1、线材（5.5 20 mm）保护气氛或真空罩式退火连续拉拔开卷或磨光、抛光在线检测成品包装（520 mm冷拔材、光亮材）；线材（5.5 mm）保护气氛或真空罩式退火温拉或温轧真空退火矫直或磨光在线检测成品包装（5 mm冷拔磨光钢丝）。2）大断面材及高牌号钢材生产流程：电炉（UHP）精炼炉LF（V）铸锭（或铸电极电渣重熔）退火快锻或精锻开坯退火、修磨精锻成材退火精整在线检测成品包装。5 轴承钢生产工艺技术5.1 前言轴承用钢的质量是所有合金钢中要求最严格、检验项目最多的钢种。世界公认轴承钢的水平是一个国家冶金水平的标志。轴承对其材料的要求较高，必须具备高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、弹性极限，良好
2、的冲击韧性、断裂韧性、尺寸稳定性、防锈性能和冷热加工等性能。为保证这些性能要求，轴承钢的冶金质量必须保证其严格的化学成分及化学成分均匀性，特别高的纯净度，极低的氧含量和残余元素含量，严格的低倍组织和高倍组织，严格的碳化物均匀性，严格的表面脱碳层和内部疏松、偏析、显微孔隙等，不允许存在裂纹、夹渣、毛刺、折迭、结疤、氧化皮、缩孔、气泡、白点和过烧等表面和内部缺陷。我国特钢企业2007年轴承钢产量为245万t。5.2 性能当前世界各国所使用的轴承钢主要有5大类9，即高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢、中碳轴承钢。1）高碳铬轴承钢。高碳铬轴承钢是含铬0.6%1.5%的高碳合金钢，目前我国
3、标准中采用5个牌号，GCr15、GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15SiMn。高碳铬轴承钢已有100多年的历史，长期的生产和使用证明，这种钢基本上可以满足一般工作条件的轴承要求，具有良好的耐磨性和抗接触疲劳性能，有较理想的耐锈蚀性和一定的弹性、韧性，加工性能较好，价格也较便宜，因此应用最广。由于淬透性的差别，其中用量最大的是GCr15和GCr15SiMn，GCr6和GCr9已很少采用。2）渗碳轴承钢。渗碳轴承钢实质上是优质渗碳结构钢，目前我国标准中采用6个牌号，G20CrMo、G20CrNiMo、G20Cr2Ni4、G20CrNi2Mo、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo
4、。这类钢经过渗碳、淬火、回火等热处理工序后，表面具有很高的硬度和一定的耐磨性以及较高的抗接触疲劳强度，且其心部都具有良好的韧性、一定的强度和硬度。主要用于承受冲击载荷下的轴承和特大型轴承，如铁路、轧钢机用轴承等。3）不锈轴承钢。有马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢，目前我国标准中采用3个牌号，9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4。其中以马氏体不锈钢9Cr18使用最多。这类钢经过热处理可以得到全部或大部马氏体组织，具有高强度、很好的耐磨性和韧性，特别是在海水、酸、有机盐水溶液中具有较强的抗锈蚀能力。这些轴承钢的缺点是碳含量高，碳与铬形成粗大的一次碳化物，降低材料的机械性能，减少铬元素对抗腐蚀的贡献
