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特殊钢的技术进展
2010/9/21 12:55:15 来源:51网络采购 点击:795次
内容摘要:一般认为,特殊钢是具有特殊的化学成分(合金化)、采用特殊的工艺生产
一般认为,特殊钢是具有特殊的化学成分(合金化)、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。与普通钢相比,特殊钢具有更高的强韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。美国特殊钢(specialty steel)包括了不锈钢、工模具钢、电工钢和高温合金等。中国特殊钢的内涵与日本相近,包括了优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢、高速工具钢、耐热和不锈钢、高温合金钢和精密合金钢等。
  在特殊钢中,除了优质碳素结构钢、碳素弹簧钢和碳素工具钢外,其余均为合金钢。一般合金钢约占特殊钢生产量的70%。目前世界上有近2000个特殊钢牌号、约50000个品种规格、数百个特殊钢材料、品种规格和检验标准。

  特殊钢因性能多样化和服役性能优良,故其在能源开发、交通运输、石油化工、机电制造、轻工纺织、食品饮料、医药卫生、信息技术、日常生活、国防军工等诸多领域得到应用。特殊钢是在不断地满足用户高性能和低成本要求中逐渐发展起来的。近年来,高技术含量和高附加值的特殊钢品牌成为特钢企业优先开发和生产的品种。

  与普通钢相比,特殊钢具有高纯净度、高均匀性、超细组织和高精度等特点。

  1)高纯净度

  有针对性降低钢中气体和夹杂物(含低熔点金属夹杂物)的含量。钢的纯净度提高到一定程度,不但可大幅度提高钢的原有性能,还可赋予钢以新的性能。例如:轴承钢中w[O]从30*10-6降低到5*10-6,则轴承寿命提高30倍;通用奥氏体不锈钢中的w[P]降低到3*10-6,则对应力腐蚀免疫;纯铁中夹杂物降低到一定程度后将变成不锈铁。目前工业生产所能达到的钢的纯净度水平(*10-6):w([H])≤1,w([O])≤5,w([C])≤10,w([S])≤10,w([N])≤15,w([P])≤25。

  2)高均匀性

  钢的成分偏析导致钢组织、性能的不均匀,这是钢制零部件提前失效以及钢性能潜力难以充分发挥的重要原因之一。现代生产工艺应使钢的均匀性达到:轿车齿轮钢淬透性带为±3HRC;对合金元素精确控制水平为C、Ni、Mo质量分数±0.01%,Mn、Cr质量分数±0.02%;轴承钢淬火后的晶粒度为球形且尺寸波动(0.8±0.2)μm;抗层状撕裂钢(z向钢)的纵向、横向和厚度方向的力学性能,特别是塑、韧性要求在体上相当。

  3)超细组织

  超细组织强化是惟一增加钢强度而不降低韧性或使韧性略有增加的强化机制。例如,高强度不锈钢AFC77的晶粒从60μm细化到2.3μm,则断裂韧性KIC从100增加到220MPa·m1/2。核反应堆压力容器钢板为粗晶时,其辐照脆化温度范围为150-250℃,而细晶钢降到50~70℃。轴承钢中的碳化物尺寸0.5μm和氧化物尺寸≤5μm,则轴承寿命大幅提高。

  4)高精度

  特殊钢材要有良好的表面质量和窄的尺寸公差。热轧钢棒的精度已达±0.1mm,热轧板卷的厚度公差达±(0.015-0.05)mm,而冷轧板卷的厚度公差已达±0.003mm。高精度有利于加工出高质量的零部件。

  长期以来,电弧炉是特殊钢冶炼的主要设备。现在既可用电弧炉短流程(UHP电弧炉→炉外精炼→连铸→连轧→精整),也用可转炉流程(高炉→铁水预处理→复吹转炉→炉外精炼→连铸、连轧→精整)生产特殊钢。

  在日本和德国等工业发达国家用转炉流程生产特殊钢的数量已占特殊钢总产量的50%-60%。生产高质量特殊钢的关键是精料、精炼、无缺陷连铸、高精度轧制、在线性能检测和精整技术。不同类型特殊钢可根据质量要求和具体情况选用不同类型的炉外精炼技术。就是同一钢类,因牌号不同也可采取不同的精炼方法。

  通用不锈钢精炼一般选项用氩氧炉,而超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢采则用真空吹氧脱碳法。高纯净度轴承钢一般用钢包精炼炉加真空循环脱气法,而合金结构钢一般采用钢包精炼炉即可。大部分特殊钢(约80%)可应用连铸工艺生产,但超高强度钢、高速钢、合金工具钢等高合金钢则用模铸工艺生产
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