Wöchentliche Erfolge – Yan Ling: Warum ist hochmanganhaltiger Stahl so leistungsstark?

Die Stahlindustrie ist eine wichtige Basisindustrie der Volkswirtschaft und eine wichtige Stütze für den Aufbau eines modernen und leistungsfähigen Landes. In den letzten Jahren hat sich das technologische Niveau der Stahlherstellung in meinem Land kontinuierlich verbessert und schrittweise in Richtung High-End-Bereich gewandelt und verbessert. Hochmanganstahl ist ein hochfester Stahl, der harten Arbeitsbedingungen wie Stößen, Extrusion und Materialverschleiß standhält. Seine Anwendung in Gleisbaustoffen wurde 2020 mit dem zweiten Preis des National Science and Technology Invention Award ausgezeichnet. Darüber hinaus wurden mit hochmanganhaltigem Stahl auch in vielen anderen Bereichen „große Erfolge erzielt“.

Der Herstellungsprozess von hochmanganhaltigem Stahl ist kompliziert und derzeit beherrschen nur sehr wenige Länder die Produktionstechnologie. Heutzutage wird in meinem Land hochmanganhaltiger Stahl produziert und verwendet, und ich habe damit den internationalen Stand der Forschung zu hochmanganhaltigem Stahl erreicht. Welche technischen Schwierigkeiten gibt es bei der Forschung und Entwicklung von hochmanganhaltigem Stahl in meinem Land? Was sind die Anwendungsgebiete? Wie sind die Entwicklungsperspektiven? Zu verwandten Themen gab Yan Ling, Direktor des Marine Steel Research Laboratory des Marine Engineering Steel Research Institute des Anshan Iron and Steel Research Institute, ein Interview mit Xinhuanet.

Xinhuanet: Können Sie etwas über die technischen Schwierigkeiten bei der Forschung und Entwicklung von hochmanganhaltigem Stahl sagen?

Manganstahl mit hohem Mangangehalt kann die Design- und Konstruktionsanforderungen an Strukturmaterialien in vielen Bereichen erfüllen, seine Herstellungstechnologie ist jedoch auch sehr schwierig.

Yan Ling: Als hochmanganhaltigen Stahl bezeichnen wir legierten Stahl mit einem Mangangehalt von mehr als 10 %. Aufgrund des unterschiedlichen Mangangehalts weist es im Vergleich zu herkömmlichem kohlenstoffarmen Stahl andere Materialeigenschaften auf, wie beispielsweise Verschleißfestigkeit, hohe Zähigkeit, Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen, nicht magnetische Dämpfung usw., wodurch es den Design- und Konstruktionsanforderungen von Strukturmaterialien in verschiedenen Bereichen gerecht werden kann. Allerdings bringt hochmanganhaltiger Stahl auch sehr große technische Schwierigkeiten mit sich. Erstens weist der geschmolzene Stahl mit zunehmendem Mangangehalt eine schlechte Fließfähigkeit, eine geringe Wärmeleitfähigkeit, eine große lineare Schrumpfung und einen kleinen Temperaturunterschied zwischen Solidus und Liquidus usw. auf, was das Schmelzen von Barren aus hochmanganhaltigem Stahl erschwert und leicht zu inneren und äußeren Defekten der Barren wie Entmischung und Rissen führt. Zweitens müssen die Materialien mehrere Eigenschaften aufweisen, um den Konstruktions- und Verwendungsanforderungen von Strukturmaterialien in verschiedenen Bereichen gerecht zu werden. Die Verstärkungsmethode für Manganstahl mit hohem Mangangehalt ist jedoch relativ einheitlich. Daher besteht eine weitere Schwierigkeit darin, das Design des Kompositionsprozesses zu optimieren und die Realisierung einer umfassenden Leistung sicherzustellen. Drittens weist hochmanganhaltiger Stahl im Hinblick auf seine Verarbeitungseignung extrem starke Kaltverfestigungseigenschaften auf und muss häufig nach dem Erhitzen geformt werden, was die grundlegenden mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigt. Daher stellt auch die Abstimmung des Werkstoffsystems auf den Verarbeitungs- und Herstellungsprozess eine der wesentlichen technischen Schwierigkeiten dar.

Xinhuanet: Welche weiteren Anwendungen hat hochmanganhaltiger Stahl neben der Verwendung im Gleisbau?

Manganstahl mit hohem Mangangehalt wird bei Offshore-Bohrungen, zur Vermeidung von Autokollisionen, im Tankbau usw. verwendet.

