【文章內(nèi)容簡介】 縱向和橫向機械性能明顯提高。另一方面，鍛造將偏析沿流動方向延伸形成帶狀組織，對韌性不利，當鍛比超過一定數(shù)值后，橫向機械性能（與金屬流動方向垂直的方向）急劇下降，導致鍛件出現(xiàn)各向異性。因 而鍛比過小過大都是不合適的。鍛比對韌性的影響是這兩種因素作用的綜合結果 [8]。 為了提高模具鋼的等向性，一般都采用多向軋制及多向鐓鍛。為了提高成材率、生產(chǎn)效率和鋼材的尺寸精度，多采用高效率、高精度的快鍛機、精鍛機和精軋機。 奧地利 GFM 公司設計的 WF 型 CNC 控制的 3 或 5 機架平立可逆精軋機組，就是專門用來生產(chǎn)高精度尖角模具扁（方）鋼的。撫順特殊鋼有限公司成功地引進了 1 套 WF5－ 40 機組，已于 1995 年試車投產(chǎn)。合金工具鋼的質量和性能不僅受到成分、冶煉和加工等的影響，還與熱處理密切相關。選擇合適的熱處理 制度，并采用能夠準確控制的先進熱處理設備，對于充分發(fā)揮材料的潛能是不可缺少的。如消除內(nèi)應力退火，預硬化處理，固溶處理，調(diào)質處理，球化退火表面處理等。廣泛采用大型連續(xù)式可控氣氛或保護氣氛退火爐。圖 3為我國某特殊鋼廠工（模）具鋼生產(chǎn)工藝流程示意圖。 圖 3 我國某特殊鋼廠工（模）具鋼工藝流程示意圖 4 高速工具鋼生產(chǎn) 工藝技術 前言 高速工具鋼也叫 “ 鋒鋼 ” ，是高碳高合金工具鋼，鋼中含碳量為 %～ ％，鋼中含有能形成高硬度碳化物的合金元素，如鎢、鉬、鉻、釩等，高速鋼就是利用上述金屬元素，一方面推遲馬氏體分解，一方面產(chǎn)生二次硬化。二者綜合的結果，使高速鋼具有良好的紅硬性。 高速鋼主要用于制造切削速度高、耐磨性好、且要在高溫下能保持其切削性能的工具，如銑刀、刨刀、滾刀、拉刀、絲錐、鉸刀等。也可以用于制作冷作模具，還可制作高溫軸承、高溫彈簧。 高速鋼是合金鋼中生產(chǎn)量最少，品種規(guī)格繁多，生產(chǎn)技術難度 較大的鋼種。按主要合金元素不同分為鎢系（如 W18Cr4V）、鉬系（如 W2Mo9Cr4VCo8）和鎢鉬系（如 W6Mo5Cr4V3）；按用途分為通用型（ W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2）和超硬型（ W6Mo5Cr4V2 Co8）；按壓力加工成型方法可分為鍛材、軋材、冷拉材；按鋼材外形區(qū)分為棒材、線材、扁鋼、板帶材；按交貨狀態(tài)分黑皮材和銀亮材，在銀亮材中又有剝皮、磨光及拋光之分。高速工具鋼棒技術條件（ GB9943－ 88）中，列出了 14 個鋼的牌號。 性能 高速鋼除要求高硬度、高耐磨性以外，還要 求高紅硬性，即在高速切削條件下刀刃不會因發(fā)熱而軟化的性能。這類鋼在適當淬火回火熱處理后的硬度，一般高于 HRC63，高的可達 HRC68~70，目前多把后者稱為超硬型高速鋼，并且在 600 ℃ 左右，仍然保持 HRC 63～65 的高硬度。紅硬性也叫赤熱硬性或熱穩(wěn)定性，與鋼的室溫硬度或高溫硬度都有一定的關系。但在切削條件下，由于刀具反復受熱和冷卻，情況比較復雜，目前只是近似地用人為規(guī)定的指標來表示紅硬性。 鑄態(tài)的高速鋼為萊氏體鋼。這類鋼的鑄態(tài)組織以粗大的共晶萊氏體網(wǎng)和黑色組織為主要特征。