合金钢冶炼第一章

合金钢冶炼

田俊Tel：183-6262-1026Email：jtian@21.1分类1.2合金钢的发展趋势1.3生产概况1.4质量特点和生产特点1.5冶炼工艺第一章总论第一章总论3合金钢：为了改善钢的某些性能加入一定数量的某种

或几种合金元素得到的钢，统称为合金钢。某些性能:强度（高温强度、硬度、且持久）；韧性（低温韧性，－40℃以下）；抗氧化性（耐腐蚀性）；磁性或无磁性；工艺性能（冷墩性、切削性能）。1.1分类4合金元素：除Fe、C外。GB221-61规定了24个基本元素B、N；Al、Si、P、S；Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu；Zr、Nb、Mo；Ta、W、RE。1.1分类5一定数量：钢中五大元素C、Si、Mn、P、S；[Si]>0.4%、[Mn]>0.8%时才称为合金元素；C、Si、Mn、P、S控制在很窄的范围也称特殊钢；渗碳钢归于特殊钢；微合金钢：在普通软钢和普通高强度低合金钢基体化学成分中添加了微量合金元素(主要是强烈的碳化物形成元素，如Nb、V、Ti、Al等)的钢，合金元素的添加量不多于0.20％；氮化普碳钢。61.1分类分类方式名称合金成分含量低合金钢：总含量小于等于5%中合金钢：总含量在5%~10%之间高合金钢：总含量大于等于10%品质优质钢：[S]≦0.04%[P]≦0.04%高级优质钢：[S]≦0.03%

[P]≦0.035%冶炼方法平炉（淘汰）电炉转炉合金钢的分类7分类方式名称退火状态亚共析钢：C

0.0218~0.77%共析钢：C

0.77%过共析钢：C

0.77~2.11%莱氏体钢：C

0.77~2.11%正火状态珠光体钢贝氏体钢马氏体钢奥氏体钢无相变或者部分相变铁素体钢奥氏体钢复相钢钢合金钢的分类1.1分类81.1分类91.1分类按用途分类合金结构钢合金工具钢特殊用途钢机械制造用钢超高强度钢弹簧钢轴承钢刀具钢量具钢模具钢高速工具钢一般刀刃钢冷作模具钢热作模具钢不锈耐酸钢耐热钢电工钢低温用钢合金钢的分类101.1分类钢号的表示方法：国际化学元素符号或本国字母表示的化学成分，并用阿拉伯数字表示主要元素的含量：中国，德国，波兰等。中国：60Si2Mn，德国：60SiCr7固定位数的阿拉伯数字(或中间或前面加一个字母)表示钢类、系列和钢号：捷克、瑞典、美国等。没美国：9260，瑞典：SKF3拉丁字母表示产品用途或种类，用阿拉伯数字或罗马数字表示序号：日本等。日本：SUP7具有共同特征的钢种归于一类，但不可能把每种钢的特征表示出来，所以用钢号来区分。111.1分类我国合金钢编号方法：化学元素：汉字或国际化学元素符号。冶炼、用途、浇注方法：汉字或拼音字母缩写。合金结构钢：钢号开头两位数字表示碳含量（平均碳含量万分之几），主要合金元素以百分之几表示，平均含量<1.5%时不标明。

18Cr2Ni4W：C0.18%,Cr2%,Ni4%,W<1.5%专门用途的合金结构钢，钢号冠以用途符号。鉚螺专用的30CrMnSi钢号表示为:

ML30CrMnSi。12滚动轴承钢：钢号冠以字母G，表示滚动轴承钢。碳含量不标出（均～1％），铬含量以千分之几表示。GCr15:C1.0%,Cr1.5%。不锈钢和耐热钢:钢中碳含量以千分之几表示，如2Cr13：C0.2%；若钢中碳含量≤0.08％及0.03％，则在钢号前冠以0或00，如0Cr13，00Cr18Ni10。钢中Cr、Ni等主要合金元素含量以百分之几表示。1.1分类13合金工具钢和高速工具钢（包括高锰钢）：合金工具钢平均碳含量≥1.0％时，不标出碳含量；当平均碳含量＜1.0％，以千分之几表示。合金元素含量的表示方法与合金结构钢基本相同。

