合金鋼冶煉第一章

合金鋼冶煉

田俊Tel：183-6262-1026Email：jtian@21.1分類1.2合金鋼的發(fā)展趨勢1.3生產(chǎn)概況1.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點1.5冶煉工藝第一章總論第一章總論3合金鋼：為了改善鋼的某些性能加入一定數(shù)量的某種

或幾種合金元素得到的鋼，統(tǒng)稱為合金鋼。某些性能:強度（高溫強度、硬度、且持久）；韌性（低溫韌性，－40℃以下）；抗氧化性（耐腐蝕性）；磁性或無磁性；工藝性能（冷墩性、切削性能）。1.1分類4合金元素：除Fe、C外。GB221-61規(guī)定了24個基本元素B、N；Al、Si、P、S；Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu；Zr、Nb、Mo；Ta、W、RE。1.1分類5一定數(shù)量：鋼中五大元素C、Si、Mn、P、S；[Si]>0.4%、[Mn]>0.8%時才稱為合金元素；C、Si、Mn、P、S控制在很窄的范圍也稱特殊鋼；滲碳鋼歸于特殊鋼；微合金鋼：在普通軟鋼和普通高強度低合金鋼基體化學成分中添加了微量合金元素(主要是強烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的鋼，合金元素的添加量不多于0.20％；氮化普碳鋼。61.1分類分類方式名稱合金成分含量低合金鋼：總含量小于等于5%中合金鋼：總含量在5%~10%之間高合金鋼：總含量大于等于10%品質(zhì)優(yōu)質(zhì)鋼：[S]≦0.04%[P]≦0.04%高級優(yōu)質(zhì)鋼：[S]≦0.03%

[P]≦0.035%冶煉方法平爐（淘汰）電爐轉(zhuǎn)爐合金鋼的分類7分類方式名稱退火狀態(tài)亞共析鋼：C

0.0218~0.77%共析鋼：C

0.77%過共析鋼：C

0.77~2.11%萊氏體鋼：C

0.77~2.11%正火狀態(tài)珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼奧氏體鋼無相變或者部分相變鐵素體鋼奧氏體鋼復相鋼鋼合金鋼的分類1.1分類81.1分類91.1分類按用途分類合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊用途鋼機械制造用鋼超高強度鋼彈簧鋼軸承鋼刀具鋼量具鋼模具鋼高速工具鋼一般刀刃鋼冷作模具鋼熱作模具鋼不銹耐酸鋼耐熱鋼電工鋼低溫用鋼合金鋼的分類101.1分類鋼號的表示方法：國際化學元素符號或本國字母表示的化學成分，并用阿拉伯數(shù)字表示主要元素的含量：中國，德國，波蘭等。中國：60Si2Mn，德國：60SiCr7固定位數(shù)的阿拉伯數(shù)字(或中間或前面加一個字母)表示鋼類、系列和鋼號：捷克、瑞典、美國等。沒美國：9260，瑞典：SKF3拉丁字母表示產(chǎn)品用途或種類，用阿拉伯數(shù)字或羅馬數(shù)字表示序號：日本等。日本：SUP7具有共同特征的鋼種歸于一類，但不可能把每種鋼的特征表示出來，所以用鋼號來區(qū)分。111.1分類我國合金鋼編號方法：化學元素：漢字或國際化學元素符號。冶煉、用途、澆注方法：漢字或拼音字母縮寫。合金結(jié)構(gòu)鋼：鋼號開頭兩位數(shù)字表示碳含量（平均碳含量萬分之幾），主要合金元素以百分之幾表示，平均含量<1.5%時不標明。

18Cr2Ni4W：C0.18%,Cr2%,Ni4%,W<1.5%專門用途的合金結(jié)構(gòu)鋼，鋼號冠以用途符號。鉚螺專用的30CrMnSi鋼號表示為:

ML30CrMnSi。12滾動軸承鋼：鋼號冠以字母G，表示滾動軸承鋼。碳含量不標出（均～1％），鉻含量以千分之幾表示。GCr15:C1.0%,Cr1.5%。不銹鋼和耐熱鋼:鋼中碳含量以千分之幾表示，如2Cr13：C0.2%；若鋼中碳含量≤0.08％及0.03％，則在鋼號前冠以0或00，如0Cr13，00Cr18Ni10。鋼中Cr、Ni等主要合金元素含量以百分之幾表示。1.1分類13合金工具鋼和高速工具鋼（包括高錳鋼）：合金工具鋼平均碳含量≥1.0％時，不標出碳含量；當平均碳含量＜1.0％，以千分之幾表示。合金元素含量的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同。

Cr12MoV：C1.45~1.70%，Cr12%，W、V

<1.5%；

9Mn2V：C0.85~0.95%，Mn1.7~2.0%高速工具鋼一般不標出碳含量，只標出合金元素的平均含量。

W18Cr4V：C0.70~0.80%，W17.5~19.0%，Cr3.8~4.4%，V1.0~1.4%。1.1分類14電工硅鋼：鋼號開頭字母DR表示電工用熱軋硅鋼，DW表示電工用冷軋無取向硅鋼，DQ表示電工用冷軋取向硅鋼。字母之后的數(shù)字表示典型產(chǎn)品的最大單位鐵損值（W/kg×10）。

