特殊钢生产工艺技术概述_续_(精)

1、?专论与综述？特殊钢生产工艺技术概述（续周建男（青岛钢铁控股集团有限公司总工程师办公室，山东青岛266043摘要:特殊钢包括优质碳素钢、合金钢、高合金钢三大类，介绍了特殊钢的生产工 艺技术，重点论述了合金结构钢、汽车用齿轮钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、弹簧钢和不锈钢的性能及生产工 艺技术。关键词：特殊钢;性能;生产工艺中图分类号：TF76文献标识码：A文章编号:1004-4620（200803-0001-07收稿日期：2007-10-11作者简介:周建男，男,1961年生,1983年毕业于东北工学院 冶金机械专业。现为青岛钢铁控股集团有限公司副总工程师，高级工程师，中国金属 学会高级会员

2、，沈阳工业大学、山东大学机械工程学院兼职教授，东北大学、辽宁科技大学硕士研究生指导教师。长期从事钢铁生产工艺、装备技术及企业发展战略规 划的研究。（接上期第7页为解决铸锭中形成大块莱氏体共晶、碳化物分布不均匀的问题，采用粉末冶金 方法提高高速钢的组织和性能。炉外精炼装备逐步用于高速钢生产 ，主要用LF （V, 也有SK F钢包炉。国外有的厂可以用连铸生产高速钢，但仅限于通用型钢种和小断 面材。世界先进的高速钢生产工艺流程如下。1通用型钢种、中小型材及钢丝生产流程：电炉（U H P-精炼炉LF （V-连铸-退火- 修磨-棒、线连轧：棒材（ 小20m m呆护气氛连续退火-精整剥皮-在线检测-成品包

3、 装（小20（|）40m mt亮材;线材（小5.5小20m保护气氛或真空罩式退火-连续拉拔 开卷或磨光、抛光-在线检测-成品包装（小5（|）20m m拔材、光亮材；线材（小5.5m m-保护气氛或真空罩式退火-温拉或温轧-真空退火-矫直或磨光-在线检测-成品包装 （小5m m拔磨光钢丝。2大断面材及高牌号钢材生产流程：电炉（U H P-精炼炉LF （V-铸锭（或铸电极-电 法重熔-退火-快锻或精锻开坯-退火、修磨-精锻成材-退火-精整-在线检测-成品包 装。5轴承钢生产工艺技术5.1前言轴承用钢的质量是所有合金钢中要求最严格、检验项目最多的钢种。世界公认轴承钢的水平是一个国家冶金水平的标志。轴

4、 承对其材料的要求较高，必须具备高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、弹性极限 ，良 好的冲击韧性、断裂韧性、尺寸稳定性、防锈性能和冷热加工等性能。为保证这些 性能要求，轴承钢的冶金质量必须保证其严格的化学成分及化学成分均匀性，特别高的纯净度，极 低的氧含量和残余元素含量，严格的低倍组织和高倍组织，严格的碳化物均匀性，严格 的表面脱碳层和内部疏松、偏析、显微孔隙等，不允许存在裂纹、夹渣、毛刺、折 迭、结疤、氧化皮、缩孔、气泡、白点和过烧等表面和内部缺陷。我国特钢企业 2007年轴承钢产量为 245万t。 5.2性能当前世界各国所使用的轴承钢主要有 5大类9,即高碳铭轴承钢、渗碳轴承 钢、不锈轴承钢、

5、高温轴承钢、中碳轴承钢。1高碳铭轴承钢。高碳铭轴承钢是含铭 0.6%1.5%的高碳合金钢，目前我国标准 中采用 5 个牌号,G Cr 15、G Cr 6、G Cr 9、G Cr 9Si M n、G Cr 15Si M n。高碳铭 轴承钢已有100多年的历史，长期的生产和使用证明，这种钢基本上可以满足一般工 作条件的轴承要求，具有良好的耐磨性和抗接触疲劳性能，有较理想的耐锈蚀性和一 定的弹性、韧性，加工性能较好，价格也较便宜，因此应用最广。由于淬透性的差别，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渗碳轴承钢。渗碳轴承钢实质上是优质渗

6、碳结构钢 ，目前我国标准中采用6个 牌号,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。这类钢经过渗碳、淬火、回火等热处理工序后，表面具有很高的硬度和一定的耐磨性以及较高的抗接触疲劳强度，且其心部都具有良好的韧性、一定的强度和硬度。主要用于承受冲击载荷下的轴承和特大型轴承，如铁路、轧钢机用轴承等。3不锈轴承钢。有马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢，目前我国标准中采用3个牌 号,9Cr 18、9Cr 18M o、Cr 14M o4。其中以马氏体不锈钢9Cr 18使用最多。这类

