電爐煉鋼緒論

1、0 緒論鋼鐵材料是人類所使用的最主要的結(jié)構(gòu)材料和最主要的功能材料， 尤其是鋼， 更是被廣 泛應(yīng)用于石油、化工、航天航空、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等許多重要領(lǐng)域，人們的日常生活 也離不開(kāi)鋼。鋼是碳、 硅、錳及其他元素在鐵中的固溶體。 鋼與生鐵的區(qū)別首先是在碳的含量中得到 體現(xiàn)，理論上把碳含量小于2.11%的鐵碳合金稱之為鋼，它的熔點(diǎn)為14501500 C;碳含量大于2.11%的鐵碳合金稱之為生鐵，它的熔點(diǎn)為11001200 C。在鋼中，碳元素和鐵元素形成 Fe3C 固溶體，隨著碳含量的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和沖擊韌性降低。由于鋼 具有很好的物理化學(xué)性能與力學(xué)性能，可進(jìn)行拉、壓、軋、沖、拔等深

2、加工，所以用途十分 廣泛，而且用途不同對(duì)鋼的性能要求也不同，從而對(duì)鋼的品種也提出了不同的要求。鋼中存在的非鐵元素可大致分為兩大類：碳、硅、錳等是用以改善鋼的性能，以滿足工 程材料要求的有益元素;另一類如磷、硫、氧、氫、氮等，是從爐料或大氣中進(jìn)入鋼中的， 它們的存在會(huì)使大部分鋼的性能變壞。煉鋼的工藝過(guò)程就是將鐵水（或生鐵）、廢鋼鐵、直 接還原鐵經(jīng)加熱、 熔化， 通過(guò)化學(xué)反應(yīng)去除金屬液中的有害雜質(zhì)元素， 配加合金調(diào)整化學(xué)成 分達(dá)到規(guī)定要求，最后澆鑄成半成品鑄坯（錠）的過(guò)程。鋼的生產(chǎn)歷史，也是近代工業(yè)的發(fā)展歷史。從1740年英國(guó)人亨茨曼（B.Huntsman ）發(fā)明了坩堝煉鋼法，到1856年英國(guó)人亨

3、利？ 貝塞麥（H.Bessemer）發(fā)明的空氣酸性底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法一貝塞麥法， 再到1865年德國(guó)人馬丁 （Mar Tin ）發(fā)明的酸性平爐煉鋼法一馬丁爐法， 直到1899年法國(guó)人埃魯（P.L.T.H &oult ）發(fā)明的三相電極電弧爐煉鋼法。各種煉鋼法相繼 的出現(xiàn)， 帶動(dòng)了整個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展， 而相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又更加促進(jìn)了煉鋼技術(shù)的進(jìn)步。 應(yīng) 運(yùn)而生的氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)、連續(xù)鑄鋼技術(shù)、超高功率電弧爐煉鋼技術(shù)、爐外精煉技術(shù)等， 推動(dòng)了煉鋼工業(yè)業(yè)在產(chǎn)品、 工藝、設(shè)備上的更新?lián)Q代， 使得煉鋼技術(shù)在二戰(zhàn)結(jié)束后得到了前 所未有的高速發(fā)展。進(jìn)入 21 世紀(jì)的煉鋼工藝和設(shè)備日趨完善，鋼的產(chǎn)量大幅度提高

4、，鋼的 質(zhì)量不斷改善，現(xiàn)代煉鋼工業(yè)正朝著高效、低耗、清潔、優(yōu)質(zhì)的方向健康發(fā)展。近代煉鋼工藝主要有轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝、 平爐煉鋼工藝和電爐煉鋼工藝。 到上個(gè)世紀(jì)末， 平 爐煉鋼工藝已基本被淘汰，則現(xiàn)代煉鋼工藝主要有轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝和電爐煉鋼工藝。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝和電爐煉鋼工藝通常被分別描述為 “從礦石到鋼” 的長(zhǎng)流程工藝和 “從廢 鋼到鋼”的短流程工藝，典型的長(zhǎng)流程和短流程煉鋼工藝見(jiàn)圖0.1。長(zhǎng)流程：鐵礦石（燒結(jié)礦和球團(tuán)礦）T高爐T鐵水預(yù)處理T氧氣轉(zhuǎn)爐T爐外精練T連鑄機(jī)（模鑄）T鑄坯（錠）短流程：廢鋼鐵、生鐵或鐵水以及直接還原鐵T電弧爐T爐外精練T連鑄機(jī)（模鑄）T鑄坯（錠）圖 0.1 典型的長(zhǎng)流程和短流程煉鋼

5、工藝上述兩大煉鋼流程的特點(diǎn)比較見(jiàn)表 0.1。從上表比較可以看出： 短流程煉鋼工藝在投資、 效率、 環(huán)保以及工藝靈活性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而在鋼的純凈度控制方面略遜于長(zhǎng)流程工藝。表0.1長(zhǎng)流程和短流程煉鋼工藝的特點(diǎn)比較工序名稱短流程長(zhǎng)流程投資（美元/噸鋼）50080010001500勞動(dòng)生產(chǎn)率（噸鋼/人年）10003000600800建設(shè)周期（年）11.54從原料到鋼水的能耗（kg標(biāo)煤/噸鋼）213.73703.17二氧化碳排放（kg/噸鋼）80020003000煉鋼能源電能+化學(xué)能化學(xué)能煉鋼工序能耗（kg標(biāo)煤/噸鋼）2202500爐外精煉LF/VDRH煉鋼溫度控制容易較容易C較高極低N較高低

6、O極低極低鋼中殘余元素較高低煉鋼工藝柔性非常靈活靈活煉鋼合金化能力強(qiáng)較弱31 電弧爐煉鋼工藝概論1.1 電弧爐煉鋼工藝發(fā)展概論1.1.1 電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展概論電爐是采用電能作為熱源進(jìn)行煉鋼的爐子的統(tǒng)稱， 電爐可分為： 電渣重熔爐利用電阻 熱，感應(yīng)熔煉爐利用電磁感應(yīng)，電子束爐依靠電子碰撞，等離子爐利用等離子弧，以 及電弧爐利用高溫電弧等幾種煉鋼的電爐。目前，世界上電爐鋼產(chǎn)量的 95%以上是由電弧爐生產(chǎn)的， 因此人們通常所說(shuō)的電爐煉鋼， 主要是指電弧爐煉鋼。 電弧爐煉鋼是靠電流通過(guò)石墨電極與金屬料之間放電產(chǎn)生電弧， 使電 能在弧光中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽?借助輻射和電弧的直接作用來(lái)加熱、 熔化爐料， 冶煉

7、出各種成分的 鋼和合金的一種煉鋼方法。1800年英格蘭人戴維( H.Davy )發(fā)現(xiàn)了碳電極。 1894年，法國(guó)人德布萊茲( Deprez) 研究用電極來(lái)熔化金屬。1866年，馮西門(mén)子(W.Siemens)發(fā)明電能發(fā)生器。1879年，威廉姆斯西門(mén)子(C.W. Sieme ns)獲得了幾個(gè)不同類型實(shí)用電弧爐的專利。雖然采用兩支水 冷金屬電極煉出了鋼，但因耗電高，而電費(fèi)又十分昂貴，故無(wú)法推廣。之后還先后出現(xiàn)了6種不同形式的電弧爐，其容量均很小且多為直流供電，也因同樣原因而無(wú)法推廣。1885年，瑞典ASEA公司設(shè)計(jì)了一臺(tái)直流電弧爐。1888年，法國(guó)人埃魯(P.L.T.H Soult)用間接電阻加熱爐

