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關鍵詞：鋼鐵化學分析；情況；偏差的應用

1.前言

鋼材是一種應用十分廣泛的材料，寶特韶關自投產以來，成果豐碩，成為寶鋼特鋼長材重要的坯料供應基地，產品拓展、品質提升、成本改善、制造能力長足進步。主要以特鋼為主，特鋼對各項工藝質量要求嚴格。標準中針對鋼材中化學成分的分析和允許偏差做出了相應的規(guī)定，鋼材化學成分分析全過程進行規(guī)定，每一個分析結果都給出一個對比值。鋼材中化學成分檢測分為：熔煉成分檢測和化學成品檢測。熔煉成分檢測和化學成品檢測在分析方法和分析數(shù)值上都存在著一定的差異。熔煉分析方法的數(shù)值可能會超出標準，而成分分析方法中數(shù)值在規(guī)定的范圍內，針對差異的情況，標準中中設置了一個允許數(shù)值，也就是允許偏差。

2.鋼材化學分析中的允許偏差

鋼材中的化學成分分析有：熔煉成分檢測和化學成品檢測。在鋼水澆注過程中采用球拍試樣，通過風動送樣系統(tǒng)到實驗室，實驗室接到試樣，對樣品進行制備，滿足檢測后進行檢測分析，分析結果表示同一爐或同一個鋼包中鋼水的平均化學成分，叫做熔煉成分檢測。通過在加工完成以后的成品鋼材上取樣進行檢測，叫做成品檢測。由于鋼水在結晶過程中會產生偏析或元素的不均勻分布，所以，成品檢測的值有時與熔煉檢測的值不一致，就出現(xiàn)了成品化學分析的允許偏差。GB/T6992015《優(yōu)質碳素結構鋼》中規(guī)定的鋼的化學成分就是針對熔煉成分檢測而言。新標準中熔煉檢測被成品檢測所替代，熔煉檢測試樣不正確導致分析結果不可靠和在未取得熔煉檢測試樣的時候，可以使用成品化學分析，但是要求成品檢測分析的結果要符合熔煉成分規(guī)定。

3.國外標準的一些相關情況

國外標準規(guī)定的情況作簡要說明:(1)美標：在鋼類或品種標準的綜合標準中將成品成分偏差納入，或在各標準中分別規(guī)定。(2)德標：分別在各標準中規(guī)定成品成分允許偏差，未統(tǒng)一。(3)前蘇聯(lián)標：在各標準中分別做出規(guī)定,不按元素的不同含量分類，沒有統(tǒng)一性。(4)日標：JISG0321是日本專用的標準,共有四個成品成分允許偏差表，不銹耐熱鋼的成分偏差是根據(jù)成分元素含量范圍分檔規(guī)定其大小；中低合金鋼成分偏差是根據(jù)除了元素含量范圍分檔規(guī)定以外，還增加了按鋼材截面積大小分檔的規(guī)定,截面愈大，要求愈寬；碳素鋼則兩種情況都存在。偏差值的規(guī)定有四種：①根據(jù)化學元素的含量范圍進行分類規(guī)定；②按化學元素的含量范圍分類，增加鋼材的截面大小分類規(guī)定；③按鋼材的重量、大小分類做出規(guī)定；④不管元素含量和鋼材截面大小怎么樣，一個元素規(guī)定一個偏差。第一和第二種兩種情況比較科學。

4.鋼材化學成分檢測允許偏差的應用

(1)鋼材化學成品分析的取樣原則。標準GB/T2222006《鋼中化學分析用試樣取樣法及成品化學成分允許偏差》要求用于鋼的化學成分成品分析的試樣,試樣應均勻一致,能充分代表每一個牌號鋼材的化學成分,并且取樣要有足夠數(shù)量。不同的試樣使用不同的取樣方法：①樣屑試樣,采用鉆床制備試樣。要求鉆好的樣屑混合均勻。然后要去除表面氧化鐵皮和臟物，不能使用水、油或其他劑。②大斷面試樣，從鋼材橫斷面上取樣，在鋼材橫斷中心到邊緣的中間部位平行于軸線上取樣。③小斷面試樣,一種方法是從鋼材的整個橫斷面上取樣,另一種方法是從橫斷面上沿軋制方向取樣。(2)鋼材中成品化學成分允許偏差的使用。熔煉過程取樣進行檢測分析的值叫做成品化學成分允許偏差,一般情況下分析值都能滿足標準規(guī)定,但在煉鋼過程中鋼中元素偏析，成品分析的成分值可能超出標準規(guī)定的成分界限值。對超出界限值的大小規(guī)定一個允許的數(shù)值，這就是成品化學成分允許偏差值，GB/T2222006《鋼中化學分析用試樣取樣法及成品化學成分允許偏差》普通碳素鋼、低合金鋼、優(yōu)質碳素鋼和合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼四種偏差表。一種鋼材成品化學成分允許的偏差只能使用一個表，不能兩個表混合使用。(3)化學成分允許偏差的準確使用。鋼材中化學成分檢測分析的允許偏差，在具體檢測的過程中應該盡量保證檢測結果的誤差，使用的時候應該注意：①同一種類鋼材的化學成分分析的允許值，只能使用同一個表，不能同時使用多個表混合。②盡量保證鋼材化學成分分析所得的值接近允許偏差值范圍的上限，這樣能夠減少誤差值給試驗造成的不良影響。(4)不同鋼種成品化學成分允許偏差值。依據(jù)標準GB/T222-2006《鋼的成品化學成分允許偏差》共給出了幾個化學成分允許偏差表，分為：表1低合金鋼成品化學成分允許偏表2合金鋼(不含不銹鋼和耐熱鋼)成品化學允許偏差值，表3不銹鋼和耐熱鋼成品化學成分允許偏差值。舉個例子：合金結構鋼34CrMo4，其冶煉工藝要求熔煉成分的碳元素，標準規(guī)定界限值為：上限0.36%，下限0.34%,成品鋼材化學成分檢測分析時，假如有一熔煉號的鋼材碳含量為0.39%，說明超出標準規(guī)定上限值0.03%，按照表1低合金鋼成品化學成分允許偏差值規(guī)定，鋼材的碳含量是合格的。假如另一熔煉號的鋼材出現(xiàn)碳含量為0.31%，說明超出標準規(guī)定下限值0.03%，按照本標準表1規(guī)定，鋼材的碳含量也是合格的。

5.執(zhí)行標準時應注意的幾個問題

橫截面積不大于65000mm2的鋼件使用標準中表1~2中的偏差表。大于該橫截面積的鋼件化學成分允許偏差值可以適當放寬,具體數(shù)值由供需雙方協(xié)商確定。產品標準中規(guī)定的殘余元素不適用于表1~3中規(guī)定中的化學成分的允許偏差。成品化學成分允許偏差,一種鋼的只能使用一個表,不可以兩個表混合使用。化學成品檢測的值,不可以超出標準規(guī)定化學成分界限值的上偏差和分界限的下偏差。未能取得熔煉分析值,或懷疑熔煉分析值不可分析的成分值應符合熔煉成分的規(guī)定,不得有偏差值。6.結束語為了保證鋼鐵生產穩(wěn)定順行，可以通過化學成分了解生產狀況，指導生產，在日常的鋼材化學成分檢測分析過程中，應根據(jù)鋼材化學成分實際情況對允許偏差進行有效分析，檢測人員在完成檢測任務時，嚴格按照標準和作業(yè)文件的相關的規(guī)定和規(guī)范進行操作，確保檢測結果的準確性，精準、科學的使用鋼材化學成分允許偏差。如何確認鋼的化學成分允許偏差，應引起化學檢測員的注意，以確特鋼冶煉和產品的質量。

【參考文獻】

[1]GB/T222-2006鋼的成品化學成分允許偏差.

[2]GB/T6992015優(yōu)質碳素結構鋼.

[3]王開遠.鋼的成品化學分析允許偏差及試樣制取方法新標準[J].機械工業(yè)標準化與質量,2012(05)：133-137.

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關鍵詞 ：取樣模 ; 白口化

中圖分類號：G353文獻標識碼： A

1、 前言

目前國內外的鋼鐵企業(yè)中，生鐵的分析方法多種多樣，主要有化學法和儀器法。從準確性來講，化學法有優(yōu)勢，并且已成型，具備相應的分析標準，但存在分析節(jié)奏慢，受人為因素影響較大的缺點，不利于快速檢驗和及時指導生產。儀器法主要有熒光光譜法和直讀光譜法，常用于定性、半定量、定量分析，該法簡單、快速、準確。一般情況下，可用于1％以下含量的組分測定，在鋼鐵工業(yè)中應用很廣泛。但也有一定的局限性，由于分析樣品存在著基體效應，首先需要為每類樣品建立一套校準曲線。除此之外，光譜分析儀器易受外界溫度、濕度、電流強度、磁場、電壓穩(wěn)定性等因素影響，外界環(huán)境要求相當?shù)姆€(wěn)定。對于生鐵來講，除碳元素之外的其余元素能夠準確的進行測定。然而，因碳元素含量相對較高，制備的試塊碳的分布不均勻，而且石墨碳的大量存在，使不均勻性加劇，用正常的光譜成分檢測方法，試樣會激發(fā)不充分，無法完成準確的定量檢測。

在國內鋼鐵行業(yè)，火花源原子發(fā)射光譜法分析生鐵方面尚未得到廣泛的應用，主要技術難題是對生鐵試樣白口化程度要求較高。日本、美國等國鋼和鐵產品采用X熒光光譜法快速分析，國內一些大鋼廠也在開展生鐵快速成分析法探索，其中相關論文很多，多是儀器分析法，但總之要想用直讀光譜儀分析混鐵爐試樣，必須著手解決生鐵白口化問題，這是焦點問題。

混鐵爐是高爐和轉爐之間的煉鋼輔助設備，混鐵爐的本體結構由爐體、支撐底座和傾動機構組成。它主要用于調節(jié)和均衡高爐和轉爐之間鐵水供求的設備，保證不間斷地供給轉爐需要的鐵水，鐵水在混鐵爐中儲存和混勻鐵水成份及均勻溫度，它對轉爐煉鋼非常有利。

因此，快速準確檢驗混鐵爐鐵水成分，對轉爐煉鋼意義重大。

2、現(xiàn)狀分析及存在問題分析

2.1現(xiàn)狀分析

黑龍江建龍鋼鐵技術處為轉爐煉鋼生產，配備三臺OBLF公司GS-1000型直讀光譜儀，為煉鋼鋼水成分分析提供有力支撐。該直讀光譜分析儀是分析塊狀金屬樣品非常好的儀器，其以分析速度快，分析結果準確的特點，被廣泛用于快節(jié)奏的煉鋼生產控制。經(jīng)現(xiàn)場確認：該直讀光譜儀帶有鑄鐵分析工作曲線，具備分析生鐵樣品軟件條件，而且混鐵爐離爐前直讀光譜室距離很近，如用直讀光譜儀分析混鐵爐生鐵樣品，會大大縮短混鐵爐生鐵樣品分析周期。從送樣、制樣、分析到結果報出約10分鐘，這將大大利于煉鋼生產。

2.2存在問題分析

2.2.1要用直讀光譜儀分析混鐵爐試樣必須解決生鐵白口化問題。

生鐵中非金屬元素 C、Si、P、S 等含量高，在試樣采集時易偏析。碳在鐵碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影響碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳轉化為化合碳，則可大量減少偏析現(xiàn)象。硅和碳是促進碳石墨化的元素，硅高碳易石墨化；硅低碳易形成化合碳。而直讀光譜分析生鐵樣品要求試樣表面層碳都以碳化物的狀態(tài)存在，不能有游離石墨，即鑄鐵的分析面必須是完全白口。當鑄鐵表面存在游離碳時(灰口鐵)，光譜儀激發(fā)不充分，鐵基體強度較低，會影響分析結果。特別是碳高達3.8～4.0％，硅高達1.0～2.6％，欲使這樣的成分白口化是非常困難的。但生鐵樣品狀態(tài)直接影響直讀光譜分析結果。

下表為一塊混鐵爐生鐵樣品用直讀光譜儀激發(fā)五個點分析結果：

生鐵樣品

序號 Si Mn P S

1 0.46 0.098 0.086 0.013

2 0.45 0.091 0.077 0.013

3 0.38 0.087 0.068 0.013

4 0.43 0.089 0.077 0.013

從結果中可以看出此塊生鐵樣有偏析現(xiàn)象，甚至偏析嚴重樣品無法激發(fā)。

2.2.2試樣不規(guī)則有效激發(fā)點少的問題。

目前黑龍江建龍鋼鐵生鐵試樣采用印章樣。（如下圖），該種形狀試樣不像球拍鋼樣利于直讀光譜儀樣品夾持，造成激發(fā)點選擇性少。

生鐵樣品

2.2.3直讀光譜儀鑄鐵工作曲線修正問題。

OBLF公司GS-1000型直讀光譜儀在出廠前，采用永久工作曲線法制作一條鑄鐵工作曲線，隨著用戶生產模式和原料結構不同，必須通過相應的控樣進行修正來消除誤差。

3、項目預期達到目標

拓展直讀光譜儀分析范圍，具備快速分析混鐵爐生鐵試樣能力，更好指導煉鋼生產。

4、實施方案及工作計劃

4.1制定措施

4.1.1選用直讀光譜儀分析混鐵爐生鐵試樣。

4.1.2 制定混鐵爐生鐵樣品白口化方案。

4.1.3光譜分析儀對生鐵樣品進行均勻性檢驗。

4.1.4對生鐵樣品進行金相組織檢驗確認白口化。

4.1.5在印章樣尾部加裝金屬環(huán)，方便樣品夾持和增加樣品激發(fā)點數(shù)。

4.1.6采用生鐵標樣進行生鐵各元素工作曲線進行控樣修正。

5、實施過程

5.1新式樣模制作：將原印章樣模變薄（原厚度：10mm改為5mm），增加試樣塊的冷卻面積(原直徑30mm改為42mm)，同時樣模外型尺寸加大，增加熱量。

5.2樣模底部墊鋼板或銅板加速白口化。（注意：鋼板面要平整否則樣品磨制困難）

5.3生鐵樣品脫模后，稍冷卻約兩分鐘投入冷水激冷后，立刻取出送光譜室。（注意不要過早投入冷水中以防樣破裂，同時避免樣品在水中停留過長的時間，防止樣品中有積水影響分析結果）