Yan Ling: Nach zehn Jahren Forschung hat Anshan Iron and Steel Durchbrüche bei wichtigen integrierten Technologien erzielt, beispielsweise beim Materialsystemdesign von hochmanganhaltigem Stahl, beim Konverterschmelzen von hochlegiertem Stahl, beim homogenisierten Stranggießen und beim Walzen, Wärmebehandeln, Verarbeiten und Formen von hochmanganhaltigem Stahl auf der Grundlage der Anpassung von Festigkeit und Zähigkeit. Es wurde eine hochhomogene, fehlerfreie und leistungsstarke Herstellung der gesamten Serie von Stählen mit hohem Mangangehalt von 5 % bis 25 % erreicht und die technische Anwendung verwandter Materialien realisiert. Hochmanganhaltiger Stahl hat ein breites Anwendungsspektrum. Beispielsweise werden dicke Stahlplatten mit ultrahoher Festigkeit und einem Mn-Gehalt von 5–10 % und einer Festigkeit von 550–690 MPa für wichtige Stützkomponenten von Offshore-Bohrplattformen verwendet, wodurch eine kostengünstige Produktion von Hochleistungsstahl ermöglicht wird. Kaltgewalzte Stahlplatten mit 18 % bis 25 % Mn werden für Antikollisionskomponenten von Kraftfahrzeugen verwendet und verbessern die Sicherheit von Kraftfahrzeugen erheblich. Für LNG-Tanks mit extrem niedrigen Temperaturen wird mittelkohlenstoffreicher Manganstahl mit 20 % bis 25 % Mn verwendet, wodurch die Baukosten der Tanks gesenkt werden.

Xinhuanet: Was denken Sie mit Blick auf die Zukunft über die Anwendungsaussichten von hochmanganhaltigem Stahl? Welche weiteren Probleme müssen dringend angegangen werden?

Die Anwendungsaussichten für hochmanganhaltigen Stahl sind sehr vielfältig und es besteht dringender Bedarf an umfassender und gründlicher Forschung im Bereich der Entwicklung und Anwendungstechnologie hochmanganhaltiger Produkte.

Yan Ling: Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der sozialen und wirtschaftlichen Entwicklung und des Infrastrukturaufbaus sind die Anwendungsaussichten für hochmanganhaltigen Stahl sehr vielfältig. Zunächst einmal sind die Bau- und Transportindustrie wichtige Anwendungsbereiche für hochmanganhaltigen Stahl. Die Anforderungen an Urbanisierung sowie Sicherheit und Komfort von Baukonstruktionen steigen ständig, und die Nachfrage nach hohen Sicherheits- und Schalldämmeigenschaften von Stahl in Hochhäusern, Brücken, Tunneln, Straßen- und Eisenbahnfundamenten steigt. Die hohe Festigkeit, Zähigkeit, Bruchfestigkeit und Geräuschdämpfung von Manganstahl können die Sicherheit von Bauwerken gewährleisten, Resonanzen unterdrücken, Lärm reduzieren und die Stabilität der Struktur unter dynamischen Bedingungen sicherstellen. Zweitens wird hochmanganhaltiger Stahl aufgrund seiner guten Festigkeit, Zähigkeit, Schlagzähigkeit und Abriebfestigkeit auch im Schiffsbau und in der Maschinenbauindustrie häufiger zum Einsatz kommen. Damit können Strukturen wie Bagger, Schlammförderpipelines und Kabinen für Erztransportschiffe hergestellt werden. Darüber hinaus können die nichtmagnetischen oder schwach magnetischen Eigenschaften von Manganstahl in Branchen wie Motoren und Elektrogeräten genutzt werden, einschließlich der magnetischen Abschirmung in Öltanks großer und mittelgroßer Transformatoren, Kernzugplatten, Spulenklemmen und anderen Strukturteilen mit magnetischen Streufeldern; Hebe-Saugnäpfe mit Elektromagneten, vereinfachte magnetische Trenngeräte usw. Besonders in den letzten Jahren haben die hervorragende Zähigkeit bei extrem niedrigen Temperaturen und die niedrigen Kosten von Manganstahl mit hohem Mangananteil ihn zu einem Schlüsselmaterial für die neue Generation von LNG-Tankstahl gemacht. Durch die großflächige Anwendung von Manganstahl mit hohem Mangangehalt wird der vorhandene Nickelstahl für LNG-Tanks ersetzt, die Baukosten des Tanks erheblich gesenkt und eine Ressourcenschonung sowie eine umweltfreundliche Produktion erreicht.

Mein Land verfügt über reiche Manganeisenerzvorkommen und muss dringend umfangreiche und gründliche Forschungen zur Entwicklung und Anwendungstechnologie von Produkten mit hohem Mangangehalt durchführen, die Gesamtleistung von Stahl mit hohem Mangangehalt kontinuierlich verbessern, das Materialsystem und die Anwendungsfelder erweitern, die Herstellungskosten von Ausrüstung und Strukturen senken, die rationelle Entwicklung und effiziente Nutzung der Bodenschätze verwirklichen und die kohlenstoffarme und grüne Entwicklung der Volkswirtschaft meines Landes nachdrücklich unterstützen.

Experten: Yan Ling, Direktor des Marine Steel Research Laboratory, Offshore Steel Research Institute, Anshan Iron and Steel Research Institute; Mi Sa, Metallurgische Nachrichten aus China

Texter: Zhang Yuhan (Praktikum)

Herausgeber: Fu Lin

Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

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