高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用.docx

1、高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用项目推荐公示容一、 项目名称：高性能钢铁粉末冶金材料关键技术与应用二、 推荐单位意见：粉末冶金技术不仅可提高材料性能， 而且可实现零部件的近终形制造， 是国际上公认的“绿色制造技术”， 是近些年来工业发达国家优先发展的高技术领域。该项目选择应用面最广、产量最大的钢铁粉末冶金材料为研究重点，开展了高压缩性铁粉工业化生产及应用技术研发，任务来源于国家科技支撑计划和国家 973 计划。该项目的创新性主要体现在：攻克了高纯冶炼、高效水雾化和精还原等产业化关键技术，创立了压缩性在 7.20g/cm 3 以上的高压缩性铁粉工业化高效生

2、产新工艺；基于粉体塑性特性和改性原理，开发出了粘结化混合粉末，其压坯密度可达 7.60g/cm 3；在探明 Ni 、Mo、Cu等合金元素的强化作用机理和规律的基础上，发明了具有“烧结硬化”特性的预合金粉和燃油发动机气门阀座专用粉及其工业化生产工艺；发明了雾化铁粉的表面绝缘双层包覆新方法和关键装备，创立了铁基软磁复合材料（零件）的致密成形和热处理工艺。项目关键技术和产品性能达到了国际先进水平。 本项目共取得发明专利 11 项，实用新型专利 15 项，发表学术论文 20 篇，出版著作 1 部，主持和参与修订国家标准 3 项。 4 项科技成果先后通过了省科技厅的鉴定，均“达到国际先进水平”， “产品

3、密度居国际同类产品的领先水平”。该项目形成了具有完全自主知识产权的钢铁粉末冶金材料生产成套技术， 先后建设了 8 条工业化生产线，打破了国外公司的技术和市场垄断。近三年新增销售额 19.30 亿元，新增利润 2.48 亿元。项目成果丰富了粉末冶金过程理论和材料理论， 提升了我国粉末冶金技术和产业的水平，对扩大粉末冶金的应用领域、推动我国粉末冶金行业品种结构的优化具有重要意义，并为我国汽车工业和高端装备制造业提供了有力的技术支撑。经审查，提交的材料真实有效。推荐该项目为国家科学技术进步奖 _贰 _等奖40%。三、项目简介：2000 年以来，随着我国汽车和高端装备制造业的快速发展，对高性能钢铁粉末

4、冶金产品的需求量迅速增长。 2009 年，中国汽车产量首次超过 1000 万辆（1364 万辆），成为世界第一大汽车制造国， 汽车用铁基粉末冶金零件的年需求量达到 11 万吨，而我国仅生产了 4.71 万吨，且高密度铁基结构零件和低损耗铁基软磁产品等高性能铁基粉末冶金产品为空白。中国各个品牌汽车原装配套体系中，关键粉末冶金零部件几乎都是由国外企业垄断，且对我国实施严密的技术封锁，已成为我国从汽车制造大国走向汽车制造强国的所面临的主要挑战。本项目针对汽车等高端装备制造业对高性能粉末冶金零件的迫切需要，攻克了行业发展所面临的高压缩性铁粉、预合金专用粉、软磁材料粉等高性能原料粉末短缺等瓶颈问题和高密

5、度成形等关键技术，形成了工业化成套技术。主要技术容如下：（1）建立了工艺介质和杂质元素的综合作用理论，构建了水雾化铁粉压缩性与杂质元素之间的定量关系模型，突破了纯净化冶炼、高效水雾化和精还原等产业化关键技术，将铁粉压缩性从 6.90 7.06g/cm 3 提高到 7.20 g/cm3 以上，达到国外先进产品的性能指标，国市场占有率达到 70%以上。（2）系统研究了 Ni 、Mo、Cu 等合金元素的协同作用规律， 开发了具有 “烧结硬化”特性的预合金粉和燃油发动机气门阀座专用粉及其工业化生产工艺，将烧结和热处理在烧结炉中一次完成，缩短了工艺流程，减少热能消耗约（3）确立了雾化铁粉特性与磁性能的匹