7、钢 经过热处理可以得到全部或大部马氏体组织，具有高强度、很好的耐磨性和韧性，特 别是在海水、酸、有机盐水溶液中具有较强的抗锈蚀能力。这些轴承钢的缺点是碳 含量高，碳与铭形成粗大的一次碳第30卷第3期2008年6月山东冶金Shandong M et al l ur gyV ol .30,N o.3J une 2008化物,降低材料的机械性能，减少铭元素对抗腐蚀的贡献。1CU8N i9Ti等奥氏体 不锈钢，经热处理后可以得到单一的奥氏体组织，具有良好的韧性和很好的抗腐蚀能 力。但由于强度、硬度不高，只适用于制造低负荷、低转速轴承。4高温轴承钢。高温轴承钢具有一定的高温硬度和高温耐磨性。高温接触疲劳

8、 强度、抗氧化、耐冲击、高温尺寸稳定性等特点。此类钢利用高速钢和高铭马氏体 不锈钢的一些钢号。我国目前使用的高温轴承钢主要有: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。高碳铭 轴承钢的回火温度是160180c，所以使用温度一般不超过120C,如果使用温度超 过120C,钢的强度急剧下降，尺寸不稳定，并导致轴承的疲劳强度降低。所以，只能用 高温轴承钢而不能用高碳铭轴承钢，如飞机用

9、涡轮喷气发动机的功率越来越大，压缩 机和涡轮机的主轴轴承要求耐高温，其工作温度一般为55260C，高者可达370C,在 这种工作条件下，只能采用高温轴承钢。5中碳轴承钢。中碳轴承钢是中碳合金钢，我国目前主要有：55、50M nA、70M n、5Cr M nM o、60Cr M n-M oA、55Si M oV A、50Si M。，后两个钢号是我国开发 的抗冲击轴承钢。此钢类适用于制作掘进、起重、大型机床等重型设备上用的特大 尺寸轴承,一般转速不高，但承受较大的轴向、径向载荷及弯曲应力等。5.3生产工艺钢的冶炼水平是轴承钢内在质量好坏的先决条件。钢中的氧含量、成分偏析，夹杂物数量及分布，大颗粒碳

10、化物的状况是影响轴承钢内在质量的重要冶金因素。 近年来，轴承钢的冶炼技术就是围绕这些关键因素相继发展起来。钢中氧含量可稳 定在(10 15 X-60一些先进企业可控制在(58 M0-6。钢中夹杂物分为A(硫化物、B(氧化物、C(硅酸盐、D(点状不变形夹杂4种类 型，不同类型的夹杂物对轴承寿命影响也不同，夹杂物的尺寸和在钢中的位置对轴承 寿命也有不同的影响。钢中氧含量愈低，轴承钢寿命愈高。上述4种夹杂物中后三 者都是由氧化物所构成，三者对轴承寿命的有害影响已为大量事实所证明，钢中的氧 含量几乎全部（除溶解氧外由它们提供。因此，近年来在衡量轴承钢质量上把氧含量 当作极为重要的指标。无论是转炉或电炉

11、流程，二次精炼是轴承钢生产中的关键工序，主要精炼设备以 LF或A SEA-SK F配有V D或R H为主，可使内在质量得以保证。轴承钢连铸的问题一直是人们关注的重点。长期以来 ，连铸坯中心疏松和偏析 严重的问题并没有得到根本的解决，至少在我国还是一个 雉题”。既使采用了电磁 搅拌技术、轻压下技术改善疏松和偏析，由于中心疏松会残留在球极区，又会带来新 的白亮带”缺陷。尽管如此，目前，轴承钢的连铸工艺已被世界众多特殊钢厂所采用： 而且除部分滚动体用轴承钢外，绝大多数轴承钢采用连铸生产。目前，为了解决轴承 钢连铸坯的质量问题，正在积极地开展着如下工作：除强化冶炼技术、降低钢中的氧 含量和有害杂质外，

12、在连铸过程还采用中间包加热、电磁搅拌、结晶器液位控制、 强化二次冷却和液相穴压下技术，采用浸入式水口加保护法的保护浇铸技术，增大连 铸坯断面达到大的压缩比热轧轴承钢材等。在轴承钢棒材轧制生产中，对坯料进行表面探伤，修磨，实现精坯轧制已达成共识 并且要严格遵守加热工艺制度以控制脱碳程度。采用控轧、控冷技术，步进加热炉、连轧机组、连续退火炉，在线质量监控等技术。世界上生产轴承钢最著名的厂家有瑞典 SK F公司，日本的山阳特殊钢厂，美国 Ti m ken公司等。日本山阳公司的棒线生产工艺流程：U H P电炉-LF精炼炉-R H精炼炉-连铸或 模铸-初轧-三辗行星轧机或大型轧机-无损探伤-修磨-连轧机

