材料成型及控制工程畢業(yè)設計-電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立

2、完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： </p><p>　　年 月 日 </p><p><

3、;b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　設計題目： 電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究</p><p>　　1．設計的主要任務及目標</p><p>　　本文主要研究電渣重熔模具鋼冶煉工藝，因為電渣重熔模具鋼冶煉的研究成果現在還處在初級階段，無論是從理論上，還是從具體實驗的設置及結果上，所出的成果還是很少的。人們對電渣重熔模具鋼冶煉工藝過程機

4、理及其涉及到的諸多科學問題，基本上還沒有很好的認識和解釋。對于怎么樣選擇的元素種類，也沒有科學的依據可循。此外，對模具鋼的機械性能、物理性能和化學性能之間的關系，也沒有找到其間的規(guī)律性。因此有待于開展這方面的研究工作，探索其組織和性能的形成機理及其影響規(guī)律。</p><p>　　2．設計的基本要求和內容</p><p>　　1.完成普通鋼冶煉工藝研究</p><p>

5、;　　2.完成模具鋼研究 </p><p>　　3.制定電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究方案 </p><p>　　4.電渣重熔冶煉工藝研究 </p><p>　　5.電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究 </p><p>　　6.整理材料，撰寫論文</p><p><b>　　3．主要參考文獻</b>&

6、lt;/p><p>　　[1]Wang XF,Zhang Y Chen GL，et a1．Novel microstructure and properties of multi-component CoCrCuFeNiTix alloys[J]．Intermetailics，2007，15：357-359 </p><p>　　[2] Cantor B，Chang ITH，Knight

7、P'ct a1．Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys[J]．Mater．Sci．Eng．2004，375-377：213·218</p><p>　　[3] Zhou YJ,Zhang Y,Wang,YL,et al.Solid solution alloys of AlCoCrFeNiTix with e

8、xcellent romm-temperature mechanical properties[J]. Appl. Phys. Lett,2007,90:181904-181906</p><p>　　[4] 葉均蔚，陳瑞凱，劉樹均.髙熵合金的發(fā)展概況[J].工業(yè)材料雜志，2005，224:71-79</p><p>　　[5] 劉源，李言祥，陳祥，等.多主元髙熵合金研究進展[J].材料導

9、報，2006，(20):4-7</p><p>　　[6] Huang PK,Yeh JW,Shun TT,et al.Multi-principal-element alloys with improve oxidation and wear resistanse for themal spraycoating[J]. Adv. Eng.Matet,2004,6:74-78</p><p&g

10、t;　?。?］轉爐煉鋼生產 化學工業(yè)出版社 李建朝、齊素慈主編</p><p>　?。?］轉爐煉鋼 機械工業(yè)出版社 張芳主編</p><p>　?。?］特種冶煉與金屬功能材料 冶金工業(yè)出版社 崔雅茹、王超主編</p><p>　?。?0］轉爐煉鋼生產實訓 化學工業(yè)

11、出版社 李建朝、齊素慈主編</p><p>　?。?1］鋼鐵冶金學 冶金工業(yè)出版社 陳家詳主編</p><p>　　［12］轉爐煉鋼工藝和設備 中國勞動社會保障出版社 人力資源和社會 保障部教材辦公室組織編寫</p><p><b>　　4．進度安排</b></p>

12、<p>　　電渣重熔模具鋼冶煉工藝研究</p><p>　　摘要：把一般冶煉方法(如平爐、轉爐、電弧爐或感應爐等)煉得的金屬當作電極(該電極可以是鑄造的、鍛造的或鋼的切頭切尾焊成的)，通過熔渣電阻熱進行二次重熔，電極熔入渣池、在渣池底金屬液結晶形成鑄錠，即為電渣重熔鋼。電渣重熔鋼一般沒有縮孔、疏松、夾雜物聚集宏觀偏析等缺陷，具有很高的組織致密性，成分均勻性和表面光潔。由于重熔設備簡單、投資少、見效快，

13、故廣泛用于冶煉滾珠軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高強度結構鋼、高速切削鋼、熱強鋼等特殊鋼種。電渣熔鑄工藝從根本上解決了一般鑄造工藝的主要矛盾，它綜合了電渣重溶-獲得高冶金質量的金屬和鑄造-澆鑄異型零件精化毛坯的長處，并具有與普通冶煉的變形金屬相近的致密組織以及無各向異性的特點。與普通鍛件相比，電渣熔鑄件的各項性能指標完全達到同鋼種的變型金屬指標，甚至還避免了鍛件的一些不足之處。電渣重熔設備簡單，投資較少，生產費用較低。電渣重熔的缺點是電耗較高

14、，目前通用的渣料含CaF□較多，在重熔過程中，污染環(huán)境，必須設除塵和去氟裝置。</p><p>　　模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具是機械制造、無線電儀表、電機、電器等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具的質量直接影響著壓力加工工藝的質量、產品的精度產量和生產成本、而模具的質量與使用壽命除了靠合理的結構設計和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印

15、模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質量分數在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質量分數通常不大于5%。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質量分數可達13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質量分數也很高，最高可達2.0%~2.3%。冷作模

16、具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。關鍵詞：電渣重熔、冶煉、模具鋼</p><p>　　Study of steel smelting technology of electroslag </p><p>　　remelting die</p><p>　　Abstract:The ge

17、neral method of smelting (such as open hearth furnace, converter,electric arc furnace or induction furnace smelting of metal electrode) as (the electrode can be cut head casting, forging or steel cutting tail welded), fo

18、r the two time by slag remelting electrode resistance heat, melt into the slag pool inthe bottom of the pool, slag metal liquid crystal formation of ingot, the ESR steel. Electroslag remelting steel general no shrinkage,

19、 porosity, inclusionsmacrosegregation defects</p><p>　　Die steel was used for the manufacture of stamping die, die casting, hot forging die. Mould is the main tool of manufacturing machinery manufacturing,mo

20、tor, electrical appliances, radio instrument industry in. Mold quality directly affects the processing quality, the precision of product yield and production cost, and the quality </p><p>　　and service life