這種共晶萊氏體的相組成物是 γ 和 M6C[Fe3W3C～ Fe4W2C， Fe3Mo3C～ Fe4Mo2C，F(xiàn)e3（ W， Mo） 3C～Ｆ e4（ W1Mo） 2C 等 ]。 M6C 以魚骨狀的形態(tài)分布在奧氏體周圍，魚骨狀碳化物骨絡之間填充的是共晶 γ 相。這種共晶萊氏體嚴重損害著高速鋼的性能。鑄態(tài)組織中的黑色組織則是 δ 相的共析分解產(chǎn)物，其相組成物也是 γ 和 M6C。但其組織特征是片狀的珠光體型的，只是由于在低倍顯微鏡下不易分辨清楚其片層，呈黑色，故常稱為黑色組織。萊氏體中的共晶碳化物，在 1 300 ℃ 高溫下也難溶于奧氏體中，因此無法通過熱處理來改變其形態(tài)。只有通過塑性 變形使其細化。變形程度愈大，碳化物共晶體愈細化，分布愈均勻。 鋼的純潔度主要影響鋼的塑韌性、焊接性和某些含鋁高速鋼的強韌性。單一電弧爐冶煉的高速鋼，氧含量一般在（ 40～ 60） 10 6，硫含量約 ％。爐外精煉可將氧含量降到 2010 6，氮含量約 10010 6，硫含量在 %以下。對其熱塑性的提高和降低脆性傾向有益。高速鋼具有低塑性和高變形抗力；同時，由于組織中存在熔點較低的共晶偏析區(qū)，當加熱到 1 250 ℃ 以上時，偏析區(qū)的晶粒長大，晶界熔化，極易產(chǎn)生過熱、過燒現(xiàn)象；高速鋼含碳量高，所以也易 脫碳；高速鋼的寬展量較碳素鋼大 倍；軋或鍛后，空氣中過快冷卻，淬成馬氏體組織，易產(chǎn)生裂紋（高速鋼坯、材，熱軋后必須進行緩冷）。 總之，高速鋼含碳量高和含有大量的顆粒度不同、成分不同的合金碳化物，正是由于這些碳化物對高速鋼的性能起了重要作用，但同時也給高速鋼的生產(chǎn)帶來了相當大的難度。 生產(chǎn)工藝 一般要求的通用型高速鋼工藝流程為： 電爐 — 模鑄（下注） — 退火或熱送開坯鍛造或初軋 — 退火 — 修磨 — 開二次坯或加工成材 — 成品退火 — 精整 — 包裝 — 出廠。 要求較高質量的大斷面高速鋼工藝流程為： 電爐 — 澆注電極坯 — 退火 — 電渣重熔 — 退火 — 開坯 — 退火 — 修磨 — 退火 — 精整檢查— 包裝 — 入庫。 棒 — 棒銀亮材生產(chǎn)工藝流程為： 矯直 — 兩端切齊倒棱 — 修磨 — 無芯磨床粗磨、精磨 — 拋光 — 精矯 — 防腐處理 — 包裝 —入庫。 線 — 棒銀亮材生產(chǎn)工藝流程為： 盤條噴丸去鱗 — 開卷、矯直 — 冷拔 — 精矯 — 剪斷 — 矯直、拋光 — 渦流探傷 — 精磨 — 防腐處理 — 包裝 — 入庫。 線 — 線銀亮材生產(chǎn)工藝流程為： 盤卷酸洗或拋丸去鱗 ～ Φ10 mm — 冷拔 — 真空退火 — 冷拔 — 真空退火 — 直至成品— 渦流探傷 — 包裝入庫。 我國某特殊鋼廠高速鋼 生產(chǎn)工藝流程為： 30 t 電爐熔煉－注錠（或鑄電極－退火－電渣重熔）－ 2 000 t 快鍛機開坯（大圓）或 1 000 t 精鍛機開坯（小圓）－退火－修磨－ 1 000 t 精鍛機成材或軋制成材－退火－精整檢查－包裝－入庫。 高速鋼生產(chǎn)絕大多數(shù)都用電弧爐（ 15～ 30 t，帶有電磁攪拌裝置），模鑄鋼錠仍是各國普遍采用的。