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特殊钢生产工艺技术


特殊钢一般是指具有特殊机能或特殊用途的钢种。其与普通钢比拟具有更高的强度和韧性、物理机能、化学机能、生物相容性和工艺机能。因其机能特殊,决定了它在国民经济及军事产业中据有极其重要的地位。因此,在出产制造殊钢时,就需要采用特殊的工艺装备技术来实现特殊的化学成分、特殊的组织和机能。

特殊钢的定义在国际上没有明确划定,各国特殊钢的统计分类不完全相同。我国特殊钢定义与日本、欧洲相近,包括优质碳素钢、合金钢、高合金钢三大类,通常展开为优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、轴承钢、弹簧钢(碳素弹簧钢和合金弹簧钢)、耐热钢和不锈钢。因为高温合与精密合金在特殊钢厂出产,也将这两种合金纳入特殊钢的行列之中统计[1]。在特殊钢领域,除优质碳素结构钢、碳素工具钢和碳素弹簧钢外,其余均为合金钢,合金钢约占特殊钢的70%。目前,世界上特殊钢有近2000个牌号、约50000个品种规格、数百个检修尺度。随着科学技术的发展,对特殊钢产量及品种的需要日益扩大,对质量的要求也越来越严格、苛刻。近年来,围绕进步特殊钢机能、质量、品种、效率,降低特殊钢成本、节能降耗、环境友好等方面采用了一系列新技术、新工艺、新装备,使得特殊钢的洁净度、平均度、组织细化度和尺寸精度等有了很大进步。

特殊钢出产工艺流程主要有3种:

1)电炉流程(即短流程):电炉—二次精炼—连铸—轧制。

2)转炉流程(长流程):高炉—铁水预处理—转炉—二次精炼—连铸—轧制。

3)特种冶金:特种冶炼(如真空感应熔炼、冷坩埚熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等)—铸造或轧制。

这里要指出的是有些钢种的出产至今还必需走模铸—开坯—轧制或铸造的工艺流程。因早期特殊钢主要采用电弧炉工艺冶炼,习惯上形成了特殊钢一定要用电炉冶炼,特殊钢厂就是电炉钢厂。而客观事实上也的确存在电炉只有出产特殊钢才可以有好的经济效益,特殊钢只能由电炉冶炼。这主要是因为早期电炉炼钢的特点和特殊钢本身的性质所决定的:1)电炉用废钢中有可利用的合金元素;2)电炉炼钢是靠电弧进行加热的,其温度远远超过2000℃,且钢水温度可长时间地******控制,这样电炉炼钢在难熔合金冶炼、合金化成分及工艺柔性等方面较转炉炼钢有无比的优胜性;3)不足是炼钢周期长,出产效率低,本钱高(废钢、电价昂贵),炉容小,易增碳、吸氮等。刚好特殊钢产品有合金含量高、多品种、小批量、附加值高等特点,早期用电弧炉炼特殊钢达到了扬长避短的目的。同时人们也一直以为转炉就主要是用来炼普通钢。但是,1)转炉利用纯铁水冶炼特殊钢更纯净;2)废钢中的残余元素难以去除;3)炉外精炼技术的进步使转炉冶炼特殊钢的能力增强。

随着社会废钢资源的积累,直接还原技术的开发,电力产业的发展,电弧炉炼钢技术(大容积电炉、超高功率电炉等)和炉外精炼技术的飞速发展,特别是电炉出钢时间的缩短,能与连铸时间良好的匹配,使多炉连浇得以实现,电炉钢厂越来越多地出产普通钢,而转炉钢厂越来越多地炼特殊钢。电炉炼钢、转炉炼钢两种方法,不管是炼特殊钢仍是炼普通钢,从质量上和经济上越来越接近。因为宇航、导弹、火箭、原子能、海洋电子等产业的发展,对所需要的金属或合金质量、机能、可靠性、不乱性等的要求越来越高,电弧炉,转炉冶炼的钢质量很难知足这些要求,所以必需使用特种冶金技术。特种冶金包括:真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔、电子束熔炼、等离子熔炼等。难熔金属(钨、钼、铌、钽)及活泼金属(钛及钛合金,包括钛、铝金属间化合物等)用真空电弧重熔、电子束熔炼以及冷坩埚感应熔炼等方法来制备;高温合金、精密合金以及某些对质量要求很高的合金钢用真空感应熔炼、电渣重熔、真空电弧重熔等方法来出产。

真空冶金(VacuumMetallurgy)区别于大气下的冶金过程,广义包括:真空脱气、真空熔炼、真空熔铸、真空蒸馏、真空分解、真空烧结、真空热处理、真空焊接和真空镀膜等。

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