13、组-无损检验-连续炉球 化退火-无损检测-检验入库。SK F公司O V aK0钢厂棒线生产工艺流程：电炉-LFV精炼炉-模铸-均热炉-初 轧-火焰清理-150 M50坯料-检验、喷丸、修磨-加热-除鳞-轧制-冷却-剪切-打包-发 货。该厂年产45万t钢，全部采用模铸，初轧开坯，而没有采用连铸。O V aK0钢厂也认为连铸轴承钢已不是技术问题，但是他们主要考虑了经济问题，因产品规格的覆盖 面使其投资成本与产量规模不相匹配。他们进行了一系列有利于产品质量提高的改造投资。我国某著名特殊钢厂轴承钢棒材4条生产线工艺流程：1电炉-V H D精炼炉-模铸（680kg锭-钢锭修磨（需要时-650$L机-酸洗

14、、抛 丸、检查-修磨-需要时退火-包装-入库。2U H P电炉-LF+V D精炼炉-连铸或模铸（3t锭、850开坯-检查-修磨-连轧（需要 时连续退火-检查-修磨-校直-包装入库。3电炉-模铸电极-电渣冶金-轧制-或热处理-精整-包装入库。山东冶金2008年6月第30卷24真空感应炉-真空自耗炉-轧制-精整-或热处理-包装入库。图4所示为美国Ti m kem公司Fai r cr es t厂的工艺流程。图4美国Ti m kem公司Fai r cr est厂的工艺流程6弹簧钢生产工艺技术6.1前言弹簧种类较多，按照所承受的载荷不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等；而按照弹簧的形

15、状不同，又可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板簧和盘簧等。用以制造弹簧的钢材 ，统称弹簧钢。当前用于制造弹簧的钢材包括碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈、耐热钢 以及合金工具钢和高速工具钢等钢种。通常所说的弹黄钢10是指碳素弹簧钢和合金弹簧钢（2007年中国合金弹簧钢产量160万t 11。碳素弹簧钢的碳含量一般在 0.62%0.90%。按照其钮含量又分为一般钮含量 （0.50%0.80%,如65、70、85和较 高钮含量（0.90%1.20%加65M n两类。合金弹簧钢包括 Si -M n系（60Si 2M n,相当 于美国的9260,日本的SU P6、SU P7德国的60Si Cr 7;Cr-M

16、 n系（55Cr M nA，相当 于美国的5155、日本的SU P9德国的55Cr 3;Cr-V系（50Cr V A，相当于美国的 6150、日本的SU P10、德国的50Cr V 4;Cr M nB系（60Cr M nBA，相当于美国的 51B60、日本的 SU P11A 等。6.2性能弹簧主要是在往复、交变动载荷及恶劣的环境条件（如振动、冲击、拉伸、压缩、扭转、弯曲、腐蚀等下使用，要求弹簧钢具有下述性能：良好的力学性能，如高的 抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、韧性以及弹性极限、比例极限等，但要同时保证其所有性能具有很高的水平是很困难的。因此，应视使用情况，优化各项指标，以达 到最佳的综合力

17、学性能配合；良好的抗疲劳性能和抗弹减性能；良好的工艺性能，包括淬透性、热处理工艺性能 （如淬火变形小、不易过热、晶粒均匀细小、回火稳定性高、不易脱碳、石墨化和 氧化等和加工成形性能；此外,还必须具有良好的内在质量和表面质量。疲劳破坏和弹性减退失效是弹簧两种最常见的破坏形式。通常通过固溶强化、 沉淀强化、细品强化来提高弹簧钢弹减抗力，弹簧钢中常用的合金元素Si、V、N i、B可提高其弹减抗力。良好的内在质量是由冶金过程决定的。首先应保证准确的化学成分，这样才能在加工和热处理后得到确保性能的显微组织，良好稳定的淬透性以及各种性能。另 外，应有高的纯洁度，P、S等杂质元素和H、N等要低。钢中的各种非

