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材料加工新技术


PM(Powder Metallurgy) 粉末冶金法
制粉(powder making)压型(pressing)烧结(sintering)
SF(Spray Forming) 喷射成型法
材料成型方法
铸造(pour-casting, die-casting)
例如:汽车轮毂(Al、Zn)、活塞(Al)、 手机外壳(Mg)等
自70年代以来,钢铁工业从追求产量粗放型的规 模扩张走上了注重质量、节能降耗、结构优化,使我 国由钢铁大国走向钢铁强国的新路子: 一方面,用户对钢材质量、性能的要求越来越高。 另一方面,由于竞争激励,厂家需要不断尽可能地 降低成本。为了应付激烈的市场竞争,发达国家的钢
铁企业投入了大量的资金和人力开发新的工艺技术。
塑性成形 (plastic forming)
挤压(extrusion)、轧制(rolling)、拉拔(drawing)、 冲压(punching)、锻造(forging)
焊接(welding) 切削 (cutting) 粉末成型 (powder forming) 复合成型(铸轧、铸挤、锻轧、挤轧等)
根据铸辊直径可以分为等径双辊连铸和异径双辊连铸;
根据轴线布置又可分为水平双辊连铸和倾斜双辊连铸。
由于双辊连铸实现的是双面冷却,其冷却速率较单辊
• 钢带的感应预加热 • 1.防止钢带进入模腔 时发生的冷箍及弯曲 和热变形 • 2.干燥钢带表面的水 汽.感应预加热到150 °C可很方便地赶掉夹 带在钢带表面和永久 性涂层中的水汽.
• ESPTM涂层:采用永久性Matric涂层,基本采用陶瓷物质,用 火焰或等粒子喷涂在钢带表面.根据不同合金固化条件的 需要,通过改变涂层厚度,粗糙度,多孔性及化学组分可获 得所需的公称固化速率.从而获取合金坯的最佳表面质量.
量仍可与常规生产的产品相媲美。
薄带连铸能大大降低基建投资和生产成本,是当今钢铁工业 令人关注的新工艺,也是最热门的研究课题之一。
省却热轧而只有带坯连铸和冷轧两大步骤的冷轧 带钢生产线于1999年11月在德国克虏伯· 蒂森· 尼罗 斯塔的不锈钢厂投产。随热轧一起省掉的还有退 火、酸洗、运输等一系列辅助工序和设备,称之 为超短流程生产线。整条机组长75m,带坯宽1050
• 3.拓宽合金系新产品的研究与开发
• 正在试产的合金预示哈兹列特工艺未来商业生产方向 以及巨大的市场潜力和社会效应.诸多实践已证明,哈 兹列特工艺已能生产含镁较高(4.5%)的合金和含铜较 高的AA2024合金.
4.车身板研究现状及发展趋势
• 最常用的汽车用铝合金有2xxx,5xxx和6xxx系 合金,这些合金板材通常采用铸锭热轧法生产 , 成本高. • 6xxx系Al-Mg-Si合金具有强度和塑性的良好组 合,综合性能优,油漆烘烤强化效应好,焊接 性能好。但成形性能有待提高.
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全国年度原铝(电解铝)产量(万吨)
1400 1200 1000
万吨
800 600 400 200 0 29.6 1978 89.2 1990 330.8 2000 2007 1255.9
从1978年的29.6万吨,2007年增加到1255.9 万吨,年均递增13.8%,连续七年位居第一
全国年度铝材产量(万吨)
铝合金哈兹列特连铸连轧工艺
一:工艺背景 二:国内外研究现状及发展趋势
哈兹列特工艺特点 哈兹列特工艺研究现状及发展趋势 车身板研究现状及发展趋势
一:工艺背景
• 铝加工工业的发展,铝材市场需求增大.产能产量迅猛增加. 产业结构性矛盾突出.节能降耗形式严峻. • 哈兹列特工艺.节能、减排,有利于可持续发展 .加快我 国铝加工业的技术进步和产业结构升级。 • 车身铝合金化,减轻汽车自重.提高燃油效率,减少污染.有 利于缓解能源,环保,安全三大问题. • 降低成本.提高性能.