電渣重熔對于大斷面高速鋼材不僅能改善鋼的純潔度，更重要的是保證大鋼錠有較快的凝固速度，避免共晶碳化物粗化，使得大斷面成材時，既能保證足夠的鍛壓比，又能保證內(nèi)部冶金質量，有的國家習慣于 Φ100 mm 以上用電渣重熔，有的則定為 Φ150 mm 以上。為了使高速鋼碳化物破碎更有效，控制變形量和變形溫度，通常用快鍛機與精鍛機聯(lián)合生產(chǎn)高質量要求的大斷面材。中小型材和鋼絲生產(chǎn)已普遍采用高精度無扭連軋機。 棒材退火用保護氣氛連續(xù)輥底式爐，可以得到組織均勻、硬度波動范圍小、 不脫碳、氧化燒損小的效果。盤圓退火用保護氣氛或真空罩式爐（或井式爐），可以得到上述效果。 特殊鋼廠對鋼材精整十分重視，尤其是對高速鋼，精整作業(yè)線的場地通常是成材軋制線的 1～ 倍。高速鋼材的精整線包括：初矯、噴丸、精矯、倒棱、剝皮、精矯、拋光、光譜分析、超聲和渦流探傷、分檢、測徑、分析、自動打印、稱重、自動打捆包裝。 為解決鑄錠中形成大塊萊氏體共晶、碳化物分布不均勻的問題，采用粉末冶金方法提高高速鋼的組織和性能。爐外精煉裝備逐步用于高速鋼生產(chǎn)，主要用 LF（ V），也有 SKF 鋼包爐。國外有的廠可以用連鑄生 產(chǎn)高速鋼，但僅限于通用型鋼種和小斷面材。世界先進的高速鋼生產(chǎn)工藝流程如下。 1）通用型鋼種、中小型材及鋼絲生產(chǎn)流程：電爐（ UHP）－精煉爐 LF（ V）－連鑄－退火－修磨－棒、線連軋： ① 棒材（＞ φ20 mm ）－保護氣氛連續(xù)退火－精整剝皮－在線檢測－成品包裝（ φ20 ～ φ40 mm 光亮材）； ② 線材（ ～ φ20 mm ）－保護氣氛或真空罩式退火－連續(xù)拉拔開卷或磨光、拋光－在線檢測－成品包裝（ φ5 ～ φ20 mm 冷拔材、光亮材）； ③ 線材（ mm ）－保護氣氛或真空罩式退火－溫拉或溫軋－真空退火－矯直或磨光 －在線檢測－成品包裝（＜ φ5 mm 冷拔磨光鋼絲）。 2）大斷面材及高牌號鋼材生產(chǎn)流程：電爐（ UHP）－精煉爐 LF（ V）－鑄錠（或鑄電極－電渣重熔）－退火－快鍛或精鍛開坯－退火、修磨－精鍛成材－退火－精整－在線檢測－成品包裝。 5 軸承鋼生產(chǎn)工藝技術 前言 軸承用鋼的質量是所有合金鋼中要求最嚴格、檢驗項目最多的鋼種。世界公認軸承鋼的水平是一個國家冶金水平的標志。軸承對其材料的要求較高，必須具備高的硬度、耐磨性、接觸疲勞強度、彈性極限，良好的沖擊韌性、斷裂韌性、尺寸穩(wěn)定性、防銹性能和冷熱加工等性 能。為保證這些性能要求，軸承鋼的冶金質量必須保證其嚴格的化學成分及化學成分均勻性，特別高的純凈度，極低的氧含量和殘余元素含量，嚴格的低倍組織和高倍組織，嚴格的碳化物均勻性，嚴格的表面脫碳層和內(nèi)部疏松、偏析、顯微孔隙等，不允許存在裂紋、夾渣、毛刺、折迭、結疤、氧化皮、縮孔、氣泡、白點和過燒等表面和內(nèi)部缺陷。我國特鋼企業(yè) 2020 年軸承鋼產(chǎn)量為 245 萬 t。 性能 當前世界各國所使用的軸承鋼主要有 5 大類 [9]，即高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼、中碳軸承鋼。 1）高碳鉻軸承鋼。高碳鉻 軸承鋼是含鉻 %～ %的高碳合金鋼，目前我國標準中采用 5 個牌號， GCr1 GCr GCr GCr9SiMn、 GCr15SiMn。