18、金属夹杂物 不但要求含量低而且要控制其形状、大小、分布、成分等，尤其是要减少颗粒尺寸大、硬度高、不易变形的夹杂物，这些有害夹杂物是应力集中源，易引起裂纹疲劳破 坏。表面质量是弹簧钢另一重要技术指标，表面质量包括表面脱碳、表面缺陷（裂 纹、折叠、结疤、夹杂、分层等。弹簧钢在承受弯、扭、交变应力等各种载荷时,表面应力最大，各种缺陷是应力集中源，在使用过程中易引起早期破坏和失效。据统 计,表面夹杂物引起弹簧破损的比率为 40%,表面缺陷和脱碳引起破损的比率为 30%。弹簧制品表面，除喷丸强化外，保留了钢材供货状态的表面，因此钢材的表面状 态对弹簧的工作性能和寿命具有很大影响。对采用圆形截面的钢丝制成

19、的弹簧而言，其强度与刚度分别与钢丝直径的3次 方和4次方成正比，故钢丝截面的微小变化都会对其强度产生很大冶炼设施无线电控制行车来自编组车间的废钢清理设备废钢房空冷钢坯废钢预热系统硬质合金铝隔热平板台修磨检验到H ar r i s on或G am br i nus工厂连续热处理设施内径淬火外内径淬火奥氏体化淬火回火切断锯5辗矫直机36 914m m网坯轧机钢坯剪或热锯钢锭均热炉大钢坯剪机4侧自动火焰清理46 1168m mJ轧机钢包精炼系统电弧炉中间包倒包系统轧制设施氮钢锭底浇系统真空合金和造渣材料运入加工成管子或圆棒特殊钢生产工艺技术概述周建男 2008年第3期3影响扁钢的厚度和宽度也有相似的

20、影响。因此，弹簧钢的尺寸公差和精度是保 证成品使用性能和寿命的重要因素。6.3生产工艺过去，一般要求的弹簧钢主要是在电炉、转炉、平炉中冶炼 ，模铸桢列式轧机轧 制。较高质量要求的（主要是降低钢中夹杂物的含量主要采用电炉 +电渣重熔或真空 重熔法生产。当今比较典型的生产工艺流程是：初炼钢水由电炉或转炉提供，根据不同的钢 种、质量水平要求和生产者的装备条件选择二次精炼方法，在连铸工序中使用减少 非金属夹杂物数量的技术（防止二次氧化、非金属夹杂物的上浮及分离和防止偏析 技术（低过热度浇铸、电磁搅拌等，可以生产出质量相当于模铸钢锭中下部的优质钢 坯。钢坯加热一般采用步进炉，附有可控气氛系统，控制钢坯脱

21、碳、氧化烧损。在加 热炉与粗轧机之间，装有高压水除鳞机，清除钢坯表面氧化铁皮。使用无扭高刚度连 轧机进行热机轧制（控轧控冷,获得高的尺寸精度、表面质量和满意的内部组织。为 保证产品质量，采用磁粉或涡流和超声波探伤仪在线检查钢材表面、内部缺陷。对 标识有缺陷的产品进行清理或剔除。同时，对质量要求较高的悬挂弹簧钢线材和阀 门弹簧钢丝要分别进行钢坯修磨、软化处理、成品表面处理 ，经过剥皮、冷拔、退 火、酸洗、油淬火/回火、探伤、防腐等一系列工序，才能确保钢材的表面质量。具 体工艺流程如下。1弹簧钢生产工艺流程：电炉或转炉-精炼炉（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-连铸-热轧-精整。2悬挂弹簧合金钢线材生产工艺流程：电炉或转炉-精炼炉-连铸-粗轧-修磨-线材 轧制-检验-软化处理-表面处理-包装。3油淬火阀门钢丝生产工艺流程：盘条检验-剥皮-冷拔、退火、酸洗/循环-油淬火/回火-涡流探伤-防腐处理-包装R H真空脱气法、LF-R H、A SEA-SK F和V A D真空脱气加热法是大家较熟 悉的处理方法，仅介绍U-LO、U LO+U LTi N精炼法：1U LO（超低氧钢处理工艺4,是日本大同特殊钢在R H基础上，为更有效地降低 钢中夹杂物数量而采取的手段。具体步骤是：在1台超高功率碱性电弧炉中熔化钢 水，接着吹氧后向钢水中加入

23、Fe-Si或A t进行预脱氧处理，得到高碱度还原渣。然后 将钢水倒入钢包中，并将R H循环脱气设备 两腿”插入钢液中，汲取钢水进入脱气设 备的真空室中。借助于大容量喷射泵，保持真空度13.3Pa并将小流量氧气引入钢水 中,钢水发泡进入真空室，钢水中碳脱氧反应快速进行，因而钢水脱氧。当碳氧反应达 到平衡时,加入像A l这样合适的脱氧剂。为了促进脱氧产物的上浮分离和去除，以及保持脱氧状态的稳定，继续进行脱氧操作，最后调整加A l量。R H脱气后，氧含量 下降到15M0-6以下。该处理工艺是实现悬挂弹簧钢 2000M Pa应力值的一种手 段。2U LTi N（超低氮化钛钢处理工艺4:首先选择原材料，

