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21-197 钢铁材料的强化理论河北普阳钢铁有限公司河北新武安钢铁集团文安钢铁有限公司整合重组升级改造项目产能减量置换方案公示

更新时间:2021-11-25 03:56:11点击:

    钢铁材料微观组织决定其宏观力学性能,微观组织的尺度有电子层次,原子层次、晶体层次和多晶相结构层次。成分固然决定强度,组织类型、晶粒尺寸和第二相等对强度都有决定性的影响。因此,钢铁材料的强度可归纳为固溶强化(间隙固溶与置换固溶)、细晶强化(有效晶粒)、析出强化(纳米析出相)相位错强化(贝氏体、马氏体)。简单地从成分和微观组织的角度去预测强度是比较难的,由于因素太复杂,完整的物理冶金理论模型还有待发展。不过已经发展了一些经验性和半经验性的公式和方法,如Hall- Petch公式可以建立晶粒尺寸与强度的线性关系,适用于更加复杂回火马氏体或贝氏体组织经验和半经验性公式也在发展。

河北普阳钢铁有限公司河北新武安钢铁集团文安钢铁有限公司整合重组升级改造项目产能减量置换方案公示

    各类强化机制大致如下:

(1)固溶强化,即往金属基体中加入合金元素,使金属发生一定的晶格畸变,从而产生合金强度提升的现象。强化程度取决于原始金属元素和添加合金元素原子之间的尺寸差异,也取决于添加的合金元素的量。

按照《国务院关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见》(国发〔2013〕41号)《国务院关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》(国发〔2016〕6号)和《钢铁行业产能置换实施办法》(工信部原〔2021〕46号)要求,现将河北普阳钢铁有限公司河北新武安钢铁集团文安钢铁有限公司整合重组升级改造项目产能减量置换方案予以公示,欢迎社会公众进行监督。公示期为2021年11月24日至2021年12月22日。

(2)细晶强化,即通过特定的热处理工艺、热加工工艺或加入特定细化晶粒组分,使材料内部的晶粒尺寸产生显著变化,使其强度提升的方式。

联系***:0311-87800210。

建设项目情况

(3)第二相强化。第二相粒子以细小弥散的颗粒均匀分布于基体金属时,会产生明显的强化效果,根据第二相的特性,可分为弥散强化和固溶强化。另外,通过加入合金元素,采用特殊的热处理工艺,可以使钢铁材料形成两相或多相的结构,提高材料的强度,这种方式可以称为多相强化。

(4)位错强化。通过特定的加工工艺或热处理工艺,使钢铁材料内部产生大量位错,从而提高材料的强度。

    固溶强化

    固溶强化是钢铁材料最早、最广泛应用的强化手段。一般来说,在钢铁材料里添加溶质元素会导致强度的提升,而这种提升的程度取决于两方面:

    ①溶剂原子和溶质原子的尺寸差异。溶质原子的加入使基体金属的晶格产生畸变,从而产生的应力场同原位错产生的弹性应力场相互作用,阻碍了位错的运动,从而实现了强化作用。

    ②电子结构的互相干扰,这直接由溶质和溶剂在剪切模量上的差别表现出来。通常来说,溶质原子的加入,会导致基体金属晶格对称性的改变,从而产生一定的强化效果。另外,溶剂原子和溶质原子的电子差价也会导致固溶强化,这是因为溶质原子的加入必然使其周围的溶剂原子的电子结构发生变化。尤其处于位错部分的原子,其电子结构发生变化,产生相应的溶质原子、位错处的溶剂原子的相互作用,强化基体。

企业名称

建设地点

冶炼设备情况

拟开工

    在溶质原子的添加量较小时,固溶强化的效果与溶质原子添加量的正平方根呈线性关系。只要溶质原子和溶剂原子在原子质量上的差异不显著,那么强化程度同添加溶质的质量呈线性关系。

时间

    最常用的置换固溶强化元素有Mn、Si、Cr、Mo、Ni等。其中,Mn是最廉价的固溶强化合金,其强化效果十分明显;Cr与Mn有类似的强化作用,并且也比较廉价;Mo、Ni等合金元素有综合作用,但合金化成本较高。

    引入间隙原子和添加置换溶质原子,都会改变钢铁材料的晶体结构,产生非对称的晶格。但间隙溶质原子的引入(如C和N等),对于钢铁材料的强化作用要远远大于置换溶质原子对钢铁材料的强化作用。这是因为间隙溶质原子和位错之间有着强烈的相互作用关系,而且溶质原子对位错具有拖曳作用。

    溶质原子的置换作用对钢铁材料产生的强化作用,同溶质原子浓度的正平方根成正比,但是相比之下,间隙溶质原子产生的强化作用要强于置换作用10~100倍。

    固溶强化作用固然是提高钢铁材料强度性能的重要方法,但强化作用会相应地导致韧性和塑性下降,因此,不能一味地通过固溶强化去增强钢铁材料的强度。

拟投产

    细晶强化

    钢铁材料重要的力学性能(如屈服强度、硬度、韧脆转变温度,甚至包括环境断裂敏感性等)均能通过晶粒细化的手段使之改善可与晶粒尺寸的一1/2次方建立定量的关系,即Hall-Petch关系。