高碳鉻軸承鋼已有 100 多年的歷史，長期的生產(chǎn)和使用證明，這種鋼基本上可以滿足一般工作條件的軸承要求，具有良好的耐磨性和抗接觸疲勞性能，有較理想的耐銹蝕性和一定的彈性、韌性，加工性能較好，價格也較便宜，因此應用最廣。由于淬透性的差別，其中用量最大的是 GCr15 和 GCr15SiMn， GCr6 和 GCr9 已很少采用。 2）滲碳軸承鋼。滲碳軸承鋼實質上是優(yōu)質滲碳結構鋼，目前我國標準中采用 6個牌號， G20CrMo、G20CrNiMo、 G20Cr2Ni G20CrNi2Mo、 G10CrNi3Mo、 G20Cr2Mn2Mo。這類鋼經(jīng)過滲碳、淬火、回火等熱處理工序后，表面具有很高的硬度和一定的耐磨性以及較高的抗接觸疲勞強度，且其心部都具有良好的韌性、一定的強度和硬度。主要用于承受沖擊載荷下的軸承和特大型軸承，如鐵路、軋鋼機用軸承等。 3）不銹軸承鋼。有馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼，目前我國標準中采用 3 個牌號，9Cr1 9Cr18Mo、 Cr14Mo4。其中以馬氏體不銹鋼 9Cr18 使用最多。這類鋼經(jīng)過熱處理可以得到全部或大部馬氏體組織，具有高強度、很好的耐磨性和韌性，特別是在海水、酸、有機鹽水溶液中具有較強的抗銹蝕能力。這些軸承鋼的缺點是碳含量高，碳與鉻形成粗大的一次碳化物，降低材料的機械性能，減少鉻元素對抗腐蝕的貢獻。 1Cr18Ni9Ti 等奧氏體不銹鋼，經(jīng)熱處理后可以得到單一的奧氏體組織，具有良好的韌性和很好的抗腐蝕能力。但由于強度、硬度不高，只適用于制造低負荷、低轉速軸承。 4）高溫軸承鋼。高溫軸承鋼具有 一定的高溫硬度和高溫耐磨性。高溫接觸疲勞強度、抗氧化、耐沖擊、高溫尺寸穩(wěn)定性等特點。此類鋼利用高速鋼和高鉻馬氏體不銹鋼的一些鋼號。我國目前使用的高溫軸承鋼主要有： 9Cr18Mo（ 260 ℃ ）、 Cr4Mo4V（ 315 ℃ ）、 Cr14Mo4（ 480 ℃ ）、 W6Mo5Cr4V2（ 480 ℃ ）、 W9Cr4V2Mo（ 520 ℃ ）、 W18Cr4V（ 560 ℃ ）、 W12Cr4V5Co5（ 590 ℃ ），其中使用最普遍的是 Cr4Mo4V。高碳鉻軸承鋼的回火溫度是 160～ 180 ℃ ，所以使用溫度一般不超過 120 ℃ ，如果使用溫 度超過 120 ℃ ，鋼的強度急劇下降，尺寸不穩(wěn)定，并導致軸承的疲勞強度降低。所以，只能用高溫軸承鋼而不能用高碳鉻軸承鋼，如飛機用渦輪噴氣發(fā)動機的功率越來越大，壓縮機和渦輪機的主軸軸承要求耐高溫，其工作溫度一般為 55～ 260 ℃ ，高者可達 370 ℃ ，在這種工作條件下，只能采用高溫軸承鋼。 5）中碳軸承鋼。中碳軸承鋼是中碳合金鋼，我國目前主要有： 5 50MnA、 70Mn、 5CrMnMo、60CrMnMoA、 55SiMoVA、 50SiMo，后兩個鋼號是我國開發(fā)的抗沖擊軸承鋼。此鋼類適用于制作掘進、起重、大型機 床等重型設備上用的特大尺寸軸承，一般轉速不高，但承受較大的軸向、徑向載荷及彎曲應力等。 生產(chǎn)工藝 鋼的冶煉水平是軸承鋼內(nèi)在質量好壞的先決條件。鋼中的氧含量、成分偏析，夾雜物數(shù)量及分布，大顆粒碳化物的狀況是影響軸承鋼內(nèi)在質量的重要冶金因素。近年來，