5、。1Cr18Ni9Ti等奥氏体不锈钢，经热处理后可以得到单一的奥氏体组织，具有良好的韧性和很好的抗腐蚀能力。但由于强度、硬度不高，只适用于制造低负荷、低转速轴承。4）高温轴承钢。高温轴承钢具有一定的高温硬度和高温耐磨性。高温接触疲劳强度、抗氧化、耐冲击、高温尺寸稳定性等特点。此类钢利用高速钢和高铬马氏体不锈钢的一些钢号。我国目前使用的高温轴承钢主要有：9Cr18Mo（260 ）、Cr4Mo4V（315 ）、Cr14Mo4（480 ）、W6Mo5Cr4V2（480 ）、W9Cr4V2Mo（520 ）、W18Cr4V（560 ）、W12Cr4V5Co5（590 ），其中使用最普遍的是Cr4Mo4V
6、。高碳铬轴承钢的回火温度是160180 ，所以使用温度一般不超过120 ，如果使用温度超过120 ，钢的强度急剧下降，尺寸不稳定，并导致轴承的疲劳强度降低。所以，只能用高温轴承钢而不能用高碳铬轴承钢，如飞机用涡轮喷气发动机的功率越来越大，压缩机和涡轮机的主轴轴承要求耐高温，其工作温度一般为55260 ，高者可达370 ，在这种工作条件下，只能采用高温轴承钢。5）中碳轴承钢。中碳轴承钢是中碳合金钢，我国目前主要有：55、50MnA、70Mn、5CrMnMo、60CrMnMoA、55SiMoVA、50SiMo，后两个钢号是我国开发的抗冲击轴承钢。此钢类适用于制作掘进、起重、大型机床等重型设备上用的
7、特大尺寸轴承，一般转速不高，但承受较大的轴向、径向载荷及弯曲应力等。5.3 生产工艺钢的冶炼水平是轴承钢内在质量好坏的先决条件。钢中的氧含量、成分偏析，夹杂物数量及分布，大颗粒碳化物的状况是影响轴承钢内在质量的重要冶金因素。近年来，轴承钢的冶炼技术就是围绕这些关键因素相继发展起来。钢中氧含量可稳定在（1015）10-6，一些先进企业可控制在（58）10-6。钢中夹杂物分为A（硫化物）、B（氧化物）、C（硅酸盐）、D（点状不变形夹杂）4种类型，不同类型的夹杂物对轴承寿命影响也不同，夹杂物的尺寸和在钢中的位置对轴承寿命也有不同的影响。钢中氧含量愈低，轴承钢寿命愈高。上述4种夹杂物中后三者都是由氧化
8、物所构成，三者对轴承寿命的有害影响已为大量事实所证明，钢中的氧含量几乎全部（除溶解氧外）由它们提供。因此，近年来在衡量轴承钢质量上把氧含量当作极为重要的指标。无论是转炉或电炉流程，二次精炼是轴承钢生产中的关键工序，主要精炼设备以LF或ASEASKF配有VD或RH为主，可使内在质量得以保证。轴承钢连铸的问题一直是人们关注的重点。长期以来，连铸坯中心疏松和偏析严重的问题并没有得到根本的解决，至少在我国还是一个“难题”。既使采用了电磁搅拌技术、轻压下技术改善疏松和偏析，由于中心疏松会残留在球极区，又会带来新的“白亮带”缺陷。尽管如此，目前，轴承钢的连铸工艺已被世界众多特殊钢厂所采用，而且除部分滚动体
9、用轴承钢外，绝大多数轴承钢采用连铸生产。目前，为了解决轴承钢连铸坯的质量问题，正在积极地开展着如下工作：除强化冶炼技术、降低钢中的氧含量和有害杂质外，在连铸过程还采用中间包加热、电磁搅拌、结晶器液位控制、强化二次冷却和液相穴压下技术，采用浸入式水口加保护渣的保护浇铸技术，增大连铸坯断面达到大的压缩比热轧轴承钢材等。在轴承钢棒材轧制生产中，对坯料进行表面探伤，修磨，实现精坯轧制已达成共识，并且要严格遵守加热工艺制度以控制脱碳程度。采用控轧、控冷技术，步进加热炉、连轧机组、连续退火炉，在线质量监控等技术。世界上生产轴承钢最著名的厂家有瑞典SKF公司，日本的山阳特殊钢厂，美国Timken公司等。日本
