特殊鋼生產(chǎn)工藝技術概述_續(xù)_(精)

1、?專論與綜述？特殊鋼生產(chǎn)工藝技術概述（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，重點論述了合金結構鋼、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。關鍵詞：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)于東北工學院 冶金機械專業(yè)。現(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 學會高級會員

2、，沈陽工業(yè)大學、山東大學機械工程學院兼職教授，東北大學、遼寧科技大學碩士研究生指導教師。長期從事鋼鐵生產(chǎn)工藝、裝備技術及企業(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（ 小20m m呆護氣氛連續(xù)退火-精整剝皮-在線檢測-成品包

3、 裝（小20（|）40m mt亮材;線材（小5.5小20m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（小5（|）20m m拔材、光亮材；線材（小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 （小5m m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 法重熔-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5.1前言軸承用鋼的質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

4、 承對其材料的要求較高，必須具備高的硬度、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，軸承鋼的冶金質量必須保證其嚴格的化學成分及化學成分均勻性，特別高的純凈度，極 低的氧含量和殘余元素含量，嚴格的低倍組織和高倍組織，嚴格的碳化物均勻性，嚴格 的表面脫碳層和內部疏松、偏析、顯微孔隙等，不允許存在裂紋、夾渣、毛刺、折 迭、結疤、氧化皮、縮孔、氣泡、白點和過燒等表面和內部缺陷。我國特鋼企業(yè) 2007年軸承鋼產(chǎn)量為 245萬t。 5.2性能當前世界各國所使用的軸承鋼主要有 5大類9,即高碳銘軸承鋼、滲碳軸承 鋼、不銹軸承鋼、

5、高溫軸承鋼、中碳軸承鋼。1高碳銘軸承鋼。高碳銘軸承鋼是含銘 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。高碳銘 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，加工性能較好，價格也較便宜，因此應用最廣。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。滲碳軸承鋼實質上是優(yōu)質滲

6、碳結構鋼 ，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

7、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，碳與銘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 gyV ol .30,N o.3J une 2008化物,降低材料的機械性能，減少銘元素對抗腐蝕的貢獻。1CU8N 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，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

8、 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銘馬氏體 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(260C、Cr4M04V(315 C、Cr14M o4 (480 C、W6M o5Cr4V2(480 C、W9Cr4V2M o(520 C、 W18Cr4V(560 C、W12Cr4V5Co5(590C ,其中使用最普遍的是 Cr4M o4V。高碳銘 軸承鋼的回火溫度是160180c，所以使用溫度一般不超過120C,如果使用溫度超 過120C,鋼的強度急劇下降，尺寸不穩(wěn)定，并導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銘軸承鋼，如飛機用

9、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55260C，高者可達370C,在 這種工作條件下，只能采用高溫軸承鋼。5中碳軸承鋼。中碳軸承鋼是中碳合金鋼，我國目前主要有：55、50M nA、70M n、5Cr M nM o、60Cr M n-M oA、55Si M oV A、50Si M。，后兩個鋼號是我國開發(fā) 的抗沖擊軸承鋼。此鋼類適用于制作掘進、起重、大型機床等重型設備上用的特大 尺寸軸承,一般轉速不高，但承受較大的軸向、徑向載荷及彎曲應力等。5.3生產(chǎn)工藝鋼的冶煉水平是軸承鋼內在質量好壞的先決條件。鋼中的氧含量、成分偏析，夾雜物數(shù)量及分布，大顆粒碳

10、化物的狀況是影響軸承鋼內在質量的重要冶金因素。 近年來，軸承鋼的冶煉技術就是圍繞這些關鍵因素相繼發(fā)展起來。鋼中氧含量可穩(wěn) 定在(10 15 X-60一些先進企業(yè)可控制在(58 M0-6。鋼中夾雜物分為A(硫化物、B(氧化物、C(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量上把氧含量 當作極為重要的指標。無論是轉爐或電爐

11、流程，二次精煉是軸承鋼生產(chǎn)中的關鍵工序，主要精煉設備以 LF或A SEA-SK F配有V D或R H為主，可使內在質量得以保證。軸承鋼連鑄的問題一直是人們關注的重點。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，至少在我國還是一個 雉題”。既使采用了電磁 攪拌技術、輕壓下技術改善疏松和偏析，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 鋼連鑄坯的質量問題，正在積極地開展著如下工作：除強化冶煉技術、降低鋼中的氧 含量和有害雜質外，