5.4光譜分析員接到樣品后用光譜磨樣機對樣品進行打磨約1mm后，用直讀光譜儀生鐵曲線進行分析。

5.5光譜分析員將生鐵分析結果報混鐵爐。

6、實施效果分析

6.1新樣模生鐵樣品均勻性實驗數(shù)據(jù)。

表1

樣品名 爐號 化學成分

Si Mn P S

生鐵 09211018 0.64 1.57 0.099 0.018

0.66 1.62 0.098 0.015

0.65 1.59 0.094 0.018

0.66 1.62 0.101 0.017

生鐵 09110897 0.57 0.17 0.093 0.017

0.56 0.16 0.091 0.016

0.57 0.16 0.091 0.016

0.57 0.17 0.091 0.016

表2

樣品名 磨制

次數(shù) 化學成分

Si Mn P S

生鐵 1 0.64 1.57 0.099 0.018

2 0.66 1.62 0.098 0.015

3 0.65 1.59 0.094 0.018

4 0.66 1.62 0.101 0.017

生鐵 1 0.57 0.17 0.093 0.017

2 0.56 0.16 0.091 0.016

3 0.57 0.16 0.091 0.016

4 0.57 0.17 0.091 0.016

上表1為不同樣品多點激發(fā)后結果，激發(fā)點正常，各指標穩(wěn)定性好。 表2為不同樣品，多次磨制后測定結果，由此可得樣品均勻性好。

6.2混鐵爐生鐵樣品金相組織如下表。

生鐵100倍金相圖

通過金相組織檢驗，生鐵為分布均勻的奧氏體+滲碳體組織，為白口化生鐵組織。

6.3生鐵樣品分析結果比對。

樣品名 分析方法 爐號 化學成分

Si Mn P S

混鐵爐生鐵 熒光分析 09210781 0.37 0.075 0.096 0.019

直讀分析 0.38 0.080 0.100 0.020

化學分析 0.37 0.077 0.095 0.019

混鐵爐生鐵 熒光分析 09210806 0.38 0.095 0.089 0.026

直讀分析 0.42 0.100 0.090 0.030

化學分析 0.39 0.097 0.088 0.027

混鐵爐生鐵 熒光分析 09210840 0.41 0.094 0.069 0.046

直讀分析 0.38 0.100 0.066 0.048

化學分析 0.40 0.096 0.068 0.044

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【關鍵詞】熱軋雙相鋼;焊接性能;重工業(yè)發(fā)展

雙相不銹鋼是一種常見的鋼材種類，在此種鋼材中固液組織中的鐵含量比重占到了一半左右，奧氏體含量也占一半。在碳含量較低的情況下，Cr、Ni、Gu等元素也占有一定比重。此種鋼材因為有一定成分的奧氏體與鐵元素，為此，具有不銹鋼的優(yōu)勢，并且可塑性與韌性均非常高，沒有非常明顯的溫脆性，可以使焊接性能大大提高，并且在導熱系數(shù)上也非常高。本文結合上述熱軋雙相鋼的這些優(yōu)勢深入研究了其性能，希望能夠為相關部門提供一些參考。

1 熱軋雙相鋼特點以及組成成分

1.1 特點

（1）雙相鋼2250的合金成分是310升，奧氏體成分為312，與其他的合金材料相比，雙相鋼有著非常強的抗斑腐蝕以及抗裂縫性能，總的來說，其抗腐蝕性非常強，而在奧氏體上比較，此鋼型有較低的膨脹系數(shù)，能夠有效導熱。

（2）雙相不銹鋼2205的合金與奧氏體在耐熱性能上比普通的鋼材合金高出3倍，在對其進行設計過程中，可以適當?shù)臏p輕其重量。其適應的溫度一般在―40°F/+500°F左右，如果在具體的生產中有著特定的要求可以適當?shù)恼{整，對于其焊接結構來說，低溫效果將非常好。

1.2 化學成分

雙相鋼的主要化學成分有C、Mn、Si、p、S、Cr、Ni、Mo、No（奧氏體―鐵元素）等，每一種化學成分都占有一定比重。C≤0.020;Mn≤3.00;Si≤2.00;p≤0.020;Cr含量在23.0～2.0;Ni的含量在4.1～5.6左右;Mo為13～0.30。

2 實驗研究

2.1 實驗材料與方法

本文通過一組實驗分析熱軋雙相鋼焊接性能，實驗中應用到的材料為硅、錳、鉻、鉬型的熱軋鋼化板，鋼板的厚度在2.5毫米～6毫米之間。本文實驗中鋼的所有成分分別有C、Si、Mn、Cr、Mo、P、S等合金元素，這些合金元素的重量百分比分別為：0.06、1.23、1.05、.047、0.05、0.018、0.009。

在應用膨脹儀器進行檢測時，可以將檢測點集中在鋼的臨界點位置處，一般Ac1的溫度可在606℃左右，而Ac2的溫度可以控制在852℃左右。再應用分析檢測儀檢測出馬氏體的含量占總成分的百分之十五。

選擇一段厚度為6毫米的鋼板，做二氧化碳焊接試驗，并做出溫度曲線循環(huán)圖。試驗的各個要素構成分別為：電流（A）、電壓（V）、焊接速度（mm/s）、氣體流量（m3/h）、冷卻條件等。

在實驗中，雙相鋼的鉆孔深度可以為3.2mm、4mm、2.3mm、還要有一個尺寸在1毫米左右的孔縫，可以將熱電偶焊接在小孔的底部，具體樣式如下圖1所示，可以將熱電偶的另一端接到一個時間記錄儀上面，能夠準確的記錄下來整個焊接過程，對于繪制各個區(qū)域溫度曲線圖有重要作用。

熱模試驗的全部過程都在一個成型的熱模型上開展，按照實際的熱循環(huán)曲線圖，選擇適當?shù)臏囟戎担瑴囟茸兓仍赥p從700℃降低到400℃，其最終的冷卻時間在5分鐘。每一個實驗組的拉伸值與曲線樣式選取的峰值溫度分別在1260℃、1130℃、800℃、620℃、400℃。

2.2 實驗結果的分析

通過以上實驗結果顯示，模擬的實際熱影響區(qū)域內的各個部分的組織要能夠符合每一種組織的實際熱規(guī)范。實際的焊接熱區(qū)域中具有梯度值，并且從當前的熱量條件上看，各個相鄰的奧氏體都是順著低溫趨勢擴張，但因為所處的受熱條件是有差異的，模擬的奧氏體晶粒都是在溫度均勻的狀況下運行。總體來說，就是雙相鋼中的晶體能夠沿著特定的方向長大。為了確保不同奧氏體能夠實現(xiàn)尺寸上的均等，就要對模擬溫度適當降低，這樣才能與實際顯微組織效果接近。

通過實驗中硬度的對比分析可以知道，模擬的過熱區(qū)域中的峰值溫度在1260℃，其他的各個溫度段的峰值都與實際相差無幾。其重要參數(shù)為600℃～500℃的冷卻時間在t7/8，這個測定值與其他各個溫度點上的溫度基本一致，可以作為全部熱循環(huán)的重要參數(shù)。

在實驗完成以后，能夠繪制出一個系統(tǒng)化的曲線圖，能量達到了2.3千克每立方厘米時對應的溫度可以成為脆性溫度，每一個溫度區(qū)間都不能低于―20℃。在峰值達到了600℃時，斷口的外部形態(tài)呈現(xiàn)蜂窩狀，而其他都是斷裂樁，在800℃以上的高溫韌性非常好，這是由馬氏體與鐵軟化致使的。將焊接內容放置到顯微鏡下觀察，可以看出，影響熱區(qū)母材會受焊接的影響，其原組織將發(fā)生變化，在鐵元素上出現(xiàn)了細小的碳化物質，整體上晶體物質較大。

實驗結果可以總結為：

應用CO2氣體進行電弧焊接，利用硅、錳、鉻、鉬等導熱的熱軋雙相鋼板是適合的，能夠測得平滑的焊接孔道，焊接時飛濺少，并且有較窄的熱影響區(qū)域;

熱軋雙相鋼的焊接抗沖擊性能較好，冷脆溫度在―20℃;

雙相鋼在焊接時發(fā)生軟化是在熱影響區(qū)域達到600℃的時候，但其仍然會存在500MPa的抗拉強度。

3 結語

本文主要對熱軋雙相鋼的主要構成及化學成分進行了分析，并以一組實驗探討了其具體存在的性能，可見，做好熱軋雙相鋼的性能研究對于提高雙相鋼利用效率、節(jié)省資源、提高生產率有重要意義。

參考文獻：

[1]王國棟，劉相華，孫麗鋼.等.包鋼CSP"超快冷"系統(tǒng)及590 MPa級C-Mn低成本熱軋雙相鋼開發(fā)[J].鋼鐵，2010（3）.

[2]孟凡磊，孫成錢，張紅梅.等.不同加熱溫度對含Al熱軋雙相鋼中第二相粒子回溶行為的影響[J].熱加工工藝，2012（20）.

[3]孫成錢，孟凡磊，張紅梅.等.熱模擬工藝參數(shù)對熱軋雙相鋼中第二相粒子析出行為的影響[J].熱加工工藝，2012（5）.

[4]方圓，劉雅政，周樂育.等.馬氏體體積分數(shù)對熱軋雙相鋼形變位錯結構和斷裂的影響[J].鋼鐵，2010（8）.

[5]孫全社，U.Lorenz，W.Bleck等.一種熱軋雙相鋼在γ和γ+α相區(qū)的靜態(tài)軟化動力學研究[J].寶鋼技術，2010（4）.

篇4

關鍵詞：ICP-OES　鎳基高溫合金　主量元素　回收率試驗

鎳基高溫合金的化學成分異常復雜，合金飽和度高，要求對每一添加元素的含量都進行嚴格控制，其成分分析是其質量控制的關鍵。本方高法通過用鹽酸、硝酸、硫酸、酒石酸對樣品進行消解，優(yōu)化儀器測定條件，選定最佳測定波長，對鎳基高溫合金主量元素進行同時測定，用準確、快速的儀器分析來代替復雜、繁瑣的手工分析，在保證測量準確度和精確度的前提下大大提高了樣品分析效率。本方法經(jīng)標準樣品測定及樣品回收率試驗，準確可靠。

一、實驗部分

1.主要試劑及儀器

儀器：Agilent 725ICP-OES型光譜儀，分辨率0.007nm,石英霧化器，石英矩管。鹽酸：ρ1.19g/ml,AR；硝酸：ρ1.42g/ml,AR；硫酸：ρ1.84g/ml,AR；酒石酸：稱取100g,AR的酒石酸溶于純水中，稀釋到500ml,其質量百分比為20%；純水：電導率為18.25 MΩ@25℃的超純水。

2.試驗條件

RF功率：1.10KW；等離子體流量：15L/min；輔助氣流量：1.50L/min；霧化器壓力：200Kpa；觀察高度：10mm；氬氣純度：99.999%。

3.試驗方法

按以下元素含量配制標準溶液，做工作曲線。表1　GH169工作曲線（μg/ml）

稱取樣品0.1000g與150ml錐形瓶中，加入25ml鹽酸，5ml硝酸，在低溫電爐上加熱溶解。完全溶解后，加入5ml硫酸沸煮至冒白色煙霧，滴加濃硝酸破壞碳化物，取下自然冷卻。加入10ml酒石酸溶鹽，冷卻后移至100ml容量瓶中，加純水稀釋至刻度定容待測。

二、結果與討論

1.酸度試驗

本方法進行酸度試驗，分別加入3:1,4:1,5:1,6:1鹽酸、硝酸混合酸進行溶樣，并加入5-10ml硫酸冒煙，5-20ml酒石酸溶鹽后測量試樣，數(shù)據(jù)與標準樣品標稱值比較，選擇5:1混合酸，5ml硫酸，10ml酒石酸測量值最為接近。故本方法采用25ml鹽酸,5ml硝酸溶解試樣，并加入5ml硫酸冒煙，10ml酒石酸溶鹽。

繪制工作曲線時，對標準溶液進行酸度匹配，和樣品保持一致。

2.元素譜線選擇

在測量過程中，遵循低含量元素用靈敏線，高含量元素用非靈敏線的原則，由于本方法使用設備自動扣除背景，所以只需考慮基體干擾而選擇合適的譜線進行測定。經(jīng)多次反復試驗，選擇譜線為：Mn為257.6nm、Si為288.1nm、Fe為238.2nm、Cr為213.3nm、Mo為202.0nm、Nb為309.4nm、Al為309.2nm、Ti為338.3nm。

3.加標回收率試驗

本方法對標準樣品進行加標回收率試驗，以驗證檢測方法的可靠性。各元素標準值、加標量、十次測量值、平均測量值及加標回收率分別為：（1）Mn：0.20%，0.20%，0.195%，0.398%，101.5%；（2）Si：0.119%，0.10%，0.121%，0.219%，98.0%；（3）Fe：18.10%，2.0%，18.13%，20.25%，106.0%；（4）Cr：18.37%，2.0%，18.31%，20.37%，103.0%；（5）Mo：3.06%，1.0%，3.084%，4.062%，97.4%；（6）Nb：5.22%，1.0%，5.253%，6.291%，103.8%；（7）Al：0.60%，0.5%，0.604%，1.101%，99.4%；（8）Ti：0.98%，0.5%，0.962%，1.492%，106.0%。經(jīng)實驗測得，加標回收率在97.4%-106%之間，測試結果顯示本方法滿意可靠。

三、精密度和準確度試驗

本方法對標準樣品進行精密度和準確度試驗，來驗證方法的準確性和可靠性。對樣品進行連續(xù)10次測試，其測量值、相對標準偏差（RSD）如下。表2　精密度和準確度試驗結果

四、結論部分

篇5

關鍵詞 鋼材；帶狀組織；產生原因

中圖分類號TG142 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）114-0194-02

0 引言

鋼材存在的帶狀組織是常見的一種缺陷，然而帶狀組織缺陷問題卻影響了鋼鐵公司的正常生產經(jīng)營，一方面在公司內部發(fā)生了相當數(shù)量的由于帶狀組織不合所造成的廢品，另一方面顧客用戶提出產品質量異議，導致退貨或索賠，這些都給企業(yè)產品信譽和經(jīng)濟效益帶來了相當大負面影響。

研究證明亞共析鋼冷卻室溫后，顯微組織均是由鐵素體和珠光體組成，經(jīng)完全退火的亞共析鋼，它的顯微組織由鐵素體與珠光體組成，正常情況下根據(jù)鋼的含碳量按一定比例以無規(guī)律的混合狀態(tài)存在，鋼的含碳量越高，則珠光體量越高，而鐵素體量越少，在熱軋鋼材上獲取與軋制方向平行的截面上的試樣，顯微組織往往能看到沿軋制方向延伸了的交替排列的帶狀鐵素體與帶狀珠光體的組織，這種組織在合金鋼中最常見。

1 帶狀組織的成因和影響

1）鋼中除C以外的合金元素和雜質的偏析，是形成帶狀組織的原因。因鋼液在鑄錠結晶形成的化學成分是不均勻分布的枝晶組織，鑄錠中的粗大枝晶在軋制時沿變形方向被拉長并逐漸與變形方向一致，因此形成碳等元素的貧化帶。當鋼中含有硫等害雜質時，因硫化物凝固溫度較低，凝固時多分布在枝晶間隙，壓延時雜質沿壓延方向延伸，當鋼材冷Ar3（冷卻時奧氏體開始析出游離鐵素體的溫度）以下時，這些雜質就形成了鐵素體形核的核心使鐵素體形態(tài)呈帶狀分布，當溫度繼續(xù)降低時，珠光體在余下的奧氏體區(qū)域中形成，也相應地成條狀分布，形成帶狀組織，成分偏析越嚴重，形成的帶狀組織也越嚴重；