10、山阳公司的棒线生产工艺流程：UHP电炉LF精炼炉RH精炼炉连铸或模铸初轧三辊行星轧机或大型轧机无损探伤修磨连轧机组无损检验连续炉球化退火无损检测检验入库。SKF公司OVaK0钢厂棒线生产工艺流程：电炉LFV精炼炉模铸均热炉初轧火焰清理150150坯料检验、喷丸、修磨加热除鳞轧制冷却剪切打包发货。该厂年产45万t钢，全部采用模铸，初轧开坯，而没有采用连铸。OVaK0钢厂也认为连铸轴承钢已不是技术问题，但是他们主要考虑了经济问题，因产品规格的覆盖面使其投资成本与产量规模不相匹配。他们进行了一系列有利于产品质量提高的改造投资。我国某著名特殊钢厂轴承钢棒材4条生产线工艺流程： 1）电炉VHD精炼炉模铸
11、（680 kg锭）钢锭修磨（需要时）650轧机酸洗、抛丸、检查修磨需要时退火包装入库。2）UHP电炉LF+VD精炼炉连铸或模铸（3 t锭）、850开坯检查修磨连轧（需要时连续退火）检查修磨校直包装入库。3）电炉模铸电极电渣冶金轧制或热处理精整包装入库。4）真空感应炉真空自耗炉轧制精整或热处理包装入库。图4美国Timkem公司Faircrest厂的工艺流程6 弹簧钢生产工艺技术6.1 前言弹簧种类较多，按照所承受的载荷不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等；而按照弹簧的形状不同，又可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板簧和盘簧等。用以制造弹簧的钢材，统称弹簧钢。当前用于制造弹簧
12、的钢材包括碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈、耐热钢以及合金工具钢和高速工具钢等钢种。通常所说的弹黄钢10是指碳素弹簧钢和合金弹簧钢（2007年中国合金弹簧钢产量160万t11）。碳素弹簧钢的碳含量一般在0.62%0.90%。按照其锰含量又分为一般锰含量（0.50%0.80%，如65、70、85）和较高锰含量（0.90%1.20%，如65Mn）两类。合金弹簧钢包括Si-Mn系（60Si2Mn，相当于美国的9260，日本的SUP6、SUP7，德国的60SiCr7）；Cr-Mn系（55CrMnA，相当于美国的5155、日本的SUP9、德国的55Cr3）；Cr-V系（50CrVA，相当于美国的6150、日
13、本的SUP10、德国的50CrV4）；CrMnB系（60CrMnBA，相当于美国的51B60、日本的SUP11A）等。6.2 性能弹簧主要是在往复、交变动载荷及恶劣的环境条件（如振动、冲击、拉伸、压缩、扭转、弯曲、腐蚀等）下使用，要求弹簧钢具有下述性能：良好的力学性能，如高的抗拉强度、屈服强度、硬度、塑性、韧性以及弹性极限、比例极限等，但要同时保证其所有性能具有很高的水平是很困难的。因此，应视使用情况，优化各项指标，以达到最佳的综合力学性能配合；良好的抗疲劳性能和抗弹减性能；良好的工艺性能，包括淬透性、热处理工艺性能（如淬火变形小、不易过热、晶粒均匀细小、回火稳定性高、不易脱碳、石墨化和氧化等
14、）和加工成形性能；此外，还必须具有良好的内在质量和表面质量。疲劳破坏和弹性减退失效是弹簧两种最常见的破坏形式。通常通过固溶强化、沉淀强化、细晶强化来提高弹簧钢弹减抗力，弹簧钢中常用的合金元素Si、V、Ni、B可提高其弹减抗力。良好的内在质量是由冶金过程决定的。首先应保证准确的化学成分，这样才能在加工和热处理后得到确保性能的显微组织，良好稳定的淬透性以及各种性能。另外，应有高的纯洁度，P、S等杂质元素和H、N等要低。钢中的各种非金属夹杂物不但要求含量低而且要控制其形状、大小、分布、成分等，尤其是要减少颗粒尺寸大、硬度高、不易变形的夹杂物，这些有害夹杂物是应力集中源，易引起裂纹疲劳破坏。表面质量是
