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1、- 1 -超高强度钢丝的制备及形变机理研究项目总结报告一、项目概况江苏省产学研前瞻性研究项目“超高强度钢丝的制备及形变机理研究”立项时间：2016年7月项目编号：BY2016076-08项目负责人：方峰主持单位：东南大学合作企业：盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司项目经费：80万元，其中省拨款30万元，单位自筹50万元。实际支出199.6万元，其中省拨款30万元，单位自筹169.6万元。本项目系统研究了超细拉拔断口分析、珠光体形变、织构遗传现象及对后续形变的影响等。在理论研究工作的指导下，盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司与东南大学合作，实现了4200MPa级超细钢丝系列产品的规模化生
2、产，研制出4500MPa级超细钢丝并实现批量化生产。主要研究内容如下：1） 超细钢丝的拉拔断口分析：主要研究高碳钢盘条在拉拔过程中发生的拉拔断口，分析导致拉拔断裂的主要原因，为高碳钢盘条研发和超高强度钢丝的研制提供理论指导。2） 冷拉珠光体的形变机理研究：主要研究冷拉拔形变中珠光体的抗拉强度、织构及微结构特征的演变，探讨高碳钢盘条组织对其拉拔形变过程的影响。3） 织构遗传现象及对后续形变的影响研究：研究了超大应变珠光体的形变、铁素体织构的演变等与钢丝强度之间的关系，揭示了大形变珠光体钢丝的织构遗传现象及对后续形变的影响。4） 超高强度珠光体钢丝的形变与强化机理探讨：较系统研究了超大形变珠光体钢
3、丝的冷拉拔形变过程，重点研究了珠光体形变的三个阶段，以及硬而脆的渗碳体变形机制，并探讨了超大形变珠光体钢丝的强化机理。- 2 -二、项目实施情况东南大学方峰教授为项目负责人，负责珠光体形变机理、织构遗传及强化等基础理论研究工作。在理论研究工作获得较大进展的情况下，与盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司合作，对现有生产工艺进行了重新设计和优化，由盛利维尔公司的盛荣生总经理负责组织项目产品中试及生产技术研究，最终实现了超高强度钢丝的规模化生产。项目参与人员分工明确，各司其职，定期召开课题分析、总结交流会，推进项目的顺利进行。经过联合攻关研究，盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司实现了4200M
4、Pa级超细钢丝系列产品的规模化生产，研制出4500MPa级超细钢丝并实现批量化生产；并形成了超高强度钢丝的专有生产控制技术。圆满完成了项目预期研究目标。项目经费计划中省拨款、自筹资金已按计划到位。项目承担单位对科技拨款严格按照科技经费的有关规定，专款专用，盛利维尔公司自筹169.6万元用于本项目的研究工作，有力地保障了本项目的顺利完成。项目经费决算如下表：经经 费费 决决 算算 表表单位：万元经费投入经费支出来源投入数科目支出数其中：省拨款 支出数投入合计80支出合计198.48610528.8861051、省拨款30（一）直接费用190.08610524.4861052、部门、地方配 套1、
5、设备费109.63、承担单位自筹50（1）设备购置费109.64、其他来源（2）设备试制费（3）设备改造与租赁费2、材料费30.4622855.4622853、测试化验加工费25.312539.312534、燃料动力费5、差旅费/会议费7.5658312.5658316、出版/文献/信息传播/ 知识产权事务费6.6454592.645459- 3 -7、劳务费10.54.58、专家咨询费9、其他支出（二）间接费用8.44.4其中：绩效支出1.11.1经费结余1.113895三、项目技术情况1) 项目研究方法和技术路线项目研究方法和技术路线本项目采用实验室研究与生产线在线研究相结合的研究方法。先
6、立足于现有超高强度钢丝生产的基础上，由东南大学分析超细钢丝的拉拔断口，冷拉珠光体的形变和相变的基本理论问题。在理论研究工作获得突破的基础上，由盛利维尔公司组织超高强度钢丝的中试生产及生产工艺参数优化工作，最终实现 4200MPa 及以上级超细钢丝系列产品的规模化生产。2) 项目解决的关键技术项目解决的关键技术形成具有自主知识产权的 4200MPa 级超高强度钢丝的生产控制技术。研制出 4200MPa 级系列超高强度钢丝产品，并研制出 4500MPa 级超高强度钢丝。3) 项目取得突破性进展及创新点项目取得突破性进展及创新点a) 首次发现并提出了超大形变珠光体钢丝奥氏体化后存在“织构遗传”现象，
7、存在织构遗传的钢丝，在后续形变过程中，形变更协调，强度更高，韧性更好。以此指导了超高强度钢丝生产工艺的重新设计。b) 揭示超大形变珠光体钢的微结构调控机制。珠光体中渗碳体超大形变后转变为非晶态，经精细回火处理，可转变为纳米晶态渗碳体，阻碍位错运动，使钢丝强度提升，同时，回火处理虽使铁素体强度略有下降，但塑性得到一定程度的回复。综合可使钢丝强度和韧性同时得到提升。- 4 -四、合同任务指标完成情况合同约定的研究内容和考核指标：合同约定的研究内容和考核指标：研究拉拔形变工艺参数、奥氏体化热处理等对超高强度钢丝的微结构和力学性能的影响规律。研究拉拔过程中超高强度钢丝（3800MPa）的微结构特征与性