2）因鋼材熱加工溫度不當引起。鋼材在熱加工停鍛溫度（在停鍛時鍛件的瞬間溫度）低于二相區(qū)時（Ar1（冷卻時奧氏體向珠光體轉變開始溫度）和Ar3之間），此時鐵素體沿著金屬流動方向從奧氏體中呈帶狀析出，還沒有分解的奧氏體被割成帶狀，當冷卻到Ar1時帶狀奧氏體轉化為帶狀珠光體。人們了解到這一點已相當久了。但是卻沒有弄明白偏析元素是通過什么樣的機理使鐵素體與珠光體成析出的。某XX公司技術部門對各種偏析層的試樣進行了研究，提出了關于帶狀組織成因的如下推測。該部門認為，向P等提高鐵素體開始析出溫度的元素，或者像Mn、Ni、Cr等降低鐵素體開始析出溫度的元素，由于它們沿軋制方向成帶狀偏析，而引起帶狀組織，如果P成為帶狀偏析，就會使偏析部分的鐵素體析出溫度升高，所以鐵素體就在那里成核長大。在鐵素體增多的同時，C被排擠到部分尚處于奧氏體狀態(tài)的偏析區(qū)外側的低P區(qū)，在這里被富聚而轉變成珠光體。相反，降低鐵素體開始析出溫度的Mn Ni Cr等成分產生偏析時，由于在偏析區(qū)的外側鐵素體最初形核增加，C則是被排擠到鐵素體開始析出的溫度比較低的，大部分尚處于奧氏體狀態(tài)的偏析區(qū)，在那里富聚而轉變成珠光體，結果，偏析區(qū)的外側變成鐵素體，偏析區(qū)則變成珠光體。關于帶狀組織對機械性能的影響，表3.2是某鋼鐵公司技術部門介紹關于SAE4340 （40CrNi2Mo0）鋼的研究結果

表1帶狀組織對Ni-Cr-M0鋼SAE4340 （40CrNi2Mo）調質后的機械性能的影響， 可以看出，存在帶狀組織使垂直于軋制方向的伸長率、斷面收縮率以及沖擊韌性有所減少。

（1） 成分分析值：0.42%C， 0.72%Mn， 0.82%Cr， 1.74%Ni， 0.25%Mo ， 從843℃油冷后635℃回火2小時的4-5根試樣的平均值；

（2） 經(jīng)1200℃×100小時擴散退火后，835℃正火5次。

2 消除帶狀組織的方法

鋼中的帶狀組織形成原因，對鋼材質量的影響和消除方法，結果表明這種組織主要是鋼中成分偏析引起的，而且常成因果關系，帶狀組織會降低鋼的力學性能，切削性能和塑性成形性能，帶狀組織中的合金元素偏析，在常規(guī)退火、正火、淬火、滲碳加熱條件難以小消除，采取電渣重熔，快速結晶，增大鍛造比和擴散退火等技術可減輕或避免鋼材帶狀組織的形成一般認為，帶狀組織起因于凝固時的樹枝狀偏析，因此，要完全防止它的發(fā)生是十分困難的，但是，可以用擴散退火、電渣重熔、快速結晶；增大鍛造比等方法消除或減輕它，在這里介紹一下擴散退火，鋼錠在凝固過程中總會產生不同程度的枝晶偏析。即化學成分很不均勻，擴散退火是將鋼錠（或鋼錠）高溫加熱并在次溫度下保溫，使元素擴散均勻，以減輕或消除枝晶偏析，從而，提高鋼材質量。各種元素在奧氏體中的擴散能力，都是隨溫度升高而增大，所以擴散退火都要求較高的溫度，具體的擴散退火溫度由鋼種和偏析的程度而定，如鋼中偏析嚴重，含有擴散速度較慢的元素或含有難于溶解的特殊碳化物時，需采用較高溫度。一般合金鋼擴散退火溫度多采用1200℃～1300℃而高碳鋼采用1100℃～1200℃，保溫時間為10h～15h。例如，碳鋼的帶狀組織通過1300℃×5小時的擴散退火，就比較容易消除；鎳鉬鋼SAE4340（40CrNi2Mo）的帶狀組織，通過1200℃×100小時擴散退火后得以消除。鋼錠在熱加工之前要進行一次擴散退火，但是，要完全消除樹枝狀偏析需要很長時間的退火，因此，通常只在擴散退火溫度下保溫幾小時，這樣既能達到擴散退火效果，又簡化熱處理工序。

3 結論

生產實踐證明嚴格控制鋼的冶煉及軋制工藝就可以得到均勻的鐵素體和珠光體，有效地防止了帶狀組織的產生。

參考文獻

篇6

 

 

鐵路牽引電力機車

從動齒圈環(huán)形鍛件產品生產資質申請

 

報   告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

張家港海陸環(huán)形鍛件有限公司

二??四年六月十四日

 

目  錄

第一章總論

§ 1.1 齒圈產品現(xiàn)狀…………………………………………………………………2

§ 1.2 海陸公司優(yōu)勢…...……………………………………….…………………………2

§ 1.3 產品試制結論……………………...……………….…………………………2

第二章 公司基本情況..……………………………….…………………………2

§ 2.1 企業(yè)能力狀況……………………………………………………………………………2

    § 2.1.1 技術能力…………………………………………………….……………………2

§ 2.1.2 生產能力………………………………………………………….………………2

§ 2.1.3 試驗、檢測能力……………………………………………………….…………2

§ 2.1.4 產品質量控制能力…………………………………………………….…………2

    § 2.1.5 企業(yè)銷售后服務能力……….……………………………………………………2

§ 2.2 企業(yè)ISO9001質量體系運行情況………………………………………………………2

第三章 產品試制情況……..…………………………….………………………2

§ 3.1產品試制依據(jù)…………………………………………………….………………………2

§ 3.1.1 技術標準依據(jù)…………………………………………………….………………2

§ 3.1.2 現(xiàn)行產品圖紙………………………………………………………….…………2

§ 3.1.3 用戶提出的特殊要求………………………………………………….…………2

    § 3.1.4 生產綱領……………………………………………………………….…………2

§ 3.2 產品試制工藝方案………………………...……….……………………………………2

§ 3.2.1 基本工藝流程…………………………………………………….………………2

§ 3.2.1.1 工藝方案特點…………………………………….………...……………2

§ 3.2.1.2 關鍵工序質量控制措施…………………………………………………2

§ 3.2.1.3 工藝參數(shù)驗證情況..…………………………….…………….…………2

§ 3.2.2 生產中試情況………………………………………………………….…………2

§ 3.2.2.1 主要生產設備運行情況……………………….…………...……………2

§ 3.2.2.2 產品質量可追溯性情況…………………………………………………2

§ 3.2.2.3 工藝參數(shù)驗證情況..…………………………….…………….…………2

§ 3.2.3 環(huán)件試制標準化審查結論…………………………………………….…………2

§ 3.2.4 益陽齒輪廠SS3型齒圈加工及檢測……………………….……………………2

§ 3.2.4.1 齒圈環(huán)件檢測……………………………….………...…………………2

§ 3.2.4.2 齒圈輪芯檢測……………………………………………………………2

§ 3.2.4.3 齒圈加工、裝配參數(shù)驗證..………………………………………..……2

第四章 試制結論…………………………………………...…………….…………2

§ 4.1 產品質量可追溯性情況……………………………………….…….….………………2

§ 4.2 現(xiàn)行產品圖紙…………………..…………………………………………….…………2

第五章 附件………………………………………………..…….…..……….…………2

§ 5.1 張家港海陸環(huán)形鍛件公司工商執(zhí)照影印件……………………………………………2

§ 5.2 張家港海陸環(huán)形鍛件公司企業(yè)代碼影印件……………………...….…………………2

§ 5.3 益陽齒輪廠齒圈環(huán)件圖紙及技術條件……………………………...………….………2

§ 5.3 產品質量可追溯性情況………………………………………………....………………2

§ 5.4 產品質量可追溯性情況…………………………………………………………………2

§ 5.5 產品質量可追溯性情況……………………………………………….…...……………2

§ 5.6 產品質量可追溯性情況……………………………………………….……...…………2

§ 5.7 產品質量可追溯性情況…………………………...…………………….………………2

§ 5.8 產品質量可追溯性情況……………………………...………………….………………2

§ 5.9 產品質量可追溯性情況………………………………...……………….………………2

§ 5.10 產品質量可追溯性情況……………………………….……………….………………2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第一章 總論

     從動齒圈環(huán)形鍛件產品系指為鐵路干線牽引電力機車（從動）齒輪生產企業(yè)提供的齒圈坯產品（簡稱“齒圈產品”下同）。張家港海陸環(huán)形鍛件有限公司（簡稱“海陸公司”下同），是目前國內擁有數(shù)控精軋環(huán)件設備的少數(shù)企業(yè)之一，為鐵路基礎關鍵零部件的質量升級和推進齒圈產品實現(xiàn)市場化提供了可能。

 

§ 1.1 齒圈產品的現(xiàn)狀

    自1960年代以來，齒圈產品一直由馬鞍山鋼鐵公司（簡稱“馬鋼”下同）獨家壟斷生產、經(jīng)營。由于馬鋼長期上述產品，其生產設備、工藝裝備和工藝設計落后。根據(jù)用戶反映，目前馬鋼在產品質量、交貨數(shù)量和供貨時間等方面，均不能滿足齒輪加工企業(yè)的要求，齒圈產品的價格，不能按照市場規(guī)律運作，加大了鐵路基礎零部件的生產成本。

    在生產設備和工藝裝備方面，馬鋼現(xiàn)行的軋制設備、裝備和工藝設計尚處于上世紀五十年代的水平。一直處于手工控制軋制設備進行生產的“原始”作業(yè)狀態(tài)，因此產品質量受“人為”因素影響嚴重，型式尺寸波動大，易造成齒圈內徑折疊、產生“飛邊”等質量問題，不僅給齒輪生產企業(yè)的后續(xù)加工帶來很大困難，而且在機加工時發(fā)生過“飛邊”傷人事故。

    在產品內部質量控制方面，由于馬鋼提供齒圈產品為粗軋毛坯件，不具備實施超聲波內部探傷檢驗的條件，也不能進行調質熱處理，而齒輪加工企業(yè)一般不具備超聲波探傷設備，也僅對成品局部表面進行磁粉探傷，因此無法預防和排除產品內部組織缺陷，給鐵路機車運行安全帶來事故隱患。

    市場與產品質量的相互關系表明，只有引進市場競爭機制才會不斷推動鐵路產品的質量升級，壟斷生產、經(jīng)營將難于改變幾十年一貫制的產品落后局面。為此，引入海陸公司的高品質產品，無疑對提高鐵路關鍵基礎件的質量等級起到積極作用。

 

§ 1.2 海陸公司在行業(yè)中的地位和優(yōu)勢

海陸公司是國內專業(yè)化從事環(huán)形鍛件生產的主要企業(yè)。自1992年投產以來，環(huán)形鍛件累積產品質量居全國第二位，其產品廣泛用于航空、航天、石油、化工、冶金、重機、汽車、造船、核電等行業(yè)。公司技術力量較強，不斷開發(fā)高質量的新產品以滿足市場要求，并取得較好的經(jīng)濟和社會效益。

海陸公司長期從事航空、航天和核電設備等特殊行業(yè)產品的加工，其生產設備、工藝和檢驗設備的裝備水平較高，專業(yè)化程度屬于國內先進水平。企業(yè)注重對產品生產過程質量的全面控制，將ISO9001質量管理體系嚴格地落實到每個生產環(huán)節(jié)，確保產品的內在質量處于無缺陷狀態(tài)。因此，該公司在上述特殊行業(yè)中已樹立起良好的企業(yè)信譽。海陸公司主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下方面：

1、采用高品質原材料

    重要機械產品50％的質量取決于原材料的基本質量水平，上海鋼鐵公司第五特鋼廠是國內著名的合金鋼生產企業(yè)，產品質量長期處于國內領先地位。海陸公司與上鋼五廠建立了長期良好的合作關系，在試制鐵路電力機車齒圈產品時仍然采用上鋼五廠生產的42CrMoA材料。經(jīng)試驗驗證，上述材料無論是化學成分、綜合機械性能還是鋼的內部組織和純凈度，是其他合金鋼廠不可相提并論的。

2、裝備先進

   （1）軋制設備

生產齒圈產品的主要關鍵設備涉及環(huán)件軋制、調質處理和材料內部組織檢驗設備。目前海陸公司使用的環(huán)件軋制設備可軋制3m直徑的全自動數(shù)控設備，軋制精度可達到±1mm，由于脫離了“人為”因素的影響其產品質量穩(wěn)定可靠。

   （2）熱處理設備

涉及齒圈產品質量的另一個重要工藝環(huán)節(jié)是調質處理。海陸公司采用井式熱處理設備，其溫控誤差±5℃，保證了材料內部組織性能的一致性，因此經(jīng)熱處理后的材料主要力學指標的波動性很小。

   （3）排除內部缺陷

材料的內部缺陷是影響機械部件性能和可靠性的重要因素之一。長期以來上述問題一直未能得到妥善解決。海陸公司根據(jù)齒輪加工企業(yè)的要求，為用戶提前完成毛坯件的機加工，然后采用超聲波探傷設備對齒圈產品進行全探傷處理，徹底排除了齒圈產品的潛在質量隱患，避免了產品經(jīng)過大量加工組裝后發(fā)現(xiàn)內部缺陷所帶來的損失，受到用戶的青睞。

3、滿足用戶的各種要求

    海陸公司的企業(yè)方針始終以滿足用戶的要求為目標，以市場需求作為企業(yè)持續(xù)改進的努力方向。在齒圈產品試制過程中，全部采納了益陽齒輪廠提出的：“代用戶進行機加工和調質熱處理、材料內部探傷、按照用戶的需求量、時間供貨、應用戶要求開展售后服務”等各項建議。

 

§ 1.3 齒圈產品的試制結論

    2004年6月益陽齒輪廠完成了由海陸公司提供的12件（左、右旋各6件）SS3型電力機車從動齒圈產品的齒輪加工和裝配工作。為確保上述產品達到鐵道部所規(guī)定的質量要求，益陽齒輪廠對齒圈產品的冶金指標、理化（含綜合力學）指標、型式尺寸、齒輪加工參數(shù)、輪芯檢驗及加工參數(shù)、齒輪及輪芯裝配參數(shù)等重要質量記錄進行了嚴格的檢驗，確認上述12件齒圈試制品，全部符合鐵道部《SS3型電力機車從動齒輪產品》的相關技術標準和要求（見第五章附件目錄）。

 

第二章 海陸公司基本情況

    海陸公司系經(jīng)現(xiàn)代化企業(yè)制度改造的股份制企業(yè)，成立于1992年，位于江蘇省張家港市技術開發(fā)區(qū)，廠區(qū)占地面積21300平方米，在冊員工100名，專業(yè)從事環(huán)形鍛件產品的加工與服務，在環(huán)形鍛件加工行業(yè)中享有良好的企業(yè)聲譽和質量信譽。企業(yè)內部管理制度健全、執(zhí)行嚴格和規(guī)范，企業(yè)具有強烈的質量意識，從未發(fā)生過產品質量事故，贏得了航空、航天及核電設備等特殊行業(yè)用戶的高度評價和信任。

 

§ 2.1 企業(yè)能力狀況

海陸公司經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在技術、生產、工藝、試驗、檢測、質量控制、資金實力、銷售和售后服務等方面具備了較強的企業(yè)能力。企業(yè)面對大批量、小批量產品用戶和滿足少數(shù)用戶的特殊要求方面顯示出很強的適應能力。為滿足不同用戶的各種要求，企業(yè)采用了ERP全程優(yōu)化管理系統(tǒng)。從預受訂單、合同評價、原材料采購、工藝設計、生產安排、人力資源配置、產品質量監(jiān)控、產品配送及售后服務等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了各種資源的高度優(yōu)化，提高了企業(yè)運行效率，降低了企業(yè)各項運營成本費用，滿足了不同用戶的需求。

 

