特殊钢的生产与应用

特殊钢的生产与应用

特殊钢是指具有特殊的化学成分（黄金化）、特殊的工艺、特殊的组织和性能、特殊需求的钢类。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。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。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。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、日常生活及国防军工等诸多领域均得到应用。从世界范围看,特殊钢产量占钢铁总产量的比例基本稳定,除瑞典的特殊钢比达到世界特殊钢产量40%～50%外,多年来其余国家的特殊钢比均在15%～20%之间。目前,特殊钢生产全球化的进程加速,集约化、专业化生产程度不断提高,世界先进国家不断采用新工艺、新技术以提高钢的综合性能,并与汽车工业等下游产业加强联系,又推动了特殊钢行业的新产品开发和技术进步。工业发达国家在钢产量达到最高点后,其继续发展的共同点是以特殊钢国际市场为目标,瞄准各类高技术含量、高附加值的特殊钢产品,加强研究开发,抢占全球市场份额。国外特殊钢企业,从上个世纪80年代起(特别近10年来),大多进行了一定的专业化改组、改造。特殊钢产业向生产专业化、规模效益化、质量高级化以及产品的深加工方向迈出了一大步。世界钢铁行业格局新世纪以来,钢铁工业发展的基本态势是向集约化、高技术化以及产品成本降低方向发展。瑞典是世界上特殊钢比(约40%～50%)最高的国家,其特殊钢生产和出口约占70%左右。该国特殊钢结构的调整不是单纯追求产量的扩张,而是紧紧围绕市场,以满足客户对产品的质量要求为前提,把相同或类似的产品合并集中生产,形成拳头产品,以此提高在国际市场上的竞争力。经过重组、兼并和参股,目前只剩下生产高速钢、工具钢、不锈钢和轴承钢的Avesta、山特维克及SKF等公司。每一类钢种由一家企业生产的格局,即专业化生产,使瑞典工具钢、轴承钢、高速钢、不锈钢板带、不锈钢焊管还有高强度钢都成为世界的名牌,而且优、特殊钢产量占55%,其中合金钢占50%。法国于齐诺尔、萨西洛尔两个钢铁集团公司合并为于齐诺尔集团,进行了结构调整。实现了资源的合理配置和专业化分工,形成了以索拉克公司为主的板材生产基地,以尤金公司为主的不锈钢生产基地和以Aster公司为主的特殊钢生产基地。德国蒂森克虏伯公司也进行了结构调整。1994年收购了意大利的AST公司;1995年克虏伯公司和蒂森公司的不锈钢业务合并,形成了蒂森克虏伯不锈钢公司;1997年将墨西哥不锈钢公司(MXX)的股权提高到90%;1998年成立上海克虏伯不锈钢公司。目前蒂森克虏伯不锈钢公司共有5个子公司,其中在德国的不锈钢粗钢年总产能为130万t;在意大利AST公司的粗钢年总产能为190万t,生产不锈钢、电工钢和特种碳素钢;墨西哥不锈钢公司和上海克虏伯不锈钢公司生产冷轧不锈钢;总部设在德国的克虏伯VDM公司生产镍基合金。该集团不锈钢冷轧板材的生产能力为165万t,目前是世界上第二大不锈钢生产厂。蒂森克虏伯不锈钢公司产品已占全世界市场份额的15%。2000年新成立的阿塞洛(Arcelor)集团的不锈钢产品占全球不锈钢市场份额的25%～28%。阿塞洛集团原3家钢铁公司的不锈钢炼钢产能为260万t,2004年达到320万t。美、日等国家钢产量达到最高点后,虽然数量不再增长,但钢铁工业并非不再发展,其继续发展的共同点是优、特钢,合金钢比重上升。欧洲、美国、日本钢铁产品已经向特、精、高的方向发展,向深加工、高附加值的产品发展,向低成本、高效率、生态型企业发展,以确保钢铁工业可持续发展。特殊钢生产情况国外生产特殊钢的国家主要有日本、德国、法国、瑞典、意大利及英国等,各国特殊钢占世界特殊钢市场份额如图1所示。由图可知,日本特殊钢产量占世界特殊钢市场的30%,德国占20%,法国和瑞典分别占12%左右。日本特殊钢生产和应用水平是工业化国家的典型,近年来日本特殊钢的产量基本上稳定在1400万t,特殊钢比为15%左右。国外生产特殊钢的厂家较多,2000年钢产量超过30万t的电炉钢企业超过150家。图2所示为主要产钢国特殊钢产量占钢总产量的比例。瑞典钢铁工业经过如图3所示的3次重大调整后,目前,瑞典的特殊钢比已成为世界上最高的国家,瑞典钢铁工业占其工业净产值的4%,钢材产量约为500万t,80%出口。