6、配规律，发明了铁粉表面绝缘连续化处理新方法和关键装备，开发了软磁复合材料（零件）的致密成形和热处理工艺；产品的磁导率、磁损耗等关键性能均优于国际同类产品的先进指标。（4）基于粉体塑性特性和改性原理，创立了通过优化粉体粒度组成、改善粉体塑性变形能力，采用传统模压成形与烧结设备制备高密度低合金结构件的3新途径。产品密度高达 7.6g/cm ，热处理后硬度达到 HRC5055，抗拉强度申请专利 34 项，授权专利 26 项（其中发明专利 11 项），发表学术论文 20 篇，出版著作 1 部，主持和参与修订国家标准 3 项。基于上述创新，成功开发了高压缩性铁粉、粘结化混合粉、预合金粉、阀座专用粉、软磁

7、材料粉等 5 大系列高档铁基粉末新品种；形成了高密度粉末冶金结构件、烧结硬化结构件、软磁复合材料等高性能粉末冶金产品产业化技术系统；先后建设了 6 条粉末生产线， 2 条粉末冶金制品生产线，相关产品已在东睦新材料、上汽、通用等大型企业为代表的 70 多个单位获得应用， 并出口日本、韩国、印度和等国家和地区。近三年项目完成单位新增销售 19.30 亿元，利润2.48 亿元。间接经济效益约 110 亿元，并取得了显著的节能减排效果。打破了少数工业先进国家在技术、装备、产品上的垄断与封锁，显著提升了我国高性能钢铁粉末冶金材料生产和应用的技术水平。四、客观评价：1、产品检验结论产品经中国有色金属工业粉

8、末冶金产品质量监督检验中心、国家钢铁材料测试中心、国家有色金属及电子材料分析测试中心等测试机构单位检测，粉末化学成分、物理和力学性能指标均达到了项目任务要求。结果显示，重要技术指标达到或优于国外著名公司的同类产品。2、科技成果鉴定意见省科技厅于 2011 年 7 月和 2012 年 3 月组织了科技成果鉴定会，对本项目的 4 项成果进行了鉴定，主要鉴定意见摘录如下：（1）铁粉压缩性影响因素的系统研究及高压缩性铁粉的规模化生产技术对水雾化铁粉中 C 、S、 P、 Si 、O、Mn、N 七种杂质元素含量及粉末粒度、比表面积对铁粉压缩性影响进行了系统研究，确定了影响铁粉压缩性的主要因素为 N 、 P

9、、 C 等杂质元素及其含量，次要因素为 Si 、Mn。通过控制铁粉中杂质元素含量，将常规还原工艺改为高温还原后进行低温退火工艺，开发出纯度可以达到 99.7wt% 及以上、 600MPa压制压力下压缩性达到 7.20 g/cm3 及以上的高压缩性铁粉。该项目技术先进，产品市场潜力大，应用前景好，经济社会效益显著，其关键技术和产品压缩性指标达到国际先进水平。（2）预合金粉合金成分系统研究与高性能预合金钢粉的开发通过研究合金元素种类、含量、热处理对烧结硬化合金力学性能和组织的影响， , 开发出了烧结硬化粉和阀座专用粉。形成了年产 1 万吨的预合金钢粉生产线，开发的产品在多种汽车零部件中应用，获得了

10、显著的经济效益。关键技术和产品性能均达到国际同类产品的先进水平。(3)高性能软磁复合材料 (SMC)及其环保型磁芯的产业化开发通过对雾化铁粉物化性能、表面绝缘化工艺与材料磁性能的研究，解决了雾化铁粉性能和磁性能的匹配技术、铁粉的表面绝缘化处理等关键技术，实现了铁粉软磁复合材料工艺与产业化生产关键技术装备的技术创新。项目产品已经在汽车微电机等方面应用，获得了良好的效果。关键技术达到国际先进水平。(4)高密度低合金粉末冶金结构件制备新技术与应用通过粉末粒度的优化、添加母合金粉、特制增塑剂和润滑剂的技术，创立了以国产水雾化铁粉为主要原料，经一次冷压 - 烧结制备高密度低合金粉末结构件的新技术。技术先

