【正文】 使用性能均勻，強韌性配合適宜，保證由其制作的部件使用性能可靠。（ [H]≤110 [O]≤1510 [S]≤10 10 [N]≤ （ 15～ 30） 10 [P]＜ 1010 6），從而使一系列高強和超高強材料的塑韌性問題得到解決。 目前對于工業(yè)化商業(yè)性生產(chǎn)來說，合金結構鋼的生產(chǎn)水平： [O]≤1510 [S]≤1010 [N]≤2010 [P]＜ 2010 6。電爐短流程合金結構鋼長型材生產(chǎn)工藝流程如圖 2 所示 [2， 45]。當下人們對汽車高速、 安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保等性能要求的日趨嚴格，傳動系統(tǒng)向小型化、輕量化、高功率化的趨勢發(fā)展，要求提高齒輪壽命、傳動精度和降低齒輪成本。 隨著社會汽車保有量及生產(chǎn)量的不斷擴大，汽車齒輪鋼用量也在增加。按年產(chǎn)汽車 600 萬輛，其中轎車 300 萬輛、客車 140萬輛、載重車 160 萬輛，每輛轎車、載重車、客車用齒輪鋼量為 3 100、 180 kg 估算，年新產(chǎn)汽車用齒輪鋼量約 萬 t， 2020 年約達到 90～ 100 萬 t。中國標準執(zhí)行GB/T3077199 GB/T521685。齒輪鋼材貿(mào)易與質(zhì)量監(jiān)控協(xié)作網(wǎng)對齒輪鋼材采購技術標準（協(xié)議）提出下列必須滿足的 6 項條件： 1）末端淬透性：淬透性帶寬（上限減下限）不能超過 7HRC。 3）非金屬夾雜物： A 類細系、粗系 ≤級； B 類細系、粗系 ≤ 級； C 類細系、粗系 ≤ 級； D 類細系、粗系 ≤ 級。 5）表面質(zhì)量符合 GB/T30771999《合金結構鋼》的規(guī)定。 齒輪鋼質(zhì)量水平主要指標 汽車齒輪鋼屬結構鋼，其中以合金結構鋼為主，滲碳齒輪鋼比例在不斷擴大，盡管開發(fā)和引進了各種類型的齒輪鋼，但 20CrMnTiH 仍被廣泛應用。這些零件對材料的機械性能要求： 1）材料具有高的屈服強度和高的彎曲疲勞性能； 2）材料表面具有高的接觸疲勞強度和高的耐磨性。使零件表面層具有高強度、高耐磨性，零件心部具有適當?shù)膹姸群洼^好的韌性，使零件滿足其在機械性能上的要求。 齒輪傳動裝置按密封形式可分為開式、半開式及閉式 3 種；按使用工況可分為低速、高速及輕載、中載、重載；按齒輪齒面硬度的不同，又分為硬齒面齒輪（齒面硬度 HRC＞55，如經(jīng)整體或滲碳淬火、表面淬火或氮化處理）、中硬齒面齒輪（齒面硬度 55＞ HRC＞38， HB＞ 350， 如齒輪經(jīng)過整體淬火或表面淬火）、軟齒面齒輪（齒面硬度 HB＜ 350，如經(jīng)調(diào)質(zhì)、?；凝X輪）。特別是隨著汽車高功率化和輕量化的進展，提高齒輪鋼強度的要求越來越迫切。因此，要求齒輪鋼具有高的彎曲疲勞強度、接觸疲勞強度、良好的耐磨性，而且還必須具有充分的韌性。齒輪在進行滲碳淬火熱處理時，其熱應力和組織應力使齒輪產(chǎn) 生變形。為了減小熱處理變形－降低齒輪變形的分散度和減小變形量，要求不同批次熱處理的齒輪都具有同等程度的淬透性，并在熱處理過程中保證各部位得到同等程度的淬火。 國際上通常認為：衡量齒輪鋼質(zhì)量水平的主要指標有 3 項 [6]，即窄的淬透性帶；高的純潔度；細小的晶粒度。次高質(zhì)量水平：淬透性帶 ≤6 HRC ；純潔度 [O]≤2010 6；晶粒度 ≥5 級。我國某著名特殊鋼廠齒輪鋼實物質(zhì)量水平達到：晶粒度 ≥6 級、淬透性帶 ≤6 HRC （淬透性帶 ≤5 HRC 產(chǎn)品比例較高）、純潔度 [O]≤2010 6（均值 [O]≤10 6）。淬透性對鋼的組織性能影響很大，淬透性高的鋼其力學性能沿截面均勻分布，即表面與心部力學性能差距小或一致。影響淬透性的主要因素是鋼的化學成分 [7]，如果將化學成分穩(wěn)定控制在一個水平，則得到的淬透性帶也相對穩(wěn)定在一個水平。 純潔度 齒輪鋼高純潔度主要是指鋼中的氧、硫、磷、氫而言，但更 重視鋼中的氧含量，因為鋼中氧含量的降低，氧化物夾雜也隨之減少。目前齒輪鋼中的氧含量一般控制在 2010 6以下，大部分在 1510 6以下，這樣可有效地減少夾雜物含量，提高鋼的韌性、耐磨性。 晶粒度 細小均勻的奧氏體晶粒度對穩(wěn)定鋼材的淬透性、減少齒輪熱處理后變形量、提高滲碳鋼的脆斷抗力十分有利。例如模數(shù)為 4 的滲碳齒輪模擬試樣的試驗結果， 20Cr2Ni4A 鋼的晶粒度由 8 級變?yōu)?5 級時，抗彎強度從 3 000 MPa 降到 2 330 MPa，破斷功從 580 J 降到 460 J。 生產(chǎn)工藝 汽車齒輪鋼質(zhì)量是隨著汽車制造業(yè)對材料要求的不斷提高及冶金工藝裝備水平的提高而不斷提高的，鋼材的質(zhì)量性能高級化、高純潔度、超細組織、高精度是當前的主要發(fā)展趨勢 [6]。齒輪鋼窄淬透性帶的控制是提高齒輪精度和壽命的手段之一。組織的超細化也可以提高強度、改善韌性。目前主導的齒輪鋼電弧爐生產(chǎn)工藝路線見圖 2。 由于齒輪鋼品種較多，質(zhì)量要求差別也較大，因此目前工業(yè)生產(chǎn)中的各種冶煉方法幾乎都在應用。 3 合金工具鋼生產(chǎn)工藝技術 前言 合金工具鋼是制造模具、量具和刃具的原材料，是在碳工鋼成分的基礎上，加上鉻、鉬、釩、鎢等合金元素，提高淬透性、韌性、耐磨性和 熱硬性等。按加工方法分為壓力加工用鋼和切削加工用鋼。 性能 刃具鋼要求具有高溫硬度、耐磨性、高韌性和適當?shù)膹姸?。冷作模具鋼必須具有高強度、高硬度、高耐磨性和足夠的韌性?？梢姾辖鸸ぞ咪撚?3 種最主要的性能，即鋼的耐磨性、韌性和高溫硬度。