特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)概述_續(xù)_

1、專論與綜述特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)概述(續(xù)周建男(青島鋼鐵控股集團有限公司總工程師辦公室,山東青島266043摘要:特殊鋼包括優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼、高合金鋼三大類,介紹了特殊鋼的生產(chǎn)工藝技術(shù),重點論述了合金結(jié)構(gòu)鋼、汽車用齒輪鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼和不銹鋼的性能及生產(chǎn)工藝技術(shù)。關(guān)鍵詞:特殊鋼;性能;生產(chǎn)工藝中圖分類號:TF76文獻標識碼:A文章編號:1004-4620(200803-0001-07收稿日期:2007-10-11作者簡介:周建男,男,1961年生,1983年畢業(yè)于東北工學(xué)院冶金機械專業(yè)?，F(xiàn)為青島鋼鐵控股集團有限公司副總工程師,高級工程師,中國金屬學(xué)會高級會員,沈陽工業(yè)大

2、學(xué)、山東大學(xué)機械工程學(xué)院兼職教授,東北大學(xué)、遼寧科技大學(xué)碩士研究生指導(dǎo)教師。長期從事鋼鐵生產(chǎn)工藝、裝備技術(shù)及企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的研究。(接上期第7頁為解決鑄錠中形成大塊萊氏體共晶、碳化物分布不均勻的問題,采用粉末冶金方法提高高速鋼的組織和性能。爐外精煉裝備逐步用于高速鋼生產(chǎn),主要用LF (V,也有SK F 鋼包爐。國外有的廠可以用連鑄生產(chǎn)高速鋼,但僅限于通用型鋼種和小斷面材。世界先進的高速鋼生產(chǎn)工藝流程如下。1通用型鋼種、中小型材及鋼絲生產(chǎn)流程:電爐(U H P-精煉爐LF (V-連鑄-退火-修磨-棒、線連軋:棒材(>20m m-保護氣氛連續(xù)退火-精整剝皮-在線檢測-成品包裝(2040m

3、m 光亮材;線材(5.520m m-保護氣氛或真空罩式退火-連續(xù)拉拔開卷或磨光、拋光-在線檢測-成品包裝(520m m 冷拔材、光亮材;線材(5.5m m-保護氣氛或真空罩式退火-溫拉或溫軋-真空退火-矯直或磨光-在線檢測-成品包裝(<5m m 冷拔磨光鋼絲。2大斷面材及高牌號鋼材生產(chǎn)流程:電爐(U H P-精煉爐LF (V-鑄錠(或鑄電極-電渣重熔-退火-快鍛或精鍛開坯-退火、修磨-精鍛成材-退火-精整-在線檢測-成品包裝。5軸承鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)前言軸承用鋼的質(zhì)量是所有合金鋼中要求最嚴格、檢驗項目最多的鋼種。世界公認軸承鋼的水平是一個國家冶金水平的標志。軸承對其材料的要求較高,必須具備高

4、的硬度、耐磨性、接觸疲勞強度、彈性極限,良好的沖擊韌性、斷裂韌性、尺寸穩(wěn)定性、防銹性能和冷熱加工等性能。為保證這些性能要求,軸承鋼性能當前世界各國所使用的軸承鋼主要有5大類9,即高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼、中碳軸承鋼。1高碳鉻軸承鋼。高碳鉻軸承鋼是含鉻0.6%1.5%的高碳合金鋼,目前我國標準中采用5個牌號,G Cr 15、G Cr 6、G Cr 9、G Cr 9Si M n、G Cr 15Si M n。高碳鉻軸承鋼已有100多年的歷史,長期的生產(chǎn)和使用證明,這種鋼基本上可以滿足一般工作條件的軸承要求,具有良好的耐磨性和抗接觸疲勞性能,有較理想的耐銹蝕性和一定的彈性、韌性

5、,加工性能較好,價格也較便宜,因此應(yīng)用最廣。由于淬透性的差別,其中用量最大的是G Cr 15和G Cr 15Si M n,G Cr 6和G Cr 9已很少采用。2滲碳軸承鋼。滲碳軸承鋼實質(zhì)上是優(yōu)質(zhì)滲碳結(jié)構(gòu)鋼,目前我國標準中采用6個牌號,G 20Cr M o、G 20Cr N i M o、G 20Cr 2N i 4、G 20Cr N i 2M o、G 10Cr N i 3M o、G 20Cr 2M n2M o。這類鋼經(jīng)過滲碳、淬火、回火等熱處理工序后,表面具有很高的硬度和一定的耐磨性以及較高的抗接觸疲勞強度,且其心部都具有良好的韌性、一定的強度和硬度。主要用于承受沖擊載荷下的軸承和特大型軸承,如