11、进、工艺稳定，显著提高了生产效率，生产成本大幅度降低。整体技术达到国际先进水平，产品密度在同类产品中居国际领先水平。3、项目验收意见2012 年 6 月 14 日，科技部组织专家召开了国家科技支撑计划项目“高性能钢铁粉末冶金材料关键技术研究与应用”验收会，验收意见摘录如下：通过对铁粉压缩性影响因素研究、预合金成分系统研究、铁粉软磁复合材料、高性能结构件生产研究，为生产开发高压缩性铁粉、预合金粉、软磁材料铁粉的、高性能结构件生产提供了理论基础，在此基础上开发了高压缩性铁粉、烧结硬化粉、阀座专用粉、铁粉软磁复合材料、铁粉基软磁磁芯、高性能结构件等六大类产品。在规模化生产高性能粉末方面取得突破，掌握

12、了高性能铁粉及制品的规模化生产技术。建设了年产 3 万吨高压缩性铁粉、年产 1 万吨预合金粉生产线；年产 1 万吨软磁复合材料生产线、年产 1 万吨高性能结构件生产线。4、科技查新报告结论委托省科学技术情报研究所进行查新，结果显示，在高压缩性铁粉、烧结硬化和气门阀座专用粉、铁基软磁复合粉制备技术和高密度成形工艺等方面具有创新性。本项目创新点相关容除项目单位发表了相关论文和专利之外，国外均未见与本项目创新点特征相同的报道。5、用户使用意见本项目生产的高压缩性铁粉、预合金粉、软磁材料粉已在东睦新材料集团股份、华孚粉末冶金、汽车粉末冶金（莱芜） 、仪征市昌达粉末冶金制品、东睦科达磁电、金南磁性材料等

13、约 70 家粉末冶金制品公司获得应用， 用户反应良好。“铁粉的各项性能指标都达到了要求标准，在使用过程中稳定良好，压缩性达到 7.20g/cm 3（ 600MPa），已替代进口粉末应用于我公司相关产品的生产” ；“完全可以替代美国 GKN公司 737H牌号产品，现已批量应用” ；“提供的各批次粉末性能稳定，各项性能指标达到了国外进口的同类粉末的水平，完全满足制备轿车用高性能粉末冶金结构件的需要” ；“产品的重要性能指标均达到了国外同类产品水平，达到了我公司生产磁粉芯的相应料粉标准要求，能够满足生产形状复杂的二维、 三维磁芯部件， 为我公司的发展和成本控制提供了重要保障” ；“该新型软磁材料可以

14、替代进口产品，其应用促进了我公司产品的降本增效效果” 。高密度粉末冶金结构件在通过相关企业技术性能检测、破坏性实验及路试后，已在通用汽车、吉利汽车零部件采购、华普发动机、茂诠机械、市邦联机电制造和怡田工具制造批量装机使用。 用户反应：“运行噪音低，使用性能良好，产品质量达到国外同类产品的技术水平” 。6、科技奖励（1）高性能钢铁粉末冶金材料关键技术研究与应用， 2014 年省科技进步一等奖；（2）高密度低合金粉末冶金结构件制备新技术与应用， 2013 年省科技进步二等奖。五、推广应用情况：基于本创新技术，先后建设了 6 条粉末生产线， 2 条粉末冶金制品生产线，粉末产品已推广应用于全国 70