21、of die except by reasonable structure design and machining precision, is mainly affected by mould material and heat treatment. Cold working die includes a die, drawing die, drawing die, stampingdie, thread rolling dies,

22、thread rolling plate, Leng Dunmo and cold extrusiondie. Cold working die steel, according to their manufacturing with working conditions, should have high hardness, strength, wear resistance, enough toughness, and high h

23、ardenability, hardenability and other proce</p><p>　　Keyword：Electroslag remelting, smelting, die steel</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 緒論 ………………………………………………………………………………1&

24、lt;/p><p>　　1.1概述 ……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2選題背景、研究的目的和意義 ………………………………………………1</p><p>　　1.3本課題研究主要內容………………………………………………………… 4</p><p>　　2 文獻綜述………………………………………

25、…………………………………5</p><p>　　2.1電渣重熔冶煉的定義 ………………………………………………………5</p><p>　　2.1.1電渣重熔冶煉 ………………………………………………………………5</p><p>　　2.1.2電渣重熔的界定 ……………………………………………………………6</p><p>　　2.2電渣

26、重熔的制備方法 …………………………………………………………7</p><p>　　2.2.1電渣重熔法 …………………………………………………………………7</p><p>　　2.2.2.電渣重熔模具鋼冶煉 ………………………………………………………9</p><p>　　2.2.3其他熔煉方法 ………………………………………………………………10</p&

27、gt;<p>　　3.1普通鋼冶煉的特點………………………………………………………12</p><p>　　3.1.1煉鋼原理 ……………………………………………………………………12</p><p>　　3.1.2煉鋼反應……………………………………………………………………14</p><p>　　3.1.3煉鋼基本任務………………………………………

28、………………………17</p><p>　　3.2.轉爐煉鋼方法………………………………………………………………19</p><p>　　3.2.1氧氣頂吹轉爐………………………………………………………………22</p><p>　　3.2.2轉爐煉鋼的應用領域………………………………………………………27</p><p>　　3.3模具鋼研

29、究……………………………………………………………28</p><p>　　3.3.1模具鋼工作條件…………………………………………………………29</p><p>　　3.3.2模具鋼性能…………………………………………………………………31</p><p>　　4 結論………………………………………………………………………………36</p><

30、p>　　5 參考文獻…………………………………………………………………………38</p><p>　　6 致謝………………………………………………………………………………39 </p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　

31、電渣重熔其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學成分均勻。電渣鋼的鑄態(tài)機械性能可達到或超過同鋼種鍛件的指標。電渣鋼錠的質量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設備條件。</p><p>　　電渣重熔工藝從根本上解決了一般鑄造工藝的主要矛盾，它綜合了電渣重溶-獲得高冶金質量的金屬和鑄造-澆鑄異型零件精化毛坯的長處

32、，并具有與普通冶煉的變形金屬相近的致密組織以及無各向異性的特點。與普通鍛件相比，電渣熔鑄件的各項性能指標完全達到同鋼種的變型金屬指標，甚至還避免了鍛件的一些不足之處。</p><p>　　電渣重熔基本過程在銅制水冷結晶器內盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過短網導線和變壓器形成回路。在通電過程中，渣池放出焦耳熱，將自耗電極端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成液滴，穿過渣池，落

33、入結晶器，形成金屬熔池，受水冷作用,迅速凝固形成鋼錠。在電極端頭液滴形成階段,以及液滴穿過渣池滴落階段,鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為爐渣所吸收。鋼中有害元素（硫、鉛、銻、鉍、錫）通過鋼-渣反應和高溫氣化比較有效地去除。 液態(tài)金屬在渣池覆蓋下，基本上避免了再氧化。因為是在銅制水冷結晶器內熔化、精煉、凝固的，這就杜絕了耐火材料對鋼的污染。鋼錠凝固前，在它的上端有金屬熔池和渣池，起保溫和補縮作用，保證鋼錠的致密性。上升的渣池在結晶器內壁

34、上形成一層薄渣殼，不僅使鋼錠表面光潔，還起絕緣和隔熱作用，使更多的熱量向下部傳導,有利于鋼錠自下而上的定向結晶。由于以上原因,電渣重熔生產的鋼錠的質量和性能得到改進，合金鋼的低溫、室溫和高溫下的塑性和沖擊韌性增強，鋼材使用壽命延長。</p><p>　　1.2選題背景、研究的目的和意義</p><p>　　主要煉鋼方法的發(fā)展概況 現有的大規(guī)模煉鋼方法都是1856年以后出現的。主要可分為轉爐

35、煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法三類。1860～1980年，各種煉鋼方法所生產的鋼，在鋼的總產量中所占的百分比,如圖2所示，從中可以看出各種煉鋼法的興起和衰落。</p><p>　　空氣轉爐煉鋼法 最早發(fā)明的是酸性空氣底吹轉爐煉鋼法，又稱貝塞麥轉爐煉鋼法。此法煉鋼過程中所需的熱量，來自原料鐵水物理熱及所含硅、碳及其他元素的發(fā)熱氧化反應，因此，不用另外的燃料，就能達到鋼水澆鑄所要求的高溫。貝塞麥法由于冶煉過程快，而

36、且能耗低，發(fā)明以后，迅速得到推廣，基本上取代了原有的熟鐵攪煉爐和坩堝爐煉鋼法。從此，開始了人類大量用鋼的新時代。但貝塞麥法用酸性耐火材料(氧化硅質)作爐襯，不能造堿性渣脫磷脫硫，因此只適用于低磷低硫原料。為了利用西歐大量的高磷鐵礦資源，后來發(fā)展出了使用堿性耐火材料的堿性空氣底吹轉爐法（托馬斯轉爐煉鋼法）。這種方法在西歐各國很快推廣。</p><p>　　平爐煉鋼法 又稱馬丁爐法或西門子-馬丁爐法。此法用外來燃料加