6、鐵路、軋鋼機用軸承等。3不銹軸承鋼。有馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼,目前我國標準中采用3個牌號,9Cr 18、9Cr 18M o、Cr 14M o4。其中以馬氏體不銹鋼9Cr 18使用最多。這類鋼經(jīng)過熱處理可以得到全部或大部馬氏體組織,具有高強度、很好的耐磨性和韌性,特別是在海水、酸、有機鹽水溶液中具有較強的抗銹蝕能力。這些軸承鋼的缺點是碳含量高,碳與鉻形成粗大的一次碳第30卷第3期2008年6月山東冶金Shandong M et al l ur gyJ une 20081化物,降低材料的機械性能,減少鉻元素對抗腐蝕的貢獻。1Cr18N i9Ti等奧氏體不銹鋼,經(jīng)熱處理后可以得到單一的奧氏體組織

7、,具有良好的韌性和很好的抗腐蝕能力。但由于強度、硬度不高,只適用于制造低負荷、低轉(zhuǎn)速軸承。4高溫軸承鋼。高溫軸承鋼具有一定的高溫硬度和高溫耐磨性。高溫接觸疲勞強度、抗氧化、耐沖擊、高溫尺寸穩(wěn)定性等特點。此類鋼利用高速鋼和高鉻馬氏體不銹鋼的一些鋼號。我國目前使用的高溫軸承鋼主要有:9Cr18M o(260、Cr4M o4V(315、Cr14M o4 (480、W6M o5Cr4V2(480、W9Cr4V2M o(520、W18Cr4V(560、W12Cr4V5Co5(590,其中使用最普遍的是Cr4M o4V。高碳鉻軸承鋼的回火溫度是160180,所以使用溫度一般不超過120,如果使用溫度超過1

8、20,鋼的強度急劇下降,尺寸不穩(wěn)定,并導(dǎo)致軸承的疲勞強度降低。所以,只能用高溫軸承鋼而不能用高碳鉻軸承鋼,如飛機用渦輪噴氣發(fā)動機的功率越來越大,壓縮機和渦輪機的主軸軸承要求耐高溫,其工作溫度一般為55260,高者可達370,在這種工作條件下,只能采用高溫軸承鋼。鋼的冶煉水平是軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量好壞的先決條件。鋼中的氧含量、成分偏析,夾雜物數(shù)量及分布,大顆粒碳化物的狀況是影響軸承鋼內(nèi)在質(zhì)量的重要冶金因素。近年來,軸承鋼的冶煉技術(shù)就是圍繞這些關(guān)鍵因素相繼發(fā)展起來。鋼中氧含量可穩(wěn)定在(10 15×10-6,一些先進企業(yè)可控制在(58×10-6。鋼中夾雜物分為A(硫化物、B(氧化物、C

9、(硅酸鹽、D(點狀不變形夾雜4種類型,不同類型的夾雜物對軸承壽命影響也不同,夾雜物的尺寸和在鋼中的位置對軸承壽命也有不同的影響。鋼中氧含量愈低,軸承鋼壽命愈高。上述4種夾雜物中后三者都是由氧化物所構(gòu)成,三者對軸承壽命的有害影響已為大量事實所證明,鋼中的氧含量幾乎全部(除溶解氧外由它們提供。因此,近年來在衡量軸承鋼質(zhì)量上把氧含量當作極為重要的指標。無論是轉(zhuǎn)爐或電爐流程,二次精煉是軸承鋼生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序,主要精煉設(shè)備以LF或A SEA-SK F配有V D或R H為主,可使內(nèi)在質(zhì)量得以保證。軸承鋼連鑄的問題一直是人們關(guān)注的重點。長期以來,連鑄坯中心疏松和偏析嚴重的問題并沒有得到根本的解決,至少在我國

10、還是一個“難題”。既使采用了電磁攪拌技術(shù)、輕壓下技術(shù)改善疏松和偏析,由于中心疏松會殘留在球極區(qū),又會帶來新的“白亮帶”缺陷。盡管如此,目前,軸承鋼的連鑄工藝已被世界眾多特殊鋼廠所采用,而且除部分滾動體用軸承鋼外,絕大多數(shù)軸承鋼采用連鑄生產(chǎn)。目前,為了解決軸承鋼連鑄坯的質(zhì)量問題,正在積極地開展著如下工作:除強化冶煉技術(shù)、降低鋼中的氧含量和有害雜質(zhì)外,在連鑄過程還采用中間包加熱、電磁攪拌、結(jié)晶器液位控制、強化二次冷卻和液相穴壓下技術(shù),采用浸入式水口加保護渣的保護澆鑄技術(shù),增大連鑄坯斷面達到大的壓縮比熱軋軸承鋼材等。在軸承鋼棒材軋制生產(chǎn)中,對坯料進行表面探傷,修磨,實現(xiàn)精坯軋制已達成共識,并且要嚴格

