高质量特殊钢冶炼技术和钢质量控制策略

高质量特殊钢冶炼技术和钢质量控制策略

黄继利

宝钢特钢韶关有限公司512123

【摘要】：通过具备一定的特殊性能，进行别具一格的化学成分设计、冶炼工艺生产，满足特别服役要求的钢种，就是特殊钢。而促进其发展的基本要素，是技术的进步、市场的需求、转让及扩散。文章针对高质量特殊钢冶炼技术及钢质量控制策略进行探究。

【关键词】：钢质量；特殊钢；控制策略；冶炼技术

之所以特殊钢的发展过程不尽相同，是因为其用途及性能的不一样，并且产品种类繁多。尽管近些年我们国家的特殊钢在生产规模、产品质量、产品结构、消费需求等方面都取得了极度的发展，但是相较于国外的老特殊钢企业或者是国家，依然是存在差距的。低成本化、高均质化、高洁净化、高性能化，就是我国特殊钢发展的前沿课题。促进我们国家向特殊钢出口国的转变，是从特殊钢进口国开始，以及争取未来国际市场份额，需要通过对产品质量进行严格的控制。当前，国内许多的特殊钢企业正在通过特殊钢的生产关键共性技术研究开发和系统集成，正在进行先进特殊钢生产线的完善和建设，优化特殊钢的冶炼技术，以及对钢质量做出控制策略。

一、高质量特殊钢冶炼技术

（一）在线热处理技术

许多专用钢可减少热处理时间，加热温度及轧后冷却，控制钢坯轧制温度，以及取消轧后热处理工序。进入在线辊底式隧道炉，需在选用了轧材分段后，是进行的软化和退火的处理，关于现如今特殊钢棒材的热处理，主要是对轴承钢、结构钢的处理为主。可直接进行热处理的，是热态线卷，卷曲的过程中直接进行水淬固溶处理，线材吐丝后散卷直接进行水淬处理，都是其在线热处理方式。在采用轧制过程中，直接常化工艺及严格控制轧制温度之后，而汽车蜗轮杆轴、后轴用的汽车操纵杆及碳素结构钢、小齿轮、轴用合金钢结构的钢材轧都是需要常化处理的，之所以生产成本降低，是因为省略了常化工序，取得了70～85kg（标煤）/t的节能效果，改善了钢的组织和性能。假设热处理是在相应的工艺条件之下进行的，再利用轧后钢材的余热，可以将钢材的性能提升，将资源节约。采用形变诱导相变理论，结合控制轧制工艺，经余热淬火的钢筋屈服强度（ReL)提升150～230MPa，可将强度级别更高的钢筋生产出来。而轧后加速冷却，又是另一种在线热处理形式。薄膜沸腾及核胞沸腾，是在钢材热轧后水冷却时出现的沸腾及热传递现象。薄膜沸腾中，在钢与冷却水之间形成一个蒸汽薄膜；核胞沸腾冷却水直接和钢接触。前者热量是通过蒸汽薄膜传递，而后者是通过产生的泡传递。在瞬时沸腾状态之下，伴随着冷却的继续，冷却能力提升，是当核胞沸腾及薄膜沸腾共存的时候。

（二）无加热成型技术

实现连铸坯的直接热轧制，依靠密切衔接的轧钢及连铸工序，需利用起连铸坯的高温潜热，且轧钢工序钢坯加热耗能高。假设实现无加热成形工艺，轧钢工序能耗可降低70%，综合过程轧制及补热提升。将典型的棒材轧机生产能耗作为例子，用于钢材轧制的能耗占据16.9%,钢坯加热消耗的能量占80%。最接近无加热成形工艺的，是达涅利的无头连铸连轧，是用于生产工业钢长材及特殊钢的小型轧机。其降低了吨钢轧制能耗，实现从钢水到最终成品不间断的生产。