各個合金元素在合工鋼中的作用，以及彼此作用大小的順序如下 [2]，提高耐磨性： V、 W、 Mo、 Cr、 Mn；提高淬透性： Mn、 Mo、Cr、 Si、 Ni、 V（固溶于奧氏體后） ；減小淬火變形：與 Cr 同時存在的 Mo、 Cr、 Mn；細化晶粒、提高韌性： V、 W、 Mo、 Cr；增大熱硬性： W、 Mo、 Co（和 W 或 Mo 同時存在）。另外，工具鋼尤其是模具鋼的關鍵部位或部件大部分是多向受力，因此，提高材料的等向性能，改善橫向的韌性和塑性，可以大幅度提高工模具的使用壽命。這些高等向性能模具鋼的塑性、韌性值相當于縱向值 80％ ~90％（一般模具鋼為 40％～ 60％），可提高模具壽命 1～ 3 倍。 提高合金工具鋼的純凈度，如降低 4Cr5MoSiV1 鋼的磷含量（從 ％降至 ％），可使淬回火后的沖擊值提高 1 倍。 生產(chǎn)工藝 合金工具鋼的冶煉水平是保證鋼的化學成分和基本性能的先決條件，尤其是對保證鋼的等向性、純潔度和碳化物均勻性起到關鍵作用。 由于合金工具鋼的特殊性，目前鑄鋼仍以模鑄為主，為保證鋼錠質(zhì)量，廣泛采用了保護氣體澆鑄、真空澆鑄、保護渣等防止二次氧化技術。常選用大截面連鑄機，多半選擇大彎曲半徑或立式、水平連鑄機。 凝固形成的顯微偏析，只有在高溫下各元素的擴散作用才能得到改善，因此在一些高合金模具鋼的大型鋼錠或枝晶嚴重的鋼錠，以及要求具有良好的等向性的鋼，都進行擴散退火，也稱均勻化退火。 鍛造使鑄態(tài)組織中的孔洞焊合，改善鋼的致密性，隨著鍛比加大，鍛件的縱向和橫向機械性能明顯提高。因 而鍛比過小過大都是不合適的。 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。 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。合金工具鋼的質(zhì)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。如消除內(nèi)應力退火，預硬化處理，固溶處理，調(diào)質(zhì)處理，球化退火表面處理等。圖 3為我國某特殊鋼廠工（模）具鋼生產(chǎn)工藝流程示意圖。二者綜合的結果，使高速鋼具有良好的紅硬性。也可以用于制作冷作模具，還可制作高溫軸承、高溫彈簧。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。 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。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。 鑄態(tài)的高速鋼為萊氏體鋼。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 ]。這種共晶萊氏體嚴重損害著高速鋼的性能。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。只有通過塑性 變形使其細化。 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。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。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）。 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。 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 — 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。 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。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(zhì)量要求的大斷面材。 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。 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。 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。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。 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）。 5 軸承鋼生產(chǎn)工藝技術 前言 軸承用鋼的質(zhì)量是所有合金鋼中要求最嚴格、檢驗項目最多的鋼種。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。我國特鋼企業(yè) 2020 年軸承鋼產(chǎn)量為 245 萬 t。 1）高碳鉻軸承鋼。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。 2）滲碳軸承鋼。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。 3）不銹軸承鋼。其中以馬氏體不銹鋼 9Cr18 使用最多。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。但由于強度、硬度不高，只適用于制造低負荷、低轉(zhuǎn)速軸承。高溫軸承鋼具有 一定的高溫硬度和高溫耐磨性。此類鋼利用高速鋼和高鉻馬氏體不銹鋼的一些鋼號。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。 5）中碳軸承鋼。