Ⅵ. 材料专业综合评述

作者:中国金属学会              发布时间:2016-05-27


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2013年冶金科技奖材料专业组共报奖33项,评出获奖项目12项,其中一等奖2项,二等奖4项,三等奖6项。获奖项目主要涉及国民经济发展所需的稀土永磁材料、能源、机械、汽车等应用的各类材料。

1. 高性能稀土永磁材料的开发取得重大进展

高性能稀土永磁材料是信息、能源、空间、生物、环保等高技术领域所需的关键功能材料。一等奖项目“组织调整超强稀土永磁材料工程化技术及应用”是我国稀土永磁材料重大进展的标志。其主要创新点有以下几个方面:

1)开发了通过结构调控获得综合性能磁性积+内禀矫顽力(BHmax+Hcj)大于70的超强稀土材料工程化关键技术,包括20多项发明专利,推动了我国烧结钕铁硼产业技术水平的提升,达国际先进水平。

2)发明了“低成本双主相Ce永磁合金及其制备方法”和“一种低钕、无重稀土高性能磁体及制备方法”,在磁体中形成Nd2Fe14B和(CeRe2Fe14B双主相结构,在保持良好磁性能的同时,大幅度地降低生产成本,极大地提高性价比。新型的Ce永磁材料将成为应用量最大的中低端稀土永磁材料产品。

3)研究制造的各向异性纳米晶热压永磁体和整体辐向取向永磁环,形成了有我国特色的近终型、短流程制备技术,已制备出最高性能为53MGOeNd-Fe-B磁体,并实现生产批量化,产品应用在国际尖端装备的导航控制系统中。

4)研究、开发出耐高温的Nd-Fe-B(大于240℃)和SmCo(大于450℃)磁体,采用了双合金工艺和混合合金工艺,通过掺杂重稀土元素部分取代轻稀土元素,改善温度稳定性,生产出核反应堆紧急落棒的磁控连接件及其他军工急需产品。

2. 先进的600℃超超临界火电机组用各种钢管实现国产化

我国电源结构中火电占75%左右,占实际发电量80%以上。长期以来,我国火电机组蒸汽参数低,导致热效率低,煤耗高,污染物和CO2排放严重,采用600℃超超临界火电机组是发展的必须,但在21世纪初,关键锅炉管全部从日本和欧洲进口。2003年起我国成立产---用联合攻关组,经过8年努力突破一系列技术难题,实现了T23T24T/P91T/P92T122S30432S31042等关键产品全部国产化,其中部分关键产品质量和性能优于进口产品(一等奖项目“600℃超超临界火电机组用钢管研制及应用”)。

项目中突出的创新点是:

19%-12%Cr马氏体钢(P91P92T122)的无δ铁素体控制技术,保证了钢持久性能不但高,而且稳定,明显优于国外同类钢种的水平。

2)奥氏体钢管(S30432S31042)的无晶间腐蚀控制技术,主要通过CNb的精确控制和特殊高温固溶处理达到。

3)高时效韧性、耐腐蚀奥氏体锅炉钢管的控制技术。

2010年以来,我国600℃超超临界机组关键高压锅炉管自给率达100%,国产高压锅炉管已占84%国内市场份额,并实现大批量出口。

此外,三等奖项目“超超临界电站锅炉用CODE CASE 2328-1不锈钢管坯和无缝钢管工艺技术开发”中,太钢开发了过热器和再热器材料CODE CASE 2328-1不锈钢,在提高高温蠕变,抗蒸汽腐蚀性能和改善材料热加工塑性方面都取得了创新性的成果。至2012年已生产了1000多吨,在哈锅、东锅的生产中得到应用。在三等奖项目“大型发电机用水溶性C6厚涂层冷轧硅钢制造工艺及应用”中太钢研制成功了超临界和超超临界大型发电机组所需的C6厚涂层硅钢片,形成了多个创新点,其中有厚涂层基板表面特殊处理专有技术,厚涂层专用固化温度曲线及控制技术,厚涂层精确控制技术等,已为电机厂提供了C6厚涂层产品8594t