8、能演变规律，探讨其形变及强化机理，通过拉拔形变、奥氏体化热处理等控制，实现4000MPa级超高强度钢丝的批量生产，并形成专有成套生产控制技术。试制出新一代超高强度（4400MPa级）钢丝样品。 超高强度钢丝微结构演变规律及形变机理研究报告，形成4000MPa级超高强度钢丝的专有生产控制技术标准。申请国家发明专利2-3项。实际完成情况：实际完成情况：在江苏省产学研前瞻性研究项目的资助下，东南大学联合盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司开展了紧密的产学研合作研究。取得了以下研究成果：1） 形成了超高强度钢丝微结构演变规律及形变机理研究报告。2） 实现 4200MPa 级超高强度钢丝的批量生产，并
9、研制出 4500MPa 级超高强度钢丝。3） 形成 4200MPa 级超高强度钢丝的生产控制技术标准。4） 已受理国家发明专利 4 项；在国内外核心期刊发表文章 12 篇（其中 SCI 收录论文 9 篇，EI 收录论文 10 篇） ；获得江苏省科学技术一等奖 1 项。具体情况如下：具体情况如下：1、主要技术指标完成情况主要技术指标完成情况揭示了大形变珠光体形变的三个阶段特征，提出了渗碳体变形机制。发现并提出了超大形变珠光体钢丝 “织构遗传”现象及其对后续形变性能的影响规律。揭示超大形变珠光体钢的微结构调控机制，通过形变和热处理的精确控制，可实现超高强度钢丝强度韧性的同时提升。形成了超高强度钢丝
10、微结构演变规律及形变机理研- 5 -究报告2、专利申请、专利申请共申请国家发明专利 4 项，具体如下：1)方峰，周立初，蒋建清，王林烽，闵学刚，陈华青. 一种高碳钢丝的生产方法：中国，201810341605.5P. 2018.4.172)方峰，曾一平，蒋建清，季培蓓，周立初，周雪峰. 一种测量线材微小试样抗拉强度的装置及试验方法：中国，201810139517.7P. 2018.2.113)方峰，周立初，蒋建清，周雪峰，涂益友，陈得友.一种超细金属丝纵截面透射电镜样品薄膜的制备方法：中国，201711379373.4P. 2017.12.204)方峰，周立初，蒋建清，王林烽，陈华青，王立萍.
11、 一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法：中国，201610514000.2P. 2016.7.43、论文发表、论文发表在国内外核心期刊发表文章12篇，其中SCI收录论文9篇，EI收录论文10篇。1）L.C. Zhou, F. Fang*, L.F. Wang, H.Q. Chen, Z.H. Xie, J.Q. Jiang. Torsion delamination and recrystallized cementite of heavy drawing pearlite wires after low temperature annealing. Mater. Sci. Eng
12、. A, 2018, 713: 5260 (SCI/EI, IF=3.414)2）F. Fang*, L.P. Wang, L.C. Zhou, X.G. Min, J.Q. Jiang. Application of texture inheritance on manufacturing ultra-high strength pearlitic steel wire. Mater. Sci. Tech-Lond, 2018, 34: 766-771 (SCI/EI, IF=1.803)3）L.C. Zhou, L.F. Wang, H.Q. Chen, Z.H. Xie, F. Fang
13、*. Effects of Chromium Additions upon Microstructure and Mechanical Properties of Cold Drawn Pearlitic Steel Wires. J. Mater. Eng. Perform., 2018, 27: 3619-3628 (SCI/EI, IF=1.304)4）季培蓓, 周立初, 周雪峰, 方峰*, 蒋建清. 冷拉拔珠光体钢丝的力学性能各向异性研究J.金属学报, 2018, 54(4): 494-500 (SCI/EI, IF=0.828)5）W.Y. Huo, F. Fang*, X.D. L
14、iu, S.Y. Tan, Z.H. Xie, J.Q. Jiang. Fatigue resistance of nanotwinned high-entropy alloy films. Mater. Sci. Eng. A, 2019, 739 :2630 (SCI/EI, IF=3.414)6）W.Y. Huo, X.D. Liu, S.Y. Tan, F. Fang*, Z.H. Xie, J.K. Shang, J.Q. Jiang. Ultrahigh hardness and high electrical resistivity in nano-twinned, nanocr