§ 2.1.1 技術能力

    海陸公司現(xiàn)有員工100余名，其中具有高、中級職稱的工程技術人員占員工總數(shù)的26%。從事軋鋼和鍛造專業(yè)的技術人員占員工總數(shù)的18%，從事理、化和產品檢驗的技術人員占員工總數(shù)的8%，其他管理人占10%。公司具有10年以上豐富實踐經(jīng)驗的技術工人64人。工程技術、管理人員和技術工人結構的合理化，為企業(yè)快速發(fā)展奠定了基礎。

    企業(yè)內部設置了技術部、工藝設計部、理化試驗室和產品質量檢驗中心。

    技術部主要負責企業(yè)技術標準的管理與實施，設備狀態(tài)監(jiān)控、承接委托加工產品的技術分析等職能。

    工藝設計部主要負責新產品的工藝流程分析與設計，熱處理工藝參數(shù)的設計，制定產品生產工藝規(guī)范，工藝規(guī)程的實施與監(jiān)控等工作。

    理化實驗室主要負責金屬材料進廠理化項目的復檢工作。可對合金材料進行常規(guī)化學成分分析、綜合力學、工藝性能檢測等。

    質量檢驗中心主要負責產品生產過程的跟蹤檢驗、出廠成品的型式尺寸檢驗和產品內部組織缺陷檢驗等。

 

§ 2.1.2 技術開發(fā)能力

    為鞏固和提高企業(yè)的核心競爭力，始終保持在環(huán)形鍛件行業(yè)處于技術領先地位，由技術和工藝部的專業(yè)技術人員組成的技術開發(fā)組，聯(lián)合國內相關科研院所以課題制方式開展技術攻關活動，先后為航空、核電等行業(yè)研制出異形斷面軋制工藝。在自制工藝裝備方面，實現(xiàn)開發(fā)、設計、加工和裝配自主化。

 

§ 2.1.3 主導產品

    企業(yè)不僅能批量生產供應重型機械的齒圈、大型汽車輪胎模具環(huán)件、汽輪機隔板內外環(huán)件、混凝土攪拌機滾道環(huán)件、軸承圈、大型法蘭等環(huán)鍛件。近年來與上鋼五廠、上海鋼鐵研究所聯(lián)合，依托其技術及原材料質量控制優(yōu)勢，為航天、航空成功軋制成不銹鋼、高溫合金等高難度、高要求的高品質環(huán)件。同時近年來，為節(jié)約鍛件金屬材料，還開發(fā)研制成功異形截面環(huán)形鍛件，深受市場歡迎。

 

§ 2.1.4 生產能力

    企業(yè)年生產各種規(guī)格環(huán)件產品的生產能力，根據(jù)不同的生產制度可實現(xiàn)8000～12000噸產量。目前，企業(yè)既有產品占去近5000噸的產能。

1、生產設施面積

企業(yè)廠區(qū)占地面積約21300m2，生產廠房面積約為6700 m2，用于試驗、檢驗設施面積380 m2，辦公及生活區(qū)3300 m2。

另外企業(yè)為今后進一步擴大生產規(guī)模，在生產設施布局方面已預留一條年產能4000噸的生產線，基礎設施（風、水、電、氣）施工完畢。

    2、主要生產、檢測設備

    構成企業(yè)生產綱領的主要生產、檢驗裝備如下：

   （1）圓鋼坯下料設備：臥式帶鋸7臺（GZ4080、GZ4050、GZ4040），可切割鋼坯直徑400～800mm；

（2）能源設備：煤氣發(fā)生爐2臺，班產煤氣2200m3；

   （3）室式加熱爐1臺（7m3）；

   （4）鍛造設備：5T鍛造操作機（DS-5000）、3T蒸汽錘、1600T鍛造水壓機各1臺；

   （5）軋制設備：3 000mm數(shù)控輾環(huán)機（D53－200／125）1臺；

   （6）熱處理設備：臺車式加熱爐（2.7×3.5×1.7m3）、臺車式熱處理爐（3×2.8×5 m3）、井式電加熱熱處理爐（1.9×2 m，600kW）各1臺；

   （7）淬火池1臺；

   （8）切削類設備：普通立式車床（2000mm）、橫臂鉆床（Z3080）以及各種普通車床10余臺；

   （9）起重設備：橋式吊車（15~30T）2臺，龍門吊車（5T）1臺。

   （10）超聲波探傷設備：超聲波探傷儀（CTS-22）2臺，電腦超聲波探傷儀（ST-88）1臺；

   （11）萬能材料試驗機（WE-60A）1臺；

   （12）沖擊試驗機（JB-30）2臺；

   （13）金相顯微鏡（XJG-3.0）1臺；

   （14）光譜儀1臺；

   （15）五元素化學元素分析儀1臺；

   （16）維氏、布氏、洛氏、里氏硬度儀（HVA-1，HLS.11）各1臺；

   （17）其他GB類通用計量器具。

 

§ 2.1.5 質量控制能力

在產品控制方面，企業(yè)注重對生產過程的全面控制，并使控制手段制度化，將ISO9001質量管理體系落實到生產、管理、檢驗等每個環(huán)節(jié)。在產品質量可追溯性方面，企業(yè)將標有生產批號的工序過程卡作為產品質量檔案永久保存。按照工序過程卡和產品合格證所標注的生產批號，可迅速查清任意時間出廠產品的原材料供應廠家、理化檢驗記錄、工序質量記錄、生產者和質量檢驗者等重要信息，真正做到產品質量終身制。

 

§ 2.1.5.1 質量監(jiān)控制度

    國外成功的管理經(jīng)驗證明，制度化的質量管理方式是對產品質量控制的最有效方法之一。海陸環(huán)件公司對工藝流程中影響產品質量的關鍵環(huán)節(jié)均有明確的檢驗、監(jiān)督制度和賞罰機制。制定出原材料進廠復檢制度、關鍵工序檢驗制度、成品出廠檢驗制度、生產過程質量跟蹤制度，以及與之配套的具體操作指導書。產品質量已成為企業(yè)對員工提職、加薪、降薪、處罰和辭退的主要依據(jù)。

 

§ 2.1.5.2 質量控制方式

企業(yè)對產品質量的控制分為四種方式。第一，嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程；第二，按照檢驗制度對實物產品生產過程進行抽樣檢驗；第三，定期進行產品質量分析；第四，根據(jù)ISO9001質量管理體系規(guī)定，每年開展1~2次質量管理評審工作。

    海陸公司將嚴格執(zhí)行工藝規(guī)程視為保證產品質量的前提和基礎，企業(yè)針對不同產品的質量要求，制定相應的工藝流程、操作規(guī)范，并嚴格地落實到每一工序。

 實物產品分為工序和出廠兩級檢驗，均由專職檢驗人員負責。工序檢驗主要設置在原材料復檢、環(huán)件成型、熱處理、機加工、超聲探傷工序；出廠檢驗由企業(yè)質檢中心對入庫前的成品進行全項檢驗。抽樣方案和檢驗方法，由技術部根據(jù)產品批量做出具體規(guī)定并寫入操作指導書。

 產品質量分析是針對具體產品的質量記錄，進行工程能力指數(shù)測算，對于Cpk≤ 1的質量指標采用QC質量分析方法，找出質量指標波動的具體原因，及時調正工藝參數(shù)予以糾正。

 負責企業(yè)質量體系的綜合管理部，按照ISO9001質量體系要求，每年開展1~2次全面質量檢查工作，對職能和相關部門的質量控制工作進行審查，由管理者代表對企業(yè)質量職能部門做出系統(tǒng)性的工作評價，問題責任部門將依據(jù)企業(yè)質量管理和賞罰制度進行處理。

   

§ 2.2 質量體系運行情況

    執(zhí)行ISO9001質量管理體系的認真程度，可反映出企業(yè)基礎性管理工作的質量。海陸公司在每年的外審檢查中，從未出現(xiàn)過嚴重不合格項，對于出現(xiàn)的個別一般不合格項，企業(yè)責成責任部門及時關閉，并制定行之有效的糾正和預防措施。根據(jù)每次的外審檢查結論，證明企業(yè)的質量管理體系運行受控和有效。

 

第三章 齒圈產品試制情況

    2003年6月益陽齒輪廠（簡稱“益齒廠”下同）根據(jù)近幾年齒圈產品在質量、價格和供貨等方面出現(xiàn)的問題，向海陸公司提出齒圈產品的試制和供貨事宜，并要求海陸公司在滿足國家和鐵道、冶金行業(yè)相關現(xiàn)行標準的基礎上，為進一步提高齒圈產品質量，確保鐵路運輸安全，增加了企業(yè)對齒圈產品質量的特殊要求。

 

§ 3.1 標準依據(jù)

    海陸公司在齒圈產品試制過程中主要采用了以下標準：

    1、國家標準

   （1）GB/T 3077-1999 《合金結構鋼》

   （2）GB/T 222-1984  《鋼的化學成分取樣方法及允許偏差》

   （3）GB/T 226-1991  《鋼的低倍組織及酸蝕檢驗法》

   （4）GB/T 228-1987  《金屬拉伸試驗方法》

   （5）GB/T 229-1994  《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》

   （6）GB/T 231-1984  《金屬布氏硬度試驗方法》

   （7）GB/T 1979-1980 《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》

   （8）GB/T 2975-1998 《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備》

   （9）GB/T 4336-1984 《碳素鋼和中低鋼的光電發(fā)射光譜分析方法》

   （10）GB/T 7736-1987 《鋼的低倍組織及缺陷超聲波檢查法》

   （11）GB/T 10561-1989 《鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法》

   （12）GB/T 17505-1998 《鋼及鋼產品交貨一般技術條件》

    2、鐵道行業(yè)標準

    TB/T2566-1995 《機車牽引齒輪滲碳、淬火、回火強化技術條件》

    3、冶金行業(yè)標準

   （1）YB 4068-1991 《合金結構鋼供貨技術條件》

   （2）YB/T 5148-1993 《金屬平均晶粒度測定法》

 

§ 3.2 齒圈產品圖紙

    益齒廠提供的齒圈產品圖紙，包括了機加工和產品技術條件（見附件1）。

 

§ 3.3 用戶提出的特殊要求

    1、齒圈坯試制采購規(guī)范（見附件2）。

    2、毛坯正火后進行調質熱處理。

    3、代益齒廠對毛坯件進行機加工，并符合產品圖紙要求。

    4、齒圈產品在交貨前逐一進行超聲波探傷檢驗，排除內部組織缺陷。

 

§ 3.4 主要工藝流程

    原材料進廠復檢   鋸切下料   抽量（1）   室式爐加熱（2）   水壓機制坯    碾環(huán)機軋制（3）   聚冷    正火    

型式尺寸和外觀質量檢查（4）   粗車機加工    超聲波探傷（5）                            

   調質熱處理（6）   硬度檢查（7）    精車機加工    型式尺寸檢查（8）    取樣理化檢驗（9）   打印標識   包裝入庫。      

注：表示重要工序質量控制點

    1 ─ 坯重控制檢查

    2 ─ 坯料加熱溫度與時間控制檢查

    3 ─ 環(huán)件碾制終軋溫度控制

    4 ─ 型式尺寸檢查

    5 ─ 超聲波逐件內部組織缺陷檢查

    6 ─ 控制調質熱處理加熱溫度、時間、淬火、水溫和淬火時間

    7 ─ 檢查調質熱處理后的環(huán)件硬度

    8 ─ 成品型式尺寸檢查

    9 ─ 成品理化指標檢驗

 

§ 3.4.1 原材料進廠檢驗

    齒圈產品采用了上鋼五廠生產的42CrMoA鋼坯，鋼坯特點：有害元素和非金屬夾雜物含量遠遠低于GB/T 3077-1999 《合金結構鋼》和YB 4068-1991 《合金結構鋼供貨技術條件》規(guī)定值。

 

§ 3.4.1.1 主要冶金指標檢驗結論（見表1）

42CrMoA鋼坯主要冶金指標檢驗結果       表1

高低倍檢測

高倍組織檢驗

低倍組織檢驗

（級）

晶粒度（級）

非金屬夾雜物檢測（級）

塑性夾雜

脆性夾雜

檢測結果

11

1

0.5

一般疏松<1；中心疏松<1；偏析0

 

§ 3.4.1.2 化學成分檢驗（見表2）

    化學成分檢驗記錄由上鋼五廠鋼坯出廠質檢證明和海陸公司進廠復檢證明組成（見附件3、4）。

 

42CrMoA鋼坯化學成分檢驗結果（%）      表2

化學成分

C

Si

Mn

Cr

Mo

P

S

標準值

0.38~0.45

0.17~0.37

0.50~0.80

0.90~1.20

0.15~0.25

≤0.025

≤0.025

檢驗值

0.40

0.27

0.63

1.03

0.18

0.013

0.002

 

§ 3.4.1.3 綜合力學、工藝性能復檢

    海陸公司根據(jù)上鋼五廠提供的熱處理工藝參數(shù)，

 

 

 

 

§ 3.4.2 原材料

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 3.1產品試制依據(jù)…………………………………………………….………………………2

§ 3.1.1 技術標準依據(jù)…………………………………………………….………………2

§ 3.1.2 現(xiàn)行產品圖紙………………………………………………………….…………2

§ 3.1.3 用戶提出的特殊要求………………………………………………….…………2

    § 3.1.4 生產綱領……………………………………………………………….…………2

§ 3.2 產品試制工藝方案………………………...……….……………………………………2

§ 3.2.1 基本工藝流程…………………………………………………….………………2

§ 3.2.1.1 工藝方案特點…………………………………….………...……………2

§ 3.2.1.2 關鍵工序質量控制措施…………………………………………………2

§ 3.2.1.3 工藝參數(shù)驗證情況..…………………………….…………….…………2

§ 3.2.2 生產中試情況………………………………………………………….…………2

§ 3.2.2.1 主要生產設備運行情況……………………….…………...……………2

§ 3.2.2.2 產品質量可追溯性情況…………………………………………………2

§ 3.2.2.3 工藝參數(shù)驗證情況..…………………………….…………….…………2

§ 3.2.3 環(huán)件試制標準化審查結論…………………………………………….…………2

§ 3.2.4 益陽齒輪廠SS3型齒圈加工及檢測……………………….……………………2

§ 3.2.4.1 齒圈環(huán)件檢測……………………………….………...…………………2

§ 3.2.4.2 齒圈輪芯檢測……………………………………………………………2

§ 3.2.4.3 齒圈加工、裝配參數(shù)驗證..………………………………………..……2

 

 

 

    1．張家港海陸環(huán)形鍛件有限公司具備試制、生產條件：企業(yè)有一條從坯

    料準備、加熱、制坯、軋制、熱處理完整的流水生產線，有粗加工機

    床、超聲波探傷檢驗能力和一套生產管理和質量保證體系，有滿足產

    品理化檢驗和售后服務能力。

    2．試制產品全面達到益陽齒輪有限公司所有要求。

    3．原材料由上鋼五廠供應，冶金質量穩(wěn)定可靠。軋機由計算機程序控制，

    尺寸控制較好；可以粗加工供貨并可粗加工后調質供貨，逐件超聲波

    檢查。(二)企業(yè)基本情況

  一．行業(yè)中的地位：

    張家港

  二．企業(yè)能力狀況：

    1．企業(yè)不僅能批量生產供應重型機械的齒圈、大型汽車輪胎模具環(huán)件、

    汽輪機隔板內外環(huán)件、混凝土攪拌機滾道環(huán)件、軸承圈、大型法蘭等

    環(huán)鍛件。近年來與上鋼五廠、上海鋼研所聯(lián)合，依托其技術及原材料

    質控優(yōu)勢，為航天、航空成功軋制成不銹鋼、高溫合金等高難度、高

    要求的高品質環(huán)件。同時近年來，為節(jié)約鍛件金屬材料，還開發(fā)研制

    成功異形截面環(huán)形鍛件，深受市場歡迎。

    2．為有較大的發(fā)展，2002年搬遷到合興鎮(zhèn)新址，現(xiàn)占面積約21300m2，

    生產廠房6700 m2，試驗、檢驗設施380 m2，辦公及生活區(qū)3300 m。，

    尚有發(fā)展余地。

 