37、熱，靠蓄熱室把爐溫提高到可以熔化鋼的程度，這樣就擴大了煉鋼原料的范圍，實際上可以采用0～100％的任何比例的廢鋼和生鐵配料（圖3）。最初的平爐也用酸性材料作爐襯，因此不能熔煉含磷高的生鐵。和轉爐一樣，酸性平爐不久就被堿性平爐所取代。</p><p>　　以空氣作氧化劑的轉爐，由于空氣所含的氮從爐內帶走大量的熱，使煉鋼原料中不能搭配很多廢鋼。堿性平爐法的突出優(yōu)點，就是在廢鋼與生鐵配比方面和生鐵磷含量方面有寬廣的適應

38、能力，因而在發(fā)明后為全世界廣泛采用。到了20世紀中葉，即在氧氣頂吹轉爐煉鋼法崛起之前，平爐鋼產量穩(wěn)定地占了世界鋼總產量約80％。</p><p>　　氧氣轉爐煉鋼法 50年代初，出現了堿性氧氣頂吹轉爐煉鋼法。同原有的空氣轉爐相比，它的熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢鋼（可達30％左右），所產的鋼含氮量低，質量更好。另一方面，同平爐相比，它不耗燃料，而且生產率高得多，利用廢鋼的能力雖差一些，但在廢鋼來源

39、不多的多數地區(qū)也已夠用。因此從60年代起，世界氧氣轉爐煉鋼的產量和比例扶搖直上。現在,可以說氧氣轉爐已徹底淘汰了空氣轉爐,并在很大程度上取代了平爐的地位。60年代末出現了氧氣底吹轉爐煉鋼法。近年來又發(fā)展了復合吹煉轉爐煉鋼法，已在許多國家應用。</p><p>　　電弧爐煉鋼法 從20世紀初開始，徐緩地向前發(fā)展，目前約占世界鋼產量的20％。電弧爐以電為熱源，可以迅速熔化廢鋼和合金，而且可以基本密閉，排除大氣的作用。

40、另一方面，電弧爐一般容量較?。ㄍD爐和平爐比），操作成本較高。由于這些特點，電弧爐煉鋼法曾主要用來生產特殊鋼或合金鋼。但近年來，隨著電弧爐本身大型化和加大功率的成功，降低了電弧爐鋼的生產成本，加上用廢鋼作原料價格低廉，在工業(yè)發(fā)達國家中出現了許多專門煉普通鋼的電弧爐鋼廠。這種所謂小鋼廠投資遠比同樣產量的高爐-轉爐聯合企業(yè)低,所以發(fā)展較快。有些廠原料中除廢鋼外，還摻用一部分海綿鐵。</p><p>　　中國的煉鋼情況

41、 中華人民共和國成立以前，中國煉鋼技術落后，生產設備以平爐為主，有少量的電弧爐和轉爐。50～60年代除鞍山、武漢和包頭等鋼鐵基地擴建和新建了一些新型平爐以外，全國在較大范圍內建立了許多小型空氣側吹轉爐(見側吹轉爐煉鋼)。60年代初，氧氣頂吹轉爐在首都鋼廠投產。由于這種設備在經濟上具有明顯的優(yōu)越性，后來在許多鋼廠新建了較大的氧氣頂吹轉爐,最大的爐子容量為150噸。原有的空氣側吹轉爐一部分停產,大部分改建成為氧氣頂吹轉爐。1980年中國各種

42、設備在總的煉鋼能力所占的比重約為：轉爐44％，平爐33％，電爐23％。</p><p>　　電渣重熔其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學成分均勻。電渣鋼的鑄態(tài)機械性能可達到或超過同鋼種鍛件的指標。電渣鋼錠的質量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設備條件。</p><p>　　電渣重

43、熔工藝從根本上解決了一般鑄造工藝的主要矛盾，它綜合了電渣重溶-獲得高冶金質量的金屬和鑄造-澆鑄異型零件精化毛坯的長處，并具有與普通冶煉的變形金屬相近的致密組織以及無各向異性的特點。與普通鍛件相比，電渣熔鑄件的各項性能指標完全達到同鋼種的變型金屬指標，甚至還避免了鍛件的一些不足之處。</p><p>　　電渣重熔的產品品種多，應用范圍廣。其鋼種有：碳素鋼、合金結構鋼、軸承鋼、模具鋼、高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強度

44、鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金、電熱合金等400多個鋼種。此外，可用電渣法直接熔鑄異形鑄件，可以鑄代鍛，簡化生產工序，提高金屬的利用率。</p><p>　　電渣重熔技術在軍事上早有應用，坦克炮的壽命是衡量一個國家坦克制造水平的重要標志。以前俄羅斯及中國制造的坦克炮的壽命一般只有100-500發(fā)，而西方國家比如說德國的坦克炮采用了電渣重熔、內膛鍍鉻技術，使其壽命達到了800-1000發(fā)，大大提高了軍事裝備的水平

45、。當然通過近年來的不斷的科技投入，中國的坦克炮技術與西方國家的技術差距在逐漸縮小。電渣重熔設備簡單，投資較少，生產費用較低。電渣重熔的缺點是電耗較高，目前通用的渣料含CaF□較多，在重熔過程中，污染環(huán)境，必須設除塵和去氟裝置?，F代的轉爐、平爐、電弧爐煉鋼工藝可以不同程度地保證鋼的純凈，能夠滿足一般用戶對鋼質量的要求。隨著科學技術的發(fā)展，需要質量更高、品種更多的高級鋼。為了滿足這種要求，第二次世界大戰(zhàn)以來，出現了多種鋼水爐外處理（又稱爐外

46、精煉）的方法，對轉爐、平爐和電弧爐煉出的鋼水進行附加處理，然后澆鑄。根據處理的目的不同，發(fā)展出了多種多樣的方法。應用最廣的爐外處理有：吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，使用這些方法以后，不論轉爐、平爐和電弧爐都可以生產高級的鋼種。某些尖端技術或特殊用途要求特高質量的鋼，如果用爐外處理的辦法也達不到要求，則</p><p>　　1.3本課題研究主要內容</p><p>　　研究和使用電渣熔鑄產

