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内容

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/cm3以上的高压缩性铁粉工业化高效生产新工艺；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/cm3；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山东省科技厅的鉴定，均“达到国际先进水平”，“产品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

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度成形等关键技术，形成了工业化成套技术。主要技术内容如下：

（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/cm3提高到7.20g/cm3以上，达到国外先进产品的性能指标，国内市场占有率达到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40%。

（3）确立了雾化铁粉特性与磁性能的匹配规律，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新途径。产品密度高达7.6g/cm3，热处理后硬度达到HRC50～55，抗拉强度≥1050MPa，产品密度、力学性能和生产效率均优于国际著名公司同类产品。 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、印度和台湾等国家和地区。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

山东省科技厅于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、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

委托山东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。本项目创新点相关内容除项目单位发表了相关论文和专利之外，国内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有限公司、重庆华孚粉末冶金有限公司、上海汽车粉末冶金（莱芜）有限公司、仪征市昌达粉末冶金制品有限公司、浙江东睦科达磁电有限公司、广州金南磁性材料有限公司等约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/cm3（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，已在上海通用汽车有限公司、浙江吉利汽车零部件采购有限公司、上海华普发动机有限公司、浙江茂诠机械有限公司、重庆市邦联机电制造有限公司和杭州怡田工具制造有限公司批量装机使用。 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年山东省科技进步一等奖；

（2）高密度低合金粉末冶金结构件制备新技术与应用，2013年山东省科技进步二等奖。

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多家粉末冶金制品生产企业，并出口日本、韩国、印度和台湾等国家和地区。

莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司自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有限公司、重庆华孚粉末冶金有限公司、上海汽车粉末冶金（莱芜）有限公司、仪征市昌达粉末冶金制品有限公司、浙江东睦科达磁电有限公司、广州金南磁性材料有限公司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。