我國鋼產(chǎn)量占據(jù)全球半壁江山，卻是大而不強(qiáng)，高級產(chǎn)品比例低，出口量大卻效益不高。跟蹤了解世界鋼鐵強(qiáng)國的鋼鐵新產(chǎn)品、新技術(shù)研發(fā)進(jìn)展，對促進(jìn)我國鋼鐵技術(shù)進(jìn)步、推動我國鋼鐵由大變強(qiáng)具有重要的借鑒作用。筆者特介紹日本鋼企新開發(fā)的重點產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)，供國內(nèi)企業(yè)參考。
熱處理省略鋼
近年來，可省略熱處理的優(yōu)質(zhì)鋼材成為各企業(yè)的主要研發(fā)方向之一。其中，神戶制鋼開發(fā)的熱處理省略鋼主要包括軟化熱處理省略鋼KTCH系列和非鋼質(zhì)螺栓用線材KNCH系列。
KTCH系列。冷鍛時，由于加工發(fā)熱(100℃~300℃)產(chǎn)生的動態(tài)形變使冷鍛負(fù)荷加大。為抑制動態(tài)形變，在開發(fā)KTCH系列時采取了以下措施：一是加入Cr、B以降低固溶C、N。二是線材軋制時采取控制軋制和控制冷卻，使開發(fā)鋼KTCH20A的固溶C、N顯著降低;在230℃時，KTCH系列的變形阻抗和比較鋼(CH20A球狀軟化熱處材)接近。KTCH鋼與比較鋼的成分與性能對比見表1。
KNCH系列。神戶制鋼生產(chǎn)的KNCH系列產(chǎn)品達(dá)到JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))強(qiáng)度8.8級，且不經(jīng)熱處理亦可成型六角螺栓的KNCH系列已商品化。以下重點介紹冷鍛性能優(yōu)良的8.8級非調(diào)質(zhì)螺栓用線材KNCH8S的概況。KNCH8S對化學(xué)成分和鋼材的加工條件采取了最佳化改進(jìn)，具體措施如下：一是降低含Si量以降低加工硬化系數(shù)，二是降低含N量、增加含Al量以抑制形變時效，三是優(yōu)化冷拔減面率以減低變形阻抗。對KNCH8S采取冷拔減面率30%的加工后，它和比較鋼SWRCH45K的球化熱處理的冷鍛用模具壽命相同。而且產(chǎn)出螺栓的各種性能均符合JIS標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。該鋼材不僅適用于螺栓，還可用于汽車用回轉(zhuǎn)部件。KNCH8S和比較鋼的化學(xué)成分和性能對比見表2。
氮化粉末鋼SPMX4N
近年來，伴隨著塑性加工技術(shù)的進(jìn)步，沖壓加工的高效化和被加工材料的高強(qiáng)度化也在發(fā)展之中，加工用磨具的使用條件更為嚴(yán)苛。其中要求高韌性、高耐磨性和高耐燒結(jié)性的模具，多使用JISSKH40等通用粉末鋼，但在通用粉末鋼難以適應(yīng)而要求更高耐應(yīng)性、耐燒結(jié)性的場合，對粉末制模具應(yīng)進(jìn)行氮化處理層等表面處理以提高耐磨性。但表面處理層在使用時會被磨掉并剝離，為此，需重復(fù)進(jìn)行表面處理，從而增加了處理時間和處理成本。為解決這一問題，便成功開發(fā)了SPMX4N粉末鋼，使鋼中的含氮量增加并分散析出微細(xì)的碳氮化物，加上粉末鋼的高韌性、高硬度，使鋼材總體具有更優(yōu)的高耐磨性、耐燒結(jié)性。
SPMX4N具有以下特點和用途：
淬火回火硬度的特點。該鋼種在1130℃下淬火后回火硬度為64HRC以上，還有在1220℃淬火時則回火硬度可達(dá)到和KH40同樣頂峰的67HRC。
韌性。該鋼種由于碳氮化物的微細(xì)析出導(dǎo)致難產(chǎn)生對析出物的應(yīng)力集中，加上結(jié)晶粒的粗大化亦受到抑制，從而在同樣硬度下亦具有優(yōu)于通用粉末鋼的高韌性，有利于在使用中防止開裂等。
耐磨性、耐燒結(jié)性。由于碳氮化物的微細(xì)分散可抑制摺動產(chǎn)生的凝付磨耗，故SPMX4N比通用粉末鋼引發(fā)燒結(jié)的荷重大，即在油中和30kg荷重下進(jìn)行300rpm回轉(zhuǎn)試驗時，SPMX4N開始發(fā)生燒結(jié)的荷重為通用粉末鋼的3倍。
由于以上特點，當(dāng)用于拉拔沖孔和精密重陽用模具及切割刀具時，其使用壽命為通用粉末鋼模具的3倍。
SPMX4N是比通用粉末鋼的韌性和耐燒結(jié)性都優(yōu)的氮化粉末鋼，特別適用于要求高硬度、耐開裂性及耐燒結(jié)性等用途的精密沖壓模具和切斷用刀具等，對延長使用壽命和降低表面處理成本均十分有利。
高耐蝕復(fù)合鋼板
復(fù)合鋼板指在碳鋼和低合金鋼板的一面或兩面附上不銹鋼或Ni合金的復(fù)合鋼板，成為兼具母材的機(jī)械性能和結(jié)合材的耐蝕性的高性能鋼板。復(fù)合鋼板主用于造能、能源開發(fā)等多種用途，近年來在資源開發(fā)環(huán)境日益嚴(yán)峻的情況下，對經(jīng)濟(jì)性優(yōu)的復(fù)合鋼板的需求日益增多。