47、品。在發(fā)展這項新工藝方面，原蘇聯、日本和美國的研究成果較多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英國、瑞典和法國。東北大學電冶金研究室在發(fā)展電渣熔鑄新近些年來，電渣熔鑄新工藝逐漸引起了國內外工程技術界的重視，許多工業(yè)部門在加緊工藝研究。</p><p>　　本文主要研究煉鋼基本任務、鋼生產的基本原料和基本途徑、主要煉鋼方法的發(fā)展概況 、鋼水爐外處理和特殊煉鋼法 、轉爐煉鋼、轉爐煉鋼基本任務、　轉爐煉鋼生產的基本原料和基本途

48、徑、電渣重熔煉模具鋼基本任務、　電渣重熔煉模具鋼生產的基本原料和基本途徑。</p><p>　　主要做以下幾方面的工作：</p><p>　　研究煉鋼基本任務、鋼生產的基本原料和基本途徑、主要煉鋼方法的發(fā)展概況 、鋼水爐外處理和特殊煉鋼法。</p><p>　　研究轉爐煉鋼、轉爐煉鋼基本任務、　轉爐煉鋼生產的基本原料和基本途徑。</p><p&g

49、t;　　通過以上研究，研究電渣重熔煉模具鋼基本任務、　電渣重熔煉模具鋼生產的基本原料和基本途徑。 </p><p><b>　　2 文獻綜述</b></p><p>　　2.1電渣重熔冶煉的定義</p><p>　　電渣重熔（熔鑄）是一種二次精煉技術，集鋼水二次精煉與定向凝固相結合的綜合冶金鑄造過程。其原理是電流通過液態(tài)渣池渣阻熱，

50、將金屬電極熔化，熔化的金屬匯集成熔滴，滴落時穿過渣層進入金屬熔池，然后于水冷結晶器中結晶凝固成鋼錠。其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學成分均勻。電渣鋼的鑄態(tài)機械性能可達到或超過同鋼種鍛件的指標。電渣鋼錠的質量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設備條件。</p><p>　　2.1.1電渣重熔冶煉<

51、/p><p>　　在銅制水冷結晶器內盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內。自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱通過短網導線和變壓器形成回路。在通電過程中，渣池放出焦耳熱，將自耗電極端頭逐漸熔化，熔融金屬匯聚成液滴，穿過渣池，落入結晶器，形成金屬熔池，受水冷作用,迅速凝固形成鋼錠。在電極端頭液滴形成階段,以及液滴穿過渣池滴落階段,鋼-渣充分接觸，鋼中非金屬夾雜物為爐渣所吸收。鋼中有害元素（硫、鉛、銻、鉍、錫）通過鋼

52、-渣反應和高溫氣化比較有效地去除。 液態(tài)金屬在渣池覆蓋下，基本上避免了再氧化。因為是在銅制水冷結晶器內熔化、精煉、凝固的，這就杜絕了耐火材料對鋼的污染。鋼錠凝固前，在它的上端有金屬熔池和渣池，起保溫和補縮作用，保證鋼錠的致密性。上升的渣池在結晶器內壁上形成一層薄渣殼，不僅使鋼錠表面光潔，還起絕緣和隔熱作用，使更多的熱量向下部傳導,有利于鋼錠自下而上的定向結晶。由于以上原因,電渣重熔生產的鋼錠的質量和性能得到改進，合金鋼的低溫、室溫和高溫

53、下的塑性和沖擊韌性增強，鋼材使用壽命延長。</p><p>　　2.1.2 電渣重熔的應用 </p><p>　　電渣重熔的產品品種多，應用范圍廣。其鋼種有：碳素鋼、合金結構鋼、軸承鋼、模具鋼、高速鋼、不銹鋼、耐熱鋼、超高強度鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金、電熱合金等400多個鋼種。此外，可用電渣法直接熔鑄異形鑄件，可以鑄代鍛，簡化生產工序，提高金屬的利用率。</p>

54、<p>　　近些年來，電渣熔鑄新工藝逐漸引起了國內外工程技術界的重視，許多工業(yè)部門在加緊研究和使用電渣熔鑄產品。在發(fā)展這項新工藝方面，原蘇聯、日本和美國的研究成果較多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英國、瑞典和法國。我們東北大學電冶金研究室在發(fā)展電渣熔鑄新工藝以及研制使用它的異型件方面取得了以下成果：電渣重熔 電渣熔鑄冷軋輥、閥體、三通管、厚壁中空管、石油裂解爐管、齒輪毛坯、各種模具(包括沖壓模具)和柴油機曲軸等。目前，國外著名

55、的電渣爐制造廠家，如美國的CONSARC、德國的ALD和奧地利的INTECO等公司均采用基于PLC和工控機的2級計算機控制系統(tǒng)，能實現整個重熔過程的設備和工藝的全自動控制。 東北大學從20世紀90年代開始研制以液壓傳動或滾珠絲杠傳動為核心的新型機械設備，以工控機和PLC為硬件，以專家控制為軟件的智能化計算控制系統(tǒng)的新一代電渣爐，目前已有近20臺設備成功應用于國內的工業(yè)生產中，使用效果良好。把平爐、轉爐、電弧爐或感應爐冶煉的鋼鑄

56、造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝，英文簡稱ESR。美國霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世紀40年代首先提出這種精煉</p><p>　　2.2電渣重熔的主要設備</p><p>　　2.2.1電渣重熔爐</p><p>　　1980年4月，一臺200噸級的大型電渣重熔爐在上海重型機器廠試制成功。它是中國最大，也是世界上最大的一臺電渣重熔