11、遵守加熱工藝制度以控制脫碳程度。采用控軋、控冷技術(shù),步進加熱爐、連軋機組、連續(xù)退火爐,在線質(zhì)量監(jiān)控等技術(shù)。世界上生產(chǎn)軸承鋼最著名的廠家有瑞典SK F 公司,日本的山陽特殊鋼廠,美國Ti m ken公司等。日本山陽公司的棒線生產(chǎn)工藝流程:U H P電爐-LF精煉爐-R H精煉爐-連鑄或模鑄-初軋-三輥行星軋機或大型軋機-無損探傷-修磨-連軋機組-無損檢驗-連續(xù)爐球化退火-無損檢測-檢驗入庫。SK F公司O V aK0鋼廠棒線生產(chǎn)工藝流程:電爐-LFV精煉爐-模鑄-均熱爐-初軋-火焰清理-150×150坯料-檢驗、噴丸、修磨-加熱-除鱗-軋制-冷卻-剪切-打包-發(fā)貨。該廠年產(chǎn)45萬t鋼,

12、全部采用模鑄,初軋開坯,而沒有采用連鑄。O V aK0鋼廠也認為連鑄軸承鋼已不是技術(shù)問題,但是他們主要考慮了經(jīng)濟問題,因產(chǎn)品規(guī)格的覆蓋面使其投資成本與產(chǎn)量規(guī)模不相匹配。他們進行了一系列有利于產(chǎn)品質(zhì)量提高的改造投資。我國某著名特殊鋼廠軸承鋼棒材4條生產(chǎn)線工藝流程:1電爐-V H D精煉爐-模鑄(680kg錠-鋼錠修磨(需要時-650軋機-酸洗、拋丸、檢查-修磨-需要時退火-包裝-入庫。2U H P電爐-LF+V D精煉爐-連鑄或模鑄(3t 錠、850開坯-檢查-修磨-連軋(需要時連續(xù)退火-檢查-修磨-校直-包裝入庫。3電爐-模鑄電極-電渣冶金-軋制-或熱處理-精整-包裝入庫。山東冶金2008年6

13、月第30卷24真空感應(yīng)爐-真空自耗爐-軋制-精整-或熱處理-包裝入庫。圖4所示為美國Ti m kem 公司Fai r cr es t廠的工藝流程。圖4美國Ti m kem 公司Fai r cr est廠的工藝流程6彈簧鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)前言彈簧種類較多,按照所承受的載荷不同,彈簧可性能彈簧主要是在往復(fù)、交變動載荷及惡劣的環(huán)境條件(如振動、沖擊、拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲、腐蝕等下使用,要求彈簧鋼具有下述性能:良好的力學(xué)性能,如高的抗拉強度、屈服強度、硬度、塑性、韌性以及彈性極限、比例極限等,但要同時保證其所有性能具有很高的水平是很困難的。因此,應(yīng)視使用情況,優(yōu)化各項指標,以達到最佳的綜合力學(xué)性能配合;

14、良好的抗疲勞性能和抗彈減性能;良好的工藝性能,包括淬透性、熱處理工藝性能(如淬火變形小、不易過熱、晶粒均勻細小、回火穩(wěn)定性高、不易脫碳、石墨化和氧化等和加工成形性能;此外,還必須具有良好的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量。疲勞破壞和彈性減退失效是彈簧兩種最常見的破壞形式。通常通過固溶強化、沉淀強化、細晶強化來提高彈簧鋼彈減抗力,彈簧鋼中常用的合金元素Si 、V 、N i 、B 可提高其彈減抗力。良好的內(nèi)在質(zhì)量是由冶金過程決定的。首先應(yīng)保證準確的化學(xué)成分,這樣才能在加工和熱處理后得到確保性能的顯微組織,良好穩(wěn)定的淬透性以及各種性能。另外,應(yīng)有高的純潔度,P、S 等雜質(zhì)元素和H 、N 等要低。鋼中的各種非金屬夾

15、雜物不但要求含量低而且要控制其形狀、大小、分布、成分等,尤其是要減少顆粒尺寸大、硬度高、不易變形的夾雜物,這些有害夾雜物是應(yīng)力集中源,易引起裂紋疲勞破壞。表面質(zhì)量是彈簧鋼另一重要技術(shù)指標,表面質(zhì)量包括表面脫碳、表面缺陷(裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜、分層等。彈簧鋼在承受彎、扭、交變應(yīng)力等各種載荷時,表面應(yīng)力最大,各種缺陷是應(yīng)力集中源,在使用過程中易引起早期破壞和失效。據(jù)統(tǒng)計,表面夾雜物引起彈簧破損的比率為40%,表面缺陷和脫碳引起破損的比率為30%。彈簧制品表面,除噴丸強化外,保留了鋼材供貨狀態(tài)的表面,因此鋼材的表面狀態(tài)對彈簧的工作性能和壽命具有很大影響。對采用圓形截面的鋼絲制成的彈簧而言,其強度與