24、以得到Ti含量（3050 10-6的钢水，然后进行脱气操作，降低氮含量到（4060汉0-6。如果U LO处理 后再进行U LTi N处理（即U LO+U LTi N,钢中氧化物和Ti N夹杂物可大幅度下降， 钢的疲劳极限与真空电弧重熔钢相同，该弹簧钢可制造高强度阀门弹簧。随着机械工业的不断发展，特别是汽车工业的发展，弹簧的发展趋势是轻量化、 大型化。为了适应弹簧的各种工作条件并满足高强度、高寿命的要求，弹簧钢除具有良好的综合性能外，还必须具有良好的内在质量和表面质量。7不锈钢生产工艺技术7.1前言不锈钢在空气、水、酸、盐的水溶液中及其他氧化性气氛中具有很高的化学稳 定性，以其良好的耐蚀性、耐高

25、温性、耐低温性、耐磨损性及外观精美等特征，被广泛应用于宇航、原子能、石油化工、海洋开发及家庭民用等方面。按合金成分大致分为Cr钢和Cr-N i钢两大类。按金相组织分为5个系列，奥氏 体型、铁素体型、奥氏体-铁素铁型（双相型、马氏体型、沉淀硬化型。在 G B1220- 92不锈钢棒中，列出了 64个牌号，奥氏体型33个，如1CU8N政美A STM、日J I S302等，铁素体型7个，如0Cr13A 1（美A STM、日J I S405等,双相型3个，如0Cr26N i5M o2（美 A STM、日 J I S329 等，马氏体型 18 个，如 2CU3庆 A STM、日 J I S420 等，沉

26、淀硬化型3个，如0Cr17N i4Cu4N b（美A STM、日J I S630等。2006年世界不锈钢产量2840万t,中国不锈钢产量跃居世界第一，已达到530万 t,其中300系300.4万t,400系118.5万t,200系81.1万t。2007年世界不锈钢产量 2760万t,同比下降2.9%,中国不锈钢产量720万t,同比增加36%11。7.2性能1奥氏体不锈钢。向Fe-Cr合金中加N i、M n等面心立方品格的元素以扩大丫区到全部消除o-Fe所形成的不锈钢。此类钢无磁性，由于含N i、Cr山东冶金2008年6月第30卷43马氏体不锈钢，向Fe-Cr合金中加入C以扩大丫区，像碳素钢一样

27、使奥氏体转 变为马氏体，其Cr含量13%18%、C含量0.1%1%。此类钢可以通过热处理进行 强化和提高硬度，但其耐蚀性能不如铁素体和奥氏体不锈钢，被广泛用于刀具、刹车片、轴承、汽轮机叶片、结 构件及耐磨器具等。美、日钢种牌号为 400系列。4奥氏体-铁素体不锈钢，由奥氏体和铁素体图6铁素体不锈钢的发展过程高，其耐蚀性能好。由于热处理时无相变，所以不能变硬，但可以通过冷加工而硬 化。用M n或N部分地代替N i是降低此类钢成本的有效办法。此类钢常称为 188 钢(一般为 18%Cr-8%N i、C 00.1麻、日钢种牌号为300系列，典型钢号为304产量高、用途广，具有良好的加工性 能、力学性

28、能、耐蚀性能以及焊接性能。奥氏体不锈钢还包括节锲型200系列钢种。图5为Cr-N i系奥氏体不锈钢的发展过程402铁素体不锈钢。由结构为体心立方品格的o-Fe组成，含Cr量波动于12%30%之间，由于无相变，此类钢不能用热处理的方法进行强化，但可进行冷加工和 退火。铁素体不锈钢具有耐氯化物高应力裂纹腐蚀性能，塑性脆化转变温度很高。由于添加了一些其他元素发展了 许多钢号,使其应用更加广泛。美、日钢种牌号为400系列。图6为铁素体不锈钢的发展过程7。17-4-6M n-N18-5-8M n-NN i低下M n添加N i节约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 耐蚀性 M o 添加耐蚀性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添加高强化耐氧化性耐热性18Cr -8N i C<0.15%耐蚀？耐氧化性耐晶界腐蚀性C量低下C量低下M o添加(440A、440B、440C13Cr C<0.1213Cr <0.08(410L(410(410S耐蚀性焊接性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添加抗蠕变性强度成形性焊接性M o添加S添加C 低下 17Cr C 0.61.2耐蚀性切削性(420J 1、420J 213CrC 0.25 0.10淬硬性C增加耐蚀性Cr增加13CrC<0.1517Cr C<0.12(430(430F特殊钢生产工艺技术概述周建男 2008年第3期52 0 0 8年6月山东冶金第30卷两相组织组成，即在不锈钢中，有 两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不 断形成奥氏体。最终的晶体结构取决于两 类添加元素的相对数量。C r是