15、弹簧钢另一重要技术指标，表面质量包括表面脱碳、表面缺陷（裂纹、折叠、结疤、夹杂、分层等）。弹簧钢在承受弯、扭、交变应力等各种载荷时，表面应力最大，各种缺陷是应力集中源，在使用过程中易引起早期破坏和失效。据统计，表面夹杂物引起弹簧破损的比率为40，表面缺陷和脱碳引起破损的比率为30。弹簧制品表面，除喷丸强化外，保留了钢材供货状态的表面，因此钢材的表面状态对弹簧的工作性能和寿命具有很大影响。对采用圆形截面的钢丝制成的弹簧而言，其强度与刚度分别与钢丝直径的3次方和4次方成正比，故钢丝截面的微小变化都会对其强度产生很大影响，扁钢的厚度和宽度也有相似的影响。因此，弹簧钢的尺寸公差和精度是保证成品使用性能
16、和寿命的重要因素。6.3 生产工艺过去，一般要求的弹簧钢主要是在电炉、转炉、平炉中冶炼，模铸，横列式轧机轧制。较高质量要求的（主要是降低钢中夹杂物的含量）主要采用电炉电渣重熔或真空重熔法生产。当今比较典型的生产工艺流程是：初炼钢水由电炉或转炉提供，根据不同的钢种、质量水平要求和生产者的装备条件选择二次精炼方法，在连铸工序中使用减少非金属夹杂物数量的技术（防止二次氧化、非金属夹杂物的上浮及分离）和防止偏析技术（低过热度浇铸、电磁搅拌等），可以生产出质量相当于模铸钢锭中下部的优质钢坯。钢坯加热一般采用步进炉，附有可控气氛系统，控制钢坯脱碳、氧化烧损。在加热炉与粗轧机之间，装有高压水除鳞机，清除钢坯
17、表面氧化铁皮。使用无扭高刚度连轧机进行热机轧制（控轧控冷），获得高的尺寸精度、表面质量和满意的内部组织。为保证产品质量，采用磁粉或涡流和超声波探伤仪在线检查钢材表面、内部缺陷。对标识有缺陷的产品进行清理或剔除。同时，对质量要求较高的悬挂弹簧钢线材和阀门弹簧钢丝要分别进行钢坯修磨、软化处理、成品表面处理，经过剥皮、冷拔、退火、酸洗、油淬火/回火、探伤、防腐等一系列工序，才能确保钢材的表面质量。具体工艺流程如下。1）弹簧钢生产工艺流程：电炉或转炉精炼炉（RH或LF+RH或ULO或ASEA-SKF或ULO+ULTiN或VAD）连铸热轧精整。2）悬挂弹簧合金钢线材生产工艺流程：电炉或转炉精炼炉连铸粗轧
18、修磨线材轧制检验软化处理表面处理包装。3）油淬火阀门钢丝生产工艺流程：盘条检验剥皮冷拔、退火、酸洗/循环油淬火/回火涡流探伤防腐处理包装。RH真空脱气法、LF-RH、ASEA-SKF和VAD真空脱气加热法是大家较熟悉的处理方法，仅介绍ULO、ULO+ULTiN精炼法：1）ULO（超低氧）钢处理工艺4，是日本大同特殊钢在RH基础上，为更有效地降低钢中夹杂物数量而采取的手段。具体步骤是：在1台超高功率碱性电弧炉中熔化钢水，接着吹氧后向钢水中加入Fe-Si或At进行预脱氧处理，得到高碱度还原渣。然后将钢水倒入钢包中，并将RH循环脱气设备“两腿”插入钢液中，汲取钢水进入脱气设备的真空室中。借助于大容量
19、喷射泵，保持真空度13.3 Pa，并将小流量氩气引入钢水中，钢水发泡进入真空室，钢水中碳脱氧反应快速进行，因而钢水脱氧。当碳氧反应达到平衡时，加入像Al这样合适的脱氧剂。为了促进脱氧产物的上浮分离和去除，以及保持脱氧状态的稳定，继续进行脱氧操作，最后调整加Al量。RH脱气后，氧含量下降到1510-6以下。该处理工艺是实现悬挂弹簧钢2 000 MPa应力值的一种手段。2）ULTiN（超低氮化钛）钢处理工艺4：首先选择原材料，以得到Ti含量（3050）10-6的钢水，然后进行脱气操作，降低氮含量到（4060）如果ULO处理后再进行ULTiN处理（即ULO+ULTiN），钢中氧化物和TiN夹杂物可大