（三）低温轧制工艺

像易切削钢、不锈钢，这样的钢种是不适宜采用低温精扎的，因为低温精扎不能够改善其性能。改善成品的碳化物分布的均匀性，提升机械零件的疲劳强度，细化晶粒，提升某些钢种的韧性，成品表面脱碳层深度减少，缩短了某些钢种的热处理时间，实现屈服韧性和强度同时得到提升。采用低温精扎，多道次轧制不利于细化晶粒，应当采用只限于2～4道次轧制。生产实践及研究表明，可节能85～130kW?h/t，当轴承钢、弹簧钢、工具钢、不锈钢在800～950℃低温轧制。伴随着轧制温度的降低，燃耗明显降低，而电耗增加。在现有的轧机中，温度的重要制约因素是轧机的负荷。

二、高质量特殊钢质量控制策略

（一）高速钢深冷处理技术

处理温度在-100℃以下，是常规冷处理的延伸，又被称之为超压冷处理或者是超低温处理，这就是深冷处理。在可以把持的、特殊的低温环境之中，将被处理的对象置于其中，促使其达到改善或者是提升材料性能的一种技术，促升其材料的微观组织结构产生变化，这就是深冷处理。其属于绿色制造技术范畴，应用对环境无害。我国关于高速钢相关因素对马氏体相变的影响，在零下温度和室温停留时间，以及冷处理时加热速度及冷却速度，以为在零下温度时，以慢加热或者是慢冷却为宜，不宜在零下温度（如-30℃）进行保温，尽管零下处理前钢件在室温下可以停留1h，这是在一般的淬火条件之下。深冷处理在相关机制方面取得了不少的研究成果，在高速钢材料中的应用效果已经有了共识。

（二）形变诱导铁素体相变技术

通过未再结晶区或者是结晶区的轧后或者是控制轧制的加速冷却，在传统的控扎控冷技术之中，可促使微合金钢和碳素钢的铁素体最小平均尺寸分别达到了4～5μm或者是10μm。不是以长大为主而是以形核为主的快速动态相变，以及形变铁素体相变发生于相变过程中，相对传统的a-α相变有更细小的临界核心，其长大的规律或者是形核是不同于传统控扎工艺的，所以新生的α相具有超细晶特点。对于微合金钢和碳素钢而言，进行连续的多道次的形变诱导轧制，其碳素钢的晶粒尺寸可分别的细化到小于1μm，或者是3μm，因此就提升了材料的强韧性。

（三）制备冶炼过程中纳米添加物

化学法包括模板、溶剂热、高温燃烧合成法，以及微乳液、电解、化学沉淀、水热、溶胶-凝胶、化学还原法；物理法包括机械球磨法、物理粉碎法及真空冷凝法，所以说化学法和物理法就是纳米材料制备方法。将压制后附有一定钝化层的碳纳米管，加入炼钢的精炼或者是出钢的过程中，提升了碳纳米管的收得率，还可防止其被高温氧化。经过充分的搅拌之后，碳纳米管就均匀的分布于钢基之中，可在轧制的过程中阻止奥氏体晶粒长大，还起到了弥散强化的作用，进而达到了细晶强化的目的。较高的制造成本，是碳纳米管广泛应用的最大制约因素，而伴随着其制造技术的提升，在未来也不一定会普遍的应用添加纳米碳纤维管提升钢的强度。纳米微粒还可以用作催化剂。在冶炼的过程中，其可以提升反应速度和效率，以及控制反应时间。较多的传统催化剂制备是凭借着经验进行的，且催化效率低，还造成了生产原料的浪费，对环境造成了污染，促使经济效益难以提升。为纳米粒子作催化剂提供了必要条件的，是其表面有较多的活性中心。其催化剂的反应速度比一般的提升了10～15倍。

结语：

连铸坯的均质化技术、纯净钢冶炼技术、产品性能控制及产品尺寸的精确控制，是特殊钢生产的关键控制因素。特殊钢产品轧制新技术还在持续的发展之中，趋向于多项先进技术的集成应用的，是其钢轧制的技术领域。且新工艺技术的出现，也在不断的提升特殊钢的产品质量。

参考文献：

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