15、多家粉末冶金制品生产企业， 并出口日本、韩国、印度和等国家和地区。莱芜钢铁集团粉末冶金自 2009 年开始推广高压缩性铁粉、 预合金粉、软磁材料粉。产品已先后被东睦新材料集团股份、 华孚粉末冶金、 汽车粉末冶金 （莱芜）、仪征市昌达粉末冶金制品、东睦科达磁电、金南磁性材料等我国知名粉末冶金制品公司批量使用，已 大量取代进口粉末。开发的高密度低合金链轮、同步器齿毂、主动齿轮、斜齿轮、从动齿轮、气门阀座、 SMC电机磁芯等系列产品畅销全国，并与上汽、大众、通用、吉利汽车、华意、长宏、利德、奇瑞集团等厂家签订了长期供货合同，建立了良好合作关系。 2015 年 9 月，莱芜新艺公司通过了“全球通用定点

16、采购评审” ，正式成为通用汽车公司的全球合格供应商。高性能钢铁粉末材料生产的制品具有高密度、高强度、高磁导率、低涡流损耗等特点，可广泛应用在汽车、高铁、机械、电机、新能源等行业。本项目产品不仅性能优异， 且具有成本优势，其售价仅相当于国外同类产品的 60%左右，具有广阔的推广应用前景。七、主要知识产权名录：国家知识产权知识产权具体授权号授权日期证 书权利人发明人专 利 有（地区）类别名称编号效状态ZL2011中南大学；莱芜发明专利一种高压缩性中国1027512013年1132 钢铁集团粉末 松林；崔建民 ;有 效 专水雾化铁粉及制备方法粉末冶金轿车发明专利 中国链杆及其普通模压生产方法发明专利

17、 水雾化合金钢 中国粉的制造方法一种绝缘铁粉发明专利 中国的生产设备和方法一种高硬度的发明专利 中国粉末冶金低合金钢49.7 02月 06日 637ZL20111015822013年115809.703月 27日896ZL02142011年73119116.X01月 19日30ZL20111015532013年118267.704月 24日590ZL20101057332012年110112月 12日 11280.XZL2009冶金有限公 司 袁 勇； 德金 利吕元之吕元之;应有 效 专波;曲选辉;利海清莱芜钢铁集团崔建民 ;普有 效 专粉末冶金有限明;卞新龙 ;魏利公司光显 .莱芜钢铁集团袁

18、勇;田建军粉末冶金有限有 效 专公司；北京科技利民;德金;增大林中南大学罗丰华 ; 王翔有 效 专; 高翔利一种软磁材料发明专利 中国喷油信号盘生1025652011年 8021吕元之吕元之;应有 效 专波;吴兆花 ;吴产方法62.106月 29日 11利荣昌 .ZL2012一种低合金含发明专利 中国铬粉末冶金钢1048162014年 1479中南大学罗丰华;林有 效 专祥;雷龙林;的生产方法一种适于高速13.2ZL09月 10日 837利坤压制技术应用发明专利 中国的铁粉原料的制备方法一种用于制备发明专利 中国高密度粉末冶金零件的设备200910 2011年 7311093050 06月 2

19、2日 30.8ZL200910 2011年 7253087651 01月 05日 33.8ZL北京科技大学北京科技大学曲选辉 ; 海有 效 专清;王建忠;利晓晗 .海清; 曲选有 效 专辉;王建忠;利晓晗 .粉末冶金圆环周传秀;吕元Effect of powder particle size on发明专利形磁毂及其制中国2010108976 吕元之之;应波;吴有 效 专2012年备方法26699946荣昌;吴兆花 .利01月 18日.6八、主要完成人情况：曲选辉，排名 1，现任北京科技大学新材料技术研究院，院长，教授职称。工作单位为北京科技大学；项目完成单位为北京科技大学。对本项目技术创造性贡

20、献：提出项目整体研究方案和立项建议，并对该项目科技创新中第 4 项创新做出了创造性贡献。提出了通过综合运用优化粉末粒度组成、添加母合金粉末和增塑剂并进行塑化处理，以提高原料粉末压缩性和成形性的学术思路，并指导建立了相应的优化工艺。旁证材料是科技成果鉴定证书高密度低合金粉末冶金结构件制备新技术与应用 、发明专利“粉末冶金轿车连杆及其普通模压生产方法”，“一种适于高速压制技术应用的铁粉原料的制备方法” 、“一种用于制备高密度粉末冶金零件的设备”及论文green properties and stress wave 等。普明，排名 2，现任莱芜钢铁集团粉末冶金董事长、总经理，高级工程师职称。工作单位