Cr12MoV：C1.45~1.70%，Cr12%，W、V

<1.5%；

9Mn2V：C0.85~0.95%，Mn1.7~2.0%高速工具钢一般不标出碳含量，只标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分类14电工硅钢：钢号开头字母DR表示电工用热轧硅钢，DW表示电工用冷轧无取向硅钢，DQ表示电工用冷轧取向硅钢。字母之后的数字表示典型产品的最大单位铁损值（W/kg×10）。

DW15，最大单位铁损P10/50为1.5W/kg。1.1分类151.2合金钢的发展趋势合金钢生产的进步及发展趋势:专业化分工越来越细；质量高级化、稳定化、品种多样化；冶炼设备向大型化、高功率化、直流化方向发展，冶炼工艺不断强化；转炉生产合金钢的比例增大；炉外精炼、喷射冶金技术迅速发展；合金钢连铸的比例不断提高；后步工序的技术不断完善和发展。1.2合金钢的发展趋势1621世纪应该开发具有如下特征的合金钢:(1)高性能:高强高韧钢(超高强度钢、管线钢)

、长寿命钢(耐延迟断裂钢、耐疲劳钢)(2)复合化:防震钢板、复合耐蚀钢、复合装

甲钢。(3)微合金化:微合金钢(低碳钢、中碳钢或高

碳钢)。(4)功能化:形状记忆钢、阻尼钢、储氢钢。1.2合金钢的发展趋势171.3生产概况1.3.1我国合金钢产业现状1.3.2我国与世界特殊生产发展的差距181.3生产概况1.3.1我国合金钢产业现状冶金工业的一项重要方针就是大力发展合金