3. 在钢材的焊接技术方面,取得了丰硕的成果

东北大学在二等奖项目“基于氧化物冶金的焊接热影响区组织控制技术”中,将研究、开发的氧化物冶金共性基础技术用于湘钢新一代战略石油储缶板的试制过程,将钢中夹杂物通过合理的工艺控制,使其成为有益的第二相,并在钢中作为非自发形核核心,细化奥氏体晶粒,诱导晶内铁素体形核长大,以达到细化钢材晶粒组织,提高钢材强度、韧性和焊接性能。该技术成果的主要特点是精确控制所要求的钢材成分和添加剂的加入,对钢中夹杂物进行弥散化处理,以控制其数量、类型、尺寸及分布,以使其抑制焊接影响区原奥氏体晶粒粗化,促进细密状晶内针状体素体形成。采用该技术可使焊接热输入达到100800kJ/cm,突破过去100kJ/cm的局限。湘钢在12MnNiVR石油储缶板和07MnNiMoVDR低温容器钢板的生产中用该技术进行了大线能量输入为200kJ/cm的焊接,效果良好,显著提高施工效率,居国内领先水平。该技术还扩展应用到TMCP70mmEH40造船钢板,热能输入可达430kJ/cm

药芯焊丝是一种先进的焊接材料,是由外皮金属的里面裹着药粉而构成的。通过二等奖项目“新型焊接材料药芯焊丝技术开发与产业化”,钢研安泰科技公司自主创新设计并建立了具有世界一流水平的药芯焊丝制造及配套设备,特别是药芯焊丝成型机组、焊丝层绕机组等,满足了药芯焊丝生产的需要。在药芯焊丝制造技术上也开发了一系列创新技术,如降低焊缝的扩散氢含量至H5以下;以控制焊缝冷却裂纹、渣系、合金化方式等,也解决了诸如烘粉、混粉、送粉、窄带接头焊接、拉拔减径等一些技术难题。开发了超高强钢、耐腐蚀钢、铬钼耐热钢、不锈钢、耐磨堆焊焊丝等十大类气保护焊药芯焊丝,应用于舰船和海洋工程及辽宁号航母工程的高强、超高强药芯焊丝,应用于核电、石化的不锈钢药芯焊丝,应用于铁路桥梁的金属芯焊丝,以及应用于冶金、电子领域的硬面堆焊药芯焊丝。该项目的完成打破了国外的垄断,实现了国产化,形成了产业规模,产销量和市场份额均居国内第一。

4. 开发各种新钢铁产品,以满足汽车、机械和石油等工业发展的需要

宝钢的二等奖项目“汽车排气系统用铁素体不锈钢系列产品开发”开发了有自主产权的系列超纯铁素体不锈钢B409MB436LB439MB429B441,解决了生产工艺上一系列技术难题,产品的性能和使用性能如焊接、成型及抗腐蚀、疲劳、热疲劳、高温氧化等达到了国际同类产品的先进水平,替代了JFE、新日铁、蒂森克虏伯的进口产品,批量用于国产宝马、奔驰、通用、大众、日产新汽车。

采用非调质钢代替调质钢是一种国际上发展趋势,河钢、石钢自主研发了φ30-130mm系列规格的610 MPa740 MPa800 MPa三个强度级别的非调质钢,用于制造工程机械杆类零件(二等奖项目“工程机械杆类零件用系列非调质钢研发与应用”)。项目采用VTiNAl等复合微合金化及先进的控制轧制、控制冷却生产工艺,替代了4545Cr等调质钢,达到了节能降耗和产品升级的目的。

为石油的勘探、开采,天津钢管公司开发了高强度、高韧性钻具用钢管(三等奖项目“S135高强高韧性钻具用钢管生产技术与产品开发”)和TP-JC锯齿形油井螺纹管,其螺纹接头的连接强度、密封性能以及抗粘合能力等综合性能优于API螺纹(三等奖项目“TP-JC锯齿形螺纹油井管设计与开发”)。宝钢开发了耐热系列油套管,可以满足石油蒸汽驱采350℃、17MPa蒸汽压力、应用时间为5年以上的要求,并已形成批量稳定生产能力(三等奖项目“耐热系列油套管的研制”)。

5. 氧化钒清洁高效生产技术取得了重大突破

现有的氧化钒产品生产技术都存在废水处理能耗大、成本高、副产物多、钒回收率低等至今尚未解决的难题,攀钢(二等奖项目“氧化钒清洁高效生产关键技术及装备研究”)研究、开发的氧化钒清洁生产工艺和成套装备具有以下的创新点:

1)创新性地提出废水闭路循环技术和理论支撑,新工艺即解决了废水循环利用,又解决了生产高质量五氧化钒的世界难题;2)无废弃物的电解脱锰废水处理技术;3)残渣综合利用技术;4)钒的回收率比原工艺高50%

该技术的研发成功,使我国钒生产技术整体提升到国际先进水平,已应用于攀成钢5000t五氧化钒生产线和西昌钢钒公司1800t生产线。若进一步在国内推广应用,可以解决钒生产过程的环境污染和经济效益的难题。

 

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