15、ystalline high-entropy alloy films. Appl. Surf. Sci., 2018, 439: 222225 (SCI/EI, IF=4.439)7）W.Y. Huo, F. Fang*, H. Zhou, Z.H. Xie, J.K. Shang, J.Q. Jiang. Remarkable strength of CoCrFeNi high-entropy alloy wires at cryogenic and elevated temperatures, Scr. Mater., 2017, 141: 125128 (SCI/EI, - 6 -IF=
16、4.163)8）W.Y. Huo, H. Zhou, F. Fang*, X.F. Zhou, Z.H. Xie, J.Q. Jiang. Microstructure and mechanical properties of CoCrFeNiZrx eutectic high-entropy alloys, Mater. Des., 2017, 134: 226233 (SCI/EI, IF=4.525)9）W.Y. Huo, H. Zhou, F. Fang*, X.J. Hu, Z.H. Xie, J.Q. Jiang. Strain-rate effect upon the tensi
17、le behavior of CoCrFeNi high-entropy alloys. Mater. Sci. Eng. A, 2017, 689: 366369 (SCI/EI, IF=3.414)10) 曾一平, 周立初, 闵学刚, 方峰*, 蒋建清. 大形变铁素体钢丝相变织构遗传现象J. 东南大学学报, 2018, 48(4): 619-628 (EI)11) 胡显军, 谢骏, 周立初, 王雷, 方峰. 渗碳体形态对珠光体钢丝拉拔形变的影响J. 钢铁研究学报, 2018, 30(2): 120-12612) 周晖, 霍文燚, 方峰*, 胡显军, 蒋建清. 纳米孪晶强化CoCrFeNi高
18、熵合金线材微结构及其在若干典型环境下的腐蚀行为J. 稀有金属, 2017,38(6): 283-2894、标准制定、标准制定通过项目的实施，盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司制定了1项生产控制技术标准：Q/320482 ESX001-20184200MPa级超高强度钢丝的生产控制技术标准。5、人才培养、人才培养项目研究过程中，培养硕士研究生3名。学生姓名学位类型毕业时间论文题目1曾一平硕士2018.3超大形变钢丝的织构遗传现象2季培蓓硕士2018.3冷拉拔珠光体钢丝力学性能的各向异性3王立萍硕士2018.3回火处理对冷拔珠光体钢丝组织性能的影响研究2018年，方峰教授入选了江苏省333工程
19、第二层次人才。6、科技奖励、科技奖励- 7 -“超高强度钢丝制备技术研究及产业化” 2017 年江苏省科学技术一等奖年江苏省科学技术一等奖 获奖人：方峰、蒋建清方峰、蒋建清、闵学刚、盛荣生、周立初、张年春、周雪峰盛荣生、周立初、张年春、周雪峰、胡东辉、崔世云获奖单位：东南大学；东南大学；江苏宝钢精密钢丝有限公司；盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司；盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司；南京信息工程大学五、项目绩效分析项目执行期间，盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司累计生产销售超高强度钢丝(4200MPa级及以上级)钢丝1898.22吨，实现销售4081.34万元。取得了很好的经济效益
20、，并形成多项自主知识产权和产品技术标准。本项目的实施将产生较大经济效益，更将带来良好的社会效益，主要体现在以下几个方面：1、生产的4200MPa级及以上级超高强度钢丝产品很好地满足了国内市场的需求。随着盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司进一步扩大系列产品的生产规模，产品主要用于替代进口，将大幅度降低了下游太阳能、超硬材料切割等行业的生产成本，从而带动了超高强度钢丝行业的发展，并促进相关产业的发展。2、随着本项目的顺利实施，盛利维尔公司超高强度钢丝的生产技术得到进一步提升，达到世界先进水平，对引领行业技术进步产生了深远的影响，对提升我省金属制品业的整体水平、推动我国金属制品业的发展、提高我国
21、相关产业的国际竞争力，也起到了积极的示范作用。3、本项目实施过程中积累的研发经验，为新一代（5000MPa级）超高强度钢丝的研制打下了良好的基础，也有助于新一代超高强度钢丝用高碳钢线材的成分设计与研制。此外，相关基础理论研究，为揭示超高强度钢丝的形变与强化机理打下了良好的基础。六、存在问题、有关建议及下一步研究设想本项目得到江苏省科技厅的立项资助，但由于研究时间较紧、项目研究内容多，涉及面较广。虽然在项目承担单位的共同努力下，取得了较大的进展，研制出4200MPa级超高强度钢丝系列产品，并研制出4500MPa级超高强度钢丝，并实现批量化生产，但基础理论研究深度还不够。- 8 -目前国际上，正着手研究更高强度级别高韧性的钢丝产品。项目承担单位正着手开展相关研究工作。希望该项目能再次立项，重点开展5000MPa级超高强度钢丝的制备技术及形变机理的前瞻性研究工作，为我国相关产业的发展、提高竞争力提供有力的支撑。