12、在連鑄過程還采用中間包加熱、電磁攪拌、結晶器液位控制、 強化二次冷卻和液相穴壓下技術，采用浸入式水口加保護法的保護澆鑄技術，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 并且要嚴格遵守加熱工藝制度以控制脫碳程度。采用控軋、控冷技術，步進加熱爐、連軋機組、連續(xù)退火爐，在線質量監(jiān)控等技術。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-三輾行星軋機或大型軋機-無損探傷-修磨-連軋機

13、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 M50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，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$L機-酸洗

14、、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月第30卷24真空感應爐-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6.1前言彈簧種類較多，按照所承受的載荷不同，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧等；而按照彈簧的形

15、狀不同，又可分為螺旋彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板簧和盤簧等。用以制造彈簧的鋼材 ，統(tǒng)稱彈簧鋼。當前用于制造彈簧的鋼材包括碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹、耐熱鋼 以及合金工具鋼和高速工具鋼等鋼種。通常所說的彈黃鋼10是指碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼（2007年中國合金彈簧鋼產(chǎn)量160萬t 11。碳素彈簧鋼的碳含量一般在 0.62%0.90%。按照其鈕含量又分為一般鈕含量 （0.50%0.80%,如65、70、85和較 高鈕含量（0.90%1.20%加65M n兩類。合金彈簧鋼包括 Si -M n系（60Si 2M n,相當 于美國的9260,日本的SU P6、SU P7德國的60Si Cr 7;Cr-M

16、 n系（55Cr M nA，相當 于美國的5155、日本的SU P9德國的55Cr 3;Cr-V系（50Cr V A，相當于美國的 6150、日本的SU P10、德國的50Cr V 4;Cr M nB系（60Cr M nBA，相當于美國的 51B60、日本的 SU P11A 等。6.2性能彈簧主要是在往復、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、彎曲、腐蝕等下使用，要求彈簧鋼具有下述性能：良好的力學性能，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，應視使用情況，優(yōu)化各項指標，以達 到最佳的綜合力

17、學性能配合；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在質量和表面質量。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、細品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。良好的內在質量是由冶金過程決定的。首先應保證準確的化學成分，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，應有高的純潔度，P、S等雜質元素和H、N等要低。鋼中的各種非

18、金屬夾雜物 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力集中源，易引起裂紋疲勞破 壞。表面質量是彈簧鋼另一重要技術指標，表面質量包括表面脫碳、表面缺陷（裂 紋、折疊、結疤、夾雜、分層等。彈簧鋼在承受彎、扭、交變應力等各種載荷時,表面應力最大，各種缺陷是應力集中源，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

19、的彈簧而言，其強度與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)生很大冶煉設施無線電控制行車來自編組車間的廢鋼清理設備廢鋼房空冷鋼坯廢鋼預熱系統(tǒng)硬質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)熱處理設施內徑淬火外內徑淬火奧氏體化淬火回火切斷鋸5輾矯直機36 914m m網(wǎng)坯軋機鋼坯剪或熱鋸鋼錠均熱爐大鋼坯剪機4側自動火焰清理46 1168m mJ軋機鋼包精煉系統(tǒng)電弧爐中間包倒包系統(tǒng)軋制設施氮鋼錠底澆系統(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

20、影響。因此，彈簧鋼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。6.3生產(chǎn)工藝過去，一般要求的彈簧鋼主要是在電爐、轉爐、平爐中冶煉 ，模鑄楨列式軋機軋 制。較高質量要求的（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爐提供，根據(jù)不同的鋼 種、質量水平要求和生產(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（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（低過熱度澆鑄、電磁攪拌等，可以生產(chǎn)出質量相當于模鑄鋼錠中下部的優(yōu)質鋼 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