32、一种铁 素体形成元素，所以C r在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是 一种竞争关系。因为F e和C r都是铁素体形成元素，所以4 0 0系列不锈钢 是完全铁素体 不锈钢，具有磁性。在把奥氏体形成元素 N i加入到Fe-C r 不锈钢的过程中，随着N 1成分增加，形成的奥氏体也会逐渐增加，直至所有 的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，这样就形成了 3 0 0系列不锈钢。如果 仅添加一半数量的N 1就会形成5 0%的铁素体和，5 0%的奥氏体，这种 结构被称为双相不锈钢。它兼具 有奥氏体和铁素体钢的优点，特点是有良好的耐 蚀性、耐酸性和高的强度。5)沉淀硬化不锈钢，成分与奥氏体型近似， 只

33、是 含N i量较低和添加了少量 A 1 T i C u等元素。奥氏、体不锈钢虽耐蚀 性能好，但不能通过热处理进行强 化，而马氏体不锈钢虽然有较高的强度，但抵抗环境侵蚀的能力较弱，为此对铁基耐蚀合金采用了铝基、镁基和锲基合金上行 之有效的沉淀硬化或时效硬化 方法；由于需要强度，向钢中加了 C ,由此发展了以表2项目钢水条件炉料条件成分控制温度控制脱碳脱硫脱气脱碳时间冶 炼时间AOD 0.3. , C5%8% =0. Si 5%低碳马氏 体为基体进而用沉淀硬化法提高强度的合金。少量合金元素的作用是在热处理时 具有时效强 化能力，能在奥氏体基体中分布着弥散强化相，形成高强系列钢种，可以用做弹簧、垫圈

34、、轴类、汽轮机部 件，高强度容器等要求强度高、 弹性好 的部件。日美、钢种牌号为6 0 0系列。7 . 3生产工艺不锈钢冶炼有3种 方法：采用电炉一步冶炼法，目前很少采用；采用电炉或转炉（电炉为主）A O D与（或V O D等）二步冶炼法（二次精炼）目前常用此，法；三步 法，即电炉+转炉顶底复合吹炼（或AOD） +VOD也被用于冶炼不锈 钢。其AOD与VOD精炼不锈钢的优劣性比较见表 2。不锈钢连铸， 采用 了泡沫陶瓷过滤器技术（用于中间包堰坝上）中间包加、热技术、无氧化浇注 技术、结晶器液面高度自动控制 技术、电磁搅拌技术（结晶器内电磁搅拌 M - EMS、二次区电磁搅拌 S E M S,凝

35、固未端电磁搅拌 F E M S）等以 及薄板坯连铸技术。热轧板带主要采用炉 卷轧机、行星轧机、热连轧机等。冷轧 板带主要采用4辗冷轧机、多辗冷轧机（如Z R 2 0森吉米尔轧机）、冷连 轧机等。棒、线材轧制一般选用无扭连轧机， 连续退火、酸洗等。VOD 0 .0. ,C3%5%=0. S13%炉料条件有要求，低碳铭铁、 锲板、金属钻等 操作自动控制较为困难 真空下控制较为困难 只有在炼特低碳L C级）（E和特低氮级钢种时才有经济性=0 . S 0 1 %脱气能力好， 出钢时不吸气，<1X10 6,H（10 0-150） N< MO 6,0（30 80）< XLO 6 4565

36、 m in 90m in约9 1 %真空下相当于 A O D 1 /以下的氮气，1 0但耗用2 2 5 kg/ t 的高压蒸汽；较低的还原硅消耗； 较高的耐材消耗A O D与V O D精炼不锈 钢的优劣性比较入炉合金所含的C、N均无要求，S、廉价的铭铁、锲铁、 氧化锲、钻铁和各种受污染的废钢均可使用 操作控制方便，可由智能系统自动设 定和跟踪用吹气比例、速率及加冷却剂和发热剂控制，可由智能电子系统精确设定可获得超低碳 级）（L和特低碳LC级）（E脱硫能力好，<0. S0 0 5 % -001%脱气能力好，但出钢时吸气，< 2 XI 0 6 , HN<300 X1 0-6, （

