 ~ 500° C стальная пластина по-прежнему сохраняет двойной эффект: упрочнение мелких зерен и упрочнение осадками, стабилизируя прочность на растяжение и твердость стальной пластины по Бринеллю при высоких температурах и улучшая износостойкость при высоких температурах. Износостойкость NM500-TUF в 1,7 раза выше, чем у обычного NM500.

(2) В основных технологических исследованиях и разработках стального листа с низкими потерями и высокой износостойкостью во время процесса закалки и нагрева стального листа исходная мелкодеформированная организация и большое количество мелкодисперсных осадков в износостойкой стальной пластине Ti или V ускоряют процесс равномерной диффузии соединений углерода и азота Ti или V, сокращая время нагрева и выдержки. В процессе закалочного охлаждения однородное осаждение углеродных и азотных соединений Ti или V мгновенно замораживается, избегая агрегации карбидов, микросплавов и других упрочняющих фаз, что приводит к равномерной твердости по Бринеллю, хорошей износостойкости и превосходному сочетанию прочности и ударной вязкости высококачественной износостойкой стали.

При использовании этого процесса микроструктура износостойкой стали представляет собой мелкозернистый мартенсит с процентным содержанием мартенситного «пучка реек» от 60% до 90%, средний размер от 0,6021 до 1,7453 мкм, а процентное содержание мартенситного «пластинчатого блока» составляет от 10% до 40%. Это позволяет гибко регулировать морфологию мартенсита в высококачественной износостойкой стали, износостойкость которой в 1,18-1,53 раза выше, чем у износостойкой стали того же уровня твердости.

Специальная износостойкая сталь

Мы инновационным способом внедрили наноTiC и остаточный аустенит в высокопрочную и прочную износостойкую мартенситную сталь, успешно разработав серию износостойких стальных пластин сложной формы. Впервые на международном уровне мы выполнили формовку под углом 180° после сварки и выдерживали усталость при больших нагрузках без распространения трещин в сварном шве. Это было применено при производстве сверхбольших уплотнителей поверхности твердых пород и другого оборудования для экстремальных условий эксплуатации. Показатели сварки, формовки и усталостного износа стальных листов достигли мирового уровня. Новый подход к предварительному осаждению частиц второй фазы и контролю их роста, введению сверхтвердых наночастиц TiC в матрицу мартенсита и управлению процессом термообработки для удержания и диспергирования их в мартенситной матрице, обеспечивающий 5-15% пленочной метастабильной структуры остаточного аустенита, что позволяет повысить сварочные характеристики и прочность стальной пластины без увеличения содержания углерода и легирующих элементов. Выпущено первое высокопрочное, износостойкое роликовое уплотнительное колесо NM360-YLJ мощностью 1100 МПа, которое решает проблему равномерного контроля дисперсии наноTiC и метастабильного аустенита на мартенситной матрице и впервые за рубежом обеспечивает износостойкую стальную пластину после сварки при изгибе на 180° и усталости при больших нагрузках без распространения трещин в сварном шве, применяемое к уплотнителям поверхности сверхбольших твердых пород и производству другого экстремального оборудования. Показатели сварки, формовки и усталостного износа стальных листов достигли лидирующего на международном уровне уровня.

Мы первыми применили технологию контроля износостойких стальных листов с низким внутренним напряжением «закалка при ограниченных температурах + циркуляцией горячего воздуха», решив международную проблему низкого остаточного напряжения и высокого контроля однородности сверхвысокопрочных широких и толстых износостойких стальных листов 1100 ~ 2000 МПа, отвечающих требованиям к длинной сварке, штамповке, глубокой штамповке, многоступенчатому изгибу под большим углом, прессованию валков и формированию круга прессования валков. Мы успешно разработали первый в мире комплект закалки стальных пластин при ограниченной температуре, оборудование для прессования стальных листов и технологию закалки с высокой плоскостностью с толщиной 4 мм и шириной 3000 мм, неравномерность закалки цельной пластины ≤3 мм/2 м, и впервые на международном уровне было налажено серийное производство закалки. Мы успешно разработали серию механизмов закалки с ограничением износостойких стальных пластин и методов закалки с низким остаточным напряжением, изобрели многостоечную систему сервоуправления высокой жесткости, водяной нож с решеткой, интеллектуальное распознавание формы пластин и самообучение и т. д., а также разработали технологию управления трансмиссией с высоким крутящим моментом и большим передаточным числом, технологию гидравлического многоцилиндрового синхронного управления, технологию дифференциальной закалки при растяжении, асимметричную технологию закалки, оптимизацию зазора между валками технология, технология контроля формы головки и хвостовой пластины и т. д. Полный набор технологий прессования и закалки ультратонких стальных листов, закалки стальных листов без стука головкой и хвостовиком/, дефектов средней и кромочной волны и других дефектов формы пластин, закладывая технологическую основу оборудования для производства, исследований и разработки высококачественных износостойких стальных листов.

Мы успешно разработали высокоточную технологию закалки с принудительной циркуляцией горячего воздуха при температуре 150 ~ 750 °C, обеспечивающую однородность температуры ± 3 °C во время темперирования и однородность при низких температурах, достигающую ведущего международного уровня. Изучен механизм взаимодействия поля горения с температурным полем и полем потока при импульсном струйном нагреве с несколькими источниками, проанализирован механизм управления нестационарным теплообменом, связанным с конвекцией, излучением и проводимостью, а также уточнены влияющие факторы и законы температурного поля и поля потока. На основе упорядоченного управления решеткой, направленного на повышение однородности температуры печи, мы разработали технологию высокоточного нагрева и управления теплопередачей с высокой равномерностью, основанную на высокопрочной циркуляционной струе горячего воздуха.

‍

Группа компаний Baosteel и компания Baohui Steel Limited

Непрерывные инновации и достижения Baosteel в области износостойкой стали привели к разработке новых материалов, таких как туф NM500 и NM600, обладающих превосходными характеристиками твердости, износостойкости и низкотемпературной ударопрочности. Эти продукты получили признание в промышленности в стране и за рубежом, включая всемирно известные предприятия, такие как SANY и China Shipbuilding. Компания «Баохуэй Стил Лимитед», являясь дилером стали, тесно сотрудничающим с Baosteel уже более двадцати лет, имеет всестороннее представление о продукции Baosteel и имеет достаточный запас в долгосрочной перспективе. В то же время компания активно участвует в разработке новых продуктов Baosteel из износостойкой стали, обладает богатым техническим резервом и может предоставить клиентам новейшие износостойкие стальные изделия, а также полную техническую поддержку. Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные с продуктами и технологиями, пожалуйста, свяжитесь с нами, и у нас будут профессиональные эксперты по стали, которые ответят за вас.