21、碳、氧化燒損。在加 熱爐與粗軋機之間，裝有高壓水除鱗機，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、表面質量和滿意的內部組織。為 保證產(chǎn)品質量，采用磁粉或渦流和超聲波探傷儀在線檢查鋼材表面、內部缺陷。對 標識有缺陷的產(chǎn)品進行清理或剔除。同時，對質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量。具 體工藝流程如下。1彈簧鋼生產(chǎn)工藝流程：電爐或轉爐-精煉爐（R H或LF+R H或U LO或A SEA- SK F或U LO+U

22、LTi N 或V A D-連鑄-熱軋-精整。2懸掛彈簧合金鋼線材生產(chǎn)工藝流程：電爐或轉爐-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

23、Fe-Si或A t進行預脫氧處理，得到高堿度還原渣。然后 將鋼水倒入鋼包中，并將R H循環(huán)脫氣設備 兩腿”插入鋼液中，汲取鋼水進入脫氣設 備的真空室中。借助于大容量噴射泵，保持真空度13.3Pa并將小流量氧氣引入鋼水 中,鋼水發(fā)泡進入真空室，鋼水中碳脫氧反應快速進行，因而鋼水脫氧。當碳氧反應達 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，最后調整加A l量。R H脫氣后，氧含量 下降到15M0-6以下。該處理工藝是實現(xiàn)懸掛彈簧鋼 2000M Pa應力值的一種手 段。2U LTi N（超低氮化鈦鋼處理工藝4:首先選擇原材料，

24、以得到Ti含量（3050 10-6的鋼水，然后進行脫氣操作，降低氮含量到（4060漢0-6。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在質量和表面質量。7不銹鋼生產(chǎn)工藝技術7.1前言不銹鋼在空氣、水、酸、鹽的水溶液中及其他氧化性氣氛中具有很高的化學穩(wěn) 定性，以其良好的耐蝕性、耐高

25、溫性、耐低溫性、耐磨損性及外觀精美等特征，被廣泛應用于宇航、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1CU8N政美A STM、日J I S302等，鐵素體型7個，如0Cr13A 1（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 2CU3慶 A STM、日 J I S420 等，沉

26、淀硬化型3個，如0Cr17N i4Cu4N b（美A STM、日J I 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。7.2性能1奧氏體不銹鋼。向Fe-Cr合金中加N i、M n等面心立方品格的元素以擴大丫區(qū)到全部消除o-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以擴大丫區(qū)，像碳素鋼一樣

27、使奧氏體轉 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 構件及耐磨器具等。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 188 鋼(一般為 18%Cr-8%N i、C 00.1麻、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、力學性

28、能、耐蝕性能以及焊接性能。奧氏體不銹鋼還包括節(jié)鍥型200系列鋼種。圖5為Cr-N i系奧氏體不銹鋼的發(fā)展過程402鐵素體不銹鋼。由結構為體心立方品格的o-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力裂紋腐蝕性能，塑性脆化轉變溫度很高。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18-12-M o C<0.0318-8C<0.0818-8C&

29、lt;0.0318-8-N b 18-8-Si 18-8-Ti 17-722-1218-8-S 18-8-Se (201(301(303(303Se (309S (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

30、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(440A、440B、440C13Cr C<0.1213Cr <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 18Cr -2M o、Ti、N b C<0.02517Cr -1M o、Ti、N b C&l

31、t;0.025(444(436L 切肖性焊接性 A l 添力口 S 添力口 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C 低下 17Cr C 0.61.2耐蝕性切削性(420J 1、420J 213CrC 0.25 0.10淬硬性C增加耐蝕性Cr增加13CrC<0.1517Cr C<0.12(430(430F特殊鋼生產(chǎn)工藝技術概述周建男 2008年第3期52 0 0 8年6月山東冶金第30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。最終的晶體結構取決于兩 類添加元素的相對數(shù)量。C r是

32、一種鐵 素體形成元素，所以C r在不銹鋼晶體結構的形成上和奧氏體形成元素之間是 一種競爭關系。因為F e和C r都是鐵素體形成元素，所以4 0 0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 N i加入到Fe-C r 不銹鋼的過程中，隨著N 1成分增加，形成的奧氏體也會逐漸增加，直至所有 的鐵素體結構都被轉變?yōu)閵W氏體結構，這樣就形成了 3 0 0系列不銹鋼。如果 僅添加一半數(shù)量的N 1就會形成5 0%的鐵素體和，5 0%的奧氏體，這種 結構被稱為雙相不銹鋼。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。5)沉淀硬化不銹鋼，成分與奧氏體型近似， 只