8、進(jìn)行熔煉金屬實(shí)驗(yàn)。 18891891 年，同步發(fā)電機(jī)和變壓器推廣應(yīng)用。 1899年，埃魯接 受了一系列直接加熱電弧爐的專利， 研制成功煉鋼用三相交流電弧爐。 用三根碳電極將三相 交流電輸入爐內(nèi)，利用碳電極和金屬料間產(chǎn)生的電弧將金屬爐料熔化并進(jìn)行熔煉。在 19001903年，埃魯在拉巴斯(L.P.Savoy)用該爐熔煉鐵合金，該爐成為現(xiàn)代煉鋼電弧爐的 雛形。20 世紀(jì)初，發(fā)電成本下降，高壓輸電線路技術(shù)推廣應(yīng)用，為煉鋼用三相交流電弧爐的推廣應(yīng)用奠定了必要的基礎(chǔ)。1905年，德國(guó)人林登堡(R.Lindenberg )建成第一臺(tái)二相埃魯電弧爐。1906年，林登堡在雷姆沙伊德(Remscheid)進(jìn)行了

9、第一爐鋼水的鑄錠，開(kāi)創(chuàng)了用 電弧爐進(jìn)行鋼的生產(chǎn)的先河。 19091910年，在德國(guó)和美國(guó)分別首次有容量為 6噸和 5噸的 煉鋼生產(chǎn)用埃魯型三相交流電弧爐建成投產(chǎn)，并首次把繼電器與接觸式調(diào)節(jié)器用于三相交流電弧爐的電極升降系統(tǒng)。 1920 年，杠桿平衡式調(diào)節(jié)器用于電弧爐，提高了電極升降速度。 這期間，爐蓋均為固定式，爐料從爐門(mén)加入。1926年，德國(guó)德馬克公司制造了兩臺(tái)容量為6噸的爐蓋開(kāi)出式電弧爐，首次實(shí)現(xiàn)了用料斗從爐頂加料。1927年，美國(guó)蒂姆肯( Timken Roller Bearing )公司一臺(tái) 100噸電弧爐投入運(yùn)行。 1930 年，出現(xiàn)爐體開(kāi)出式電弧爐。 1936年，德國(guó)制造了 18噸

10、爐蓋旋轉(zhuǎn)式電弧爐，進(jìn)一步縮短加 料時(shí)間，提高了熱效率。至此，普通三相交流電弧爐已成形。之后，電弧爐的結(jié)構(gòu)、工藝逐 漸得到完善，爐容量進(jìn)一步擴(kuò)大。在這一時(shí)期，由于電站的輸電能力低，早期的埃魯型三相交流電弧爐的公稱額定容量只有170230kV A/噸鋼。后來(lái)，隨著電力供應(yīng)的改善，電弧爐就裝備了較大容量的變壓器，其額定容量增至250350kV A/噸鋼。而由于碳質(zhì)電極和用電價(jià)格高昂，同時(shí)熔煉效率低，直到 20 世紀(jì)的 30年代末電弧爐通常只熔煉合金鋼。用電弧爐 熔煉普通低碳鋼，價(jià)格實(shí)在很昂貴。二次大戰(zhàn)期間， 由于對(duì)合金鋼和更昂貴的高質(zhì)量鋼材需求的增加。 電爐鋼的的產(chǎn)量大幅 度增大。但電弧爐的裝料量一

11、般都不超過(guò) 35噸。只是在二次大戰(zhàn)結(jié)束后，才建造了熔煉容 量為150噸的電弧爐。但其變壓器公稱容量仍然只有 250350kV A/噸鋼。二次大戰(zhàn)結(jié)束以 后， 由于對(duì)合金鋼的需求大大減少， 同時(shí)電渣重熔和真空熔煉爐的推廣應(yīng)用， 給合金鋼的熔 煉增加了新的爐種， 迫使電弧爐冶煉品種向普通鋼滲透和轉(zhuǎn)移。而當(dāng)時(shí)電力工業(yè)的發(fā)展， 用電低廉且電網(wǎng)容量普遍有較大的提高，廢鋼資源豐富，因而進(jìn)入20世紀(jì)的 50年代，即便是最大的爐子也逐漸裝備較高容量的變壓器。同時(shí)，返回吹氧法和吹氧助熔技術(shù)在 60 年代初推廣應(yīng)用。與此同時(shí)，電弧爐的機(jī)械和 電氣設(shè)備也得到了不斷的改進(jìn)。如 1936 年瑞典人特勒福斯提出電弧爐電磁

12、攪拌的想法，并 在蘇哈拉爾鋼廠的 10噸電弧爐進(jìn)行了試驗(yàn)。1947年，瑞典ASEA公司發(fā)明了工業(yè)生產(chǎn)用電 磁攪拌電弧爐， 爐殼采用非磁性鋼制造。 在大電流供電線路的改進(jìn)方面， 瑞典人提出了修正 平面法， 1960年美國(guó)出現(xiàn)了等邊三角形布置，以提高三相電路的對(duì)稱性，使三相電抗平衡。 因此， 熔煉時(shí)間和生產(chǎn)成本， 特別是非合金鋼成本大幅度下降， 電弧爐鋼成本終于可以與平 爐鋼相比肩。為進(jìn)一步提高電弧爐煉鋼的生產(chǎn)效率和降低成本，1964 年在美國(guó)礦冶石油工程師協(xié)會(huì)的電爐會(huì)議上，美國(guó)碳化物公司施瓦伯（W.E.Schwabe）和西北鋼線材公司羅賓遜 （C.G.Robinson ）根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，共同提

13、出電弧爐超高功率概念（ Ultra High Power ）, 簡(jiǎn)稱UHP），并在兩臺(tái)135噸電弧爐上采用不同的功率水平進(jìn)行進(jìn)一步深入的運(yùn)行試驗(yàn)。 隨后，瑞典、德國(guó)和日本等國(guó)也相繼采用了這項(xiàng)技術(shù)，并取得了很好的效果，不久就在世界 各國(guó)推廣開(kāi)來(lái)。這時(shí)期，超高功率電弧爐的一個(gè)根本特征就是： 100噸以下的電弧爐其變壓器容量至少 500kV A/噸鋼。相應(yīng)地，要采用高電流低電壓，以降低爐襯的侵蝕。采用UHP技術(shù)使得電弧爐冶煉周期由 38小時(shí)縮短到 2小時(shí)。此后的工作主要集中在如何解決電弧爐超高功率 化以后出現(xiàn)的設(shè)備、 工藝、 消耗等方面存在的問(wèn)題， 繼續(xù)提高變壓器的最大功率利用率和時(shí) 間利用率， 提