DW15，最大單位鐵損P10/50為1.5W/kg。1.1分類151.2合金鋼的發(fā)展趨勢合金鋼生產(chǎn)的進步及發(fā)展趨勢:專業(yè)化分工越來越細；質(zhì)量高級化、穩(wěn)定化、品種多樣化；冶煉設備向大型化、高功率化、直流化方向發(fā)展，冶煉工藝不斷強化；轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)合金鋼的比例增大；爐外精煉、噴射冶金技術(shù)迅速發(fā)展；合金鋼連鑄的比例不斷提高；后步工序的技術(shù)不斷完善和發(fā)展。1.2合金鋼的發(fā)展趨勢1621世紀應該開發(fā)具有如下特征的合金鋼:(1)高性能:高強高韌鋼(超高強度鋼、管線鋼)

、長壽命鋼(耐延遲斷裂鋼、耐疲勞鋼)(2)復合化:防震鋼板、復合耐蝕鋼、復合裝

甲鋼。(3)微合金化:微合金鋼(低碳鋼、中碳鋼或高

碳鋼)。(4)功能化:形狀記憶鋼、阻尼鋼、儲氫鋼。1.2合金鋼的發(fā)展趨勢171.3生產(chǎn)概況1.3.1我國合金鋼產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀1.3.2我國與世界特殊生產(chǎn)發(fā)展的差距181.3生產(chǎn)概況1.3.1我國合金鋼產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀冶金工業(yè)的一項重要方針就是大力發(fā)展合金

鋼和低合金鋼?！耙赃B鑄為中心”的發(fā)展方針。我國合金鋼生產(chǎn)分別由特鋼企業(yè)、普鋼企業(yè)