37、30 80）<O XLO 6 2035m i n 6 5 m i n 5 %总金属回收率约9 7 .操作费用熔化废钢适应性可 靠性设备费耗用1 01 6 m 3/ t的氮气，k g/ 1 0 t的还原硅1 0 %2 5 %除不锈钢精炼外，也可用于低合金钢、 工具钢、硅钢和其他各种 高合金的冶炼，特别适用配合连铸机生产无不锈钢精炼及其他钢的真空脱气处 理，与连铸机 配合生产较困难 真空系统维护困难， 在线率低 较昂贵易维护，在 线率高为VOD的2/3用转炉和R H O B精炼炉联合即LD -R H O B法，精炼不锈钢工艺分5步（见图7）用K R脱硫处理、：转炉熔炼、 出钢和排渣、钢水重回

38、转炉熔炼、 真空吹氧脱碳脱氧。不锈钢带材生产工艺流程 如下：1 ）热轧带钢：电炉或转炉一精炼炉 （AOD或VOD或RHO B）连铸检查修磨 （需要时）热带轧制酸、碱洗热处理热轧带钢 成品。2）冷轧带钢：冷轧带坯-连续退火和酸洗或收 卷和切边-或（冷轧- 修磨）-冷轧-连续退火和酸 洗或光亮退火-或（冷轧-连续退火和酸洗或光亮 退火）精轧精整冷轧带成品。6周建男K R处理氧化期出钢排渣脱硫分渣脱磷氧特殊钢生产工艺技术概 述铭熔化期循环脱气处理脱碳，脱氧铭铁溶化氧高碳铭铁氧2 0 0 8年第3 期缝隙腐蚀等应用方面进入了一个新的阶段。3 ）超级双相不锈钢。该类钢是 20世纪8 0年代后期发展起来的

39、， 牌号主要有SAF2507、R52N、UZe ronlOO 等，其特点是含 C量低01%0.（0.02%）含，有高M o和高N （M o %、<0 .）钢中铁素体相 N 3 % ,铁水 废钢RH OB法含量占4 0%4 5% ,具有优良的耐腐蚀性能。4）超级 马氏体不锈钢。属于可硬化的不锈钢， 具有高的硬度、强度和耐磨性能，但韧性 和焊接性较差。普通马氏体不锈钢缺乏足够的延展性，在变形过程中对应力十分 敏感，冷加工成形比较困难。 通过降低含碳量，增加锲含量，可获得超级马氏 体不锈钢。近年来，各国在开发低碳、 低氮超级马氏体钢方面投 入很大，研究 出一批不同用途的超级马氏体钢。 超级马氏

40、体钢已在石油和天然气开采、 储运设 备、水力发电、化工及高温纸浆生产设备上得到广泛应用。5）功能性不锈钢。随市场需求的变化， 各种具有特殊用途和特殊功能的不锈钢不断出现。如新型医用无N i奥氏体不锈钢材料主要为 C r N i奥氏体不 锈钢（如3 1 6 L等），具有很好的生物相容性，含有 13%15%的NiNi是一种致 敏因子，。且对生物体有 致畸、致癌等危害。含N 1植入不锈钢在体内长期使 用，会逐渐被破坏而释放出 N 1离子。当N 1离子在植 入人体附近组织中富集 时，可诱发毒性效应，发生细胞破坏和发炎等不良反应。中国科学院金属研究所 开发的C rM n -N型医用无N i奥氏体不锈钢，

41、经过生物相容性试验，性 能优于目前临床使用的 C rN 1奥氏体不锈钢（3 16L） 再如抗菌不锈 钢，。随着人们生 活水平的提高，人们对所处的环境和自身的健康越 来越重视， 这促进了抗菌材料的研究与开发。1 9 8 0年以来，以日本为代表的发达国家在家用电器、食品包装、日用品、洗浴设备等方面开始研究应用抗菌材 料。日新 制钢株式会社和川崎钢铁公司分别研究出 了含C u和含A g抗菌不锈钢，含C u抗菌不锈钢是 在不锈钢中加入0 .1 .的C u ,并采取特殊热5 % 0 % 处理，使不锈钢自表面到内部均匀弥散 £ C U析出物，起到抗菌作用。这种含 C u抗菌不锈钢适合应用于高级厨