14、高電弧爐煉鋼生產(chǎn)率， 降低能耗和冶煉成本上。 各種重要的相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)與 發(fā)展不僅解決了電弧爐超高功率化帶來(lái)的問(wèn)題， 而且反過(guò)來(lái)有推動(dòng)了電弧爐功率水平的進(jìn)一 步提高。到了 21世紀(jì)初，電弧爐功率水平已達(dá)到8001000 kV A/噸鋼，冶煉周期縮短到50min以下，生產(chǎn)效率達(dá)到 800010000噸鋼/ （噸公稱容量年），電極消耗下降到1kg/噸鋼以下，電弧爐冶煉電耗下降到300kwh/噸鋼以下?，F(xiàn)代電弧爐已經(jīng)成為一個(gè)低成本的快速熔煉設(shè)備， 以電弧爐為核心的短流程煉鋼工藝也成為現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)兩大流程之一，正朝著低成本、低消耗、高效率、高質(zhì)量、環(huán)保型的方向發(fā)展。圖 1.1 為 19652001 年

15、現(xiàn)代電弧爐技 術(shù)發(fā)展情況。1.1.2 爐外精煉技術(shù)發(fā)展概論爐外精煉，也叫二次精煉，是在初煉爐（轉(zhuǎn)爐或電弧爐）以外的鋼包或?qū)Ｓ萌萜髦?，?duì) 鋼水進(jìn)行爐外處理的方法。 爐外精煉把傳統(tǒng)的煉鋼方法分為兩步， 即初煉加精煉。 初煉在 氧化氣氛下進(jìn)行爐料熔化、脫磷、脫碳和主合金化。精煉在真空、惰性氣體或可控氣氛的 條件下進(jìn)行深脫碳、脫氣（H、N）、脫氧、脫硫、去夾雜物、控制夾雜物的形態(tài)、調(diào)整成 分及溫度等。爐外精煉的主要手段有：渣洗、真空、攪拌、噴粉、加熱等五種。采用爐外精 煉技術(shù)可以提高鋼的質(zhì)量，擴(kuò)大品種，縮短冶煉時(shí)間，提高生產(chǎn)率，調(diào)節(jié)煉鋼爐與連鑄的生產(chǎn)節(jié)奏，并可降低煉鋼成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。1933年，法

16、國(guó)人波林（R.Perrin ）應(yīng)用專門(mén)配制的高堿度合成渣，在出鋼過(guò)程中，對(duì)鋼 水進(jìn)行“渣洗脫硫”，這是爐外精煉技術(shù)的萌芽。到了20世紀(jì)50年代，由于真空技術(shù)的發(fā)展和大型蒸汽噴射泵的研制成功，為鋼水的大規(guī)模真空處理提供了條件，開(kāi)發(fā)出了各種鋼水真空處理方法，如 1957年，前聯(lián)邦德國(guó)的多特蒙德（Dortmund ）和豪特爾（Horder）兩公司開(kāi)發(fā)的提升脫氣法（DH法），德國(guó)魯爾鋼鐵公司（Ruhrstahl）和海拉斯公司（Heraeus）仝（??！絶.KJ SQ3AHARQKOTJ ARQH! r»s»i!：.申卍窕松績(jī)*鯉色空整護(hù)枝札雀址聞惓*< E I ! |1 珪劇甌

17、 怪帆 DAN ARC HUBrft* i COOTlAgCtt#, MSPK* !E£QAJMyt就 二罄士 ankwhi LC/1L9C519TO19751901 輻&1990年199520002005圖1.1 19652001年現(xiàn)代電弧爐技術(shù)發(fā)展情況共同發(fā)明的鋼水真空循環(huán)脫氣法（ RH法）。20世紀(jì)60年代70年代，是鋼水爐外精煉多種方法發(fā)明的繁榮時(shí)期，這是與該時(shí)期提 出潔凈鋼生產(chǎn)，連鑄要求穩(wěn)定的鋼水成分和溫度以及擴(kuò)大鋼的品種密切相關(guān)。在這個(gè)時(shí)期， 爐外精煉技術(shù)形成了真空和非真空兩大系列。真空精煉技術(shù)有：前聯(lián)邦德國(guó)于1965年開(kāi)發(fā)的用于超低碳不銹鋼生產(chǎn)的真空吹氧脫碳法（

18、VOD ）和1967年美國(guó)開(kāi)發(fā)的真空電弧加熱去氣法（VAD ）； 1965年瑞典開(kāi)發(fā)的用于不銹鋼和軸承鋼生產(chǎn)的，有電弧加熱、帶電磁攪拌 和真空脫氣的鋼包精煉爐法（ASEA-SKF ） ； 1978年日本開(kāi)發(fā)的用于提高超低碳鋼生產(chǎn)效率的RH吹氧法（RH-OB ）。非真空精煉技術(shù)有：1968年在美國(guó)開(kāi)發(fā)，用于低碳不銹鋼生產(chǎn) 的氬氧脫碳精煉法（AOD ）； 1971年在日本開(kāi)發(fā)，配合超高功率電弧爐，取代電弧爐還原 期對(duì)鋼水進(jìn)行精煉的鋼包爐（LF）以及后來(lái)配套真空脫氣（VD ）發(fā)展起來(lái)的LF-VD ;噴射 冶金技術(shù)如1976年瑞典開(kāi)發(fā)的氏蘭法（SL法），1974年前聯(lián)邦德國(guó)開(kāi)發(fā)的蒂森法 （TN法），

19、日本開(kāi)發(fā)的川崎噴粉法（KIP ）;喂合金包芯線技術(shù)如1976年日本開(kāi)發(fā)的喂絲法（ WF ）；加蓋或浸渣罩的吹氬技術(shù)如1965年日本開(kāi)發(fā)的密封吹氬法（SAB法）和帶蓋鋼包吹氬法（CAB ），1975年日本開(kāi)發(fā)的成分調(diào)整密封吹氬法（ CAS ）。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，爐外精煉已經(jīng)成為現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程水平和鋼鐵產(chǎn)品高質(zhì)量的 標(biāo)志，并朝著功能更全、效率更高、冶金效果更佳的方向發(fā)展和完善。這一時(shí)期發(fā)展起來(lái)的 技術(shù)主要有 RH頂吹氧法（RH-KTB ）、RH多功能氧槍（RH-MFB ）、RH鋼包噴粉法（RH-IJ）、 RH真空室噴粉法（RH-PB ）、真空川崎噴粉法（ V-KIP ）和吹氧噴粉升溫精煉法

20、（IR-UT 法）等。未來(lái)的爐外精煉技術(shù)正朝著多功能化的方向發(fā)展，發(fā)揮著提高效率、 提高精煉比、優(yōu)化流程的重要作用。我國(guó)于1957年開(kāi)始研究鋼水真空處理技術(shù)，建立了鋼水真空脫氣、真空鑄錠裝置。70年代又建立了 AOD爐、VOD爐、RH爐、ASEA-SKF精煉爐、VAD爐、LF爐和鋼包噴粉 等爐外精煉裝置。到 90年代初，與世界發(fā)展趨勢(shì)相同，我國(guó)爐外精煉技術(shù)也隨著連鑄生產(chǎn) 的增長(zhǎng)和對(duì)鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量日益嚴(yán)格的要求，得到了迅速發(fā)展。不僅裝備種類和數(shù)量增加，處理鋼水量也由2%增加到20%。各種爐外精煉裝置所采取的手段與功能見(jiàn)表1.1。表1.1各種爐外精煉裝置所采取的手段與功能工藝精煉手段主要冶金功能造渣