57、爐。這臺電渣爐有以下特點：雙極串聯供電，可以減少回路感應，提高電功率因數；采用三相電源，有利于外網絡電壓平衡；三搖臂輪換電極，用小截面電極重熔大鋼錠，有利于控制電極成分偏析；采用抽錠操作，能用短結晶器重熔長的鋼錠。用它重熔鋼錠制成的鍛件，1982年通過國家鑒定，同意用這臺電渣爐為中國第一臺核電站——秦山30萬千瓦核電站生產安全一級壓力容器用鋼錠。接著為核電站的蒸發(fā)器和穩(wěn)壓器提供了所需的全部大型電渣錠。其中最大的兩只電渣錠單重分別為205

58、噸和207噸。后還用這臺電渣爐重熔了火電鍛件和化工容器用的大型電渣錠。它生產的大型電渣錠經過國家鑒定，表明電渣鋼純度高，成份均勻，性能良好，韌性特別優(yōu)良。從而為中國優(yōu)質大型鍛件的制造開辟了一條新的途徑。大型電渣爐建設是一項重大工程。整個工程由副總工程師林宗棠負責領導和組織，北京鋼鐵學院朱覺教授任顧問，上海重型機器廠和北京鋼鐵學院共同開發(fā)研制。重熔工藝和車間設計由劉椿林負責；電渣重熔設備由皇甫埏負責設計；高壓和低壓電氣由蘇燁和談家寶負責設

59、計；土</p><p>　　2.2.2模具鋼的研究</p><p>　　模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具是機械制造、無線電儀表、電機、電器等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具的質量直接影響著壓力加工工藝的質量、產品的精度產量和生產成本、而模具的質量與使用壽命除了靠合理的結構設計和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。 模具鋼大致可分為（冷作模具鋼）、（熱作

60、模具鋼）和（塑料模具鋼）3類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。</p><p>　　冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作

61、條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質量分數在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質量分數通常不大于5%。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質量分數可達13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質量分數也很高，最高可達2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低

62、合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。</p><p>　　熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機械應力外，還要承受反復受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應力。熱作模具鋼除應具有高的硬度、強度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應具有良好的高溫強度、熱疲勞穩(wěn)定性、導熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個截

63、面具有一致的力學性能。對于壓鑄模用鋼，還應具有表面層經反復受熱和冷卻不產生裂紋，以及經受液模具鋼態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質量分數在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等?！∷芰夏＞甙崴苄运芰夏＞吆蜔峁绦运芰夏＞?。塑料模具用鋼要求具有一定的強度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求

64、具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補焊性能好、粗糙度高、導熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強</p><p>　　2.2.3其他熔煉方法</p><p>　　現有的大規(guī)模煉鋼方法都是1856年以后出現的。主要可分為轉爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法三類。1860～1980

65、年，各種煉鋼方法所生產的鋼，在鋼的總產量中所占的百分比。</p><p>　　空氣轉爐煉鋼法 最早發(fā)明的是酸性空氣底吹轉爐煉鋼法，又稱貝塞麥轉爐煉鋼法。此法煉鋼過程中所需的熱量，來自原料鐵水物理熱及所含硅、碳及其他元素的發(fā)熱氧化反應，因此，不用另外的燃料，就能達到鋼水澆鑄所要求的高溫。貝塞麥法由于冶煉過程快，而且能耗低，發(fā)明以后，迅速得到推廣，基本上取代了原有的熟鐵攪煉爐和坩堝爐煉鋼法。從此，開始了人類大量用鋼的

66、新時代。但貝塞麥法用酸性耐火材料(氧化硅質)作爐襯，不能造堿性渣脫磷脫硫，因此只適用于低磷低硫原料。為了利用西歐大量的高磷鐵礦資源，后來發(fā)展出了使用堿性耐火材料的堿性空氣底吹轉爐法（托馬斯轉爐煉鋼法）。這種方法在西歐各國很快推廣。</p><p>　　平爐煉鋼法 又稱馬丁爐法或西門子-馬丁爐法。此法用外來燃料加熱，靠蓄熱室把爐溫提高到可以熔化鋼的程度，這樣就擴大了煉鋼原料的范圍，實際上可以采用0～100％的任何比

67、例的廢鋼和生鐵配料。</p><p>　　氧氣轉爐煉鋼法 50年代初，出現了堿性氧氣頂吹轉爐煉鋼法。同原有的空氣轉爐相比，它的熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢鋼（可達30％左右），所產的鋼含氮量低，質量更好。另一方面，同平爐相比，它不耗燃料，而且生產率高得多，利用廢鋼的能力雖差一些，但在廢鋼來源不多的多數地區(qū)也已夠用。因此從60年代起，世界氧氣轉爐煉鋼的產量和比例扶搖直上。現在,可以說氧氣轉爐已徹底淘

68、汰了空氣轉爐,并在很大程度上取代了平爐的地位。60年代末出現了氧氣底吹轉爐煉鋼法。近年來又發(fā)展了復合吹煉轉爐煉鋼法，已在許多國家應用。</p><p>　　電弧爐煉鋼法 從20世紀初開始，徐緩地向前發(fā)展，目前約占世界鋼產量的20％。電弧爐以電為熱源，可以迅速熔化廢鋼和合金，而且可以基本密閉，排除大氣的作用。另一方面，電弧爐一般容量較?。ㄍD爐和平爐比），操作成本較高。由于這些特點，電弧爐煉鋼法曾主要用來生產特殊鋼

69、或合金鋼。但近年來，隨著電弧爐本身大型化和加大功率的成功，降低了電弧爐鋼的生產成本，加上用廢鋼作原料價格低廉，在工業(yè)發(fā)達國家中出現了許多專門煉普通鋼的電弧爐鋼廠。這種所謂小鋼廠投資遠比同樣產量的高爐-轉爐聯合企業(yè)低,所以發(fā)展較快。有些廠原料中除廢鋼外，還摻用一部分海綿鐵。</p><p>　　中國的煉鋼情況 中華人民共和國成立以前，中國煉鋼技術落后，生產設備以平爐為主，有少量的電弧爐和轉爐。50～60年代除鞍山、