16、剛度分別與鋼絲直徑的3次方和4次方成正比,故鋼絲截面的微小變化都會對其強度產(chǎn)生很大冶煉設(shè)施無線電控制行車來自編組車間的廢鋼清理設(shè)備廢鋼房空冷鋼坯廢鋼預(yù)熱系統(tǒng)硬質(zhì)合金鋁隔熱平板臺修磨檢驗到H ar r i s on 或G am br i nus 工廠連續(xù)熱處理設(shè)施內(nèi)徑淬火外內(nèi)徑淬火奧氏體化淬火回火切斷鋸5輥矯直機36914m m 鋼坯軋機鋼坯剪或熱鋸鋼錠均熱爐大鋼坯剪機4側(cè)自動火焰清理461168m m 初軋機鋼包精煉系統(tǒng)電弧爐中間包倒包系統(tǒng)軋制設(shè)施氬鋼錠底澆系統(tǒng)真空合金和造渣材料運入加工成管子或圓棒特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)概述周建男2008年第3期3影響,扁鋼的厚度和寬度也有相似的影響。因此,彈簧鋼

17、的尺寸公差和精度是保證成品使用性能和壽命的重要因素。過去,一般要求的彈簧鋼主要是在電爐、轉(zhuǎn)爐、平爐中冶煉,模鑄,橫列式軋機軋制。較高質(zhì)量要求的(主要是降低鋼中夾雜物的含量主要采用電爐+電渣重熔或真空重熔法生產(chǎn)。當今比較典型的生產(chǎn)工藝流程是:初煉鋼水由電爐或轉(zhuǎn)爐提供,根據(jù)不同的鋼種、質(zhì)量水平要求和生產(chǎn)者的裝備條件選擇二次精煉方法,在連鑄工序中使用減少非金屬夾雜物數(shù)量的技術(shù)(防止二次氧化、非金屬夾雜物的上浮及分離和防止偏析技術(shù)(低過熱度澆鑄、電磁攪拌等,可以生產(chǎn)出質(zhì)量相當于模鑄鋼錠中下部的優(yōu)質(zhì)鋼坯。鋼坯加熱一般采用步進爐,附有可控氣氛系統(tǒng),控制鋼坯脫碳、氧化燒損。在加熱爐與粗軋機之間,裝有高壓水除

18、鱗機,清除鋼坯表面氧化鐵皮。使用無扭高剛度連軋機進行熱機軋制(控軋控冷,獲得高的尺寸精度、表面質(zhì)量和滿意的內(nèi)部組織。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,采用磁粉或渦流和超聲波探傷儀在線檢查鋼材表面、內(nèi)部缺陷。對標識有缺陷的產(chǎn)品進行清理或剔除。同時,對質(zhì)量要求較高的懸掛彈簧鋼線材和閥門彈簧鋼絲要分別進行鋼坯修磨、軟化處理、成品表面處理,經(jīng)過剝皮、冷拔、退火、酸洗、油淬火/回火、探傷、防腐等一系列工序,才能確保鋼材的表面質(zhì)量。具體工藝流程如下。1彈簧鋼生產(chǎn)工藝流程:電爐或轉(zhuǎn)爐-精煉爐(R H或LF+R H或U LO或A SEA-SK F或U LO+U LTi N 或V A D-連鑄-熱軋-精整。2懸掛彈簧合金鋼線材生

19、產(chǎn)工藝流程:電爐或轉(zhuǎn)爐-精煉爐-連鑄-粗軋-修磨-線材軋制-檢驗-軟化處理-表面處理-包裝。3油淬火閥門鋼絲生產(chǎn)工藝流程:盤條檢驗-剝皮-冷拔、退火、酸洗/循環(huán)-油淬火/回火-渦流探傷-防腐處理-包裝。R H真空脫氣法、LF-R H、A SEA-SK F和V A D真空脫氣加熱法是大家較熟悉的處理方法,僅介紹U-LO、U LO+U LTi N精煉法:1U LO(超低氧鋼處理工藝4,是日本大同特殊鋼在R H基礎(chǔ)上,為更有效地降低鋼中夾雜物數(shù)量而采取的手段。具體步驟是:在1臺超高功率堿性電弧爐中熔化鋼水,接著吹氧后向鋼水中加入Fe-Si 或A t進行預(yù)脫氧處理,得到高堿度還原渣。然后將鋼水倒入鋼包

20、中,并將R H循環(huán)脫氣設(shè)備“兩腿”插入鋼液中,汲取鋼水進入脫氣設(shè)備的真空室中。借助于大容量噴射泵,保持真空度<13.3Pa,并將小流量氬氣引入鋼水中,鋼水發(fā)泡進入真空室,鋼水中碳脫氧反應(yīng)快速進行,因而鋼水脫氧。當碳氧反應(yīng)達到平衡時,加入像A l這樣合適的脫氧劑。為了促進脫氧產(chǎn)物的上浮分離和去除,以及保持脫氧狀態(tài)的穩(wěn)定,繼續(xù)進行脫氧操作,最后調(diào)整加A l量。R H脫氣后,氧含量下降到15×10-6以下。該處理工藝是實現(xiàn)懸掛彈簧鋼2000M Pa應(yīng)力值的一種手段。2U LTi N(超低氮化鈦鋼處理工藝4:首先選擇原材料,以得到Ti含量(3050×10-6的鋼水,然后進行脫