21、真空攪拌噴粉加熱脫氣脫氧去夾雜控制夾雜形態(tài)脫硫合金化調(diào)溫脫碳鋼包吹氬CABDHRHLFVDASKF-SKFVADCAS-OBVODRH-OBAODTNSLWF合成渣洗注：-具備。1.1.3鑄錠技術(shù)發(fā)展概論鑄錠是指鋼水經(jīng)由鋼包注入鋼錠模， 冷凝成鋼錠的過(guò)程， 也稱模鑄，是煉鋼的最后一道 工序。煉鋼爐煉出的合格鋼水， 必須鑄成一定形狀和重量的鋼錠或鑄坯，才能經(jīng)塑性加工得到各種用途的鋼材。鑄錠包括從煉鋼爐出鋼（或爐外精煉結(jié)束）到鋼錠脫模送至初軋廠均熱 爐的一系列工序，即澆注前準(zhǔn)備、澆注、脫模、鋼錠精整或熱送等，見(jiàn)圖1.3。鋼包澆鑄脫模 或熱送圖1.3典型鑄錠工藝流程(中國(guó)冶金百科全書(shū)， P725)模

22、鑄工藝的一個(gè)突出特點(diǎn)是鋼錠模、 保溫帽、底盤(pán)等設(shè)備都可以反復(fù)使用。按鑄錠作業(yè) 流程的特征可分為車鑄法和坑鑄法； 按鋼水注入鋼錠模的方位分為下注法和上注法。鋼錠則按鋼水脫氧程度的不同分為沸騰鋼鋼錠、半沸騰鋼鋼錠和鎮(zhèn)靜鋼鋼錠。鑄錠源于古代的鑄造技術(shù)。1740年，英國(guó)人亨茨曼(B.Huntsman )發(fā)明了坩堝煉鋼法，首次煉出可以澆注的液體鋼。1845年，菲舍爾(J.C.Fischer)用液體鋼鑄造馬蹄鐵在英國(guó)取得專利權(quán)，開(kāi)創(chuàng)了鑄造技術(shù)。近代鑄錠工藝則以1856年貝塞麥(Bessemer)轉(zhuǎn)爐煉鋼法問(wèn)世為起點(diǎn)。19世紀(jì)下半葉，轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐等主要煉鋼方法先后出現(xiàn)，鋼鐵工業(yè)先是 在歐洲，而后在美國(guó)

23、得到迅速發(fā)展。其間，鑄錠技術(shù)也得到同步發(fā)展。美國(guó)90%以上的鋼錠生產(chǎn)采用上注法；而歐洲主要下注法。至第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的70年間，鑄錠技術(shù)不斷革新和不完善，保證了鑄錠能力與冶煉能力的同步增長(zhǎng)，同時(shí)鋼錠質(zhì)量也有明顯提高。為適應(yīng)大容量煉鋼爐和大型、高速軋機(jī)的 需要，鋼包容量已達(dá)300350噸，軋制板材的鋼錠單重已增至4050噸，型材用鋼錠也達(dá)10噸以上。與之相配套的鑄錠車、起重設(shè)備、脫模及精整設(shè)備也都相應(yīng)增大。鋼包內(nèi)襯的 砌筑與拆除、鋼錠模的清掃與涂刷、水口及滑板的更換與啟閉等各項(xiàng)操作，在許多工廠實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)。車鑄法逐漸取代了坑鑄法，成為主導(dǎo)的鑄錠方式，從而將脫模、整 模等工序移至鑄錠

24、跨以外的專門(mén)跨間進(jìn)行，形成平行流水線作業(yè)，使鑄錠生產(chǎn)能力得以大幅度提高。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后， 隨著鋼需求量的進(jìn)一步增加，特別是利用冷凍分離技術(shù)從空氣中生產(chǎn)工業(yè)純氧的工藝獲得成功，開(kāi)始了氧氣煉鋼的新時(shí)代。由于用氧煉鋼，使得煉鋼爐的生產(chǎn)能力成倍增加，而鑄錠的生產(chǎn)能力卻成為增產(chǎn)的限制性環(huán)節(jié)。從而一系列旨在提高鑄錠生產(chǎn)能力的新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如大鋼錠快速上注、用上小下大鋼錠模掛絕熱板澆注鎮(zhèn)靜鋼、 鋼包采用滑動(dòng)水口澆鋼等。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，連續(xù)鑄鋼技術(shù)興起并迅速發(fā)展，逐漸取代模鑄。即使這一時(shí)期，模鑄技術(shù)仍有突出發(fā)展，如開(kāi)發(fā)成功合成渣保護(hù)澆注技術(shù)等。我國(guó)采用由模鑄生產(chǎn)的鋼錠供軋鋼使用的這一鑄錠工藝始于

25、1890年的漢陽(yáng)鐵廠，而模鑄技術(shù)的真正發(fā)展始于 20世紀(jì)的50年代。首先是鞍鋼以車鑄代替勞動(dòng)條件惡劣的坑鑄，加大錠模錐度、減小模重與錠重比；設(shè)計(jì)了新型鎮(zhèn)靜鋼錠模，杜絕了鋼坯內(nèi)裂；發(fā)展了半鎮(zhèn)靜 鋼生產(chǎn)技術(shù)和沸騰鋼生產(chǎn)技術(shù)；采用了鋼錠熱送技術(shù)；以及鋼包滑動(dòng)水口澆注技術(shù)、鋼包內(nèi)襯整體澆注技術(shù)、合成渣保護(hù)澆注技術(shù)、保溫帽使用絕熱板襯等。到20世紀(jì)90年代以前，我國(guó)鋼錠的產(chǎn)量始終是隨著鋼產(chǎn)量的增加而逐年增加。進(jìn)入90年代后，由于連鑄技術(shù)的飛 速發(fā)展， 連鑄逐漸取代模鑄， 鋼錠的產(chǎn)量開(kāi)始逐年下降。 盡管連鑄逐漸取代模鑄是大勢(shì)所趨， 但目前在一些特殊鋼的生產(chǎn)中，模鑄仍然是無(wú)法替代的。1.1.4 連鑄技術(shù)發(fā)展

26、概論連續(xù)鑄鋼， 簡(jiǎn)稱連鑄， 使鋼水不斷地通過(guò)水冷結(jié)晶器， 凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連 續(xù)拉出， 經(jīng)噴水冷卻， 全部凝固后切成坯料的一種鑄造工藝。 連鑄是煉鋼和軋鋼之間的一道 工序， 連鑄生產(chǎn)出來(lái)的鋼坯是熱軋廠生產(chǎn)各種產(chǎn)品的原料。連鑄的主要設(shè)備有： 鋼包支撐裝置、鋼包、中間包、中間包車、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動(dòng)裝置、鑄坯導(dǎo)向和二次冷卻裝置、引錠 桿、拉坯矯直裝置（拉矯機(jī)）、切割設(shè)備、鑄坯輸送裝置和鑄坯冷卻存儲(chǔ)床。根據(jù)連鑄機(jī)外 形的不同，連鑄可分為立式連鑄、立彎式連鑄、直弧形連鑄、弧形連鑄、超低頭（橢圓形） 連鑄、水平連鑄、輪（帶）式連鑄等；根據(jù)所澆鑄的鑄坯斷面的不同，又有方坯連鑄、板坯 連鑄、圓坯連