21、为莱芜钢铁集团粉末冶金；完成单位为莱芜钢铁集团粉末冶金。对本项目技术创造性贡献：在第 3、1 项创新点中做出了创造性贡献。通过研究软磁材料粉性能参数与铁粉的关系，完成了软磁材料粉规模化生产工艺制定及设备选型。通过研究杂质元素与铁粉压缩性的关系，完成了高压缩性铁粉规模化生产工艺研究制定和生产线改造。旁证材料：科技成果鉴定证书（高性能软磁复合材料（ SMC）及环保型磁芯的产业化开发）主要完成人第 1 位；发明专利“水雾化合金钢粉的制造方法”发明人第 2 位。袁勇，排名 3，现任莱芜钢铁集团粉末冶金副经理，高级工程师职称。工作单位为莱芜钢铁集团粉末冶金；项目完成单位为莱芜钢铁集团粉末冶金。对本项目技

22、术创造性贡献：在科技创新中第 1、 2、 3 项创新做出了创造性贡献。通过研究与合金合金成分与合金粉产品性能关系完成了预合金粉合金成分和中试工艺确定。通过研究高压缩性铁粉规模化生产工艺与铁粉的关系，完成了高压缩性铁粉杂质元素和压缩性分析及规模化工艺的制定。旁证材料：科技成果鉴定证书（预合金合金成分系统研究与高性能预合金钢粉的开发） ；发明专利“一种绝缘铁粉的生产设备和方法” 、发明专利“一种高压缩性水雾化铁粉及制备方法”位、专著钢铁粉末、论文磷化工艺制备绝缘软磁粉末及其频率特性研究 。柳学全，排名 4，现在钢铁研究总院粉末冶金研究室工作，教授级高工职称。工作单位为钢铁研究总院；项目完成单位为钢

23、铁研究总院。对本项目技术创造性贡献：在科技创新中第 4 项创新做出了创造性贡献。通过对铁粉基软磁复合材料及磁芯制备技术的研究，设计了规模化生产铁粉软磁复合材料及磁芯制备的工艺和选定了技术装备。旁证材料：科技成果鉴定证书高性能软磁复合材料（SMC）及环保型磁芯的产业化开发 ，论文铁基软磁复合材料的制备工艺研究。松林，排名 5，现任中南大学粉末冶金研究院系主任，研究员职称。工作单位为中南大学；项目完成单位为中南大学。对本项目技术创造性贡献：在科技创新中第 1 项创新中做出了创造性贡献。通过高压缩性铁粉影响因素定量研究，找出了影响铁粉压缩性的主要和次要因素，同时设计了规模化生产高压缩性铁粉的工艺、选

24、定了技术装备。旁证材料：科技成果鉴定证书铁粉压缩性影响因素的系统研究及高压缩性铁粉的规模化生产技术） 、发明专利“一种高压缩性水雾化铁粉及制备方法” ；专著钢铁粉末、论文高温还原对水雾化铁粉压缩性的影响、水雾化铁粉的粒径对工艺性能的影响 。罗丰华 , 排名 6，现在中南大学粉末冶金研究院工作，教授职称。工作单位为中南大学；项目完成单位为中南大学。对本项目技术创造性贡献：在科技创新中第 2 项创新做出了创造性贡献。 通过预合金粉合金成分与烧结性能关系的研究，确定了合金粉的成分，同时设计了规模化生产预合金粉的工艺和选定了技术装备。旁证材料：科技成果鉴定证书预合金合金成分系统研究与高性能预合金钢粉的