、地方及其它企業(yè)等三種類型企業(yè)承擔，

全國優(yōu)質(zhì)鋼（包括特殊鋼）產(chǎn)量約占全國

鋼產(chǎn)量的30％左右，其中合金鋼產(chǎn)量約占5-6％左右。191.3生產(chǎn)概況2001年我國特殊鋼企業(yè)鋼材年產(chǎn)量201.3生產(chǎn)概況1980-2001年我國鋼結(jié)構(gòu)變化情況圖211.3生產(chǎn)概況我國特鋼企業(yè)主要特鋼品種生產(chǎn)變化221.3生產(chǎn)概況2001年我國特鋼企業(yè)鋼材品種比重231.3生產(chǎn)概況1.3.2我國與世界特殊生產(chǎn)發(fā)展的差距（1）合金鋼比偏低（圖）；（2）合金鋼產(chǎn)品質(zhì)量不高（如軸承鋼表）；（3）合金鋼結(jié)構(gòu)不盡合理（圖）；（4）合金鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備和技術(shù)經(jīng)濟指標比較落后（圖）；（5）合金鋼生產(chǎn)集約化程度低、專業(yè)化分工的格局遠未形成（圖）；（6）合金鋼滿足率低，每年需大量進口。241.3生產(chǎn)概況2001年重點特鋼企業(yè)主要鋼種比重情況251.3生產(chǎn)概況中國與國外軸承鋼質(zhì)量對比分析國內(nèi)現(xiàn)狀國外水平精煉比60％精煉比＞95％[O]9-13ppm;[N]80ppm[O]5-10ppm;[N]＜60ppm[S]0.015-0.025%;[P]0.020-0.030%[S]＜0.005%;[P]＜0.010%顆粒大、集中、不合格率高夾雜物：細小、彌散帶狀碳化物較明顯，網(wǎng)狀時有發(fā)生碳化物：細小、均勻、彌散表面裂紋嚴重，脫碳超標時有發(fā)生表面質(zhì)量潔凈、無裂紋、劃傷彎曲率：4mm/m彎曲率：2mm/m尺寸精度：±0.3-0.6尺寸精度：±0.1-0.2殘留[Ti]20-30ppm殘留[Ti]＜10ppm探傷：較少采用探傷：四種儀器4-6次連鑄比50-60％連鑄比＞90％軸承使用壽命：為國外的1/3左右軸承使用壽命：假定為1261.3生產(chǎn)概況中國與日本特殊鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對比分析日本中國271.3生產(chǎn)概況中國與日本特殊鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對比分析日本中國281.3生產(chǎn)概況我國特殊鋼生產(chǎn)裝備水平情況圖291.3生產(chǎn)概況我國齒輪鋼和彈簧鋼生產(chǎn)情況齒輪鋼彈簧鋼301.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點1.4.1質(zhì)量特點1.4.2提高鋼質(zhì)量的新技術(shù)1.4.3生產(chǎn)特點討論質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點需考慮的兩個因素：性能要求合金元素的加入311.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點對不同的鋼種，有不同的質(zhì)量要求，也會出現(xiàn)不同的質(zhì)量問題。優(yōu)良的性能高的使用壽命質(zhì)量要求：化學成分組織結(jié)構(gòu)成分穩(wěn)定控制高的潔凈度穩(wěn)定的產(chǎn)品尺寸良好的鑄態(tài)組織1.4.1質(zhì)量特點321.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點合金鋼的質(zhì)量的要求和質(zhì)量問題鋼種質(zhì)量要求質(zhì)量問題軸承鋼高的接觸疲勞壽命非金屬夾雜物（尤其是氧化物）和碳化物偏析有十分嚴格的要求。不銹鋼耐腐蝕性表面質(zhì)量問題突出。高速工具鋼高的硬度、耐磨性和紅硬性容易出現(xiàn)鑄態(tài)碳化物偏析和裂紋。熱作模具鋼抗高溫氧化能力和疲勞壽命有較高的要求若鋼中碳含量較高，會導致熱脆。電工硅鋼良好的電磁性能電磁性能不合格和高硅引起的熱加工裂紋。合金結(jié)構(gòu)鋼良好的綜合力學性能含硼結(jié)構(gòu)鋼，由于“有效硼”量不易控制，有時淬透性不合格；鉻錳鈦結(jié)構(gòu)鋼和含鋁結(jié)構(gòu)鋼，鋼液中非金屬夾雜不易分離浮出，常常產(chǎn)生低倍缺陷和表面質(zhì)量問題。331.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點ULO、RH和不經(jīng)過真空脫氣處理的鋼的氧含量與疲勞性能軸承壽命與鋼中氧含量的關(guān)系超低氧精煉技術(shù)1.4.2提高鋼質(zhì)量的新技術(shù)341.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點鋼中夾雜物數(shù)量與全氧含量關(guān)系超低氧精煉技術(shù)鋼中鋁氧平衡示意圖351.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點各種精煉方式及結(jié)晶器中T[O]與鋼包頂渣中(FeO+MnO)含量的關(guān)系還原處理前后渣中(FeO)含量36超低TiN技術(shù)不同冶煉方法下SUP12彈簧鋼的夾雜物尺寸分布情況經(jīng)幾種不同精煉工藝處理的鋼的疲勞極限37夾雜物尺寸對疲勞性能的影響夾雜物變性技術(shù)夾雜物不變形指數(shù)與其Al2O3含量的關(guān)系38夾雜物變性技術(shù)CaO?Al2O3?SiO2平衡圖及夾雜物形態(tài)39夾雜物成分與疲勞壽命的關(guān)系夾雜物變性技術(shù)40控軋控冷工藝各個階段的顯微結(jié)構(gòu)變化控軋控冷技術(shù)411.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點（1）品種規(guī)格多，質(zhì)量要求高：板、帶、棒、型、絲、管等；低倍、高倍、機械、物理、工藝、化學；（2）生產(chǎn)方法多：電爐、轉(zhuǎn)爐、電渣爐、感應爐、真空感應爐、真空自耗爐、電子束爐、等離子爐等。（3）工藝不斷更新：爐外精煉、噴射冶金、特殊的合金元素添加法、合金鋼連鑄、粉末冶金等。（4）生產(chǎn)流程復雜。如：無取向硅鋼生產(chǎn)流程(圖)。1.4.3生產(chǎn)特點421.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點431.5冶煉工藝合金鋼冶煉工藝的選擇原則有以下幾條：（1）鋼種的特點和質(zhì)量要求（基礎）（2）生產(chǎn)效益與經(jīng)濟效益（3）結(jié)合實際條件總的原則：高效、優(yōu)質(zhì)、低消耗（即尋求最佳化

工藝路線）1.5冶煉工藝44日本大同特殊鋼的超純潔彈簧鋼生產(chǎn)工藝彈簧鋼的冶煉工藝1.5冶煉工藝45日本神戶制鋼彈簧鋼生產(chǎn)工藝流程彈簧鋼的冶煉工藝1.5冶煉工藝46

日本住友金屬彈簧鋼生產(chǎn)工藝流程彈簧鋼的冶煉工藝1.5冶煉工藝471.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點鞍鋼冷軋無取向硅鋼生產(chǎn)流程圖481.4質(zhì)量特點和生產(chǎn)特點圖

超低氧鋼生產(chǎn)典型工藝流程超低氧精煉技術(shù)RH-SCS裝置示意圖不同精煉工藝鋼中的全氧含量49科學性：1、最大的吸嘴內(nèi)徑獲得最大的循環(huán)量；2、最長的氣泡路徑獲得最大的攪拌功；3、設備簡單、操作方便；4、插入管壽命長、氬氣及蒸氣消耗少，操作成本低；5、真空室內(nèi)渣鋼反應強烈。可以充分利用鋼包內(nèi)覆蓋渣。單嘴精煉爐技術(shù)50目前所體現(xiàn)出的效果

(1)高的插入管壽命；

(2)低的氬氣消耗量；

(3)很少的噴濺；

(4)高的脫碳速率；

(5)