虽然其钢产量较小,但特殊钢在瑞典和全球市场具有极强的竞争力。瑞典的钢铁业以特殊钢生产见长。其特殊钢占钢产量的50%,平均连铸比69%,其中特殊钢连铸比占世界总产量的60%,特殊钢中高合金比达到50%。西班牙在20世纪80年代进行了特殊钢的结构调整,形成了一个以生产汽车用钢为主的型材企业SIDENOR公司和一个不锈钢板材企业。其中SIDENOR公司成为欧、美著名轿车生产厂家的钢材供应商。集约化生产和专业化分工给特殊钢企业带来了巨大的效益,也成为特殊钢产业发展的主要特征。日本的特殊钢企业也经历了大的调整重组,由80多个工厂调整到日新、山阳、大同及爱知特殊钢公司等10个工厂,2300万t的特殊钢主要由10个专业化的特殊钢厂生产。表中所示为2004年中日两国特殊钢产量及进出口对比情况,由表可知,中国特殊钢产量多于日本,但特殊钢占钢总产量的比例及特殊钢出口产量均少于日本。国外特殊钢行业的发展特点和趋势特殊钢产业现状二十世纪的社会需求和技术发展,促进特殊钢生产形成了目前的碳素结构钢、合金结构钢、超高强度钢及不锈耐蚀钢、耐热钢、工具钢、模具钢、轴承钢等品种体系。今后,高层建筑、深层地下和海洋设施、大跨度重载桥梁、轻型节能汽车、石油开采和长距离油气输送管线、军用飞机和舰艇、航空航天器、高速铁路设施及能源设施等国民经济的各个部门都需要性能高、使用寿命长且成本低的新型合金钢。由于采用精料、高洁净度冶炼、连铸、高精度轧制、控轧控冷、可控气氛热处理及在线检测和精整等工艺技术,合金钢的洁净度、均匀度、组织细化度和尺寸精度等得到了提高。高性能、高质量特殊钢的需求促进了特殊钢产业的发展。国外特殊钢生产企业大体上分为三大类:大型综合特殊钢公司、大型钢铁联合企业的下属特殊钢厂以及特殊钢板带、棒线材、钢管专业化企业。目前国外特殊钢产业的发展具有二大特点。一是加快组织结构调整,通过兼并、联合和企业重组,实现专业化分工和资源的合理配置,目前国际上知名的特殊钢企业加快了结构调整,进一步强化了专业分工,不断提高产品质量和发展深加工,向专、精、深的方向发展;二是加快技术进步,通过优化工艺流程,提高生产效率,减少能源、原材料消耗,降低生产成本,同时通过全面提高包括产品使用性能、加工性能、长寿命、多样化在内的产品质量,增加产品的附加值。特殊钢产品专业化国外一些先进的特殊钢企业,从20世纪80年代起,特别是近10年来大多进行了一定的专业化改组或改造。这些改组或改造可分为3种类型,一是不同公司之间的专业化改组;二是同一公司内的专业化改组;三是一条生产线向简化生产流程和适当集中同类型产品品种方向进行改造。这种合并重组有利于优势互补和形成专业化生产规模,使成本和能耗降低,质量和效益显著提高。特殊钢厂的专业化主要以产品的类型来划分,如意大利Venete钢公司是生产特殊钢棒线材的公司;主要生产不锈钢板带的特殊钢企业有德国蒂森克虏伯不锈钢公司;瑞典山特维克工具钢厂、日本大同特殊钢公司等工模具钢、高速钢专业化生产厂以及德国曼内斯曼钢管公司。权威机构认证国外著名的特殊钢企业都有自己的主导产品、名牌产品,从而牢牢占领市场。IS9000质量保证体系在各企业得到了高度重视,多数企业得到权威机构的认证,作为企业质量水平的标志。在轴承钢方面,瑞典的斯凯莩(SKF)、德国的舍弗勒(FAG)、美国的铁姆肯(TIMKEN)均为世界著名品牌。特殊钢的生产专业化和创名牌实现了特殊钢的规模效益化。特殊钢厂的规模效益化降低了特殊钢生产成本、提高了产品市场竞争力和市场占有率。特殊钢性能高级化国外特殊钢质量性能呈现高级化。由于特殊钢的使用环境日益恶化(工业大气、工业废水、海水等污染日益严重),使用温度向超高温、超低温两极发展等,因此对特殊钢的质量及性能要求日益严格。特殊钢性能高级化包括高清洁度特殊钢、高均匀性特殊钢、超细组织强化特殊钢及超高精度钢材。同时要求特殊钢材的尺寸公差小,钢材表面质量高,以满足钢材的使用性能以及工艺性能。后步工序复杂、集中高效特殊钢深加工产品是高附加值产品,也是高技术含量产品,是国外特殊钢产品的发展趋势之一。其内容包括:特殊钢板带的深加工、特殊钢棒线材的深加工和特殊钢管材的深加工。与客户联合发展深加工产品是欧洲特殊钢厂的传统经验,山特维克不仅生产工模具钢,还进一步加工成矿山工具;SKF集团本身就是一个从制钢到制造轴承的联合生产体;法国的高速钢厂直接加工成锯片卖给客户,法国的东方钢铁公司与雷诺汽车公司联合直接供应所需要的冷镦件。后部检验、精整、热处理设备齐全先进特殊钢生产与普通钢