27、鑄、異型坯連鑄以及薄板坯連鑄和薄帶連鑄之分；等等。與模鑄相比，連鑄有 以下優(yōu)點(diǎn)： 1）簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序； 2）提高了金屬收得率； 3）降低了能耗； 4）鑄坯組質(zhì)量好； 5）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件。連續(xù)澆鑄液體金屬的設(shè)想是 19世紀(jì)中葉由美國(guó)人塞勒斯（ G.E.Sellers）（1840 年）、萊恩 （ J.Laing ）（ 1843 年）和英國(guó)人貝塞麥（ H.Bessemer）（ 1846 年）提出的，由于當(dāng)時(shí)技術(shù) 條件的限制， 只能用于低熔點(diǎn)有色金屬 （如鉛） 的澆鑄。 最早的類似現(xiàn)代連鑄的建議是 1887 年由德國(guó)人德倫（ R.M.Daelen ）提出的，在其設(shè)備上已經(jīng)包括上下敞口的水

28、冷結(jié)晶器、二次 冷卻段、引錠桿、夾棍和鑄坯切割設(shè)備等裝置。 1933 年，現(xiàn)代連鑄之父德國(guó)人容漢斯（S.Ju ngha ns）開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)，從而奠定了工業(yè)上大規(guī)模采用連鑄的工藝基礎(chǔ)。同 年，容漢斯在德國(guó)建成一臺(tái)使用振動(dòng)結(jié)晶器的立式連鑄設(shè)備并用其澆鑄黃銅獲得成功。 1943 年， 容漢斯在德國(guó)建成第一臺(tái)澆鑄鋼水的試驗(yàn)性連鑄機(jī)， 提出了振動(dòng)的水冷結(jié)晶器、 浸入式 水口和結(jié)晶器鋼水面加保護(hù)劑等技術(shù)。為現(xiàn)代連續(xù)鑄鋼奠定了基礎(chǔ)。從 20 世紀(jì) 50 年代起， 連鑄開(kāi)始用于鋼鐵工業(yè)。 世界上第一臺(tái)工業(yè)生產(chǎn)性連鑄機(jī)是 1951 年在前蘇聯(lián)紅十月鋼廠投產(chǎn)的立式半連續(xù)裝置，但作為連續(xù)式澆鑄的鑄機(jī)是195

29、2 年英國(guó)巴路（Barrow）鋼廠建立的雙流立彎式連鑄機(jī)。19631964年曼內(nèi)斯曼公司相繼建成了方坯和板坯弧形連鑄機(jī)， 這種機(jī)型較之立彎式連鑄機(jī)高度低、 操作方便， 并能為工業(yè)上急需的熱軋、 冷軋帶鋼和厚板生產(chǎn)提供鋼坯， 很快就成為發(fā)展連鑄的主要機(jī)型， 對(duì)連鑄的推廣應(yīng)用起了很 大作用。此外，由于氧氣轉(zhuǎn)爐已經(jīng)用于煉鋼，原有的模鑄鑄錠工藝已不能滿足煉鋼的需要， 這也促進(jìn)了連鑄的發(fā)展。20 世紀(jì) 70 年代，由于國(guó)際能源危機(jī)的出現(xiàn)和連鑄本身固有的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，使連續(xù)鑄鋼進(jìn) 入迅猛發(fā)展時(shí)期。 一些連續(xù)鑄鋼新技術(shù)相繼出現(xiàn)： 結(jié)晶器在線調(diào)寬、 帶升降裝置的鋼包回轉(zhuǎn) 臺(tái)、多點(diǎn)矯直、連續(xù)矯直、壓縮矯直、氣-水噴

30、霧冷卻、連鑄電磁攪拌、保護(hù)澆注、中間包冶金、上裝引錠桿、輕壓下、多節(jié)輥、二冷動(dòng)態(tài)控制、在線質(zhì)量控制、共振結(jié)晶器、液面自 動(dòng)控制、漏鋼預(yù)報(bào)等，有力地促進(jìn)了連鑄機(jī)生產(chǎn)率的提高，保證了連鑄坯的質(zhì)量。此外，轉(zhuǎn) 爐復(fù)吹技術(shù)、 超高功率電弧爐和各種爐外精煉技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用， 以及鋼鐵工業(yè)朝著大型化、 高速化、 連續(xù)化方向發(fā)展， 都為連鑄的發(fā)展創(chuàng)造了條件。 并逐漸出現(xiàn)了連鑄坯熱裝軋制和連 鑄坯直接軋制。 20 世紀(jì) 90 年代，以高質(zhì)量、高溫?zé)o缺陷鑄坯生產(chǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高連澆率、 高作業(yè)率、高拉速、近終形的連鑄技術(shù)又得到迅速發(fā)展。 到 1998年，世界連鑄比達(dá)到了 83.3%， 連鑄已取代模鑄成為占統(tǒng)治地位的

31、澆鑄工藝，見(jiàn)圖 1.2。圖1.2 70年代以來(lái)世界鋼產(chǎn)量、連鑄比增長(zhǎng)趨勢(shì)（中國(guó)冶金百科全書(shū)，P335）我國(guó)早在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用連鑄技術(shù)的探索性工作，。19571959年間先后建成三臺(tái)立式連鑄機(jī)。 1964年在重鋼三廠建成一臺(tái) 規(guī)格為180mm x 1500mm的板坯弧形 連鑄機(jī)，這是世界上工業(yè)應(yīng)用最早的弧形連鑄機(jī)之一。從20世紀(jì)70年代末一些企業(yè)引進(jìn)了一批連鑄技術(shù)裝備，大大促進(jìn)了我國(guó)連鑄的發(fā)展。特別是進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)連鑄技術(shù)緊跟世界的發(fā)展潮流進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。到2003年底，我國(guó)高效連鑄機(jī)累計(jì)達(dá)到 75%以上。到2004年初，我國(guó)在生產(chǎn)的連鑄機(jī)累計(jì)超過(guò) 550 臺(tái)，連鑄比達(dá)

32、到96%，大部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)了全連鑄。 今后，隨著連鑄技術(shù)的設(shè)計(jì)、 制造、工藝、 和管理經(jīng)驗(yàn)的積累，我國(guó)連鑄技術(shù)必將有更大的發(fā)展。1.2鋼產(chǎn)品分類1.2.1鋼種分類和牌號(hào)鋼是以鐵為基體、碳為主要元素的多元合金。鋼的品種繁多，其成分、性能和用途各不 相同。為了便于生產(chǎn)、管理和使用，必須對(duì)鋼進(jìn)行分類、命名和編號(hào)。通常把鋼分成碳素鋼 和合金鋼兩大類。1.2.1.1碳素鋼的分類、牌號(hào)碳素鋼的分類鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（又稱為碳含量）C%<2.11 %，而且不含有特意加入合金元素的鋼稱為碳素鋼，簡(jiǎn)稱碳鋼。碳素鋼冶煉較容易，價(jià)格低廉，可以滿足一般零件和工具的使用要 求，所以在機(jī)械制造、建筑、交通運(yùn)輸?shù)雀鞣N行業(yè)