33、是 含N i量較低和添加了少量 A 1 T i C u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、鎂基和鍥基合金上行 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 C ,由此發(fā)展了以表2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碳時間冶 煉時間AOD 0.3. , C5%8% =0. Si 5%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

34、、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6 0 0系列。7 . 3生產(chǎn)工藝不銹鋼冶煉有3種 方法：采用電爐一步冶煉法，目前很少采用；采用電爐或轉爐（電爐為主）A O D與（或V O D等）二步冶煉法（二次精煉）目前常用此，法；三步 法，即電爐+轉爐頂?shù)讖秃洗禑挘ɑ駻OD） +VOD也被用于冶煉不銹 鋼。其AOD與VOD精煉不銹鋼的優(yōu)劣性比較見表 2。不銹鋼連鑄， 采用 了泡沫陶瓷過濾器技術（用于中間包堰壩上）中間包加、熱技術、無氧化澆注 技術、結晶器液面高度自動控制 技術、電磁攪拌技術（結晶器內電磁攪拌 M - EMS、二次區(qū)電磁攪拌 S E M S,凝

35、固未端電磁攪拌 F E M S）等以 及薄板坯連鑄技術。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4輾冷軋機、多輾冷軋機（如Z R 2 0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。VOD 0 .0. ,C3%5%=0. S13%爐料條件有要求，低碳銘鐵、 鍥板、金屬鉆等 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L C級）（E和特低氮級鋼種時才有經(jīng)濟性=0 . S 0 1 %脫氣能力好， 出鋼時不吸氣，<1X10 6,H（10 0-150） N< MO 6,0（30 80）< XLO 6 4565

36、 m in 90m in約9 1 %真空下相當于 A O D 1 /以下的氮氣，1 0但耗用2 2 5 kg/ t 的高壓蒸汽；較低的還原硅消耗； 較高的耐材消耗A O D與V O D精煉不銹 鋼的優(yōu)劣性比較入爐合金所含的C、N均無要求，S、廉價的銘鐵、鍥鐵、 氧化鍥、鉆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 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)精確設定可獲得超低碳 級）（L和特低碳LC級）（E脫硫能力好，<0. S0 0 5 % -001%脫氣能力好，但出鋼時吸氣，< 2 XI 0 6 , HN<300 X1 0-6, （

37、30 80）<O XLO 6 2035m i n 6 5 m i n 5 %總金屬回收率約9 7 .操作費用熔化廢鋼適應性可 靠性設備費耗用1 01 6 m 3/ t的氮氣，k g/ 1 0 t的還原硅1 0 %2 5 %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VOD的2/3用轉爐和R H O B精煉爐聯(lián)合即LD -R H O B法，精煉不銹鋼工藝分5步（見圖7）用K R脫硫處理、：轉爐熔煉、 出鋼和排渣、鋼水重回

38、轉爐熔煉、 真空吹氧脫碳脫氧。不銹鋼帶材生產(chǎn)工藝流程 如下：1 ）熱軋帶鋼：電爐或轉爐一精煉爐 （AOD或VOD或RHO B）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。2）冷軋帶鋼：冷軋帶坯-連續(xù)退火和酸洗或收 卷和切邊-或（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。6周建男K R處理氧化期出鋼排渣脫硫分渣脫磷氧特殊鋼生產(chǎn)工藝技術概 述銘熔化期循環(huán)脫氣處理脫碳，脫氧銘鐵溶化氧高碳銘鐵氧2 0 0 8年第3 期縫隙腐蝕等應用方面進入了一個新的階段。3 ）超級雙相不銹鋼。該類鋼是 20世紀8 0年代后期發(fā)展起來的

39、， 牌號主要有SAF2507、R52N、UZe ronlOO 等，其特點是含 C量低01%0.（0.02%）含，有高M o和高N （M o %、<0 .）鋼中鐵素體相 N 3 % ,鐵水 廢鋼RH OB法含量占4 0%4 5% ,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。4）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，在變形過程中對應力十分 敏感，冷加工成形比較困難。 通過降低含碳量，增加鍥含量，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