3．企業(yè)有一整套的環(huán)形鍛件生產流水線，其主要生產設備狀況見表1。

序

號

 

 

    設備名稱

 

 

    型號或規(guī)格

 

臺套

 

數(shù)

1

    臥式帶鋸床

GZ4080最大鋸切直徑800毫米

    2

    2

    臥式帶鋸床

GZ4050最大鋸切直徑500毫米

    3

    3

    臥式帶鋸床

GZ4040最大鋸切直徑400毫米

    2

    4

    煤氣發(fā)生爐

    ①2200mm

    2

    5

    室式加熱爐(燃油)

    7m3

    3

    6

    5T鍛造操作機

    DS-5000

    1

    7

    1600T鍛造水壓機

 

    1

    8

    3 000mm數(shù)控輾環(huán)機

    D53—200／125

    1

    9

    3T鍛造操作機

    DS-3000

    2

    10

   3T蒸汽錘

 

    1

  ll

  臺車式加熱爐(熱處理爐)

    2.7×3.5×1.7m3

    1

  12

    臺車式熱處理爐

    3×2.8×5 m3

    1

    13

    井式電加熱熱處理爐

    ①1.9×2 m。600Kw

    2

  14

    淬火水槽

 

    1

    15

    普通立式車床

    2000mm

    1

  16

    普通車床

    CWll25

    4

    17

    普通車床

    C6263

    1

    18

    普通車床

    C6140

    1

  19

    普通橫臂鉆床

    Z3080

    2

  20

    橋式吊車

    15T／3T

    2

  21

    橋式吊車

    30T／5T

    1

  22

    龍門式吊車

    5T

    1

 

4．試驗檢驗室有整套的機械性能試驗檢驗儀器設備，見表2。

序

號

名稱    ．

 

型號

 

臺數(shù)

 

1

超聲波探傷儀

CTS-22

 2

 2

電腦超聲波探傷儀

ST-88

 1

 3

材料試驗機

WE-60A

 1

 4

沖擊試驗機

JB-30

 2

 5

金相顯微鏡

XJG-3.0

 2

 6

光譜儀

 

1

 7

投影儀

STT

 1    ，

8

雙管定碳爐

SK-2,5.15／S

 1

 9

維氏，布氏，洛氏，里氏硬度機

HVA-1，HLS．11等

各1臺

 

5．年生產能力6000噸。

6．資金狀況：

固定資產：流動資金：

篇7

軸承鋼的性能要求

眾所周知，在各種運輸車輛、機床、傳動機械以及其他高速轉動的機械中，軸承是不可缺少的零部件，而軸承鋼就是用來制造各種滾動軸承的專用鋼種。軸承鋼的材料特性主要表現(xiàn)在以下方面：由于軸承鋼的含碳量較高，鋼錠澆鑄及冷卻時容易產生碳和鉻的偏析，所以軸承鋼鋼錠開坯前應進行高溫保溫或擴散退火；軸承鋼的導熱性差，在加熱時要防止炸裂；軸承鋼在加熱過程中容易產生脫碳、過熱和過燒現(xiàn)象；軋后緩慢冷卻時有明顯的網(wǎng)狀碳化物析出；在終軋溫度低于800℃時，易產生帶狀碳化物。

滾動軸承的工作條件極為復雜，承受著各種高的交變應力，如拉力、壓力、剪力和摩擦力等。基于對軸承工作條件和破壞情況的分析，對軸承鋼的性能要求主要有：具有高的接觸疲勞強度和抗壓強度；經(jīng)熱處理后必須具有高而均勻的硬度；具有高的彈性極限，防止在高載荷作用下軸承發(fā)生過量的塑性變形；要有一定的韌性，防止軸承在受沖擊載荷作用時發(fā)生破壞；要有一定的抗腐蝕性能；要有良好的工藝性能，如成型、切削、磨削等性能，以適應大批量、高效率、高質量生產的需要；要具有良好的尺寸穩(wěn)定性，防止軸承在長期存放或使用中因尺寸變化而降低精度。

根據(jù)軸承的特殊使用要求，軸承制造行業(yè)對軸承鋼的生產也提出了非常嚴格的質量要求，具體體現(xiàn)在標準YB9—68及軸承鋼生產標準YJZ84中，這兩個標準是目前軸承鋼生產中的兩個并行標準。

軸承鋼的產品系列

軸承鋼的產品系列主要有熱軋棒材、冷拔材、鍛材、管材、盤條以及鋼絲等幾類，其中用量最大的是熱軋棒材。由于各種機械在運行當中是否完全可靠，在很大的程度上要取決于軸承的質量和可靠性，因此，軸承和軸承鋼的質量越來越引起世界各國的重視。

目前，瑞典和日本的軸承鋼質量在世界上處于領先地位。我國軸承鋼的主要生產廠家有大冶特鋼、北滿特鋼、上鋼五廠、長城特鋼、大連鋼廠及本鋼等。太鋼軸承鋼的產量最高時近2萬t，約占全國總產量的1%～2%。

軸承鋼的研發(fā)方向

世界各國都在研究和開發(fā)新型軸承鋼以擴大應用和代替?zhèn)鹘y(tǒng)的軸承鋼。例如：快速滲碳軸承鋼，通過改變化學成分來提高滲碳速度，其中碳含量（質量分數(shù)）由傳統(tǒng)的0.08%～0.20%提高到0.45%左右，滲碳時間由7h縮短到30min；高頻淬火軸承鋼，用普通中碳鋼或中碳錳、鉻鋼，通過高頻加熱淬火來代替普通軸承鋼，既簡化了生產工序又降低了成本，并提高了使用壽命。

我國開發(fā)了高淬透性和淬硬性軸承鋼GCr15SiMo，其淬硬性HRC≥60，淬透性J60≥25mm。GCr15SiMo的接觸疲勞壽命L10和L50分別比GCr15SiMn提高73%和68%，即，在相同使用條件下，用GCr15SiMo鋼制造的軸承的使用壽命是GCr15SiMo鋼的近兩倍。近年來，我國還開發(fā)了能節(jié)約能源、節(jié)約資源和抗沖擊的GCr4軸承鋼。與GCr15相比，GCr4的沖擊值提高了66%～104%，斷裂韌性提高了67%，接觸疲勞壽命L10提高了12%。與全淬透的GCr15鋼軸承相比，GCr4鋼軸承的壽命明顯提高，可用于重載高速列車軸承。

新型軸承鋼主要向高潔凈度和性能多樣化兩個方向發(fā)展。提高軸承鋼的潔凈度，特別是降低鋼中的氧含量，可以明顯延長軸承的壽命。氧含量(質量分數(shù))由28×10-6降低到5×10-6，疲勞壽命可以延長1個數(shù)量級。目前，我國可以將軸承鋼中的最低氧含量控制在10×10-6左右。軸承使用環(huán)境的變化要求軸承鋼必須具備性能的多樣化。例如：隨著設備轉速的提高，需要準高溫用(200℃以下)軸承鋼(通常采用在SUJ2鋼的基礎上提高Si含量、添加V和Nb的方法來達到抗軟化和穩(wěn)定尺寸的目的)；腐蝕環(huán)境下使用需要開發(fā)不銹軸承鋼；為了簡化工藝，應該開發(fā)高頻淬火軸承鋼和短時滲碳軸承鋼；為了滿足航空航天的設備需要，應開發(fā)高溫軸承鋼。

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)和科學技術的迅速發(fā)展，軸承的需用量日益增加，對其質量和性能的要求也越來越高，提出了高精度、高速、高溫、低摩擦、低溫升、低噪音和耐腐蝕等一系列要求。因此，對軸承鋼的要求也越來越嚴格，使其向著高質量、高性能和多品種的方向發(fā)展。

軸承鋼的質量要求

滾動軸承的使用壽命和可靠性很大程度上與軸承用鋼的冶煉質量有著密切的關系。由于軸承鋼所具有的特性，對冶煉質量的要求比一般工業(yè)用鋼要嚴格得多，如鋼的化學成分、純潔度、組織和均勻性等。滾動軸承要在拉伸、壓縮、彎形、剪切、交變等復雜應力狀態(tài)和高應力值之下，高速、長時間地工作。為了保證軸承具有良好的性能和高的壽命，對軸承鋼的質量要求如下：

化學成分是影響軸承鋼性能的最本質的因素。鋼的物理、化學、機械性能和金相組織都是由化學成分決定的，改變了化學成分，就改變了鋼的基本性質。因此，軸承鋼的化學成分必須符合標準規(guī)定的允許范圍。一般軸承用鋼主要是高碳鉻軸承鋼，即含碳量1%左右，加入1.5%左右的鉻，并含有少量的錳、硅元素的過共析鋼。鉻可以改善熱處理性能、提高淬透性、組織均勻性、回火穩(wěn)定性，又可以提高鋼的防銹性能和磨削性能。但當鉻含量超過1.65%時，淬火后會增加鋼中殘余奧氏體，降低硬度和尺寸穩(wěn)定性，增加碳化物的不均勻性，降低鋼的沖擊韌性和疲勞強度。因此高碳鉻軸承鋼中的含鉻量一般控制在1.65%以下。只有嚴格控制軸承鋼中的化學成分，才能通過熱處理工序獲得滿足軸承性能的組織和硬度。

特別嚴格的純潔度要求。鋼的純潔度是指鋼中所含非金屬夾雜物的多少，純潔度越高，鋼中的非金屬夾雜物越少。軸承鋼中的氧化物、硅酸鹽等有害夾雜物是導致軸承早期疲勞剝落、顯著降低軸承壽命的主要原因。特別是脆性夾雜物危害最大，由于在加工過程中容易從金屬基體上剝落下來，嚴重影響軸承零件精加工后的表面質量。因此，為了提高軸承的使用壽命和可靠性，必須降低軸承鋼中夾雜物的含量。為了保證軸承鋼有較高的疲勞強度、抗壓強度、表面硬度和較長的使用壽命，鋼中的氧化物、硫化物、點狀夾雜等各種非金屬夾雜物要嚴格地控制在一定的范圍之內；鋼中的各種碳化物(如碳化物液析、條狀碳化物、帶狀碳化物及網(wǎng)狀碳化物等)的不均勻性要控制在一定的級別之內。經(jīng)熱加工后的軸承鋼成品，其表面脫碳層厚度要盡量減小；鋼材的宏觀低倍組織要良好，即一般疏松、中心疏松、偏析的級別要小，不允許出現(xiàn)皮下氣泡、縮孔、夾雜和裂紋。經(jīng)退火后的鋼材，要求具有均勻、細小的球狀珠光體組織。

嚴格的低倍組織和顯微(高倍)組織要求。軸承鋼的低倍組織是指一般疏松、中心疏松和偏析，顯微(高倍)組織包括鋼的退火組織、碳化物網(wǎng)狀、帶狀和液析等。網(wǎng)狀碳化物降低鋼的沖擊韌性，并使之組織不均勻，在淬火時容易變形與開裂。帶狀碳化物影響退火和淬火回火組織以及接觸疲勞強度。碳化物液析硬而脆，它的危害性與脆性夾雜物相同。低、高倍組織的優(yōu)劣對滾動軸承的性能和使用壽命有很大的影響，所以，在軸承材料標準中對低、高倍組織有著嚴格的要求。

根據(jù)不同成型方法對鋼材表面質量有不同程度的要求。總的來說，軸承鋼材表面不得有裂紋、折疊、拉裂、結疤和夾渣。對冷沖用的冷拉鋼材，除不允許上述缺陷外，表面要潔凈，不得有銹蝕、麻凹等缺陷。軸承鋼材表面不得有嚴重的脫碳現(xiàn)象，根據(jù)軸承零件成型工藝的不同要求，在標準中，對不同品種的鋼材表面脫碳層深度有不同的限制規(guī)定。

滾動軸承用鋼要求鋼材尺寸精度較高，原因是大部分軸承零件都要經(jīng)過壓力成型。為了節(jié)省材料和提高勞動生產率，絕大部分軸承套圈都是經(jīng)過鍛造成型；鋼球要經(jīng)過冷鐓或熱軋成型，小尺寸的滾子也是經(jīng)過冷鐓成型。如果鋼材的尺寸精度不高，就無法精確地計算下料尺寸和重量，而不能保證軸承零件的產品質量，也容易造成設備和模具的損壞。在對軸承鋼進行精加工時，為了對原材料準確下料并精確地加工成所要求的零件尺寸，對軸承鋼產品的尺寸精度也有嚴格的要求，同時還要求成品的外形（形狀精度）要平直。根據(jù)軸承零件成型工藝及軸承鋼的生產工藝，在標準中，對軸承鋼材各種品種、規(guī)格的尺寸公差都進行了規(guī)定。鍛造鋼材尺寸公差一般按GB908—72標準，熱軋鋼材尺寸公差按GB702—86，冷拉鋼材按GB905—82標準，冷拉鋼絲按YB245—64標準。

軸承鋼的軋制工藝

軸承鋼的軋制工藝對軸承鋼的冶煉質量要求很高，需要嚴格控制硫、磷、氫等含量以及非金屬夾雜物和碳化物的數(shù)量、大小和分布狀況。因為非金屬夾雜物和碳化物的數(shù)量、大小和分布狀況對軸承鋼的使用壽命影響很大，往往軸承的失效就是在大的夾雜或碳化物周圍產生的微裂紋擴展造成的。夾雜物的含量和鋼中氧含量密切相關，氧含量越高，夾雜物數(shù)量就越多，壽命就越短。夾雜物和碳化物粒徑越大、分布越不均勻，使用壽命也越短，而它們的大小、分布狀況與使用的冶煉工藝和冶煉質量密切相關，現(xiàn)在生產軸承鋼的主要工藝是連鑄以及電爐冶煉+電渣重熔工藝冶煉，還有少量采用真空感應+真空自耗的雙真空工藝，或+多次真空自耗等工藝來提高軸承鋼的質量。

根據(jù)軸承鋼的技術要求和鋼種特征，軸承鋼生產的大致軋制工藝過程如下：

軸承鋼在冶煉后鑄成的鋼錠有熱錠和冷錠之分。熱錠可以利用鋼錠的余熱進行紅送，裝入初軋工序的均熱爐內進行高溫擴散加熱，而冷錠則應及時退火，并對鋼錠的表面進行清理。

由于軸承鋼的導熱性較差，在開坯或成材的軋前加熱時速度不宜過快，鋼坯入爐時的爐尾溫度不宜過高，應小于700℃。高碳鋼的加熱溫度區(qū)間比較窄，通常在150℃～1200℃之間。溫度過低時變形抗力較大，而溫度過高則會出現(xiàn)過熱和過燒缺陷。軸承鋼的過燒溫度約為1220℃，一般的加熱溫度以1100℃～1180℃為宜。軸承鋼在加熱過程中的脫碳傾向很大。以GCr15為例，熱加工過程中的脫碳層厚度可達0.3～0.8mm，對軸承制品的表面硬度和強度有很大的影響。為了減少脫碳層厚度，在加熱過程中要盡量采用較低的加熱溫度和較短的加熱時間，在高溫區(qū)應避免長時間的加熱，爐內的氣氛要控制在還原性氣氛中。為了減輕鋼材的脫碳現(xiàn)象，鋼廠在熱加工和退火工序進行了鋼材表面涂抹防脫碳的保護涂層試驗，效果較好。