钢和低合金钢。“以连铸为中心”的发展方针。我国合金钢生产分别由特钢企业、普钢企业

、地方及其它企业等三种类型企业承担，

全国优质钢（包括特殊钢）产量约占全国

钢产量的30％左右，其中合金钢产量约占5-6％左右。191.3生产概况2001年我国特殊钢企业钢材年产量201.3生产概况1980-2001年我国钢结构变化情况图211.3生产概况我国特钢企业主要特钢品种生产变化221.3生产概况2001年我国特钢企业钢材品种比重231.3生产概况1.3.2我国与世界特殊生产发展的差距（1）合金钢比偏低（图）；（2）合金钢产品质量不高（如轴承钢表）；（3）合金钢结构不尽合理（图）；（4）合金钢生产工艺技术装备和技术经济指标比较落后（图）；（5）合金钢生产集约化程度低、专业化分工的格局远未形成（图）；（6）合金钢满足率低，每年需大量进口。241.3生产概况2001年重点特钢企业主要钢种比重情况251.3生产概况中国与国外轴承钢质量对比分析国内现状国外水平精炼比60％精炼比＞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%颗粒大、集中、不合格率高夹杂物：细小、弥散带状碳化物较明显，网状时有发生碳化物：细小、均匀、弥散表面裂纹严重，脱碳超标时有发生表面质量洁净、无裂纹、划伤弯曲率：4mm/m弯曲率：2mm/m尺寸精度：±0.3-0.6尺寸精度：±0.1-0.2残留[Ti]20-30ppm残留[Ti]＜10ppm探伤：较少采用探伤：四种仪器4-6次连铸比50-60％连铸比＞90％轴承使用寿命：为国外的1/3左右轴承使用寿命：假定为1261.3生产概况中国与日本特殊钢产品结构对比分析日本中国271.3生产概况中国与日本特殊钢产品结构对比分析日本中国281.3生产概况我国特殊钢生产装备水平情况图291.3生产概况我国齿轮钢和弹簧钢生产情况齿轮钢弹簧钢301.4质量特点和生产特点1.4.1质量特点1.4.2提高钢质量的新技术1.4.3生产特点讨论质量特点和生产特点需考虑的两个因素：性能要求合金元素的加入311.4质量特点和生产特点对不同的钢种，有不同的质量要求，也会出现不同的质量问题。优良的性能高的使用寿命质量要求：化学成分组织结构成分稳定控制高的洁净度稳定的产品尺寸良好的铸态组织1.4.1质量特点321.4质量特点和生产特点合金钢的质量的要求和质量问题钢种质量要求质量问题轴承钢高的接触疲劳寿命非金属夹杂物（尤其是氧化物）和碳化物偏析有十分严格的要求。不锈钢耐腐蚀性表面质量问题突出。高速工具钢高的硬度、耐磨性和红硬性容易出现铸态碳化物偏析和裂纹。热作模具钢抗高温氧化能力和疲劳寿命有较高的要求若钢中碳含量较高，会导致热脆。电工硅钢良好的电磁性能电磁性能不合格和高硅引起的热加工裂纹。合金结构钢良好的综合力学性能含硼结构钢，由于“有效硼”量不易控制，有时淬透性不合格；铬锰钛结构钢和含铝结构钢，钢液中非金属夹杂不易分离浮出，常常产生低倍缺陷和表面质量问题。331.4质量特点和生产特点ULO、RH和不经过真空脱气处理的钢的氧含量与疲劳性能轴承寿命与钢中氧含量的关系超低氧精炼技术1.4.2提高钢质量的新技术341.4质量特点和生产特点钢中夹杂物数量与全氧含量关系超低氧精炼技术钢中铝氧平衡示意图351.4质量特点和生产特点各种精炼方式及结晶器中T[O]与钢包顶渣中(FeO+MnO)含量的关系还原处理前后渣中(FeO)含量36超低TiN技术不同冶炼方法下SUP12弹簧钢的夹杂物尺寸分布情况经几种不同精炼工艺处理的钢的疲劳极限37夹杂物尺寸对疲劳性能的影响夹杂物变性技术夹杂物不变形指数与其Al2O3含量的关系38夹杂物变性技术CaO•Al2O3•SiO2平衡图及夹杂物形态39夹杂物成分与疲劳寿命的关系夹杂物变性技术40控轧控冷工艺各个阶段的显微结构变化控轧控冷技术411.4质量特点和生产特点（1）品种规格多，质量要求高：板、带、棒、型、丝、管等；低倍、高倍、机械、物理、工艺、化学；（2）生产方法多：电炉、转炉、电渣炉、感应炉、真空感应炉、真空自耗炉、电子束炉、等离子炉等。（3）工艺不断更新：炉外精炼、喷射冶金、特殊的合金元素添加法、合金钢连铸、粉末冶金等。（4）生产流程复杂。如：无取向硅钢生产流程(图)。1.4.3生产特点421.4质量特点和生产特点431.5冶炼工艺合金钢冶炼工艺的选择原则有以下几条：（1）钢种的特点和质量要求（基础）（2）生产效益与经济效益（3）结合实际条件总的原则：高效、优质、低消耗（即寻求最佳化

工艺路线）1.5冶炼工艺44日本大同特殊钢的超纯洁弹簧钢生产工艺弹簧钢的冶炼工艺1.5冶炼工艺45日本神户制钢弹簧钢生产工艺流程弹簧钢的冶炼工艺1.5冶炼工艺46

日本住友金属弹簧钢生产工艺流程弹簧钢的冶炼工艺1.5冶炼工艺471.4质量特点和生产特点鞍钢冷轧无取向硅钢生产流程图481.4质量特点和生产特点图

超低氧钢生产典型工艺流程超低氧精炼技术RH-SCS装置示意图不同精炼工艺钢中的全氧含量49科学性：1、最大的吸嘴内径获得最大的循环量；2、最长的气泡路径获得最大的搅拌功；3、设备简单、操作方便；4、插入管寿命长、氩气及蒸气消耗少，操作成本低；5、真空室内渣钢反应强烈。可以充分利用钢包内覆盖渣。单嘴精炼炉技术50目前所体现出的效果

(1)高的插入管寿命；

(2)低的氩气消耗量；

(3)很少的喷溅；

(4)高的脱碳速率；

(5)