21、氣操作,降低氮含量到(4060×10-6。如果U LO處理后再進行U LTi N處理(即U LO+U LTi N,鋼中氧化物和Ti N夾雜物可大幅度下降,鋼的疲勞極限與真空電弧重熔鋼相同,該彈簧鋼可制造高強度閥門彈簧。隨著機械工業(yè)的不斷發(fā)展,特別是汽車工業(yè)的發(fā)展,彈簧的發(fā)展趨勢是輕量化、大型化。為了適應(yīng)彈簧的各種工作條件并滿足高強度、高壽命的要求,彈簧鋼除具有良好的綜合性能外,還必須具有良好的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量。7不銹鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)不銹鋼在空氣、水、酸、鹽的水溶液中及其他氧化性氣氛中具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性,以其良好的耐蝕性、耐高溫性、耐低溫性、耐磨損性及外觀精美等特征,被廣泛應(yīng)用于宇航

22、、原子能、石油化工、海洋開發(fā)及家庭民用等方面。按合金成分大致分為Cr鋼和Cr-N i鋼兩大類。按金相組織分為5個系列,奧氏體型、鐵素體型、奧氏體-鐵素鐵型(雙相型、馬氏體型、沉淀硬化型。在G B1220-92不銹鋼棒中,列出了64個牌號,奧氏體型33個,如1Cr18N i9(美A STM、日J I S302等,鐵素體型7個,如0Cr13A l(美A STM、日J I S405等,雙相型3個,如0Cr26N i5M o2(美A STM、日J I S329等,馬氏體型18個,如2Cr13(美A STM、日J I S420等,沉淀硬化型3個,如0Cr17N i4Cu4N b(美A STM、日J I

23、S630等。2006年世界不銹鋼產(chǎn)量2840萬t,中國不銹鋼產(chǎn)量躍居世界第一,已達到530萬t,其中300系300.4萬t,400系118.5萬t,200系81.1萬t。2007年世界不銹鋼產(chǎn)量2760萬t,同比下降2.9%,中國不銹鋼產(chǎn)量720萬t,同比增加36%11。1奧氏體不銹鋼。向Fe-Cr合金中加N i、M n等面心立方晶格的元素以擴大區(qū)到全部消除-Fe所形成的不銹鋼。此類鋼無磁性,由于含N i、Cr山東冶金2008年6月第30卷43馬氏體不銹鋼,向Fe-Cr合金中加入C 以擴大區(qū),像碳素鋼一樣使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,其Cr含量13%18%、C 含量0.1%1%。此類鋼可以通過熱處理進

24、行強化和提高硬度,但其耐蝕性能不如鐵素體和奧氏體不銹鋼,被廣泛用于刀具、剎車片、軸承、汽輪機葉片、結(jié)構(gòu)件及耐磨器具等。美、日鋼種牌號為400系列。4奧氏體-鐵素體不銹鋼,由奧氏體和鐵素體圖6鐵素體不銹鋼的發(fā)展過程高,其耐蝕性能好。由于熱處理時無相變,所以不能變硬,但可以通過冷加工而硬化。用M n 或N 部分地代替N i是降低此類鋼成本的有效辦法。此類鋼常稱為18-8鋼(一般為18%Cr -8%N i 、C 0.1%,美、日鋼種牌號為300系列,典型鋼號為304,產(chǎn)量高、用途廣,具有良好的加工性能、力學(xué)性能、耐蝕性能以及焊接性能。奧氏體不銹鋼還包括節(jié)鎳型200系列鋼種。圖5為Cr -N i系奧氏

25、體不銹鋼的發(fā)展過程4。2鐵素體不銹鋼。由結(jié)構(gòu)為體心立方晶格的-Fe 組成,含Cr量波動于12%30%之間,由于無相變,此類鋼不能用熱處理的方法進行強化,但可進行冷加工和退火。鐵素體不銹鋼具有耐氯化物高應(yīng)力裂紋腐蝕性能,塑性脆化轉(zhuǎn)變溫度很高。由于添加了一些其他元素發(fā)展了許多鋼號,使其應(yīng)用更加廣泛。美、日鋼種牌號為400系列。圖6為鐵素體不銹鋼的發(fā)展過程7。17-4-6M n-N18-5-8M n-NN i低下M n 添加N i節(jié)約18-8C<0.0318-8-N b 18-8-Si 18-8-Ti 17-722-1218-8-S 18-8-Se (201(301(303(303Se (30