工 艺
模铸 传统连铸 薄板坯连铸 薄带连铸 · · · · · ·
生 产 工 序
钢液 铸锭 均热 初轧 加热 热粗轧 热精轧 冷轧
· · · · · · · · · · · ·
目前发展状况:
目前,薄板坯连铸技术已经进入工业化生产,
而大多数薄带坯连铸技术仍主要处于实验室研究
阶段,一些技术难点和缺陷还有待进一步解决。 日本预测,到2020年,在连铸技术领域,传统连 铸占40%,薄板坯连铸占50%,薄带坯连铸占10 %。
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• 对6000系铝合金的研究 1)优化合金成分和各种加工工艺,提高成形性能(添 加少量多种合金元素,退火轧制工艺) 2)高效节能低成本铝合金板材的开发(哈兹列特工艺)
• 美国能源部及国家实验室与阿莱锐斯公司一起 研发用于汽车的AA5754合金,已被通用汽车公 司和福特汽车公司认可,用于制作18种汽车部 件 .福特汽车公司指出对用哈氏工艺生产的57 54车身用结构铝合金板(内板1-3mm,3-3.5%Mg) 成形性能和疲劳性能测试,其机械性能接近于 直冷铸造热轧工艺
mm~1350mm,厚1.5mm~4.5mm,连铸速度每
分钟在100m以上。
薄带连铸分类
主要有3种方法:
1. 单辊连铸
2. 双辊连铸
3. 辊带连铸
单辊连铸 单辊法又称为熔-拖法,图1为其工作 原理示意图。 钢水从中间包流出,直接浇到旋转辊上, 由于铸辊的冷却作用使其凝固,形成薄带。
薄带产品 氩气
一五”规划》。单位国内生产总值能耗降低20%左
右、主要污染物排放总量减少10%。 • 2007年6月3日新华社受权发布《国务院关于印发节 能减排综合性工作方案的通知》。 • 2008年4月1日起施行 《中华人民共和国节约能 源法》,使节约资源成为我国基本国策。
• 利用高效节能新技术哈兹列特连铸连轧 工艺,通过优化成分,热处理退火轧制工 艺,研究开发低成本高性能的铝合金车 身板生产工艺. 达到节能降耗、降低成 本、提高板材质量、缩短交货期、提高 产品竞争力的目的。
• 福特公司汽车结构用5754铝合金板哈兹列特工艺和 直冷铸锭热轧工艺性能对比
钢的薄带连铸
作为生产扁平材的近终形连铸技术,带钢连铸工艺生产的
钢带较之薄板坯连铸更接近于最终产品的形状,也就是连铸 带钢更薄一些。 它可将钢水直接浇铸出1~10mm厚的钢带,不经热轧或稍 经热轧(1~2个机架),即可进行冷轧,而产品的性能和质
近终形连铸的优点
可省去开坯、初轧,甚至可免去整个热轧工序,使设备投 资和过程能耗大为降低; 因断面尺寸接近成品,总轧制变形量减小,减少了机架数 量,进而降低基建投资。 应用薄板坯连铸生产热轧带钢,已使生产带卷的成本大大 降低,正在研究中的薄带连铸的工业应用,将会带来进一步
的革命性变化,这其中之一将是取消热连轧机组。
薄板坯连铸
薄板坯连铸是介于传统连铸和薄带连铸之间的一种工艺。 世界上第一台薄板坯连铸机于1989年在美国Nucor 公司的 Crawfordsville工厂投产。 进入90年代以来,薄板坯连铸连轧工艺迅猛发展。除德国
西马克和德马克公司开发的CSP和ISP技术进展很快外,奥钢
联开发的Controll技术、意大利达涅利公司开发的FTSC技术、 美国蒂平斯公司和韩国三星重工公司共同开发的TSP技术都陆 续被采用,各种技术在竞争中发展迅速。
其中近终形连铸技术是近20年来最为瞩目的
成就之一,它包括薄板坯连铸和薄带坯连铸两种。 近终形连铸(Near-Net-Shape Continuous Casting)是指使连铸坯的断面尺寸在保证钢材性 能、质量的前提下,尽量接近最终钢材断面的形
状、尺寸。
模铸、传统连铸、薄板坯连铸和薄 带坯连铸工艺过程对比
材料是人类生存的基础 ( Basis ) 材料是人类发展的标志 ( Mark ) 材料是科技创新的先导 ( Lead )
材料制备方法
IM(Ingot Metallurgy) 熔铸法
熔(melting)、炼(refining)、铸(casting) 铸件(castings) 机加工(machining)零件 铸坯(ingots)塑性成形(plastic forming) 热处理(heat treatment)机加工零件
金属液面
喷嘴 圆形铸机 中间包
图1 单辊带钢连铸示意图
内衬
单辊连铸缺点:
单面凝固会造成产品内部结构不均匀,且长度方向厚度
也可能不均匀。
另外,带钢的宽度也不易控制。据报道,生产的高粘度 材料,如奥氏体不锈钢和Ni3Al带的表面质量较好,奥氏 体不锈钢带的机械性能也与常规产品相当,但普碳钢 和硅钢的的质量较差。
双辊连铸:
双辊连铸又称双辊铸轧,图2为其工作原理示
意图。
由两个铸辊和端面侧封板构成钢水池,钢水
经浸入式浇铸系统控制,送入辊口,薄带坯厚度
通过调节辊缝的大小来控制。
侧封堰
浸入式水口 铸辊
钢液 薄带产品
图2 双辊带钢连铸示意图
双辊连铸
其中,两个铸辊的直径可以相等,也可以不等;其轴
线布置可以是水平的或倾斜的。
1400 1200 1000
万吨
800 600 400 200 0 10.56 1978 39.38 1990 217.15 2000 2007 1175.9
1978年铝材产量仅10.56万吨,1990年39.38万吨, 2000年217.15万吨,2007年1175.9万吨. 自2006年起世界第一
北京钢铁研究总院也研制了我国第一台薄板坯连 铸机,安装在兰州钢铁集团公司。1999年8月26日, 我国引进的第一条薄板坯连铸连轧生产线(CSP)在 广州珠江钢铁有限责任公司投产。整个生产过程采用 计算机控制,从废钢入炉到热轧成板只需2.5h,与需 要28h的传统工艺相比,具有明显的竞争优势。薄板 坯连铸连轧工艺生产带钢的成本(从钢水到热带)较 传统工艺约低50美元/吨。
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