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黑龍江研發出新型特種合金鋼

　哈爾濱某科技開發公司近研制出一種耐高溫抗磨抗氧化合金鋼，這種新型特種鋼與同類合金鋼相比具有不僅具有高溫狀態下抗磨損性能，而且成本只有同類產品的1/3。

　高溫合金是一種能在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料，具有優異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能等特點，也是燃氣渦輪發動機熱端部件不可替代的關鍵材料。

　該公司研制的的特種合金鋼屬鐵基奧氏體高溫合金，材料的主要元素為鐵(鐵所占比例50%以上)。能承受1200℃高溫，高溫狀態比美國高溫合金材料Incoloy800H高一倍，且具有抗磨損﹑抗氧化﹑高強度﹑高塑性等優點，抗拉強度可達600多Mpa，

　國內國際上目前生產的的高溫合金大部分是鎳基或鈷基合金，因此制造成本很高。該合金鋼主要元素為鐵，所以成本優勢明顯。這種新型合金鋼價格目前為13萬元/噸(管、板、棒材)，美國同類的高溫合金材料Incoloy800H，市場價格18萬元/噸以上，國產優質高溫合金材料S31042、GH1015、GH1035A、GH2302等材料，市場價格也都在20-30萬元/噸以上。

　目前該鋼種已大范圍應用在循環流化床鍋爐電廠鍋爐的水冷壁管、高溫過熱器管及測溫元件等部件上。

　據介紹，目前全國正在運行的容量不等的循環流化床鍋爐有6000多臺，如果按每臺設備改造平均需要20噸《耐高溫抗磨損抗氧化合金鋼》材料的話，那么每年按50%概率進行改造所需的鋼材就是60000噸，僅循環流化床鍋爐設備改造一項的市場每年價值在78億元左右。

　這一成果已獲國家發明專利。據企業負責人介紹，企業在研發此高溫合金成功后向國家知識產權局申報發明專利過程中，被告知要與日本住友企業就他們已申報過的專利進行辯論，后來經該企業專利發明人經過與國家知識產權局行業專家長達兩年多的數次論證，終國家知識產權局認定《耐高溫抗磨抗氧化合金鋼》的性能優于日本申報的高溫合金項目，且具有新穎性和創造性，并授予發明專利。

開發含鈮微合金鋼前景及預測。含鈮微合金化鋼的研究和開發重點在板帶材，微合金化鋼的制備技術已趨成熟。鋼材的實物性能水平大大提高。從而增強了企業產品的市場競爭力。今后一段時期內技術導向的重心應繼續在板帶材生產工藝技術深入研究的同時，逐步趨向于長型材和鑄鍛件。含鈮鋼開發的建議鋼材品種 ? 鈮微合金化冶金原理棒線材 ≥400Mpa級建筑鋼筋在335Mpa級鋼筋基礎上降C,Si添加0.02-0.05 %Nb ? 特種鋼筋防火抗震 Mo-Nb復合微合金化，延遲軟化提高抗時效性? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Nb-Ti復合微合金化，降低屈強比改善疲勞性能 ? 勞性能 Nb或Nb-V微合金化提高強度和抗時效性 ? 高強度線材(冷鐓、金屬制品) 適于低溫軋制或軋后直接淬火、自回火提高強度改善延性 ? 鑄件(小鑄件，集裝箱角件) 細化晶粒? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?提高屈服強度韌性和疲勞性能鑄鍛件鍛件(汽缸拉桿) 細化晶粒改善鍛壓工藝性能、沉淀硬化不銹鋼 304、316不銹鋼替代含鈦18-8系列不銹鋼降碳加鈮提高強度強度改善抗腐蝕性耐熱鋼汽柴油機進排氣閥用鋼添加鈮提高蠕變強度改善抗燒蝕性由低碳鋼向中高碳鋼開拓，由低合金工程結構用鋼向機械結構用鋼，不銹鋼和耐熱鋼延伸。在建筑用熱軋鋼筋新標準(GB1499-98)頒布后，為含鈮的?400Mpa 級鋼筋及耐火，抗震特性鋼筋的開發打開了缺口，與含釩和鈦鋼筋相比較將顯出技術優勢和廣闊的應用潛力。從長遠看，汽車拖拉機，機床制造業是含鈮鋼的重要使用領域，開發低碳貝氏體和馬氏體非調質鋼適合中國的國情。為改善鑄鍛件的屈服強度、韌性和疲勞性能，鈮微合金化將取得明顯的效果。表?4 列出了后續含鈮鋼開發的規劃。表?4 列出了后續含鈮鋼的開發建議。

2020-11-19

合金鋼的設計

含鈮合金鋼的設計 ?? ?從材料學基本原理來看，只有選擇適當的強化方式，才能在獲得高強度同時也具有高韌性。高強度鋼的破壞形式，就是斷裂。為此，從晶界是材料的薄弱環節著眼，通過計算添加元素或雜質元素原子在晶界表面的偏聚自由能來判斷和預測材料的韌脆性質。相結構因子和界面結合因子在合金設計中的應用框圖含鈮合金鋼的設計單位國內鋼鐵研究總院（CISRI）等單位，由宏觀和介觀合金設計轉入微合金設計的領域，利用量子力學第一原理進行微合金鋼的合金設計。相結構因子和界面結合因子在合金設計中的應用如圖 6 所示。含鈮合金鋼的設計試驗 ?? ?試驗探明了摻 P 和摻 N 的晶界，表面的偏聚能之差分別為 1.0.3eV 和-0.99eV,P 趨向于減弱晶界結合，促使晶界分離，是脆性元素；N 則增強晶界結合，是韌性元素，圖 7 為團簇中間原子層的差分電荷密度。 ?? ?通過團簇中間原子層的差分電荷密度圖。差分電荷密度定義為摻雜晶界電荷密度與純晶界電荷密度和自由雜質原子電荷密度之差，左為摻 P 晶界，右為摻 N 晶界。其中空心圓圈表示 Fe 原子，粗線表示得到電子，細線表示失去電子，線間隔為 0.007e/A3。 ?? ?通過計算還得到了 Nb 和 V 在 fcc Fe 晶界的偏聚能，見表 3。在奧氏體內，Nb 既可存在于晶內，也可存在于晶界，但會優先占據晶界，V 也有擇優在晶界上的趨勢，從能量的角度來看，將使奧氏體出現更多的界面。結果還表明 Nb 比 V 的細化效果更佳。這一方面的研究，使含鈮微合金鋼的開發建立在更扎實的理論基礎之上。

2020-11-19

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