25、开发）、发明专利“一种高硬度的粉末冶金低合金钢” 、“一种低合金含铬粉末冶金钢的生产方法”论文 Fe-Ni-Mo 低合金钢粉的烧结与烧结硬化性能 、 Cu、C 添加量对退火态 Fe-1.75Ni-0.50Mo 粉末烧结合金组织和力学性能的影响、还原铁粉对 Fe-1.1Ni-0.5Mo-0.5Cr 合金组织与性能的影响 。吕元之，排名 7，现任莱芜市新艺粉末冶金制品董事长，高级工程师职称。工作单位为莱芜市新艺粉末冶金制品；项目完成单位为莱芜市新艺粉末冶金制品。对本项目技术创造性贡献：在科技创新中第 4 项创新做出了创造性贡献。负责全面研制工作及产品配方制定，根据水雾化铁粉及合金粉末的颗粒形状和粒

26、度组成及增塑剂对高密度结构件致密性的影响；研究高密度结构件材料配方中水雾化铁粉、母合金粉末、超级润滑剂对致密性的影响。旁证材料是科技成果鉴定证书高密度低合金粉末冶金结构件制备新技术与应用 、发明专利“一种软磁材料喷油信号盘生产方法” 、“粉末冶金轿车链杆及其普通模压生产方法” 、“粉末冶金圆环形磁毂及其制备方法”等。海清，排名 8，现在北京科技大学新材料研究院工作，教授职称。工作单位为北京科技大学；项目完成单位为北京科技大学。对本项目技术创造性贡献：在科技创新中第 4 项创新做出了创造性贡献。负责高密度粉末研制和工艺试验，建立了优化工艺，指导设计制造了高密度结构件成形自动送粉装置和三上三下专用

27、模架；旁证材料是科技成果鉴定证书高密度低合金粉末冶金结构件制备新技术与应用、发明专利“一种适于高速压制技术应用的铁粉原料的制备方法” 、“一种用于制备高密度粉末冶金零件的设备”及论文Effect of powderparticle size on green properties and stress wavestrengthened by phase and nanosized oxide、 Ferritic alloys 等。增林，排名 9，现任莱芜钢铁集团粉末冶金技术科科长，高级工程师职称。工作单位位莱芜钢铁集团粉末冶金；项目完成单位为莱芜钢铁集团粉末冶金。对本项目技术创造性贡献：在科技

28、创新中第 1、2 项创新做出了创造性贡献。通过研究高压缩性铁粉和预合金粉的合金元素与粉末性能的关系，完成了高压缩性铁粉、预合金粉小试及中试的研究和生产线建设，为规模化生产提供了详实的数据。旁证材料：科技成果鉴定证书预合金合金成分系统研究与高性能预合金钢粉的开发、发明专利“一种绝缘铁粉的生产设备和方法” 。德金，排名 10，现在莱芜钢铁集团粉末冶金技术科工作，工程师职称。工作单位为莱芜钢铁集团粉末冶金；项目完成单位为莱芜钢铁集团粉末冶金。对本项目技术创造性贡献：在第 2、3 项创新点中做出了创造性贡献。通过研究高压缩铁粉、预合金粉和软磁材料粉工艺研究，完成了高压缩性铁粉、预合金粉、软磁材料粉生产线的试生产等工作。旁证材料：科技成果鉴定证书铁粉压缩性影响因素的系统研究及高压缩性铁粉的规模化生产技术 、发明专利“一种高压缩性水雾化铁粉及制备方法” 、发明专利“一种绝缘铁粉的生产设备和方法” 、论文 Cu、C 添加量对退火态 Fe-1.75Ni -0.50Mo 粉末烧结合金组织和力学性能的影响、高温还原对水雾化铁粉压缩性的影响 。九、主要完成单位及创新推广贡献：莱芜钢铁集团粉末冶金 ，排名 1。本单位在科技创新中第 1、 2、 3、 4 项中做出了创造性贡献，具体有以下几点：1、选取了水雾化铁粉中 C 、S、 P、Si 、 O、 N、 Mn 等杂质含量相差较大的铁粉作