20、幅度下降，钢的疲劳极限与真空电弧重熔钢相同，该弹簧钢可制造高强度阀门弹簧。随着机械工业的不断发展，特别是汽车工业的发展，弹簧的发展趋势是轻量化、大型化。为了适应弹簧的各种工作条件并满足高强度、高寿命的要求，弹簧钢除具有良好的综合性能外，还必须具有良好的内在质量和表面质量。7 不锈钢生产工艺技术7.1 前言不锈钢在空气、水、酸、盐的水溶液中及其他氧化性气氛中具有很高的化学稳定性，以其良好的耐蚀性、耐高温性、耐低温性、耐磨损性及外观精美等特征，被广泛应用于宇航、原子能、石油化工、海洋开发及家庭民用等方面。按合金成分大致分为Cr钢和CrNi钢两大类。按金相组织分为5个系列，奥氏体型、铁素体型、奥氏体
21、铁素铁型（双相型）、马氏体型、沉淀硬化型。在GB122092不锈钢棒中，列出了64个牌号，奥氏体型33个，如1Cr18Ni9（美ASTM、日JIS302）等，铁素体型7个，如0Cr13Al（美ASTM、日JIS405）等，双相型3个，如0Cr26Ni5Mo2（美ASTM、日JIS329）等，马氏体型18个，如2Cr13（美ASTM、日JIS420）等，沉淀硬化型3个，如0Cr17Ni4Cu4Nb（美ASTM、日JIS630）等。2006年世界不锈钢产量2 840万t，中国不锈钢产量跃居世界第一，已达到530万t，其中300系300.4万t，400系118.5万t，200系81.1万t。2007
22、年世界不锈钢产量2 760万t，同比下降2.9，中国不锈钢产量720万t，同比增加3611。7.2 性能1）奥氏体不锈钢。向FeCr合金中加Ni、Mn等面心立方晶格的元素以扩大区到全部消除Fe所形成的不锈钢。此类钢无磁性，由于含Ni、Cr高，其耐蚀性能好。由于热处理时无相变，所以不能变硬，但可以通过冷加工而硬化。用Mn或N部分地代替Ni是降低此类钢成本的有效办法。此类钢常称为188钢（一般为18Cr-8Ni、C0.1），美、日钢种牌号为300系列，典型钢号为304，产量高、用途广，具有良好的加工性能、力学性能、耐蚀性能以及焊接性能。奥氏体不锈钢还包括节镍型200系列钢种。图5为Cr-Ni系奥氏
23、体不锈钢的发展过程4。图5Cr-Ni系奥氏体不锈钢的发展过程2）铁素体不锈钢。由结构为体心立方晶格的Fe组成，含Cr量波动于12%30之间，由于无相变，此类钢不能用热处理的方法进行强化，但可进行冷加工和退火。铁素体不锈钢具有耐氯化物高应力裂纹腐蚀性能，塑性脆化转变温度很高。由于添加了一些其他元素发展了许多钢号，使其应用更加广泛。美、日钢种牌号为400系列。图6为铁素体不锈钢的发展过程7。图6铁素体不锈钢的发展过程3）马氏体不锈钢，向Fe-Cr合金中加入C以扩大区，像碳素钢一样使奥氏体转变为马氏体，其Cr含量13%18、C含量0.1%1。此类钢可以通过热处理进行强化和提高硬度，但其耐蚀性能不如铁