33、中得到了廣泛的應(yīng)用。碳素鋼的分類方法很多，常用的分類方法有以下幾種： 按鋼的含碳量分類低碳鋼：含碳量 C%<0.25 ；中碳鋼：含碳量C%=0.25 %0.60%; 高碳鋼：含碳量 C%>0.60 。實(shí)際使用的碳素鋼，含碳量 C% 一般不大于 1.35%，而含碳量 C%<0.04 %的鋼稱為工 業(yè)純鐵。必須指出，這是一種習(xí)慣上的分類法，其實(shí)在低碳鋼和中碳鋼或中碳鋼和高碳鋼之間， 碳含量并沒(méi)有嚴(yán)格的界限。 按鋼的質(zhì)量分類碳素鋼質(zhì)量高低的區(qū)分，一般是指鋼中有害元素硫和磷的含量高低。普通質(zhì)量鋼： 優(yōu)質(zhì)鋼： 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼： 特級(jí)質(zhì)量鋼：S% < 0.050%,S% < 0.

34、035%,S% < 0.025%,S%< 0.015%,P% < 0.040%; P% < 0.035%； P% < 0.025%;P% < 0.025%。11 按鋼的用途分類0.70%。0.70%。碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件,其含碳量一般都低于 碳素工具鋼：主要用于制造各種刀具、模具和量具,其含碳量一般都高于 碳素鋼的牌號(hào)我國(guó)鋼種牌號(hào)是用化學(xué)元素符號(hào)、漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示的。 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（簡(jiǎn)稱普碳鋼）按供應(yīng)的條件可分為：甲類鋼：按力學(xué)性能 （鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性等 ）供應(yīng)的鋼。 乙類鋼：按化學(xué)成分供應(yīng)的鋼。特類

35、鋼：按力學(xué)性能和化學(xué)成分供應(yīng)的鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的拼音字母“Q”、屈服點(diǎn)的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)四部分按順序組成。例如，Q235-A . F表示屈服點(diǎn)為235N/ mm2的A級(jí)沸騰鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼因價(jià)格便宜,產(chǎn)量較大,主要用于金屬結(jié)構(gòu)件和一般機(jī)械零件。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)鋼中含錳量可分為普通含錳量鋼和較高含錳量鋼兩組,較高含錳量鋼在牌號(hào)后面標(biāo)出元素符號(hào)“ Mn ”（或“錳”）,例如 60Mn（ 60 錳）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示,這個(gè)兩位數(shù)即該鋼的平均含碳量的萬(wàn)分之幾。例如： 20 鋼表示平均含碳量 C%=0.20 %的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼; 08鋼表示平均

36、含碳量 C%=0.08 %的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼及高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的主要區(qū)別是化學(xué)成 分中的磷、硫含量不同，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)在鋼號(hào)后添加“A”，例如20A表示優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 碳素工具鋼碳素工具鋼的牌號(hào)是以漢字“碳”或拼音字母“T”后面標(biāo)以阿拉伯?dāng)?shù)字來(lái)表示的，其數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分之幾。例如碳8 （T8）表示平均含碳量為 0.8%的碳素工具鋼，碳12 （T12）表示平均含碳量為 1.20 %的碳素工具鋼。碳素工具鋼主要用于制造刀具、模具和量具,所以鋼硬度要高、耐磨性要好。工具鋼是 含碳量在 0.70%以上的高碳鋼,而且都是優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。 鑄造碳鋼鑄造碳鋼的含碳量

37、一般在 0.20%0.60%之間,若含碳量過(guò)高則鋼的塑性差,在鑄造時(shí) 就容易產(chǎn)生裂紋。鑄造碳鋼的牌號(hào)是用鑄鋼兩字的漢語(yǔ)拼音字母頭“ZG ”后面加兩組數(shù)字組成,第一組數(shù)字代表屈服強(qiáng)度值,第二組數(shù)字代表抗拉強(qiáng)度值。例如：ZG270-500 表示屈服強(qiáng)度為270MPa、抗拉強(qiáng)度為500MPa的鑄造碳鋼。1.2.1.2 合金鋼的分類、牌號(hào) 合金鋼的分類 所謂合金鋼就是在碳素鋼中有意識(shí)地加入一種或多種適量的合金元素， 使之改善性能或 具有某種特殊性能的鋼。合金鋼有多種分類方法，最常見(jiàn)的分類方法有兩種： 按用途分類 合金結(jié)構(gòu)鋼。用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。 合金工具鋼。用于制造重要的刃具、模具和量具的

38、鋼。特殊性能鋼。 具有某種特殊物理性能和化學(xué)性能的鋼。 例如耐酸不銹鋼、 耐熱鋼和耐磨 鋼等。 按合金元素的含量分類 低合金鋼。合金元素總含量小于5。中合金鋼。合金元素總含量為510 。高合金鋼。合金元素總含量大于10。此外，還可按鋼中所含合金元素的種類，可以分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、硅鉻鋼、鉻鉬 鎢鋼以及鉻鎢錳鋼等。 合金鋼的牌號(hào)我國(guó)合金鋼的牌號(hào)采用碳含量、 合金元素的名稱及含量以及質(zhì)量級(jí)別來(lái)編號(hào)。 這種編號(hào) 方法簡(jiǎn)明易懂，現(xiàn)將合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼的編號(hào)方法及用途介紹如下。 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)采用“兩位數(shù)字”加元素符號(hào)（或漢字）再加“數(shù)字”表示。前面兩 位數(shù)字表示鋼的平

39、均含碳量的萬(wàn)分之幾；元素符號(hào)（或漢字）表明鋼中所含的合金元素，元 素符號(hào)后面的數(shù)字表示該元素平均含量的百分?jǐn)?shù)，凡元素平均含量小于1.5時(shí)不標(biāo)數(shù)字，平均含量在 1.52.5、 2.53.5之間時(shí)，則相應(yīng)地標(biāo)數(shù)字2、3，依此類推；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)尾部加標(biāo)注符號(hào)“ A ”或“高”。例如： 60Si2Mn 鋼表示平均含碳量 C%=0.60 ， 合金元素硅的含量在1.5%2.5%之間，錳的含量Mn%<1.5 %;又如12CrNi3A表示平均含碳量C%=0.12 %，鉻含量Cr%<1.5 %，鎳含量Ni%在2.5%3.5%之間，這是高級(jí)優(yōu)質(zhì) 合金鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼是合金鋼中用途最廣、 用量最大的一

