西宁特殊钢股份有限公司青海西宁810005
摘要：特殊钢是国民经济各部门不可缺少的重要基础材料，发展特殊钢对国民经济的支柱产业和现代国防建设具有重要的意义。本文论述了汽车用齿轮钢、弹簧钢和不锈钢的性能及生产工艺技术。
关键词：特殊钢；性能；生产工艺
前言
特殊钢因其具有性能多样化和优良服役性能，是能源开发、交通运输、石油化工、日常生活等诸多领域必不可少的材料，它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种成为特殊钢企业优先开发和生产的品种。
1弹簧钢生产工艺技术
1.1性能
弹簧钢是指由于在淬火和回火状态下的弹性，而专门用于制造弹簧和弹性元件的钢。钢的弹性取决于其弹性变形的能力，即在规定的范围内，弹性变形的能力使其承受一定的载荷，在载荷去除后不出现永久变形。弹簧钢应具有优良的综合性能，如力学性能、抗弹减性能、疲劳性能、淬透性、物理化学性能。为满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量、良好的表面质量、精确的外形和尺寸。
1.2生产工艺
以往，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（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。
当前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。在加热炉与粗轧机间，装有高压水除鳞机，清除钢坯表面氧化铁皮。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-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-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。
2汽车齿轮钢生产工艺技术
齿轮钢是对可用于加工制造齿轮钢材的统称。一般有低碳钢如20#钢，低碳合金钢如：20Cr、20CrMnTi等，中碳钢：35#钢、45#钢等，中碳合金钢：40Cr、42CrMo、35CrMo等，都可称为齿轮钢。这类钢材通常按使用要求经过热处理后都具备良好的强度、硬度、和韧性，或表面耐磨而心部有良好的韧性耐冲击。
2.1性能指标
淬透性是齿轮钢的重要性能指标之一，它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，且有利于控制齿轮热处理变形。齿轮钢的淬透性和淬透性带宽的控制，主要取决于化学成分及其均匀性。也就是对淬透性影响大的元素如碳、锰等的控制，根据钢中碳和合金元素对淬透性各点硬度值的影响，确定该钢的内控成分范围。
钢中存在的氧化物和硫化物夹杂、有害元素如氮、氢、氧等，会降低钢材的力学性能，恶化钢材的工艺性能，从而影响汽车渗碳齿轮的使用寿命。
晶粒大小是齿轮钢的一项重要指标。齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒，淬火后得到细马氏体组织，明显改善齿轮的疲劳性能，同时减少齿轮热处理后的变形量。齿轮钢晶粒度要求≥6级，通常在冶炼时控制钢中残余铝含量达到细化晶粒。
2.2生产工艺
汽车齿轮钢质量随着汽车制造业对材料要求的不断提高及冶金工艺装备水平的提高而不断提高，钢材的质量性能高级化、高纯洁度、超细组织、高精度是当前的主要发展趋势。性能高级化是指：钢材的化学成分波动小，通过微调成分，使材料的使用性能均匀，强韧性配合适宜，保证由其制作的部件使用性能可靠。齿轮钢窄淬透性带的控制是提高齿轮精度和寿命的手段之一。对齿轮钢而言，高纯洁度主要是指钢中的氧含量[O]≤15×10-6，从而使一系列齿轮钢材料的塑韧性问题得到解决。组织的超细化也可提高强度、改善韧性。齿轮钢的生产工艺围绕着上述内容展开。
我国某著名特殊钢厂Mn-Cr5系列齿轮钢电弧炉生产工艺：50t/UHP-60t/LF-60t/VD-大方坯连铸或3t锭/模铸（接Ф850mm初轧机）-成品轧机或锻机-精正、热处理-成品Ф12～130mm（热轧或缓冷或退火状态交货）。
由于齿轮钢品种较多，质量要求差别也较大。因此，目前工业生产中的各种冶炼方法几乎都在应用。今后齿轮钢要做的工作仍然是窄的淬透性带、高的纯洁度、细小的晶粒、良好的加工性能（如易切屑、冷挤压、锻造等）。
3不锈钢生产工艺技术
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，被广泛应用于石油化工等方面。3.1性能
①奥氏体不锈钢。它是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，钢中含Cr约18%、Ni8%-25%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S、Ca、Se、Te等元素，则具有良好的易切削性。
②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％。此类钢能通过热处理进行强化和提高硬度，但其耐蚀性能不如奥氏体不锈钢，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。
3.2生产工艺
不锈钢冶炼有三种方法：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。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M-EMS、二次区电磁搅拌S-EMS，凝固未端电磁搅拌F-EMS）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、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。
用转炉和RHOB精炼炉联合即LD-RHOB法，精炼不锈钢工艺分5步（见图1）：用KR脱硫处理、转炉熔炼、出钢和排渣、钢水重回转炉熔炼、真空吹氧脱碳脱氧。
图1转炉-RHOB法精炼不锈钢过程
不锈钢带材生产工艺流程如下：1）热轧带钢：电炉或转炉-精炼炉（AOD或VOD或RH-OB）-连铸-检查修磨（需要时）-热带轧制-酸、碱洗-热处理-热轧带钢成品。2）冷轧带钢：冷轧带坯-连续退火和酸洗或收卷和切边-或（冷轧-修磨）-冷轧-连续退火和酸洗或光亮退火-或（冷轧-连续退火和酸洗或光亮退火）-精轧-精整-冷轧带成品。
结语
特殊钢是指具有特殊机能或特殊用途的钢种，其与普通钢比拟具有更高的强度和韧性、物理机能、化学机能、生物相容性和工艺机能。因其机能特殊，决定了它在国民经济及军事产业中据有极其重要的地位。
参考文献：
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[2]冶金部特殊钢信息网.国外特殊钢生产技术[M]．北京：冶金工业出版社，2015．
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