26、9S (302B18-8-N (304N i (321(347(304L(304(316,31718-12-M o Cu 添加(316J I (316L,317L18-12-M o ,Cu 耐蝕性M o 添加耐蝕性M o 添加(316N18-12-M o-N(310S 25-2017-7-A l (631(63017-4-Cu (202析出硬化性A l添加Cu 添加S、Se 添加加工硬化性Cr 、N i低下切削性(302Si添加Cr 、N i增加N 添加Ti添加N b 添加高強化耐氧化性耐熱性18Cr -8N i C<0.15%耐蝕耐氧化性耐晶界腐蝕性C 量低下C 量低下M o 添加(4

27、40A 、440B、440C13Cr <0.08(410L(410(410S 耐蝕性焊接性C 降低13Cr <0.03(405(416(43113Cr -A l 13Cr -S 16Cr -2N i (434(401J I 13Cr -M o (430LX17Cr -Ti 、N b C<0.0317Cr -S17Cr -1M o 、Ti 、N b C<0.025(444(436L切削性焊接性A l添加S 添加N i添加M o 添加抗蠕變性強度成形性焊接性M o 添加S 添加耐蝕性切削性(420J 1、420J 213CrC 0.250.10淬硬性C 增加耐蝕性Cr增加1

28、3Cr(430(430F特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)概述周建男2008年第3期5 年 月 山 東 冶 金 第 卷 兩相組織組成， 即在不銹鋼中， 有兩種相反的力量同 時作用： 鐵素體形成元素不斷形成鐵素體， 奧氏體形 成元素不斷形成奧氏體。最終的晶體結(jié)構(gòu)取決于兩 類添加元素的相對數(shù)量。 是一種鐵素體形成元 素， 所以 在不銹鋼晶體結(jié)構(gòu)的形成上和奧氏體形 成元素之間是一種競爭關(guān)系。因為 和 都是鐵 素體形成元素，所以 系列不銹鋼是完全鐵素體 不銹鋼， 具有磁性。在把奧氏體形成元素 加入到 不銹鋼的過程中， 隨著 成分增加， 形成的奧 氏體也會逐漸增加，直至所有的鐵素體結(jié)構(gòu)都被轉(zhuǎn) 變?yōu)閵W氏體結(jié)構(gòu)， 這樣就形

29、成了 系列不銹鋼。 如 果僅添加一半數(shù)量的 就會形成 的鐵素體和 ， 的奧氏體， 這種結(jié)構(gòu)被稱為雙相不銹鋼。它兼具 有奧氏體和鐵素體鋼的優(yōu)點，特點是有良好的耐蝕 性、 耐酸性和高的強度。 ） 沉淀硬化不銹鋼， 成分與奧氏體型近似， 只是 含 量較低和添加了少量 等元素。奧氏 、 體不銹鋼雖耐蝕性能好，但不能通過熱處理進行強 化， 而馬氏體不銹鋼雖然有較高的強度， 但抵抗環(huán)境 侵蝕的能力較弱， 為此對鐵基耐蝕合金采用了鋁基、 鎂基和鎳基合金上行之有效的沉淀硬化或時效硬化 方法； 由于需要強度， 向鋼中加了 ， 由此發(fā)展了以 表 項 目 鋼水條件 爐料條件 成分控制 溫度控制 脫碳 脫硫 脫氣 脫

30、碳時間 冶煉時間 ， 低碳馬氏體為基體進而用沉淀硬化法提高強度的合 金。少量合金元素的作用是在熱處理時具有時效強 化能力， 能在奧氏體基體中分布著彌散強化相， 形成 高強系列鋼種， 可以用做彈簧、 墊圈、 軸類、 汽輪機部 件， 高強度容器等要求強度高、 彈性好的部件。 日 美、 鋼種牌號為 系列。 生產(chǎn)工藝 不銹鋼冶煉有 種方法： 采用電爐一步冶煉法， 目前很少采用； 采用電爐或轉(zhuǎn)爐 （電爐為主） 與 （或 等） 二步冶煉法 （二次精煉） 目前常用此 ， 法； 三步法， 即電爐 轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉 （或 ） 也被用于冶煉不銹鋼。其 與 精煉 不銹鋼的優(yōu)劣性比較見表 。不銹鋼連鑄， 采用了泡 沫

31、陶瓷過濾器技術(shù) （用于中間包堰壩上） 中間包加 、 熱技術(shù)、 無氧化澆注技術(shù)、 結(jié)晶器液面高度自動控制 技術(shù)、 電磁攪拌技術(shù) （結(jié)晶器內(nèi)電磁攪拌 、 二次區(qū)電磁攪拌 ，凝固未端電磁攪拌 ） 等以及薄板坯連鑄技術(shù)。熱軋板帶主要采用爐 卷軋機、 行星軋機、 熱連軋機等。冷軋板帶主要采用 輥冷軋機、 多輥冷軋機 （如 森吉米爾軋機） 、 冷連軋機等。棒、 線材軋制一般選用無扭連軋機， 連 續(xù)退火、 酸洗等。 ， 爐料條件有要求， 低碳鉻鐵、 鎳板、 金屬錳等 操作自動控制較為困難 真空下控制較為困難 只有在煉特低碳 級） （ 和特低氮級鋼種時才 有經(jīng)濟性 脫氣能力好， 出鋼時不吸氣， ×，