高溫時，高碳軸承鋼具有良好的塑性，可以用較大的壓下量進行軋制。軋后冷卻時，濃度較高的碳會沿著奧氏體的晶界析出，形成網(wǎng)狀碳化物。因此，鋼的終軋溫度應嚴格控制在800～850℃之間，以利于破碎網(wǎng)狀碳化物。溫度高于850℃時，鋼材在冷卻過程中會析出網(wǎng)狀碳化物；溫度低于800℃時碳化物開始析出，富集的碳化物偏析會隨著金屬的變形，延伸成帶狀碳化物。

對于球化退火狀態(tài)交貨的軸承鋼，在軋后和退火前需要降低網(wǎng)狀碳化物的級別，得到晶粒細小的奧氏體組織。為了達到這一要求，除了上述控制終軋溫度的方法外，另一個最有效的方法是對軋后的鋼材進行控制冷卻，而且它也是破除網(wǎng)狀碳化物和細化晶粒的一個關鍵環(huán)節(jié)。

控制軋制和控制冷卻是近十幾年來發(fā)展起來的新技術，在國內外已得到普遍使用。軸承鋼控制冷卻的工藝主要是：軋后的鋼材要穿水快速冷卻至500℃左右，此時鋼材內外的表面溫差較大，可依靠鋼材芯部的熱量使鋼材表面逐漸返紅至660℃，然后緩慢冷卻。這時鋼材可以在返紅過程中完成組織轉變。快速冷卻的目的是抑制鋼中網(wǎng)狀碳化物的析出，降低網(wǎng)狀碳化物的級別，同時可以使珠光體的轉變在較低的溫度下進行，得到晶粒細小的奧氏體組織，為隨后的球化退火提供良好的預備組織，以提高球化質量、縮短球化時間。目前國內外軸承鋼的控制冷卻主要采用雙套管冷卻器、環(huán)形噴嘴冷卻器及湍流管冷卻器等。

若用戶需對軸承鋼產品直接進行冷加工時，鋼材應進行球化退火，以使鋼材獲得合適的硬度及細小的珠光體球化組織，便于加工。由于鋼材在退火過程中還會繼續(xù)發(fā)生氧化和脫碳，因此，軸承鋼的退火多數(shù)是在通有氮氣、氫氣等的保護氣氛的連續(xù)退火爐內進行，這樣可以減輕鋼材的氧化和脫碳。據(jù)統(tǒng)計，在通有保護氣體的爐內退火，脫碳層的厚度最多只增加0.1mm左右。

軸承用鋼的常見缺陷

滾動軸承的使用壽命和可靠性很大程度上與軸承用鋼的冶煉質量有著密切的關系。由于軸承鋼所具有的特性，對冶煉質量的要求比一般工業(yè)用鋼要嚴格得多，如鋼的化學成分、純潔度、組織和均勻性等。鋼錠的皮下氣泡，嚴重的非金屬夾雜物及鋼材在鍛、軋過程中，加熱溫度過高，鍛、軋后冷卻快，終軋、終鍛溫度過低等原因都有產生裂紋的可能性。

軸承鋼在鍛、軋過程中產生的飛邊、毛刺、皺折和尖銳棱角等，在繼續(xù)軋制時壓入金屬內部，則形成折疊。由于鋼錠表面的夾渣、凹坑，在鍛、軋過程中形成較薄、扁平的分層，稱之為結疤。

因軋機導板上沾有金屬顆粒，導板安裝不當?shù)仍颍馆S承鋼鋼材表面刻劃出溝槽，稱為刮傷或劃痕。爐渣和各種耐火材料，在鋼澆注過程中未浮在鋼錠頭部，而集聚在鋼錠表面，鋼錠修整時，又未清理掉，因此就會在鋼材表面形成夾渣。

軸承鋼鋼材在加熱過程中，表面要發(fā)生氧化作用，爐氣中的氧與鋼材表面的碳進行氧化反應，形成氣體，使鋼材表面的碳量低于規(guī)定數(shù)值稱為脫碳。脫碳對高碳軸承鋼來說是一個嚴重的缺陷，往往造成軸承零件表面脫碳，淬火后的硬度達不到技術要求。

鋼液在澆注后的冷凝過程中，由于體積收縮而在鋼錠的中心部位形成孔洞，稱為縮孔。為了減少縮孔鋼材的危害，在鋼液澆注、結晶過程中要采用合理的工藝，使體積收縮而形成的孔洞移向鋼錠的頭部，在鋼錠開坯后，將縮孔部分切掉。但是，由于澆注、冷卻工藝不當，如定尺不合理、鋼錠頭部保溫不足、開坯后錠頭部位切除量少等，常會使縮孔殘留在鋼材內，而在低倍檢查時，就會顯示出來。

經(jīng)酸洗后的鋼樣橫向截面中心或其附近區(qū)域呈現(xiàn)短小、不連續(xù)，一般呈輻射狀態(tài)分布的發(fā)絲狀開裂，或在軸承鋼鋼材的縱向斷口上出現(xiàn)表面光滑，形狀近似圓形或橢圓形的銀白色斑點，稱為白點。白點形成的原因，一是鋼中氫氣的存在，二是鋼材鍛造后在600～300℃沒有緩冷，氫氣未充分擴散，產生組織應力而開裂。有白點的鋼材或零件，其縱向、橫向機械性能都有顯著下降，故有白點的鋼材或零件沒有使用價值。

鋼錠或鋼坯在鍛造加熱時，溫度過高，表面層沿晶界處被氧氣侵入而產生氧化物。在晶界處和枝晶軸間的一些低熔點化合物發(fā)生熔化，以致在冷凝后形成裂紋或孔洞，這種現(xiàn)象稱為過燒。鋼材過燒后，再鍛時將引起開裂，即使不開裂，其強度和沖擊韌性都會大大降低，故不能使用。

軸承鋼在液體狀態(tài)溶解氣體的能力比固態(tài)時大，鋼液在冷凝過程中，氣體從鋼液中逸出，如來不及排出，則形成氣孔。此外，鋼錠模烘烤不良，會在鋼模表面存在水分或氣體；鋼錠模內表面涂料不良，會形成大量氣體，這些水分或氣體來不及排出鋼液，則形成皮下氣泡。氣泡的存在大大地降低了鋼材的強度。

在鋼液冷凝過程中，由于軸承鋼中碳、鉻、鎢、磷等元素結晶、擴散速度不同而形成的化學成分不均勻現(xiàn)象稱為偏析。偏析的存在會給以后的變形加工造成困難，例如：硫的偏析易產生熱脆，磷的偏析易產生冷脆。偏析的存在易引起金屬疲勞斷裂。

軸承鋼鋼液在冷凝過程中，由于體積收縮而引起的細小孔隙稱為疏松。分散分布的細小孔隙稱為一般疏松。分布在鋼材中心部位的細小孔隙稱為中心疏松。疏松降低了鋼材的致密度，使機械性能顯著下降，降低軸承的使用壽命。

軸承鋼在冶煉、澆鑄過程中，由于鋼液內各成分之間、鋼液與爐襯之間接觸所引起的化學反應產物、脫氧產物，以及爐壁、出鋼槽、鋼水包等耐火材料剝落而進入鋼液，這些進入鋼液而未排出的非鋼液物質稱為非金屬夾雜物。非金屬夾雜物在軸承鋼中的存在，是降低軸承使用壽命的主要原因之一。

軸承鋼的冶金檢驗方法

軸承鋼鋼材表面質量通常用肉眼檢查。退火及未退火的熱軋鋼材必要時可用風動或電動手提砂輪磨成螺旋槽進行檢查；冷拉退火條鋼和鋼管可用細的平銼刀在整根材料上銼成三到四處圓周光面，用肉眼檢查；鋼絲盤料通常也用肉眼檢查，也可采用酸洗檢查，即在盤料的兩端各取250mm長的鋼絲，按低倍酸洗工藝酸洗后肉眼檢查其表面。

尺寸精度檢驗方法：退火和不退火的熱軋圓鋼，用讀數(shù)值為0.1mm的游標卡尺或卡規(guī)進行尺寸精度檢查。冷拉條鋼和鋼絲用分度值為0.01mm的千分尺進行檢查。熱軋和冷拉鋼管的外徑尺寸和壁厚差分別用讀數(shù)值為0.1mm的游標卡尺和分度值為0.01mm千分尺檢查。冷軋鋼板和鋼帶的厚度用千分尺檢查。鋼材的長度、寬度用鋼直尺檢查。各種鋼材（除盤料外）的彎曲度可用雙直尺或塞尺檢查。

鑒別鋼種一般用手提看譜鏡和火花鑒別法進行檢查。手提看譜鏡是一種半定量的光譜儀器，能夠半定量地檢查出鋼中的主要合金元素，如鉻、錳、鎳、鉬、鎢、釩等。光譜檢查可以查明被檢鋼材的鋼號及有無混鋼情況。火花檢查是根據(jù)火花特征判斷被檢鋼材的鋼號。

對于冷拉退火條鋼和熱軋退火鋼材要進行布氏硬度檢查。布氏硬度試驗方法按GB231—84標準進行。直徑30mm以下的冷拉及熱軋退火鋼材應進行斷口檢查。在鋼材一端切出缺口后用錘擊斷或用壓力機截取斷口試樣，然后用肉眼檢查斷面上是否有縮孔、白點、裂紋，過燒等缺陷。

直徑大于30mm的退火鋼材和不退火鋼材一般都檢查低倍組織。即在鋼材的一端用鋸床（退火材）和砂輪切割機（不退火材）切取厚度為12～15mm的圓片試樣，試樣被檢的一面用磨床磨平。經(jīng)熱酸洗后用肉眼檢查是否有偏析、疏松程度、縮孔、白點、裂紋、過燒等缺陷。熱酸洗用50%的工業(yè)鹽酸水溶液，加熱到70±5℃，酸洗時間為30~40min，試樣取出后用堿水沖洗，然后用80℃熱清水沖洗凈。

化學成分一般按爐號取樣分析。鋼號的各種元素成分分析方法按國家標準規(guī)定進行。化學分析方法比較慢，不適用于生產現(xiàn)場；由于光譜科學的發(fā)展，目前，在生產廠一般采用光譜分析方法來分析檢驗鋼材的化學成分。

高倍組織用金相顯微鏡進行檢查。檢驗的項目有：退火組織（放大500倍）、脫碳層深度（放大100倍）在鋼材的橫向截面上檢查；碳化物液析、帶狀碳化物、非金屬夾雜物（放大100倍）在鋼材的縱向截面上檢查。為了減少試樣數(shù)量，網(wǎng)狀碳化物的檢驗可與帶狀碳化物、碳化物液析用同一試樣在縱向截面上檢查，有疑問時，再以橫向截面檢驗結果為準。

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摘要：熱處理是機械工程中常用的一種金屬熱加工工藝，其本質是對材料表面和內部組織結構的改變，進而引起其性能改變。本文在繼承和改善傳統(tǒng)熱加工工藝的基礎上，進行存優(yōu)去劣，進行必要的措施改進，同時引入現(xiàn)代的熱加工新工藝，以40Cr鋼的熱處理工藝分析為例，淺談一下熱加工的傳統(tǒng)工藝、存在的缺陷不足及措施跟進，同時介紹一下現(xiàn)代的新工藝，拋磚引玉，希望得到各位專家和老師的指正。

關鍵詞：熱處理40Cr鋼傳統(tǒng)工藝措辭跟進現(xiàn)代新工藝

熱處理在機械制造中占據(jù)著非常重要的地位，它一般不改變工具的形狀，也很少改變其化學成分，而是改變工具內部的細微組織，或工具表面的化學成分，從而改善其基本的使用性能以及工藝性能。

為了使金屬工具獲得所需要的物理性能和力學性能等，除了選用和使用材料與成型工藝之外，選用恰當?shù)臒崽幚砉に嚥豢苫蛉保撹F是機械工業(yè)中所使用的最廣泛的材料，是熱處理的重要對象和主要內容，可通過熱處理給予適當控制，達到需求的目的。

40Cr鋼是一種中碳調制剛，價格適中，加工也比較容易，通過熱處理，可以達到一定的耐磨性、韌性和塑性，該剛在550-570攝氏度之間時，具有最佳的綜合的力學性能，適合高頻淬火等表面硬化處理，且在生活中應用廣泛，深受歡迎，本文將以此為例，進行論述。

一、熱處理傳統(tǒng)工藝分析

鋼鐵材料在很早就被人們發(fā)現(xiàn)，其性能因溫度和加壓等因素而改變，為了提高鋼的硬度，淬火工藝得到發(fā)展，與此同時，人們還研究了熱處理過程中，防止金屬氧化和脫碳的方法等。40Cr鋼中的Cr能增加剛的淬透性，提高其硬度和回火的穩(wěn)定性，經(jīng)調制和淬火后，分別能承受中等和高等負荷的工作強度和速度，應用廣泛。

1.40Cr鋼熱處理傳統(tǒng)工藝概述

熱處理工藝大體可分為整體、表面和化學熱處理三種，根據(jù)40Cr鋼的加熱介質、溫度和冷卻法的不同，可采用不同的熱處理工藝，獲得不同的性能，獲得需要的金相組織，以獲得需要的力學性能。

在整體的熱處理工藝中，大致有“退火、正火、淬火和回火”等基本工藝，例如40Cr鋼的退火工藝，將其加熱到適當溫度，進行緩慢冷卻，獲得其良好的使用性能，或者為淬火做準備。另外40Cr鋼的正火處理，將工件加熱至合適的溫度后進行冷卻，其效果與退火相似，只是獲得的內部金屬結構組織更為精細，能夠改善40Cr鋼的切削性能，或作為其最終的熱處理。

在40Cr鋼的淬火處理中，將其加熱保溫后，在水、油或其他有積水溶液和無機鹽等溶液當中進行快速冷卻，使之變硬，同時也變脆。為了降低40Cr鋼的的脆性，進行適當?shù)幕鼗穑@“四把火”通過不同的熱處理工藝，使40Cr鋼材料的工件或的一定的強度和韌性，進行調制后，這種傳統(tǒng)的熱處理工藝成為時效處理。

此外40Cr鋼的熱處理工藝當中，可以將熱處理與壓力加工形變相結合，使其獲得很好的強度和韌性，即形變熱處理，或在真空中進行的真空熱處理等，是40Cr鋼的工件不氧化，不脫碳，保持光潔性，提高性能。

在常用的表面熱處理工藝中，通過加熱40Cr鋼的表層，使其暫時達到高溫，運用火焰淬火和感應加熱熱處理方法等進行加工。在現(xiàn)代，我們常常滲透運用化學熱處理的工藝方法，改變工件表層的化學成分，組織和性能的金屬熱處理工藝，使其滲入各種需要的化學元素，或再次進行適當?shù)臒崽幚恚绱慊鸺盎鼗鸬取?/p>

在40Cr鋼的熱處理當中，需要符合其規(guī)范的標準，根據(jù)標準GB/T3077-1999，40Cr鋼的淬火加熱溫度、回火加熱溫度、抗拉強度、屈服點、斷后伸長率、斷面收縮率等各種要求有標準的規(guī)范，而在上述傳統(tǒng)的熱處理工藝當中，因為存在各種缺陷，而造成40Cr鋼熱處理當中的各種問題等，造成加工的失敗和不足，影響目的的達成。