復(fù)合鋼板的生產(chǎn)方法。復(fù)合鋼板的生產(chǎn)方法有軋制復(fù)合法、爆結(jié)復(fù)合法和補貼復(fù)合法，JFE鋼鐵則在西日本鋼鐵福山分廠中原板工廠用軋制復(fù)合法生產(chǎn)。具體流程為：先將母村和耐蝕材的板坯復(fù)合在一起形成復(fù)合板坯，然后經(jīng)加熱控軋、控冷后成為復(fù)合鋼板。此法既可批量生產(chǎn)，又可達(dá)到良好的板厚精度，還可應(yīng)用強(qiáng)韌化技術(shù)(TMCP)。它通過快冷在不影響母材焊接性的情況下實現(xiàn)強(qiáng)韌化的目標(biāo)，并確保復(fù)合材的耐蝕性。
不銹鋼復(fù)合鋼板。此鋼板主用于化工罐和各種反應(yīng)容器。耐蝕材使用SUS304(L)、SUS316(L)和SUS410S等，母材則用JIS標(biāo)準(zhǔn)材、ASTM標(biāo)準(zhǔn)材以及API標(biāo)準(zhǔn)材。
不銹鋼復(fù)合鋼板為防止銳敏化造成的耐蝕性劣化多采取熔體化處理，但適用TMCP處理的復(fù)合鋼板在軋后快冷下可使復(fù)合材中的碳化物析出受到抑制，從而在不經(jīng)熔體化處理的情況下亦可保持良好的耐蝕性。在海水環(huán)境下，不銹鋼多發(fā)生孔蝕和縫間腐蝕。對此，JFE鋼鐵開發(fā)成功耐腐海水腐蝕的不銹鋼JIL310Mo作為復(fù)合鋼板的防銹材，獲得了和熔體化處理材同樣的耐蝕性。
Ni合金復(fù)合鋼板。該復(fù)合鋼板為含Cl離子高，用于含H2S等腐蝕性氣的油、氣生產(chǎn)以及精制設(shè)備使用等，防蝕材為JISH4551NW4400(Ni-Cu合金)和ASTMB443UNSNo6625(Alloy625)。JFE鋼鐵將Ni合金的含C量降低，使開發(fā)成功的正火型復(fù)合鋼板與TMCP型復(fù)合鋼板、熔體化處理材具有同等優(yōu)秀的耐蝕性。
柴油發(fā)動機(jī)用高耐壓的油筒用鋼
現(xiàn)在減排CO2以抑制地球變暖已成全球共識，各國也在積極開發(fā)清潔能源。新日鐵住金據(jù)此開發(fā)成功了可耐高噴射壓的柴油發(fā)動機(jī)貯油筒用鋼。貯油筒為將供油泵送來的燃料在高壓下貯存的筒狀容器，經(jīng)過該部件適量適壓地噴射燃料，以實現(xiàn)排除尾氣的清潔化和柴油發(fā)動機(jī)的大幅度節(jié)能減排。
貯油筒用鋼不僅要求高強(qiáng)度，還需具備機(jī)械加工的易切削性。過去使用的鋼種多為加入易切削性元素的碳鋼和低合金鋼等，并經(jīng)淬火、回火處理后應(yīng)用;而新開發(fā)的鋼種則以降低制造成本為目的，采用了非調(diào)質(zhì)鋼以同時保證高強(qiáng)度和易切削性。
為改善易切削性，新開發(fā)的鋼種采用了積極利用鋼中夾雜物的易切鋼技術(shù)，而且在抑制粗大夾雜物的同時又生成微細(xì)夾雜物以滿足兩方面性能。通過以上的技術(shù)開發(fā)，可適應(yīng)高噴射壓的非調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度貯油筒用鋼終于商品化，對柴油發(fā)動機(jī)車的節(jié)油減污做出了奉獻(xiàn)。
減振合金ZMG566
目前，在汽車、火車等車輛和精密機(jī)械、工作機(jī)械等領(lǐng)域，減少振動和降低噪音成為重要課題。作為對策，對振動和噪音產(chǎn)生的關(guān)鍵部位可采用使之減振的部件材料，此類材料有橡膠和塑料等。但從耐熱性和機(jī)械性能方面考慮，此類材料的適用范圍有限。據(jù)此，采用金屬材料中具有較大減振性能的合金較為有效。
日立金屬在開發(fā)各種減振合金中，現(xiàn)Fe系合金中最有效的為Fe-Al系制振合金ZMG566的開發(fā)。
ZMG566位鐵素體系軟磁性材料，利用磁形變而具有減振功能。其最大的特點為在室溫到300℃的環(huán)境下具有優(yōu)秀制振性的Fe系合金，在數(shù)十赫茲到數(shù)千赫茲范圍內(nèi)具有優(yōu)秀的減振性。
在機(jī)械性能方面，ZMG566的0.2%耐力比SUS316還略高，彈性模量和抗拉強(qiáng)度亦大致相同，比重比SUS304小，即強(qiáng)度比SUS304高。
在磁性方面，ZMG566的最大透磁率、磁束密度和供磁力均與磁性不銹鋼無大差異，并兼具磁密封性。
ZMG566是在Fe中加入Al的合金，表面形成氧化鋁皮酸，在實施溫濕度試驗(85℃/85%RH×1000hvs)后表面仍基本無變色，耐濕性亦優(yōu)。
在制造方面，由于ZMG566不含有稀土元素，原料成本低且穩(wěn)定。鑄錠時它的結(jié)晶粒粗大，致使其延性-脆性轉(zhuǎn)變溫度比室溫高，從而成為難加工的材料。日立金屬最大限度采用了塑性加工的制造技術(shù)，使板厚1mm以下的產(chǎn)品可以大量生產(chǎn)。