32、 （） ×， （） × 約 真空下相當于 以下的氬氣， 但耗用 的高壓蒸汽； 較低的還原硅消耗； 較高的耐材消耗 與 精煉不銹鋼的優(yōu)劣性比較 入爐合金所含的 、 均無要求， 、 廉價的鉻鐵、 鎳 鐵、 氧化鎳、 錳鐵和各種受污染的廢鋼均可使用 操作控制方便， 可由智能系統(tǒng)自動設(shè)定和跟蹤 用吹氣比例、速率及加冷卻劑和發(fā)熱劑控制， 可 由智能電子系統(tǒng)精確設(shè)定 可獲得超低碳 級） （ 和特低碳 級） （ 脫硫能力好， 脫氣能力好， 但出鋼時吸氣， ×， ×， （） × 總金屬回收率 約 操作費用 熔化廢鋼 適應(yīng)性 可靠性 設(shè)備費 耗用 的氬氣， 的還

33、原硅 除不銹鋼精煉外， 也可用于低合金鋼、 工具鋼、 硅鋼 和 其他各種高合金的冶煉， 特別適用配合連鑄機生產(chǎn) 無 不銹鋼精煉及其他鋼的真空脫氣處理， 與連鑄機 配合生產(chǎn)較困難 真空系統(tǒng)維護困難， 在線率低 較昂貴 易維護， 在線率高 為 的 用轉(zhuǎn)爐和 精煉爐聯(lián)合即 法， 精煉不銹鋼工藝分 步 （見圖 ） 用 脫硫處理、 ： 轉(zhuǎn)爐熔煉、 出鋼和排渣、 鋼水重回轉(zhuǎn)爐熔煉、 真空吹 氧脫碳脫氧。 不銹鋼帶材生產(chǎn)工藝流程如下： ） 熱軋帶鋼：電爐或轉(zhuǎn)爐精煉爐 （ 或 或 ） 連鑄檢查修磨 （需要時） 熱帶 軋制酸、 堿洗熱處理熱軋帶鋼成品。 ） 冷軋帶鋼： 冷軋帶坯連續(xù)退火和酸洗或收 卷和切邊或 （

34、冷軋修磨） 冷軋連續(xù)退火和酸 洗或光亮退火或 （冷軋連續(xù)退火和酸洗或光亮 退火） 精軋精整冷軋帶成品。 周建男 處理 氧化期 出鋼排渣 脫硫 分渣 脫磷 氧 特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)概述 鉻熔化期 循環(huán)脫氣處理 脫碳， 脫氧 鉻鐵溶化 氧 高碳鉻鐵 氧 年第 期 縫隙腐蝕等應(yīng)用方面進入了一個新的階段。 ） 超級雙相不銹鋼。該類鋼是 世紀 年代 后期發(fā)展起來的， 牌號主要有 、 、 等， 其特點是含 量低 （ ） 含 ， 有高 和高 （ 、 ） 鋼中鐵素體相 ， 鐵水 廢鋼 法 含量占 ， 具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。 ） 超級馬氏體不銹鋼。 屬于可硬化的不銹鋼， 具 有高的硬度、強度和耐磨性能，但韌性和焊

35、接性較 差。 普通馬氏體不銹鋼缺乏足夠的延展性， 在變形過 程中對應(yīng)力十分敏感， 冷加工成形比較困難。 通過降 低含碳量， 增加鎳含量， 可獲得超級馬氏體不銹鋼。 近年來， 各國在開發(fā)低碳、 低氮超級馬氏體鋼方面投 入很大， 研究出一批不同用途的超級馬氏體鋼。 超級 馬氏體鋼已在石油和天然氣開采、 儲運設(shè)備、 水力發(fā) 電、 化工及高溫紙漿生產(chǎn)設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。 ） 功能性不銹鋼。 隨市場需求的變化， 各種具有 特殊用途和特殊功能的不銹鋼不斷出現(xiàn)。如新型醫(yī) 用無 奧氏體不銹鋼材料主要為 奧氏體不 銹鋼 （如 等） ，具有很好的生物相容性，含有 的 是一種致敏因子， 。 且對生物體有 致畸、 致