2.40Cr鋼熱處理傳統(tǒng)工藝不足及措施跟進

在40Cr鋼的熱處理工藝當中，有可能獲得的金屬材料硬度過高，塑性過低，含有殘余應力，容易開裂等，在上述傳統(tǒng)的熱加工處理中，進行必要的手段補充，進行工件的優(yōu)化處理，在40Cr鋼的正火中，將鋼件加熱到其上臨界點溫度，以30～50℃保持適當時間后，在靜止的空氣當中進行適當?shù)睦鋮s，提高其性能，細化顆粒，消除組織缺陷，改善切削加工性能。另外，通過補充鹽浴淬火，馬氏體分級淬火等方法，提高工件硬度、強度和耐磨性，通過調碳和滲碳等方法，是工件表面具有高硬度和耐磨性，而中間保持良好的韌性和塑性。

此外，針對40Cr鋼的熱處理工藝要求，我們針對不同的問題，進行有效的針對性措施。完全退火的加熱溫度保持在825-845℃，保溫約2h，爐冷250HBS細化顆粒，改善組織，消除殘余應力，正火需加熱850-880℃，出爐空冷少于250HBS，目的同上，去應力退化加熱約為680-710℃之間等，這些需要在實際操作當中進行有效控制。

另外在40Cr鋼工件的調制的淬火中，在實際中我們需要進行適當控制，在40Cr鋼工件的淬火后應采用油冷，40Cr鋼工件的淬透性好，在油中冷卻能淬硬，而且變形較小，傾裂程度小，如果用油比較緊張，要求并不太高的工件，可以在水中淬火，嚴格掌握入水、出水的溫度。如果調質后，硬度仍然偏高，第二次的回火溫度要增加20-50攝氏度，40Cr鋼工件高溫回火后，在油中和水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響，回火冷卻后，進行應力消除處理。

此外，除了調質工件質量和操作工水平外，還要考慮到設備、材料和調質前加工等多種因素。例如，當工件從加熱爐轉到冷卻的時間較緩慢時，工件如水的溫度已低于Ar3臨界點，會產生部分分解，工件得不到完全淬火組織，達不到硬度要求，所以小零件的冷卻液要有速度，大工件的預冷要掌握好時間。

工件的裝爐量要合理，以1-2層最好，否則工件相互重疊會導致加熱不均勻，從而導致硬度不均勻。工件入水的排列也要保持一定的距離，過密的排列會使工件近處蒸汽膜破裂受阻，造成工件表面硬度偏低。此外，烤爐淬火，不能一下淬完，應該根據(jù)爐溫的下降的程度，在中間進行適度的閉爐，重新升溫，使前后工件淬火后硬度一致。

對于冷卻液的溫度，10%鹽水的溫度不能高于60℃，其中不能含有油污、泥漿等雜質，避免硬度不足和不勻的現(xiàn)象。未經(jīng)加工毛坯調質，硬度會不均勻，要得到良好的調質質量，毛坯應進行粗車，棒料要進行鍛打。過程要嚴把質量關，淬火后，硬度如果降低了1-3個單位，可以適當調整回火的速度，來達到硬度的要求，但是如果淬火后工件硬度過低，必須重新淬火，決不能只施以低溫回火，達到合格的要求。

一般情況下要求淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度為HRC52-60，火焰淬火能達到HRC48-55。

3.熱處理變形的預防

40Cr鋼工件變形的原因有多種，分析其原因，掌握其變形規(guī)律，采取相關的有效措施，我們完全可以控制變形。在選用40Cr鋼時，首先要選擇質量好的工件及材料，如果其碳化物偏析嚴重，應該首先進行合理鍛造，并進行調質熱處理，對于較大和不容易鍛造的模具鋼工件，可以進行固溶雙細化熱處理。

其次，40Cr鋼模具結構設計要合理，厚薄不能相差太大，形狀要對稱，對于變形大的工件，要提前預留加工余量，對于大型、精密和復雜的工件采用組合結構。工件首先要進行預熱處理，以消除機械加工過程中產生的殘余應力。

對加熱溫度進行合理的選擇和控制，例如可以采取緩慢加熱、預熱和其他的均衡加熱的方法來減少工件熱處理時的變形。在保證其硬度的前提下，盡量采用預冷和分級冷卻淬火工藝進行。

對于精密復雜的工件，可以采用真空加熱淬火和淬火后的深冷處理，或者進行預先的熱處理，時效的熱處理和調質氮化熱處理來控制精度。此外，如果存在砂眼、氣孔和磨損的缺陷時，可以使用冷焊機等熱影響比較小的修復設備以避免修補過程中變形的產生。

此外，在40Cr鋼的熱處理操作中，采用綁孔、堵孔、機械固定等方法，正確選擇冷卻的方向和冷卻介質的運動反響等，同時兼之以合理的回火熱處理工藝，也能夠減少工件的變形。

二、熱處理子工藝學概述

在40Cr鋼的熱處理操作中，退火熱處理，硫化熱處理，硬化熱處理和消除應力熱處理等方式，在工件的成型過程中有著重要的作用，表面淬火回火熱處理通常用感應加熱或火焰加熱的方式進行。主要技術參數(shù)是表面硬度、局部硬度和有效硬化層深度。

可通過維氏硬度計測試熱處理工件表面硬度，可選用0.5～100kg的試驗力，測試薄至0.05mm厚的表面硬化層，另外，有效硬化層深度也可選用維氏硬度計，其次，表面洛氏硬度計也是十分適于測試表面淬火工件硬度的，操作簡單方便、迅速、可直接讀取，或者當表面熱處理硬化層較厚時，采用洛氏硬度計，也可可采用HRA標尺等。

如果零件局部硬度要求高，可用感應加熱方式進行淬火熱處理，零件的硬度檢測要在指定區(qū)域內進行。可采用洛氏硬度計，或者利用化學熱處理使工件表面滲入化學元素，改變工件表面的化學成分和性能。經(jīng)淬火和低溫回火，使工件表面具有高硬度、耐磨性，芯部具有高的強韌性。

在熱處理過程中要對溫度進行精確的的檢測和記錄，溫度控制與否對產品的影響很大，在整個過程中溫度的變化趨勢也顯得十分的重要，導致在熱處理的過程中必須對溫度的變化進行記錄，方便數(shù)據(jù)分析，對以后的熱處理改進起到作用。

三、熱處理現(xiàn)代新工藝

熱處理的工藝技術不斷發(fā)展更新，對加熱和冷卻技術進行改革，發(fā)展至今，出現(xiàn)了真空熱處理，可控氣氛熱處理和形變熱處理等，以及創(chuàng)造新的表面熱處理工藝等。

針對新工藝發(fā)展的方向，概括之，主要在“提高工件強度和韌性，增強抗疲勞和耐磨能力，進一步減輕加熱中的氧化和脫碳，減少變形，進一步節(jié)約能源，減低成本，提高效益，減少污染”等方面努力。

1.可控氣氛熱處理

就是在爐氣成分可以控制的爐內進行的熱處理，防止工件表面化學反應的可控氣氛稱保護氣氛。具有避免鋼件氧化和脫碳，節(jié)約鋼材，提高質量等優(yōu)勢，保證尺寸精度。例如，某些形狀復雜且要求高彈性的工件，可用低碳鋼沖壓成形，穿透滲碳，代替高碳鋼。它包括吸熱式氣氛、放熱式氣氛、放熱-吸熱式氣氛、滴注式氣氛等。

2.真空熱處理

真空熱處理減少變形，減少和防止氧化，可以凈化表面，表面的氧化物發(fā)生分解，工件可得到光亮的表面，真空熱處理的去氣作用，改善鋼的韌性，提高工件使用壽命。減少或省去清洗和磨削加工工序，改善勞動條件，實現(xiàn)自動控制。真空退火、真空淬火和真空滲碳方面。

3.形變熱處理

形變強化和熱處理強化都是金屬最基本的強化方法。是將塑性變形和熱處理有機結合，提高材料機械性能的復合熱處理。

形變熱處理可分為三種基本類型：在相變前進行形變；在相變中進行形變；在相變后進行形變。不管哪一種方法，都能獲得形變強化與相變強化的綜合效果。常見的有高溫形變熱處理、中溫形變熱處理等方法。

4.表面氣相沉積

氣相沉積主要分化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）兩種，化學氣相沉積是使揮發(fā)性化合物氣體發(fā)生分解或化學反應，在工件上沉積成膜。得到不同的金屬、非金屬或化合物鍍層。物理氣相沉積包括真空蒸發(fā)、濺射、離子鍍三種方法。

氣相沉積鍍層的特點是附著力強，均勻，快速，它能制備各種耐磨膜，以及其它功能性薄膜。在機械制造、航天、原子能、電器等方

面應用廣發(fā)。

綜上所示，熱處理工藝正在不斷向著“優(yōu)質、高速、高效、便捷”的方向邁進，我們應該與時俱進，銳意創(chuàng)新，融合傳統(tǒng)和現(xiàn)代工藝的新方法，創(chuàng)制出更加符合于實際的新技術。

參考文獻：

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［2］《金屬熱處理》編輯部《金屬熱處理》2000-01

［3］大連工學院《金屬學及熱處理》2010-07

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關鍵詞：鋼渣; 礦渣;水泥; C-S-H; 鈣礬石

Preliminary Investigation on Clinker-free Slag-Steel Slag Cement

Wang Si-jing1，2 Ni Wen1，2 Qiu Xia-jie1，2

（1.School of Civil and Environmental Engineering， University of Science and Technology，Beijing，100083，China; 2.Key Laboratory of the Education of China for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines， University of Science and Technology，Beijing，100083，China）

Abstract：A kind of clinker-free slag-steel slag cement was prepared by the steel slag and blast furnace slag from Ansteel company. Orthogonal test was used to optimize the strength of the cementitious material.The results showed that with the ratio of steel slag： iron slag： carbide slag： gypsum of Flue Gas Desulfurization Waste （FGDW） =57%：15%：20%：8% had an optimized strength， the strength can arrived 32.59 Mpa. Hydration processes of cementitious material was analysed by XRD and SEM methods. The results show that the system can produce AFt and C-S-H gel in the hydration process which mainly contributes the system’s strength. The strength can be improved by the chain to inspire reaction of slag and steel slag.

Key Words：steel slag; blast furnace slag; cement; C-S-H; ettringite

我國是世界上最大的水泥生產國，水泥生產中排放大量的二氧化碳和其它環(huán)境污染物，水泥行業(yè)已經(jīng)被國家列為必須進行低碳治理的重點，研究水泥替代品減少水泥或水泥熟料的使用量對我國的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護具有重要意義。

鋼渣是鋼鐵企業(yè)的主要廢渣之一，排放量約為鋼產量的15%～20%，我國作為世界上最大的鋼鐵生產國，2013年鋼渣排放量為10127 萬噸，利用率僅為30%[1]。鋼渣與水泥熟料的化學成分較接近[2-5]，可以替代部分水泥熟料通過水化作用給反應體系提供活性硅氧四面體和Ca（OH）2。礦渣作為混合材用于水泥生產和作為礦物參合料用于配制混凝土已在我國取得良好效果。鋼渣與礦渣復合可以相互激發(fā)、相互促進水化，產生復合超疊加效應。但鋼渣水化釋放Ca（OH）2的速度較慢[6]，對礦渣水化的早期激發(fā)作用不明顯，導致體系早期強度低，而富含Ca2+的電石渣在水化反應早期即可為體系提供Ca（OH）2，所以適當摻入電石渣可提高體系早期強度。

鋼渣礦渣等工業(yè)廢渣在膠凝材料中的高摻量使用不僅能提高固體廢棄物的利用率而且隨著水泥熟料生產的環(huán)保成本不斷提高會給企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤空間。

水泥和混凝土發(fā)展一百多年來的理論和實踐都證明C-S-H凝膠、類沸石相和鈣礬石類礦物均是對水泥基材料強度產生貢獻的主要水化產物。而水泥基材料的耐久性則由水化產物的比例、硬化材料的密實度和骨料的穩(wěn)定性等多方面的因素決定。水化產物中的C-S-H凝膠的類沸石相都是通過物料中的硅（鋁）氧四面體的解聚、遷移和再聚合而形成的。因此水泥粉體中的各種物料在水化反應過程中能夠提供可解聚的硅（鋁）氧四面體的能力和速度是決定水泥基材料強度發(fā)展的重要因素。實際上粒化高爐礦渣的二元堿度和四元堿度都接近于1，而水泥熟料的二元堿度和四元堿度都接近于3，因此粒化高爐礦渣能夠提供可解聚的硅（鋁）氧四面體的潛能是水泥熟料的2-3倍。

隨著粉磨技術的不斷進步，近些年來超細粉末的能耗和成本比20年前下降了數(shù)倍。特別是近幾年來過飽和蒸汽動力大型氣流磨機的初步工業(yè)化運行，給大幅度進一步降低超細粉末的能耗和成本創(chuàng)造了更大的潛在空間。

此外，我國治理霧霾、產業(yè)結構轉型、全球減排溫室氣體等都對大幅度降低我國水泥熟料的總產量提出了迫切需求，并會使生產水泥熟料的環(huán)保成本和能耗成本越來越高。

本文是基于上述背景，試圖通過“梯級粉磨”的方法對礦渣粉進行超細粉末，然后在鋼渣、電石渣和脫硫石膏的多組分協(xié)同激發(fā)作用下，開發(fā)出能夠用于某些特殊場合（如地下大型混凝土基礎、地下膠結充填）的低碳無熟料水泥。

1.實驗原料及方法

1.1實驗原料

鋼渣：采用鞍鋼集團礦渣開發(fā)公司的轉爐鋼渣經(jīng)破碎和磁選后的尾渣，為了使鋼尾渣的的綜合利用價值最大化本試驗以分級利用為基本出發(fā)點，用0.074 mm和2 mm標準篩篩分，篩取粒度0.074 mm至2 mm鋼渣細顆粒備用。

礦渣：采用鞍鋼集團礦渣開發(fā)公司的S75級商品礦渣粉，其表面積為360m2. kg-1。質量系數(shù)K礦=（w（CaO）+w（MgO）+w（Al2O3）/（w（SiO2）+w（MnO）+w（TiO2））=1.53。礦渣的質量系數(shù)越大，活性系數(shù)越高。

電石渣：采用河北盛華化工有限公司的電石渣，標準篩篩取粒度為2mm以下備用。

石膏：采用北京石景山熱電廠提供的脫硫石膏，主要礦物成分為二水石膏（CaSO4?2H2O），含有少量其它雜質。

主要實驗原料的化學成分分析結果如表1所示。

表l 實驗原料化學成分

原料

燒失量

SiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MgO

CaO

P2O5

MnO

鋼渣

0.56

12.87

1.85

18.04

8.52

12.02

41.39

1.64

2.26

電石渣

30.11

3.45

1.94

0.078

0.29

―

59.54

0.16

0.001

礦渣粉

0.3

36.97

11.6

0.3

0.33

4.24

41.41

0.25

0.39

石膏

―

2.84

0.78

0.25

40.13

0.47

33.26

―

―

1.2實驗方法

1.2.1實驗步驟

1.2.1.1 原料準備

（1）原料的烘干：將需要粉磨的各物料烘干至含水率小于1%。

（2）磨細：采用SM500×500型號的試驗磨機，并將其中的研磨介質等量替換成5cm長的磨段。首先將1180g礦渣粉粉磨1小時，粉磨后比表面積為520m2?kg-1。然后將篩好的300g鋼渣顆粒倒入磨機混磨45 分鐘，最后將電石渣400 g和120 g石膏倒入再混磨15 分鐘，混磨后比表面積為350 m2?kg-1，混磨后的原料密封備用。