70、武漢和包頭等鋼鐵基地擴建和新建了一些新型平爐以外，全國在較大范圍內建立了許多小型空氣側吹轉爐(見側吹轉爐煉鋼)。60年代初，氧氣頂吹轉爐在首都鋼廠投產。由于這種設備在經濟上具有明顯的優(yōu)越性，后來在許多鋼廠新建了較大的氧氣頂吹轉爐,最大的爐子容量為150噸。原有的空氣側吹轉爐一部分停產,大部分改建成為氧氣頂吹轉爐。1980年中國各種設備在總的煉鋼能力所占的比重約為：轉爐44％，平爐33％，電爐23％。</p><p&g

71、t;　　3 普通鋼冶煉的特點</p><p><b>　　3.1普通鋼冶煉</b></p><p><b>　　3.1.1煉鋼原理</b></p><p>　　煉鋼: 1、反應原理 高溫下，用氧化劑把生鐵里過多的碳和其它雜質氧化成氣體或爐渣而除去。 2、目的： 降碳、調硅錳、去硫磷。 3主要反應（分三個階段） （1）氧化造

72、渣 2Fe＋O2＝2FeO＋Q 2FeO＋Si＝SiO2＋2Fe＋Q FeO＋Mn＝Fe＋MnO＋Q FeO＋C＝CO＋Fe－Q 生成的二氧化硅、氧化錳與造渣材料生石灰相互作用成為爐渣。 （2）去硫、磷 FeS+CaO＝FeO+CaS 2P+5FeO+3CaO＝5Fe+Ca3(PO4)2 （3）脫氧 用硅鐵、錳鐵或金屬鋁來還原鋼水中含有的少量FeO 2FeO+Si＝SiO2+2Fe 3FeO+2Al＝3Fe+Al2O3 FeO+Mn＝F

73、e+MnO 生成的二氧化硅等大部分形成爐渣而除去，部分的硅、錳等留在鋼里以調整鋼的成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋成各種鋼材。 方法：轉爐、電爐、平爐。 氧氣頂吹轉爐煉鋼法 （1）轉爐的構造 （2）原料：生鐵（液態(tài)）、氧氣、適量的造渣材料（如生石灰等）、脫氧劑。 （3）熱源：依靠熔融鐵水中的雜質等被氧氣氧化所放出的熱量，不需要燃料。</p><p><b>　　3.1.2煉鋼反應&

74、lt;/b></p><p>　　鋼水爐外處理和特殊煉鋼法 現代的轉爐、平爐、電弧爐煉鋼工藝可以不同程度地保證鋼的純凈，能夠滿足一般用戶對鋼質量的要求。隨著科學技術的發(fā)展，需要質量更高、品種更多的高級鋼。為了滿足這種要求，第二次世界大戰(zhàn)以來，出現了多種鋼水爐外處理（又稱爐外精煉）的方法，對轉爐、平爐和電弧爐煉出的鋼水進行附加處理，然后澆鑄。根據處理的目的不同，發(fā)展出了多種多樣的方法。應用最廣的爐外處理有：吹

75、氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，使用這些方法以后，不論轉爐、平爐和電弧爐都可以生產高級的鋼種。某些尖端技術或特殊用途要求特高質量的鋼，如果用爐外處理的辦法也達不到要求，則要用特殊煉鋼法煉制，例如電渣重熔法，和不同形式的真空冶金法。</p><p>　　3.1.3煉鋼基本任務</p><p>　　煉鋼基本任務 煉鋼的基本任務可以歸納為“四脫”（脫碳、氧、磷和硫）、“二去”（去氣和去夾雜）、“二

76、調整”（調整成分和溫度）。采用的主要技術手段為：供氧、造渣、升溫、加脫氧劑和合金化操作</p><p>　　鋼生產的基本原料和基本途徑 從根本上說，鋼的原料是鐵礦石。從鐵礦石到鋼，有幾種不同的工藝途徑。最主要的是“高爐途徑”，鐵礦石先在高爐內煉成生鐵（見高爐煉鐵），再以生鐵為原料，用不同方法煉成鋼。通過這種途徑煉成的鋼，占世界鋼產量的98％左右。另一途徑是通過直接還原煉鐵，將礦石在低于礦石熔化溫度下煉成“海綿鐵”

77、，用它作原料，然后主要用電爐冶煉成鋼，這種工藝流程，現只在較特殊的礦石資源和能源條件下采用；隨著能源條件的改變，今后可能得到發(fā)展。另外還有一種粉末冶金方法，用于制造某些特殊的零件，近年來也用于高速工具鋼等特殊用鋼，在鋼的總產量中，所占比重很小。</p><p>　　除生鐵和海綿鐵外，廢鋼也是重要的煉鋼原料。在工業(yè)發(fā)達國家，廢鋼來源豐富，價格通常比生鐵、海綿鐵低，而且用作煉鋼的原料還可以節(jié)約大量能源。在20世紀的前

78、40年，由于煉鋼工業(yè)使用越來越多的廢鋼，世界生鐵產量對鋼產量的比例不斷下降。事實上百余年來煉鋼方法的發(fā)明和發(fā)展，同廢鋼的供求情況密切相關。</p><p><b>　　3.2轉爐煉鋼方法</b></p><p>　　轉爐煉鋼（converter steelmaking）是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學反應產生熱量而在

79、轉爐中完成煉鋼過程。轉爐按耐火材料分為酸性和堿性，按氣體吹入爐內的部位有頂吹、底吹和側吹；按氣體種類為分空氣轉爐和氧氣轉爐。堿性氧氣頂吹和頂底復吹轉爐由于其生產速度快、產量大，單爐產量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設備。轉爐主要用于生產碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。</p><p>　　一種不需外加熱源，主要以液態(tài)生鐵為原料的煉鋼方法。轉爐煉鋼法的主要特點是：靠轉爐內液態(tài)生鐵的物理熱和生鐵內各組分（如碳