24、素体和奥氏体不锈钢，被广泛用于刀具、刹车片、轴承、汽轮机叶片、结构件及耐磨器具等。4）奥氏体铁素体不锈钢，由奥氏体和铁素体两相组织组成，即在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不断形成奥氏体。最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。Cr是一种铁素体形成元素，所以Cr在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。因为Fe和Cr都是铁素体形成元素，所以400系列不锈钢是完全铁素体不锈钢，具有磁性。在把奥氏体形成元素Ni加入到Fe-Cr不锈钢的过程中，随着Ni成分增加，形成的奥氏体也会逐渐增加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，这
25、样就形成了300系列不锈钢。如果仅添加一半数量的Ni，就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体，这种结构被称为双相不锈钢。它兼具有奥氏体和铁素体钢的优点，特点是有良好的耐蚀性、耐酸性和高的强度。5）沉淀硬化不锈钢，成分与奥氏体型近似，只是含Ni量较低和添加了少量Al、Ti、Cu等元素。奥氏体不锈钢虽耐蚀性能好，但不能通过热处理进行强化，而马氏体不锈钢虽然有较高的强度，但抵抗环境侵蚀的能力较弱，为此对铁基耐蚀合金采用了铝基、镁基和镍基合金上行之有效的沉淀硬化或时效硬化方法；由于需要强度，向钢中加了C，由此发展了以低碳马氏体为基体进而用沉淀硬化法提高强度的合金。少量合金元素的作用是在热处理时具有时效
26、强化能力，能在奥氏体基体中分布着弥散强化相，形成高强系列钢种，可以用做弹簧、垫圈、轴类、汽轮机部件，高强度容器等要求强度高、弹性好的部件。美、日钢种牌号为600系列。7.3 生产工艺不锈钢冶炼有3种方法：采用电炉一步冶炼法，目前很少采用；采用电炉或转炉（电炉为主）与AOD（或VOD等）二步冶炼法（二次精炼），目前常用此法；三步法，即电炉+转炉顶底复合吹炼（或AOD）+VOD也被用于冶炼不锈钢。其AOD与VOD精炼不锈钢的优劣性比较见表2。不锈钢连铸，采用了泡沫陶瓷过滤器技术（用于中间包堰坝上）、中间包加热技术、无氧化浇注技术、结晶器液面高度自动控制技术、电磁搅拌技术（结晶器内电磁搅拌MEMS、
27、二次区电磁搅拌SEMS，凝固未端电磁搅拌FEMS）等以及薄板坯连铸技术。热轧板带主要采用炉卷轧机、行星轧机、热连轧机等。冷轧板带主要采用4辊冷轧机、多辊冷轧机（如ZR20森吉米尔轧机）、冷连轧机等。棒、线材轧制一般选用无扭连轧机，连续退火、酸洗等。表2AOD与VOD精炼不锈钢的优劣性比较项目AOD VOD钢水条件C 0.5%3.8%，Si0.5%C 0.3%0.5%，Si0.3%炉料条件入炉合金所含的C、S、N均无要求，廉价的铬铁、镍铁、氧化镍、锰铁和各种受污染的废钢均可使用炉料条件有要求，低碳铬铁、镍板、金属锰等成分控制操作控制方便，可由智能系统自动设定和跟踪操作自动控制较为困难温度控制用吹气比例、速率及加冷却剂和发热剂控制，可由智能电子系统精确设定真空下控制较为困难脱碳可获得超低碳（L级）和特低碳（ELC级）只有在炼特低碳（ELC级）和特低氮级钢种时才有经济性脱硫脱硫能力好，S0.005%001%S0.01%脱气脱气能力好，但出钢时吸气，H210-6,N30010-6,O（3080）10-6脱气能力好，出钢时不吸气，H110-6,N（100150）脱碳时间2035 min4565 min冶炼时间65 min90 min总金属回收率约97.5%约91%操作费用耗用1016 m3/t的氩气，10 kg/t的还原硅真空下相当于AOD1