40、類鋼， 按用途可分為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu) 鋼和機(jī)械制造用鋼兩類。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是一種低碳（碳含量 C%<0.20 %）、低合金（合金元素總量小于 3%）的鋼，它與相同含碳量的碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，由于合金元素的強(qiáng)化作用，強(qiáng)度（特別是屈服點(diǎn) ）要高得多，并且有良好的塑性、韌性、耐腐蝕性和焊接性。因此廣泛用于制造橋梁、 船舶、車輛、鍋爐、壓力容器和大型鋼結(jié)構(gòu)件等。例如用 16Mn 鋼代替 Q235-A 鋼，其強(qiáng)度 和耐大氣腐蝕性均可提高20%以上，而重量卻減輕了20%左右。機(jī)械制造用鋼主要用于制造各種機(jī)械零部件。按照用途和熱處理的特點(diǎn)又可分為調(diào)質(zhì) 鋼、滲碳鋼、彈簧鋼等。 合金工具鋼 合金工具鋼的牌

41、號(hào)和合金結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別僅在于含碳量的表示方法不同，它是用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，例如：9CrSi工具鋼平均含碳量C%=0.90 %，主要合金元素鉻、硅的含量都是低于 1.50%;當(dāng)含碳量為 1 %左右時(shí)，則不標(biāo)數(shù)字。如 Crl2 工具鋼含碳量 C%=0.95 %1.05%，合金元素鉻的含量 Cr%=11.5%13.5%。合金工具鋼主要用于制造尺寸大、 精度高和形狀復(fù)雜的模具、 量具以及切削速度較快的 刀具。合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。 特殊性能鋼這是具有特殊物理和化學(xué)性能的鋼的總稱，包括不銹耐酸鋼、熱強(qiáng)鋼和耐熱不起皮鋼、 高速工具鋼和滾動(dòng)軸承鋼等。熱強(qiáng)鋼和耐熱不起皮鋼

42、。 這類鋼主要用于鍋爐、 內(nèi)燃機(jī)的閥門(mén)和化工石油工業(yè)的設(shè)備構(gòu) 件等。熱強(qiáng)鋼在高溫下能抗氧化和耐介質(zhì)腐蝕，并具有抗蠕變及抗破斷能力。如 1Crl4Nil4W2Mo2Ti ，4Crl4Nil4W2Mo 等鋼號(hào)。 耐熱不起皮鋼要求在高溫下具有抗氧化能力， 但對(duì)抗蠕變及抗破斷能力無(wú)嚴(yán)格要求或要求較低，典型鋼號(hào)有 4Cr9Si2 等。高速工具鋼。這類鋼主要用于制造在高溫下（ 600C左右）能保持高速切削的刀具。鋼 中含有高的碳量， 主要合金元素是鎢、 鉬、釩、 鉻等， 鋼號(hào)前表示碳含量的數(shù)字一般都省略。 典型鋼號(hào)如 W18Cr4V 、 W6Mo5Cr4V2 等。滾動(dòng)軸承鋼。主要用來(lái)制造各種機(jī)械上的滾珠、

43、滾柱和軸承套圈，也可用來(lái)制造沖模、 軋輥等。典型的鋼號(hào)是高碳鉻鋼，其含碳量在1左右，含鉻量在 0.51.65之間。其編號(hào)方法為：在鋼牌號(hào)前不標(biāo)碳含量的數(shù)字而冠以"滾”或“G”，表示是滾動(dòng)軸承鋼，牌號(hào)中鉻元素后的數(shù)字表示含鉻千分之幾，而其他元素含量仍按百分之幾表示。例如：GCrl5 含鉻量是 1.5左右，而不是 15； GCrl5SiMn 中鉻含量為 1.5左右，而硅、錳的含量均小 于 1.5 。不銹耐酸鋼是不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱。 在空氣中能抵抗腐蝕的鋼叫不銹鋼， 在某些化學(xué) 介質(zhì)中 （酸、堿、鹽等 ）能抵抗腐蝕的鋼叫耐酸鋼。因此不銹鋼不一定耐酸，而耐酸鋼通常具 有良好的不銹性能。 不

44、銹鋼具有不銹和耐蝕特性， 其主要原因是由于鋼表面形成富鉻氧化膜 而鈍化。 研究表明， 鋼中鉻含量大于 12%以后引起耐蝕性突變， 因此， 不銹鋼中含鉻量一般 應(yīng)大于 12%。國(guó)內(nèi)外都曾試圖開(kāi)發(fā)節(jié)鉻和無(wú)鉻的不銹鋼，除特殊情況外， 迄今尚未獲得有效的進(jìn)展。不銹鋼的發(fā)明是世界冶金史上的一項(xiàng)重大進(jìn)展。研究開(kāi)發(fā)始于1904年，19081911年蒙納爾茲（P.Monnartz）于德國(guó)提出了不銹性和鈍化理論，開(kāi)辟了工業(yè)用不銹鋼的先河，至U 50年代各種不銹鋼系列已具雛形， 60年代不銹鋼的冶煉技術(shù)得到了突破性進(jìn)展， 1950年全 世界不銹鋼總產(chǎn)量不足 100 萬(wàn)噸，至 1990 年增至 1100 萬(wàn)噸， 4

45、0 年間增長(zhǎng)了 10 倍以上。1.2.1.3 不銹鋼分類不銹鋼鋼種很多，性能各異，常見(jiàn)分類方法有： 按鋼的組織結(jié)構(gòu)分類：如馬氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼；奧氏體不銹鋼，雙相不銹鋼等。 按鋼中主要化學(xué)元素或特征元素分類：如鉻不銹鋼，鉻鎳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼、 超低碳不銹鋼；高鉬不銹鋼，等。 按鋼的性能特點(diǎn)和用途分類：如高強(qiáng)度不銹鋼、耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼；耐硝酸不銹鋼， 耐硫酸不銹鋼，耐點(diǎn)蝕不銹鋼，等。按鋼的功能特點(diǎn)分類：如低溫不銹鋼、無(wú)磷不銹鋼，易切削不銹鋼，等。在實(shí)際應(yīng)用中，常按組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)元素兩者結(jié)合的分類方法，如：馬氏體不銹鋼，鐵 素體不銹鋼，奧氏體不銹鋼，雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼或鉻不銹鋼和

46、鉻鎳不銹鋼。最常用的不銹鋼鋼種有： 馬氏體不銹鋼 Cr13型：1Cr13, 2Cr13, 3Cr13，其中1Cr13含有鐵素體是半馬氏體鋼 9Cr18型：不銹工具類 1Cr17Ni2型：強(qiáng)韌性優(yōu) 鐵素體不銹鋼 低 Cr 11 15%Cr, 0Cr13 等 中 Cr 16 20%Cr, 1Cr17 等 高 Cr 21 30%Cr 奧氏體不銹鋼（占總產(chǎn)量之70%以上）0Cr18Ni9 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9Ti 00Cr18Ni9Ti1.2.1.4 不銹鋼的表示方法和編號(hào)不銹鋼表示方法： 用國(guó)際化學(xué)元素符號(hào)和本國(guó)的符號(hào)來(lái)表示化學(xué)成份， 用阿拉伯字母來(lái)表示成份含量：