42、房用具等系列产品以及其他要求高加工性 和抗 菌性等的产品。A g抗菌不锈钢对大肠杆菌和 加黄色葡萄球菌等均具有很高的 抗菌效果，特别是在加工研磨或者表面受磨损时，这种材料能始终保持 良好的抗 菌效果。6）氮合金化不锈钢。N 作为合金元素加入不锈 钢中，可提高奥氏体稳 定性，平衡双相钢中相的比 例，在不影响钢的塑性和韧性的情况下提高钢的强 度 和耐蚀性，并可部分代替不锈钢中的 N i o在双相 钢中，延缓金属间化合物 弥散析（下转第1 2页）N 7图7转炉R H O B法精炼不锈钢过程7. 47. 14.钢种的发展趋势 节锲型不锈钢N 1系不锈钢目前占世界不锈 钢产量的2 / 3 ,我国占8 0

43、%左右。1资源短缺及昂贵，1 r系不锈钢价格 N N C随N 1价变化而变化。因此， 应大力发展无N 1和低N 1铁素体不 锈钢、rM n奥氏体不锈钢和双相不锈钢。CN i在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶 体结构。在不锈钢中增加N 1的一个主要原因就是形 成奥氏 体晶体结构，从而改善可塑性、 可焊接性和韧 性等不锈钢的属性，所以 N i被 称为奥氏体形成元 素。然而，1并不是唯一具有此种性质的元素。N常见的奥氏体形成元素有：iC、n、 u。N、NMC虽然添加M n对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加 M n可以使更多的N溶解到不锈钢中，N正是一 种非常强 而的奥氏体形成元素。2 0 0系

44、列的不锈钢中， 在正是用 足够的M n和N来代替N 1形成1 0 0 %的奥氏体结 构，1的含量越低，N所需要加 入的M n和N数量就越高。例如在2 0 1型不锈钢中，只含有4 .的N i 同时5 % ,含有6. 00%Mn、 25%的N,这也是2 0 0系列不锈钢 0.的形成原理。在有些不符合标准的 2 0 0系列不锈钢 中，由于不能加入足够 数量的M n和N ,为了形成10 0%的奥氏体结构，人为地减少了 C r的加 入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。7. 2 4.超级不锈钢 根据不锈钢材料的显微组织特点，超级不锈钢 分为超级铁素体不锈钢、 超级奥氏体不锈 钢、超级马 氏体不锈钢和

45、超级双相不锈钢等几个类型。1)超级奥氏体不锈钢。在普通奥氏体不锈钢的 基础上，通过提高合金的纯度，提高有益元素r、 (CMo)的数量，降低C含量，防止析出C r 2 3c 6造成品间腐蚀，获得良好 的力学性能、工艺性能和耐局部腐 蚀性能，并替代了 Ti稳定化不锈钢。2) 超级铁素体不锈钢。继承了普通铁素体不锈钢强度高、抗氧化性好、抗应力腐蚀 优良等特点，同时改善了铁素体不锈钢的延性一脆性转变、对晶间腐蚀较敏感和 焊态的低韧性等局限性。采用精炼技 术，降低C和N含量，添加稳定化和焊缝 金属韧化元素，可获得高C r、o且超低C、的超级铁素体不 MN锈钢， 使铁素体不锈钢在耐腐蚀、耐氯化物的点蚀和2

46、008 年 6 月 1975,(11) 2589 2603.61:山东冶金第 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卢庆华，陈立功，倪纯真，振动焊接技术在大型焊接构件中 等.的应用. J焊接学 报，（2） 92 94.2 0 0 7:22栗卓新，刘秀龙，李虹，高强钢焊材及焊接性的国内外研究 等.进展. J新技术新工艺，（5） 16 1 8. 2 0 0 7:23胡强，熊第京，史

48、耀武.微量元素对自保护药芯焊丝熔敷金属韧性的影响. J 焊接，（2） 15 18.2002:24温家伶，王强，陈明清，自保护药芯焊丝研究的现状.等.J武汉理 工大学学报（交通科学与工程版）2002, （6） 733 736. , 26:11章小浒，李晓燕.大焊接线能量石油储罐用钢的开发与应用. J 压力容器，2 0 0 3,（1） 16 19.20:12林谦次，高宏适.储罐、压力容器用高性能钢板. J鞍钢技术，2 0 0 6 （1 ） 5 7 - 6 2.:13郭桐，韦明，侯彩霞，改善大线能量焊接韧性的冶炼技术研等.究. J 宽厚板，（2）1 9 - 2 1.2 0 0 7:14陈晓，卜勇，张

49、莉勤，大线能量低焊接裂纹敏感性钢性能及 等.组织研究. J钢铁研究，（6） 2125.2002:15张莉芹，袁泽喜，陈晓，大线能量低焊接裂纹敏感性钢的焊 等.一热影响区强韧性机理研究. J 焊接技术，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习天辉，陈晓，袁泽喜.大线能量焊接用钢热影响区组织和性能的研究进展.J 特殊钢， （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