40、體鋼已在石油和天然氣開采、 儲運設 備、水力發(fā)電、化工及高溫紙漿生產(chǎn)設備上得到廣泛應用。5）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N i奧氏體不銹鋼材料主要為 C r N i奧氏體不 銹鋼（如3 1 6 L等），具有很好的生物相容性，含有 13%15%的NiNi是一種致 敏因子，。且對生物體有 致畸、致癌等危害。含N 1植入不銹鋼在體內長期使 用，會逐漸被破壞而釋放出 N 1離子。當N 1離子在植 入人體附近組織中富集 時，可誘發(fā)毒性效應，發(fā)生細胞破壞和發(fā)炎等不良反應。中國科學院金屬研究所 開發(fā)的C rM n -N型醫(yī)用無N i奧氏體不銹鋼，

41、經(jīng)過生物相容性試驗，性 能優(yōu)于目前臨床使用的 C rN 1奧氏體不銹鋼（3 16L） 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)。1 9 8 0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、洗浴設備等方面開始研究應用抗菌材 料。日新 制鋼株式會社和川崎鋼鐵公司分別研究出 了含C u和含A g抗菌不銹鋼，含C u抗菌不銹鋼是 在不銹鋼中加入0 .1 .的C u ,并采取特殊熱5 % 0 % 處理，使不銹鋼自表面到內部均勻彌散 £ C U析出物，起到抗菌作用。這種含 C u抗菌不銹鋼適合應用于高級廚

42、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。A g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。6）氮合金化不銹鋼。N 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 N i o在雙相 鋼中，延緩金屬間化合物 彌散析（下轉第1 2頁）N 7圖7轉爐R H O B法精煉不銹鋼過程7. 47. 14.鋼種的發(fā)展趨勢 節(jié)鍥型不銹鋼N 1系不銹鋼目前占世界不銹 鋼產(chǎn)量的2 / 3 ,我國占8 0

43、%左右。1資源短缺及昂貴，1 r系不銹鋼價格 N N C隨N 1價變化而變化。因此， 應大力發(fā)展無N 1和低N 1鐵素體不 銹鋼、rM n奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。CN i在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶 體結構。在不銹鋼中增加N 1的一個主要原因就是形 成奧氏 體晶體結構，從而改善可塑性、 可焊接性和韌 性等不銹鋼的屬性，所以 N i被 稱為奧氏體形成元 素。然而，1并不是唯一具有此種性質的元素。N常見的奧氏體形成元素有：iC、n、 u。N、NMC雖然添加M n對于形成奧氏體并不非常有效，但是添加 M n可以使更多的N溶解到不銹鋼中，N正是一 種非常強 而的奧氏體形成元素。2 0 0系

44、列的不銹鋼中， 在正是用 足夠的M n和N來代替N 1形成1 0 0 %的奧氏體結 構，1的含量越低，N所需要加 入的M n和N數(shù)量就越高。例如在2 0 1型不銹鋼中，只含有4 .的N i 同時5 % ,含有6. 00%Mn、 25%的N,這也是2 0 0系列不銹鋼 0.的形成原理。在有些不符合標準的 2 0 0系列不銹鋼 中，由于不能加入足夠 數(shù)量的M n和N ,為了形成10 0%的奧氏體結構，人為地減少了 C r的加 入量，這必然導致了不銹鋼抗腐蝕能力的下降。7. 2 4.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

45、超級雙相不銹鋼等幾個類型。1)超級奧氏體不銹鋼。在普通奧氏體不銹鋼的 基礎上，通過提高合金的純度，提高有益元素r、 (CMo)的數(shù)量，降低C含量，防止析出C r 2 3c 6造成品間腐蝕，獲得良好 的力學性能、工藝性能和耐局部腐 蝕性能，并替代了 Ti穩(wěn)定化不銹鋼。2) 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、抗應力腐蝕 優(yōu)良等特點，同時改善了鐵素體不銹鋼的延性一脆性轉變、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，降低C和N含量，添加穩(wěn)定化和焊縫 金屬韌化元素，可獲得高C r、o且超低C、的超級鐵素體不 MN銹鋼， 使鐵素體不銹鋼在耐腐蝕、耐氯化物的點蝕和2