36、癌等危害。含 植入不銹鋼在體內(nèi)長期使 用， 會逐漸被破壞而釋放出 離子。當 離子在植 入人體附近組織中富集時， 可誘發(fā)毒性效應(yīng)， 發(fā)生細 胞破壞和發(fā)炎等不良反應(yīng)。中國科學(xué)院金屬研究所 開發(fā)的 型醫(yī)用無 奧氏體不銹鋼，經(jīng)過 生物相容性試驗，性能優(yōu)于目前臨床使用的 奧氏體不銹鋼 （） 再如抗菌不銹鋼， 。 隨著人們生 活水平的提高，人們對所處的環(huán)境和自身的健康越 來越重視，這促進了抗菌材料的研究與開發(fā)。 年以來， 以日本為代表的發(fā)達國家在家用電器、 食品 包裝、 日用品、 洗浴設(shè)備等方面開始研究應(yīng)用抗菌材 料。日新制鋼株式會社和川崎鋼鐵公司分別研究出 了含 和含 抗菌不銹鋼，含 抗菌不銹鋼是 在不

37、銹鋼中加入 的 ，并采取特殊熱 處理，使不銹鋼自表面到內(nèi)部均勻彌散 析出 物， 起到抗菌作用。這種含 抗菌不銹鋼適合應(yīng)用 于高級廚房用具等系列產(chǎn)品以及其他要求高加工性 和抗菌性等的產(chǎn)品。 抗菌不銹鋼對大腸桿菌和 加 黃色葡萄球菌等均具有很高的抗菌效果，特別是在 加工研磨或者表面受磨損時，這種材料能始終保持 良好的抗菌效果。 ） 氮合金化不銹鋼。 作為合金元素加入不銹 鋼中，可提高奧氏體穩(wěn)定性，平衡雙相鋼中相的比 例，在不影響鋼的塑性和韌性的情況下提高鋼的強 度和耐蝕性，并可部分代替不銹鋼中的 。在雙相 鋼中， 延 緩 金 屬 間 化 合 物 彌 散 析（下轉(zhuǎn)第 頁） 圖 轉(zhuǎn)爐 法精煉不銹鋼過程

38、 鋼種的發(fā)展趨勢 節(jié)鎳型不銹鋼 系不銹鋼目前占世界不銹鋼產(chǎn)量的 ，我國 占 左右。 資源短缺及昂貴， 系不銹鋼價格 隨 價變化而變化。因此， 應(yīng)大力發(fā)展無 和低 鐵素體不銹鋼、 奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。 在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶 體結(jié)構(gòu)。 在不銹鋼中增加 的一個主要原因就是形 成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)， 從而改善可塑性、 可焊接性和韌 性等不銹鋼的屬性，所以 被稱為奧氏體形成元 素。 然而， 并不是唯一具有此種性質(zhì)的元素。 常見 的奧氏體形成元素有： 、 、 、 。 、 雖然添加 對于形成奧氏體并不非常有效，但是添加 可以 使更多的 溶解到不銹鋼中， 正是一種非常強 而 的奧氏體形成元

39、素。 系列的不銹鋼中， 在 正是用 足夠的 和 來代替 形成 的奧氏體結(jié) 構(gòu)， 的含量越低， 所需要加入的 和 數(shù)量就越 高。 例如在 型不銹鋼中， 只含有 的 同時 ， 含有 、 的 ，這也是 系列不銹鋼 的形成原理。在有些不符合標準的 系列不銹鋼 中，由于不能加入足夠數(shù)量的 和 ，為了形成 的奧氏體結(jié)構(gòu)， 人為地減少了 的加入量， 這 必然導(dǎo)致了不銹鋼抗腐蝕能力的下降。 超級不銹鋼 根據(jù)不銹鋼材料的顯微組織特點，超級不銹鋼 分為超級鐵素體不銹鋼、 超級奧氏體不銹鋼、 超級馬 氏體不銹鋼和超級雙相不銹鋼等幾個類型。 ） 超級奧氏體不銹鋼。在普通奧氏體不銹鋼的 基礎(chǔ)上，通過提高合金的純度，提高有益元素 、 （ ） 的數(shù)量， 降低 含量， 防止析出 造成晶 間腐蝕， 獲得良好的力學(xué)性能、 工藝性能和耐局部腐 蝕性能， 并替代了 穩(wěn)定化不銹鋼。 ） 超級鐵素體不銹鋼。繼承了普通鐵素體不銹 鋼強度高、 抗氧化性好、 抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點， 同 時改善了鐵素體不銹鋼的延性脆性轉(zhuǎn)變、對晶間 腐蝕較敏感和焊態(tài)的低韌性等局限性。采用精煉技 術(shù)， 降低 和 含量， 添加穩(wěn)定化和焊縫金屬韌化 元素， 可獲得高 、 且超低 、 的超級鐵素體不 銹鋼， 使鐵素體不銹鋼在耐腐蝕、 耐氯化物的點蝕和 年 月 ， （） ： 山 東 冶 金 第 卷 ， ， （） ： ， ， ， （） ， ： ， ， ，