80、、錳、硅、磷等）與送入爐內的氧進行化學反應所產生的熱量，使金屬達到出鋼要求的成分和溫度。爐料主要為鐵水和造渣料（如石灰、石英、螢石等），為調整溫度，可加入廢鋼以及少量的冷生鐵塊和礦石等。轉爐按爐襯的耐火材料性質分為堿性（用鎂砂或白云石為內襯）和酸性（用硅質材料為內襯）;按氣體吹入爐內的部位分為底吹、頂吹和側吹;按吹煉采用的氣體，分為空氣轉爐和氧氣轉爐。酸性轉爐不能去除生鐵中的硫和磷，須用優(yōu)質生鐵，因而應用范圍受到限制。堿性轉爐適于用高磷

81、生鐵煉鋼，曾在西歐得到較大發(fā)展?？諝獯禑挼霓D爐鋼，因含氮量高，質量不如平爐鋼，且原料有局限性，又不能多配廢鋼，未能像平爐那樣在世界范圍內廣泛采用。1952年氧氣頂吹轉爐問世，逐漸取代空氣吹煉的轉爐和平爐，現在已經成為世界上主要煉鋼方法。</p><p>　　簡史 1856年，英國貝塞麥(H.Bessemer)發(fā)明了底吹酸性轉爐煉鋼法，以后被稱為貝塞麥轉爐煉鋼法。從此開創(chuàng)了大規(guī)模煉鋼的新時代。1879年英國托馬斯(

82、S.G.Thomas)創(chuàng)造了堿性轉爐煉鋼法。造堿性渣除磷,適用于西歐豐富的高磷鐵礦的冶煉，一般稱托馬斯轉爐煉鋼法。1891年，法國特羅佩納(Tropenas)創(chuàng)造了側面吹風的酸性側吹轉爐煉鋼法，曾在鑄鋼廠得到應用。</p><p>　　用氧氣代替空氣的優(yōu)越性早被認識，但因未能獲得大量廉價的工業(yè)純氧，長期未能實現。到20世紀40年代，空氣分離制氧以工業(yè)規(guī)模進行生產之后，煉鋼大量用氧有了可能。但是,舊有轉爐改用氧氣吹

83、煉,爐底風眼燒損很快，甚至使吹煉無法進行。1948年杜雷爾(R.Durrer)在瑞士采用水冷氧槍垂直插入爐內吹煉鐵水獲得成功，1952年奧地利林茨(Linz)和多納維茨 (Donawiz)鋼廠建立30噸氧氣頂吹轉爐車間。后來就按這兩個地名的第一個字母稱氧氣頂吹轉爐煉鋼法為LD煉鋼法。50年代，LD煉鋼法傳播到世界各國，逐步取代平爐煉鋼法。隨著頂吹氧轉爐的問世，也出現了其他類型吹氧煉鋼方法，如卡爾多轉爐(Kaldo)煉鋼法,羅托轉爐(Ro

84、tor)煉鋼法,但都未能推廣。噴石灰粉的氧氣頂吹轉爐煉鋼法,稱LD-AC法，可以吹煉含磷高的生鐵，在氧氣底吹轉爐問世前曾應用于高磷生鐵煉鋼生產。</p><p>　　盡管氧氣頂吹轉爐法得到廣泛發(fā)展，有人認為由底部供氣,熔池攪拌力強,冶煉過程較為合理。1965年加拿大空氣液化公司試驗成功用同心吹氧管同時吹入氣態(tài)碳氫化合物來冷卻噴嘴的技術。隨后法國也試成用燃料油冷卻噴嘴的技術。較好地解決了氧氣底吹風口燒損快的問題,使

85、底吹轉爐煉鋼方法得以復蘇。1967年后在聯邦德國和法國分別采用上述兩項技術建造氧氣底吹轉爐投入生產,稱為”O(jiān)BM”法(即Oxygen Bottom-blowMaximilian)和“LWS”法(為Loire、Wendel/Sidelor和Sprunck三公司的縮寫)。1971年美國引進“OBM”的技術，用于底吹氧氣噴石灰粉吹煉含磷生鐵，取名“Q-BOP”法，Q表示不平靜quiet快quick和優(yōu)質quality，BOP為堿性氧氣法（見氧

86、氣底吹轉爐煉鋼）。</p><p>　　氧氣頂吹轉爐采用噴嘴或透氣磚自底部吹入少量惰性氣體或氧氣,可明顯地改善熔池的攪拌力,而兼有底吹和頂吹的優(yōu)點，1974年英國首先在1.25噸轉爐上、1975年法國和盧森堡合作在65噸轉爐上先后試驗頂底復合吹煉轉爐煉鋼成功。隨后開始在世界范圍內推廣應用。</p><p>　　中國于30～40年代曾在各地用側吹酸性轉爐煉鋼，總生產能力約10萬噸／年。50年

87、代，唐山鋼廠試用堿性爐襯吹煉成功，并推廣到全國各地。50～60年代側吹轉爐鋼產量曾達中國鋼總產量的20％以上。50年代末，首先在北京建成30噸氧氣頂吹轉爐車間開始生產。以后在各地相繼建成投產。1980年氧氣轉爐鋼的產量占全國鋼的總產量40.64％。</p><p>　　3.2.1氧氣頂吹轉爐</p><p>　　原理 轉爐煉鋼法同其他煉鋼法主要區(qū)別在于他不借助外加能源，僅靠吹入熔池的空氣或

88、氧氣與生鐵水中各種元素的放熱氧化反應完成脫碳和脫除雜質的任務，并將鋼液加熱到出鋼（1600℃或更高）溫度。</p><p>　　氧化 當空氣或氧氣吹入鐵水時，生鐵中易氧化元素就開始氧化,產生的氧化物和加入的石灰形成爐渣。各項元素按其與氧結合能力的順序依次氧化。首先氧化的是硅、錳和少量的鐵。開始時因溫度低(1200～1300℃)，而且石灰溶解很慢，組成低氧化鈣的鐵-錳-硅酸渣。隨著溫度升高，碳開始激烈地進行氧化。隨