46、008 年 6 月 1975,(11) 2589 2603.61:山東冶金第 30 卷18 Gregg JM, hadeshi HKDH.A ctmet . at 1994 B a a al JM er, ( 4 2 ): 3321. 19 Kohi chiY am am ot Toshi asegawa, .EfectofB oron on In o , eiHetal ft ra 一 granul f t f at on iTi xi Beari st s . ar e rri e o r m i nO de ng eel J ISIJ Int ernat o n a 1 1996, (1

47、)80. i, 36: 20 Tae-K yu LE E, iHJ, angBY, .Efectofi usi si onKnK e t a 1 fnclonzetnucl iofaci ar. he eat oncul erri 6nds JISIJ Int erna tonal i, 2 0 0 0,（12） 1260.40:21盧慶華，陳立功，倪純真，振動焊接技術在大型焊接構件中 等.的應用. J焊接學 報，（2） 92 94.2 0 0 7:22栗卓新，劉秀龍，李虹，高強鋼焊材及焊接性的國內外研究 等.進展. J新技術新工藝，（5） 16 1 8. 2 0 0 7:23胡強，熊第京，史

48、耀武.微量元素對自保護藥芯焊絲熔敷金屬韌性的影響. J 焊接，（2） 15 18.2002:24溫家伶，王強，陳明清，自保護藥芯焊絲研究的現(xiàn)狀.等.J武漢理 工大學學報（交通科學與工程版）2002, （6） 733 736. , 26:11章小滸，李曉燕.大焊接線能量石油儲罐用鋼的開發(fā)與應用. J 壓力容器，2 0 0 3,（1） 16 19.20:12林謙次，高宏適.儲罐、壓力容器用高性能鋼板. J鞍鋼技術，2 0 0 6 （1 ） 5 7 - 6 2.:13郭桐，韋明，侯彩霞，改善大線能量焊接韌性的冶煉技術研等.究. J 寬厚板，（2）1 9 - 2 1.2 0 0 7:14陳曉，卜勇，張

49、莉勤，大線能量低焊接裂紋敏感性鋼性能及 等.組織研究. J鋼鐵研究，（6） 2125.2002:15張莉芹，袁澤喜，陳曉，大線能量低焊接裂紋敏感性鋼的焊 等.一熱影響區(qū)強韌性機理研究. J 焊接技術，2 0 0 2,1 9 接（一）（7 ） 2 9 3 4.:16 RA Farrar. A ci ar f t i carbonm anga nese w e 1 met s: an cul erri 6 n dal overvi.J. Mat. 1987 ewJ.Sci, （22）3812 3820. :17習天輝，陳曉，袁澤喜.大線能量焊接用鋼熱影響區(qū)組織和性能的研究進展.J 特殊鋼， （5）

50、1 5. 2003 : ResearchSurvey ofH i gh heat InputW e 1 ng Steel di s LIM i n, ZH ENGX i ang zeng （The Techno 1 Cent ogy 6ro fji Iron and St nan 661c o. d. nan 2 5 0 1 0 1, C hi ,Lt ,Ji na） Abst : Th i paper i reduced t ract s nt hree hi ghheati nputw e 1 ng t di 6ch nol e s , t ogi hati s, one si subm

51、erged arc wel ng, e 1 rogas a rcwel ng de di 6ct di and e 1 rosl wel ng,w hi are used m ostabroad atst 6ct a g di ch e 61st ure manuf uri i ruct act ngndust r y.Cont raposi t charact stcsofhi nghee ri i gh heat i nput , aut at c, f o m i orced m o 1 ng ofhi di gh heati nputw e 1 ng t di 6ch n o 1 e

52、s , aut ogi hors poi 6d outt nt hatt co mposi idesi andm i he t on gn croal oyofl reduci carbon, i ng ncreasi m anganese an dopt mi ngTi N; opt mi ng s m e 1 i process; tming i zi / i zi t ng he crost ure cont 1 ng whi accel 6s truct rol i ch erat he f ioft nAFi HAZ; pl eshapecont 1 ng i cont1 coo1 ng;t st ofcompat blwel ng processandwe 1 ngmat a 1 are ormng hi n at rol i n rol 6d i he udy i edi di eri spi alt vot 6ch nol 6s t ogihatshoulbe used