47、 如：中國(guó)、俄國(guó) 12CrNi3A ；用固定位數(shù)數(shù)字來(lái)表示鋼類系列或數(shù)字；如：美國(guó)、日本、300系、400系、200系; 用拉丁字母和順序組成序號(hào)，只表示用途。 不銹鋼編號(hào)： 我國(guó)的編號(hào)規(guī)則不銹鋼、合金工具鋼（用千分之幾表示 C含量），女如： 1Cr18Ni9千分之一（即0.1%C）,不銹 CW 0.08% 如 0Cr18Ni9，超低碳 C< 0.03% 如 00Cr17Ni13Mo 國(guó)際不銹鋼標(biāo)示方法 美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)是用三位數(shù)字來(lái)標(biāo)示各種標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的可鍛不銹鋼的。其中： 奧氏體型不銹鋼用 200 和 300 系列的數(shù)字標(biāo)示。 鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400 系列的數(shù)字表示。 例如， 某些較普

48、通的奧氏體不銹鋼是以 201 、 304 、 316 以及 310 為標(biāo)記。 鐵素體不銹鋼是以 430和446為標(biāo)記。馬氏體不銹鋼是以410、420以及440C為標(biāo)記，雙相（奧氏體鐵素體）。 不銹鋼、 沉淀硬化不銹鋼以及含鐵量低于50%的高合金通常是采用專利名稱或商標(biāo)命0Cr13410001Cr17Ni73011Cr134101Cr18Ni93022Cr134200Cr18Ni93043Cr1300Cr19Ni10304L1Cr17Ni24310Cr17Ni12Mo2 3169Cr18440C00Cr17Ni14Mo2 316L0Cr174300Cr19Ni13Mo3 31700Cr17430

49、LX（日）00Cr19Ni13Mo3例如常見(jiàn)的主要鋼號(hào)：1Cr17Mn6Ni5N 201317L1Cr18Mn8Ni5N 2025）不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)的分類和分級(jí)不銹鋼的國(guó)際常用標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)（UNS）和AISI，日本JIS,德國(guó)DIN，法國(guó)NF，英國(guó)BS，歐洲EN，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO等。由于美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)納入的鋼種最全、最 多，因此大部分國(guó)家都用以當(dāng)作參照。6）不銹鋼特性及用途 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)， 無(wú)磁性， 不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化， 只能用冷加工強(qiáng) 化手段提高強(qiáng)度， 奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要得一類， 由于耐蝕、 良好的常溫和低溫塑 性，易成型性和良好的可焊性被廣泛

50、應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域和日常消費(fèi)領(lǐng)域， 奧氏體不銹鋼約占 不銹鋼產(chǎn)量的 70 。奧氏體不銹鋼常用鋼種： 0Cr18Ni9 00Cr18Ni10 0Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 。 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼是以 Cr為主要合金元素，含 Cr 10.5%30%范圍，C通常含量w 0.20%, 大多數(shù)含碳量在 0.12以下。此類鋼具有體心立方晶格（即鐵素體）組織，有磁性。純鐵素 體不銹鋼在加熱和冷卻過(guò)程在中沒(méi)有相變, 因此, 無(wú)法通過(guò)熱處理方法使它強(qiáng)化。 鐵素體應(yīng) 變硬化速度低并在冷卻后降低塑性, 因此,鐵素體不銹鋼也不靠冷卻強(qiáng)化。 在各類不銹鋼中, 此類鋼導(dǎo)熱系數(shù)最高,膨脹系數(shù)較小

51、,此類鋼的耐蝕性隨鋼中Cr 量增加而提高,隨鋼中加入Mo、Si、Al、Ti、Nb、S、Se等賦予鋼不同的特性。鐵素體不銹鋼有中等至優(yōu)異的耐蝕 性。鐵素體不銹鋼大致可分成三類：1）低鉻鐵素體不銹鋼，Cr含量約為11%14%; 2）中鉻鐵素體不銹鋼 ,Cr 含量為 14%22%； 3）高鉻鐵素體不銹鋼, Cr 含量約 23%32%。 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼是一類可通過(guò)熱處理 （淬火回火） 對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)整的不銹鋼, 通俗地講是 一類可硬化的不銹鋼, 此類鋼具有高的硬度、 良好的力學(xué)性能和不銹性, 這些特性決定了此 類鋼必須具備兩個(gè)基本條件：其一,在平衡相圖中必須有奧氏體相區(qū)存在；其二,為使鋼形

52、成耐腐蝕的鈍化膜, 鉻含量必須在 10.5%以上。 根據(jù)鋼中合金元素的差別, 可將馬氏體不銹 鋼區(qū)分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。 在馬氏體不銹鋼中又可劃分成低碳、 中碳和 高碳三種類型。 馬氏體不銹鋼在淬火狀態(tài)下具有體心四方晶體結(jié)構(gòu), 具有鐵磁性, 在較弱腐 蝕環(huán)境中具有耐蝕性。鋼中的鉻含量可達(dá) 18%,碳可以超過(guò) 1.2%。為了提高鋼的耐蝕性和 刃具的鋒利度,組織中允許存在過(guò)剩碳化物,為了改善淬火后的回火效應(yīng),可適當(dāng)加入鈮、 硅、 鎢和釩。 含鎳馬氏體不銹鋼改善了鉻馬氏體不銹鋼在某些介質(zhì)中的耐蝕性,提高了鋼的韌性。馬氏體不銹鋼由于具有良好的力學(xué)性能和中等程度的耐蝕性以及在低于650

53、C的良好耐熱性，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，低碳和中碳馬氏體不銹鋼，稍高碳的2Cr13等馬氏體不銹鋼主要用刀具，馬氏體不銹鋼回火脆性溫度范圍出現(xiàn)在425 - 565C，在此溫度回火鋼的沖擊韌性急劇下降, 對(duì)于要求耐沖擊的部件應(yīng)不采用此溫度回火, 并避免在此溫度范圍內(nèi) 應(yīng)用。 雙相不銹鋼 所謂雙相不銹鋼是在它的固溶組織中鐵素體相及奧氏體相約各占一半,一般最少相的含量也需要達(dá)到 30% ,因此它兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的性能特點(diǎn)。雙相不銹鋼的回火組織主要包含等量的奧氏體和鐵素體，這類鋼含Cr 1829%, Ni 38%及其它不同元素，主要是氮和鉬。 屈服強(qiáng)度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多,且具有成

54、型所需的足夠的塑韌性。 采用雙相不銹鋼制造儲(chǔ)罐或壓力容器的壁厚要比常用奧氏體不銹鋼減少30% 50%,有利于降低成本。 具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力, 尤其在含氯離子的環(huán)境中, 即使是含合金量最低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力,應(yīng)力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問(wèn)題。 在許多介質(zhì)中應(yīng)用最普遍的2205雙相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的 316L 奧氏體不銹鋼,而超級(jí)雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性,在一些介質(zhì)中,如醋酸、甲酸等甚至可以取代 高合金奧氏體不銹鋼,乃至耐蝕合金。 具有良好的耐局部腐蝕性能,與合金含量想當(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼相比, 鑒于雙相不銹鋼的高強(qiáng)度和良好耐腐蝕性能，它的耐磨損腐蝕和腐蝕疲勞性能都優(yōu)于奧氏體不銹鋼。 比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)低，與碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產(chǎn)復(fù)合板或襯里等。 不論在動(dòng)載或靜載條件下，比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力，這對(duì)于結(jié)構(gòu)件應(yīng)付突發(fā)事故如沖撞、爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢(shì)明顯，有實(shí)際應(yīng)用