1.2.1.2 試塊成型與養(yǎng)護

（1）按實驗所需比例分別稱量磨細的膠凝原料，將其混合均勻后倒入水泥凈漿攪拌鍋內，加入膠凝材料標準稠度下的用水量，按GB/T 1346-2001《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》中水泥凈漿的拌制相關規(guī)定進行攪拌，攪拌好后將料漿倒入30 mm×30 mm×50 mm模具中，借助膠砂振動臺振實成型。

（2） 成型后的試件覆蓋塑料薄膜放入溫度20±1 ℃、相對濕度95%以上的標準養(yǎng)護箱中進行養(yǎng)護，24 h后拆模。拆模后在水泥自動養(yǎng)護水箱中于20±1 ℃養(yǎng)護至1 d、3 d、7 d、28 d齡期時取樣進行XRD和SEM分析。

1.2.1.3 抗壓強度測試

膠砂強度試驗按 GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行檢測。膠砂比為 1：3，水膠比0.5，成型尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的試件，在溫度20±1 ℃、相對濕度不小于90%環(huán)境下養(yǎng)護24 h后脫模。脫模后在同樣溫度條件下養(yǎng)護至強度試驗齡期分別測試 3 d和 28 d 齡期的抗壓強度和抗折強度，取三塊強度相同的試樣的平均值記錄結果。

1.3水化產物測試方法

試驗通過以下幾種分析對無熟料鋼渣礦渣水泥的水化產物進行分析：

（1） X射線衍射分析（XRD分析）

將膠凝材料水化樣品，用瑪瑙研缽研磨至200 目以下，采用日本理學D/max 2550 VB+ 18 KW轉靶XRD分析儀對樣品進行XRD分析。

（2） 場發(fā)生掃描電鏡分析（FSEM分析）

試驗采用德國蔡司公司生產的場發(fā)射電鏡（SUPRA 55， Carl Zeiss）觀測膠凝材料的凈漿塊各個齡期水化產物的形貌。

2.膠凝材料配合比的確定

2.1 抗壓強度影響因素正交試驗

2.1.1試驗因素和水平的確定

根據(jù)經(jīng)驗和前期的探索性試驗，確定了各個因素的水平（根據(jù)摻量百分比，確定其它三因素的水平，剩余的即為礦渣摻量）。正交試驗采用膠砂試塊進行，水膠比為0.5。試驗采用3個因素，按照3個水平進行正交試驗設計，表2給出了各個影響因素及水平。

表2 正交試驗影響因素和水平

水平

因素

A鋼渣

B電石渣

C脫硫石膏

1

15

20

6

2

20

25

8

3

25

30

10

2.1.2試驗結果與分析

以試樣3d、28d 的抗壓強度作為考察指標，采用功效系數(shù)法對試驗結果進行分析，試驗方案與分析結果見表3。

表3 3d和28d抗壓強度的功效系數(shù)與極差計算表

試樣號

配比（wt%）

抗壓強度

功效系數(shù)

總功效系數(shù)

因素A

因素B

因素C

3d

28d

d1

d2

1

15

20

6

13.89

32.59

1

0.91

0.95

2

15

25

8

11.45

28.82

0.82

0.80

0.80

3

15

30

10

6.96

24.14

0.50

0.67

0.57

4

20

20

8

12.6

35.86

0.91

1

0.95

5

20

25

10

5.69

28.06

0.41

0.78

0.56

6

20

30

6

8.24

30.75

0.59

0.86

0.71

7

25

20

10

3.71

22.40

0.27

0.62

0.40

8

25

25

6

6.71

27.35

0.48

0.76

0.60

9

25

30

8

4.11

25.05

0.30

0.70

0.45

K1

2.32

2.30

2.26

K1+K2+K3=5.99

K2

2.22

1.96

2.20

K3

1.45

1.73

1.53

R

0.87

0.57

0.73

由表3可知，綜合考慮3 d，28 d的抗壓強度，編號1（即鋼渣15%，電石渣20%，脫硫石膏6%，礦渣粉59%，水膠比0.5）試樣功效系數(shù)最高;編號4（即鋼渣20%，電石渣20%，脫硫石膏8%，礦渣粉52%，水膠比0.50）試樣功效系數(shù)同樣高。由K值看出最好的試驗條件是A1B1C1 ，又由極差R值的大小看出，對于總功效系數(shù)d，因素的主次順序是A>C>B。

綜上所述，最佳試驗條件是A1B1C1，即鋼渣15%，電石渣20%，脫硫石膏6%，礦渣粉59%，水膠比為0.50。

3.膠凝材料水化產物及微觀結構分析

3.1膠凝材料水化過程XRD分析

為充分研究此膠凝體系的水化反應過程，避免骨料干擾，按照試樣1的比例制備出1號凈漿試塊，圖1為1號凈漿試塊在標準養(yǎng)護條件下齡期為1d、3d、7d、28d的XRD圖譜。圖中1d、3d、7d和28d譜線分別表示在標準養(yǎng)護條件下，1天、3天、7天和28天凈漿試塊的XRD譜線。

圖1 1號凈漿試塊不同齡期的XRD譜圖

由圖1可以看出無熟料鋼渣礦渣膠凝體系在早期的水化反應中就已生成大量C-S-H凝膠（2θ=30°附近的彌散峰）及AFt[7]。1d齡期的譜線可看到，除了水化產物C-S-H凝膠和AFt外，還存在部分未水化的脫硫石膏和C3S、C2S。隨著齡期的增長，C3S和C2S的衍射峰有所降低。這是由于未反應的C3S、C2S在后期逐漸水化成了C-S-H凝膠，提高了試塊強度。另一方面，作為激發(fā)劑的脫硫石膏隨著水化過程的深入不斷減少，同時，AFt的生成量隨著水化的深入有明顯的增加，可進一步促進膠凝材料強度的提高。到28d時試塊中脫硫石膏的衍射峰還是比較明顯，說明后期試塊的強度還有一定的上升空間。

3.2膠凝材料水化過程SEM分析

該配方膠凝材料1天、3天、7天、28天水化產物的SEM圖分別如圖2、圖3、圖4和圖5所示。其中（a）為凈漿試塊放大10000倍時的SEM照片;（b）為凈漿試塊放大30000倍時的SEM照片。

從圖2中可以看出，凈漿試塊水化1天時即生成了大量的C-S-H凝膠，同時可見凝膠表面有鈣釩石生成，尺寸較小，長度為幾百nm;圖 6（a）為水化 1d 齡期的棒狀物質的能量色散譜的元素分析圖譜，結果表明該水化產物與圖1中的XRD 分析相吻合，確定棒狀物質為鈣礬石，此時鈣礬石的形成主要是在電石渣參與下由脫硫石膏和礦渣水化反應生成。圖3中可以看出，當水化進行到3天時，凝膠中的鈣釩石逐漸長長，長度約1um，鈣礬石空間結構上已經(jīng)具備交聯(lián)趨勢，內部結構開始變的致密;圖4中可以看出隨著齡期的增長，水化進行到7天時，棒狀鈣釩石已頗具規(guī)模，礦渣鋼渣顆粒空隙基本已被填滿。圖5可以看出，齡期到達28天時，大量針棒狀鈣礬石填充在結構骨架中，彼此交叉搭接成密實的網(wǎng)絡結構，膠凝材料內部充滿了大量凝膠和AFt，內部結構更加致密，力學性能和耐久性能得到進一步提高。圖 6（b）為水化28d齡期的水化產物表面晶體的能量色散譜的元素分析圖譜，表明該種水化產物與圖1中XRD分析相吻合，可以推斷出水化形成大量密集分布的樹枝狀物質為鈣礬石。圖2-圖6說明在標準養(yǎng)護條件下，由于電石渣和礦渣的激發(fā)作用，使膠凝材料在水化初期即生成大量C-S-H凝膠和AFt相，保證了膠凝體系的早期強度;體系水化后期，膠凝材料各組分之間的粒級與活性雙重協(xié)同優(yōu)化得到充分發(fā)揮[8]，鋼渣的水化反應不僅給礦渣的水化反應提供了反應相，而且促進礦渣的水化從而形成了連鎖激發(fā)過程[9]，提升膠凝體系的后期強度。

圖2 1號凈漿試塊水化1天的SEM圖 （a）放大10000倍 （b）放大30000倍

Fig.2 SEM image of No.1cementitious material cured for 1-day （a）Magnified 10000 times （b）Magnified 30000 times

圖3 1號凈漿試塊水化3天的SEM （a）放大10000倍 （b）放大30000倍

Fig.3 SEM image of No.1cementitious material cured for 3-day （a）Magnified 10000 times （b）Magnified 30000 times

圖4 1號凈漿試塊水化7天的SEM圖 （a）放大10000倍 （b）放大30000倍

Fig.4 SEM image of No.1cementitious material cured for 7-day （a）Magnified 10000 times （b）Magnified 30000 times

篇10

關鍵詞：高爐廢塑料；白色污染；共熔噴吹

中圖分類號：TF321.3 文獻標識碼：A

1 我國廢塑料的組成及危害

1.1 廢塑料的組成

塑料的主要化學成分是高分子碳氫化合物，密度一般很小，僅為鋼的14%到25%，鋁的50%左右，通常對酸、堿、鹽和有機溶劑有良好的抗腐蝕作用。另外，它還有較高的比強度，加工性能良好。正因為有如此多的優(yōu)良性能，所以塑料制品被廣泛應用于機械、電子、航空航天、汽車、化學、建筑、鋼鐵、包裝、農林漁業(yè)以及日用雜件等諸多領域。我國廢塑料的種類構成見表1。

表1 我國廢塑料的種類構成 %

1.2 廢塑料的危害

1.2.1 影響工農業(yè)生產的發(fā)展

廢塑料對我國的工農業(yè)發(fā)展帶來了巨大的影響，在農業(yè)發(fā)展方面，廢塑料長期的累積在土壤中，阻礙了農作物從土壤中營養(yǎng)的吸收，從而影響到農業(yè)的產量和質量。廢塑料在水域中漂浮，對于水源的取用產生了很大的危害，尤其是在水電站中，會堵塞到機器的運行，為水電站的正常運行帶來巨大的影響。

1.2.2 對人與動物的生存構成威脅

對于包裝食物的塑料袋是極易引起細菌和病毒殘留的地方，這些病毒和細菌通過蒼蠅和蚊蟲的傳播，對人體的健康產生影響。此外，廢棄的塑料在高溫下分解所產生的有毒物質對人體的各個系統(tǒng)都會產生影響。存在于陸地或者是水中的塑料被動物吞食，會對胃腸道造成影響，影響到動物的健康甚至是生命危險。

1.2.3 影響土地的可持續(xù)利用

我國的土地面積正在逐漸的減少，一旦廢棄的塑料進入到土壤中，將會在很長時間內都不會腐爛，對土壤的質量有很大的影響，使本來就有限的土地資源受到了極大的壓力，嚴重的影響到我國土地的可持續(xù)發(fā)展。

2 高爐噴吹廢塑料技術簡介

高爐噴吹廢塑料處理廢棄塑料是一種新型的處理方法，其熱利用效率高達80%，其中有50%作為還原劑被利用，這是其它方法無法進行比較的，就是在焚燒爐中作為傳熱和發(fā)電時的利用率也只有30%到40%。

我國在高爐噴吹廢塑料這方面實際上還處于理論研究階段，很多工作者做了大量的可行性研究，現(xiàn)就其中的一些作簡要介紹。張崇民等對6種廢塑料的燃燒過程進行了實驗室研究，并計算出它們的動力學參數(shù)。研究結果表明：這些樣品的燃燒符合一級反應規(guī)律，低溫段活化能低于高溫段活化能45.6。龍世剛等人通過實驗室研究了廢塑料在不同造粒條件下所得試樣在空氣、氧氣和二氧化碳等不同氣氛下的燃燒特性，結果表明：廢塑料在氧氣、空氣和二氧化碳等氣氛中燃燒時，氧化性氣氛越強燃燒越充分，加熱溫度為350℃，恒溫時間15分鐘，高壓水壓力0.5MPa為最佳熱熔法造粒參數(shù)。曹楓等用不同的廢塑料在空氣中燃燒，通過尾氣的成分分析比較廢塑料和煤粉的燃燒特性，結果表明：隨著溫度的升高，廢塑料熱解出部分揮發(fā)性的可燃氣體，在廢塑料粒周圍形成空氣與可燃氣體的混合氣層，滿足燃燒條件即發(fā)生氣-氣單相燃燒反應。對于熱解速度快的廢塑料，整個燃燒過程為單相反應，而對于裂解較慢的品種則在油狀物發(fā)生液-氣多相燃燒反應，與煤粉相比塑料著火點較低，燃燒速度快，燃燒后產生的還原性氣體較多。部分研究人員對廢塑料的脫氯也進行理論研究，如郭小汾等人采用熱重法對聚氯乙稀的燃燒過程過了進行了研究，并通過它的微分熱重曲線計算出反應動力學參數(shù)和聚氯乙稀的燃燒機理，結果表明：PVC的燃燒過程的第一階段為脫氯階段，燃燒機理可用三個一級反應表示，第二階段的活化能和指前因子明顯低于一三階段，此階段為揮發(fā)份釋放階段，升溫速率的增加導致反應開始溫度升高，并且最大反應速率增加升溫速率的增加導致HCL開始釋放溫度升高。文章在前人理論研究的基礎上，對高爐噴吹廢塑料進行了一些新的探索，以期能為該技術的工業(yè)化應用提供一些基本數(shù)據(jù)與理論基礎。

3 高爐噴吹廢塑料工藝新探索

3.1 塑料與煤共熔噴吹技術

在經(jīng)過了大量實例中得出如下結論，在高爐噴吹的過程中，杜宇氯的含量有嚴格的標準限制；對于噴吹的廢塑料的粒度也有一定的要求，如果粒度過大的話，那么在燃燒的過程中，接觸的表面積過小，對于燃燒效果就會有所影響；如果粒度太小的話，那么可能在還沒有經(jīng)過槍口的時候就被槍口的高溫所熔化從而粘在噴槍的內壁，嚴重的情況下可能會造成噴槍的堵塞。為了能夠有效的解決這個問題，筆者提出了在高爐噴吹的過程中加入煤來進行共熔噴吹的技術，該項工藝的具體流程如下：首先，通過重力或者是其他方法對于收集到的廢塑料進行分類，然后將其進行破碎處理；其次，將粗煤粉進行預熱后與破碎的廢塑料進行熔融，然后將他們冷卻到一定的溫度；最后，將煤和廢塑料熔融后的物質粉碎到符合要求的粒度，然后噴入高爐中。

3.2 煤與廢塑料共熔噴吹的優(yōu)越性

煤與廢塑料共熔噴吹技術與傳統(tǒng)高爐噴吹廢塑料技術相比，具有有以下優(yōu)點：

3.2.1 將煤與廢塑料進行共熔噴吹，簡便了工藝流程，也降低了設備的投入。

3.2.2 煤與廢塑料共熔技術是在二者混合之后進行的再次破碎，而不是破碎后進行的混合，這樣可以使二者在粒度上更加的符合標準，可以達到共同的粒度要求，減少了因為破碎不統(tǒng)一而影響到生產的效果。