    Hall- Petch关系表明,在常规的晶粒范围内,随着晶粒尺寸的减小,材料的强度将升高,韧脆转变温度降低。

时间

置换

比例

备注

    在常规钢铁材料的生产过程中,细化晶粒始终是提高材料性能的主要手段,特别是20世纪60年代以后,微合金原理的发展以及控轧控冷技术的应用为钢铁材料的晶粒细化奠定了工业化基础,目前控轧、控冷技术(或称热机械处理,TMCP)主要从以下几方面细化晶粒:首先使高温奥氏体在再结晶温度范围逐级变形,利用奥氏体反复再结晶细化奥氏体晶粒,其次通过在奥氏体非再结晶温度区变形,增加缺陷密度,从而增加铁素体形核位置,然后利用加速冷却,增加铁素体相变的驱动力。按照常规再结晶热轧工艺,普碳钢晶粒一般能控制在20-14μm(相当于ASTM8~9级),而采用TMCP工艺,对于微合金钢的晶粒尺寸能细化到10μm。上述铁素体晶粒细化结果应该说是20世纪钢铁工业所取得的出色成就。

    当晶粒尺寸进一步细化以后,韧脆转变温度也符合Hall- Petch关系。当晶粒尺寸细化到1μm时,韧脆转变温度可降低到液氮温度以下。20Mn-Si在超细晶的条件下(1~2μm),比同炉钢常规工艺条件下(晶粒尺寸15~20μm)的低温冲击功提高近一个数量级。

类别

    由于钢铁材料内部产生的大量晶界,使得在晶界处较为容易产生塑性变形,产生应力集中来维持细小晶粒本身所具有的连续性。晶粒变形的时候,位错是不能穿越晶界的,因此晶界成为位错运动的阻碍。如果钢铁材料中的晶粒尺寸足够小,晶界内的位错运动中运动到晶界处将不再前进,因此改变晶粒尺寸会影响到钢铁材料的强度。

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建设产能

(万吨/年)

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河北普阳钢铁有限公司

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河北武安工业园区

高炉

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21-197 钢铁材料的强化理论河北普阳钢铁有限公司河北新武安钢铁集团文安钢铁有限公司整合重组升级改造项目产能减量置换方案公示(图1)

1580

立方米

2

274

2021年

12月

2023年

12月

1.25:1

转炉

120

1

135

2021年

12月

2023年

12月

1.25:1

电炉

100

1

75

2021年

12月

2023年

12月

1.25:1

河北新武安

钢铁集团文安钢铁有限公司

河北武安工业园区

高炉

1430

立方米

1

127.87

2021年

12月

2023年

12月

1.25:1

转炉

120

1

135

2021年

12月

2023年

12月

1.25:1

配套建设3套铁水脱硫设施、4座120tLF精炼炉、2座120tRH精炼炉、2座120tVD精炼炉、2座100tLF精炼炉、1座100tVD精炼炉。

退出项目情况

序号

省(区、市)

企业名称

冶炼设备情况

启动拆除时间

拆除到

位时间

备注

类别

型号

单位

设备

数量

退出产能

(万吨/年)

1

河北省邯郸市

河北省邯郸市

河北普阳钢铁有限公司

高炉

1#2#

1050

立方米

2

178

2023年

10月

2023年

12月

2

河北新武安钢铁集团烘熔钢铁有限公司

高炉

2#

620

立方米

1

67

2023年

10月

2023年

12月

整合重组

3

武安市永诚铸业有限责任公司

高炉

3#

460

立方米

1

53

2023年

10月

2023年12月

整合重组

4

河北新武安钢铁集团文安钢铁有限公司

高炉

4#5#

510

立方米

2

114

2023年

10月

2023年

12月

整合重组

高炉

1#

1080

1

91

2023年

10月

2023年

12月

整合重组,90.4万吨用于置换。剩余0.6万吨不再用于置换,留作他用

5

河北新武安钢铁集团烘熔钢铁有限公司

转炉

1#2#

60

2

150

2023年

10月

2023年

12月

整合重组

3#60

1

75

整合重组,其中69.25万吨用于置换,剩余5.75万吨通过交易平台用于其他项目

6

武安市永诚铸业有限

责任公司

转炉

2#55

1

72

2023年

10月

2023年

12月

整合重组

7

河北新武安钢铁集团文安钢铁有限公司

转炉

3#4#

50

2

140

2023年10月

2023年12月

整合重组

合计

炼铁产能503万吨,其中502.4万吨产能用于项目置换;炼钢产能437万吨,其中431.25万吨产能用于项目置换。

剩余炼铁产能0.6万吨不再用于置换,炼钢产能5.75万吨通过交易平台用于其他项目。

【来源:河北省工业和信息化厅_通知公告】

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