89、石灰逐漸溶解，爐渣轉變?yōu)楣杷徕}渣或磷酸鈣渣,磷和硫亦被脫除,熔池鐵液中各種元素氧化的先后順序為硅、釩、錳、鉻。碳隨著溫度的提高而分別先于有關元素氧化。</p><p>　　脫氧 轉爐吹煉終了時，鋼液中存在著少量過剩的溶解氧，一般為0.01～0.08％。其含量主要取決于終點鋼水的碳含量。但在固體鋼中氧的溶解度很低,僅為0.002～0.003％,因此在澆鑄后的鋼水凝固過程中，氧便以FeO形式析出,影響鋼的質量。所以,

90、要煉成合格的鋼,就必須脫氧。脫氧是將與氧親和力較大的元素及其合金作為脫氧劑加入鋼液中，利用脫氧產物不溶于鋼液而析出上浮脫離鋼液的原理,使鋼中的含氧量降到規(guī)定限度之下。各元素在1600℃時的脫氧能力比較見圖2。在生產中常用的脫氧元素錳、硅、鋁,它們的脫氧能力依次遞增。為提高脫氧效率,使脫氧產物易于形成大顆粒排出，脫氧劑的加入一般應采用由弱到強的順序，即先加錳鐵，再加硅鐵，最后加鋁（或鋁鐵）。</p><p><

91、;b>　　氧氣頂吹轉爐總圖</b></p><p>　　筒球型氧氣頂吹轉爐主要尺寸</p><p>　　1一水冷爐口；2 一錐形爐帽；3一出鋼口；4一護板；5,9一上、下卡板；6 ,8一上、下卡板槽，7 一斜塊；1 0一圓柱形爐身；11 一銷釘和斜楔；12一可拆卸活動爐底 </p><p><b>　　爐帽</b></p

92、><p>　　水箱式 埋管式</p><p><b>　　托圈與耳軸</b></p><p>　　3.2.2轉爐煉鋼的應用領域</p><p>　　氧氣轉爐煉鋼法 50年代初，出現了堿性氧氣頂吹轉爐煉鋼法。同原有的空氣轉爐相比，它的熱平衡條件更為有利，所以原料中可以加入較多廢

93、鋼（可達30％左右），所產的鋼含氮量低，質量更好。另一方面，同平爐相比，它不耗燃料，而且生產率高得多，利用廢鋼的能力雖差一些，但在廢鋼來源不多的多數地區(qū)也已夠用。因此從60年代起，世界氧氣轉爐煉鋼的產量和比例扶搖直上?，F在,可以說氧氣轉爐已徹底淘汰了空氣轉爐,并在很大程度上取代了平爐的地位。60年代末出現了氧氣底吹轉爐煉鋼法。近年來又發(fā)展了復合吹煉轉爐煉鋼法，已在許多國家應用。</p><p><b>

94、　　3.3模具鋼分類</b></p><p>　　模具鋼大致可分為（冷作模具鋼）、（熱作模具鋼）和（塑料模具鋼）3類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。</p><p

95、>　　冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質量分數在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質量分數通常不大于5%。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質量分數可達13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中

96、碳質量分數也很高，最高可達2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。</p><p>　　熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機械應力外，還要承受反復受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應力。熱作模具鋼除應具有高的硬度、

97、強度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應具有良好的高溫強度、熱疲勞穩(wěn)定性、導熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個截面具有一致的力學性能。對于壓鑄模用鋼，還應具有表面層經反復受熱和冷卻不產生裂紋，以及經受液模具鋼態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質量分數在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等?！∷?/p>

98、料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補焊性能好、粗糙度高、導熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強</p><p><b>　　3.3.1工藝性能</b>&l

99、t;/p><p>　　在模具生產成本中，材料費用一般占10%~20%，而機械加工、熱處理、裝配和管理費用占80%以上，所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產成本和制造難易的主要因素之一。</p><p><b>　　可加工性</b></p><p>　　——熱加工性能，指熱塑性、加工溫度范圍等；熱作模具用鋼——冷加工性能，指切削、磨削、拋光、冷拔等

100、加工性能。</p><p>　　冷作模具鋼大多屬于過共析鋼和萊氏體鋼，熱加工和冷加工性能都不太好，因此必須嚴格控制熱加工和冷加工的工藝參數，以避免產生缺陷和廢品。另一方面，通過提高鋼的純凈度，減少有害雜質的含量，改善鋼的組織狀態(tài)，以改善鋼的熱加工和冷加工性能，從而降低模具的生產成本。</p><p>　　為改善模具鋼的冷加工性能，自20世紀30年代開始，研究向模具鋼中加入S、Pb、Ca、T

101、e等易切削加工元素或導致模具鋼中碳的石墨化的元素，發(fā)展了各種易切削模具鋼，以進一步改善其切削性能和磨削性能，減少刀具磨料消耗、降低成本。</p><p><b>　　淬透性和淬硬性</b></p><p>　　淬透性主要取決于鋼的化學成分和淬火前的原始組織狀態(tài)；淬硬性則主要取決于鋼中的含碳量。對于大部分的冷作模具鋼，淬硬性往往是主要的考慮因素之一。對于熱作模具鋼和塑料

102、模具鋼，一般模具尺寸較大，尤其是制造大型模具，其淬透性更為重要。另外，對于形狀復雜容易產生熱處理變形的各種模具，為了減少淬火變形，往往盡可能采用冷卻能力較弱的淬火介質，如空冷、油冷或鹽浴冷卻，為了得到要求的硬度和淬硬層深度，就需要采用淬透性較好的模具鋼。</p><p>　　淬火溫度和熱處理變形</p><p>　　為了便于生產，要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些，特別是當模具采用火焰加

103、熱局部淬火時，由于難于準確地測量和控制溫度，就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。</p><p>　　模具在熱處理時，尤其是在淬火過程中，要產生體積變化、形狀翹曲、畸變等，為保證模具質量，要求模具鋼的熱處理變形小，特別是對于形狀復雜的精密模具，淬火后難以修整，對于熱處理變形程度的要求更為苛刻，應該選用微變形模具鋼制造。</p><p><b>　　氧化、脫碳敏感性</b>