三、鋼材的生產(chǎn)工藝
碳素鋼的定義及鋼中五元素
含碳2%以下的鐵碳合金稱為鋼。碳素鋼中的五元素是指化學(xué)成份中的主要組成物，即 C、Si、Mn、S、P(碳、硅、錳、硫、磷)。其次是在煉鋼過(guò)程中不可避免地會(huì)混入氣體，含O、H、N(氧、氫、氮)。此外，用鋁-硅脫氧工藝中，必然在鋼水中含有 Al，當(dāng)Als(酸溶鋁)≥0.020%時(shí)，還有細(xì)化晶粒的作用。
化學(xué)元素對(duì)鋼性能的影響
1、碳(C)：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過(guò)時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過(guò)0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。
2、硅(Si)：在煉鋼過(guò)程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鋼含有0.15-0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過(guò)0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅，強(qiáng)度可提高15-20%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅1-4%的低碳鋼，具有的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。
3、錳(Mn)：在煉鋼過(guò)程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.30-0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳11-14%的鋼有的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。
4、磷(P)：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。
5、硫(S)：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。
6、鉻(Cr)：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部316不銹鋼管致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。
10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化316不銹鋼管晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。
11、鎢(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。
12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過(guò)熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過(guò)0.5%塑性顯著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無(wú)影響。
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。
17、氮(N)：氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很像“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。
生產(chǎn)工藝
1、316不銹鋼管是怎樣煉成的？
煉鋼的主要任務(wù)是按所煉鋼種的質(zhì)量要求，調(diào)整鋼中碳和合金元素含量到規(guī)定范圍之內(nèi)，并使P、S、H、O、N等雜質(zhì)的含量降至允許限量之下。煉鋼過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)氧化過(guò)程，爐料中過(guò)剩的碳被氧化，燃燒成CO氣體逸出，其它Si、P、Mn 等氧化后進(jìn)入爐渣中。S部份進(jìn)入煉渣中，部份則生成SO2排出。當(dāng)鋼水成份和溫度達(dá)到工藝要求后，即可出鋼。為了除去鋼中過(guò)剩的氧及調(diào)整化學(xué)成份，可以添加脫氧劑和鐵合金或合金元素。
2、轉(zhuǎn)爐煉鋼簡(jiǎn)介
從車運(yùn)來(lái)的鐵水經(jīng)過(guò)脫硫、擋渣等處理后即可倒入轉(zhuǎn)爐中作為主要爐料，另加10% 以下的廢鋼。然后，向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹氧燃燒，鐵水中的過(guò)量碳被氧化并放出大量熱量，當(dāng)探頭測(cè)得達(dá)到預(yù)定的低碳含量時(shí)，即停止吹氧并出鋼。一般在鋼包中需進(jìn)行脫氧及調(diào)整成份操作；然后在鋼液表面拋上碳化稻殼防止鋼水被氧化，即可送往連鑄或模鑄工區(qū)。對(duì)要求高的鋼種可增加底吹氬、RH真空處理、噴粉處理(噴SI—CA粉及變性石灰)可以有效降低鋼中的氣體與夾雜，并有進(jìn)一步降碳及降硫的作用。在這些爐外精煉措施后還可以316不銹鋼管終微調(diào)成份，滿足優(yōu)質(zhì)鋼材的需求。
3、初軋
模鑄鋼錠采取熱裝、熱送新工藝，進(jìn)入均熱爐加熱，然后通過(guò)初軋機(jī)及鋼坯連軋機(jī)軋成板坯、管坯、小方坯等初軋產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)切頭、切尾、表面清理，(火焰清理、打磨)高品質(zhì)產(chǎn)品則還需對(duì)初軋坯進(jìn)行扒皮和探傷，檢驗(yàn)合格后入庫(kù)。目前初軋廠的產(chǎn)品有初軋板坯、軋制方坯、氧氣瓶用鋼坯、齒輪用圓管坯、鐵路車輛用車軸坯及塑模用鋼等。初軋板坯主要供應(yīng)熱軋廠作為原料；軋制方坯除部份外供，主要送往高速線材軋機(jī)作原料。由于連鑄板坯的先進(jìn)性，初軋板坯的需求量大為削減，因此轉(zhuǎn)向上述其它產(chǎn)品了。
4、熱連軋
用連鑄板坯或初軋板坯作原料，經(jīng)步進(jìn)式加熱爐加熱，高壓水除鱗后進(jìn)入粗軋機(jī)，粗軋料經(jīng)切頭、尾、再進(jìn)入精軋機(jī)，實(shí)施計(jì)算機(jī) 控制軋制，終軋后即經(jīng)過(guò)層流冷卻(計(jì)算機(jī)控制冷卻速率)和卷取機(jī)卷取、成為直發(fā)卷。直發(fā)卷的頭、尾往往呈舌狀及魚尾狀，厚度、寬度精度較差，邊部常存在浪形、折邊、塔形等缺陷。其卷重較重、鋼卷內(nèi)徑為760mm。(一般制管行業(yè)喜歡使用。)將直發(fā)卷經(jīng)切頭、切尾、切邊及多道次的矯直、平整等精整線處理后，再切板或重卷，即成為：熱軋鋼板、平整熱軋鋼卷、縱切帶等產(chǎn)品。熱軋精整卷若經(jīng)酸洗去除氧化皮并涂油后即成熱軋酸洗板卷。該產(chǎn)品有局部替代冷軋板的趨向，價(jià)格適中，深受廣大用戶喜愛。
5、冷連軋
用熱軋鋼卷為原料，經(jīng)酸洗去除氧化皮后進(jìn)行冷連軋，其成品為軋硬卷，由于連續(xù)冷變形引起的冷作硬化使軋硬卷的強(qiáng)度、硬度上升、韌塑指標(biāo)下降，因此沖壓性能將惡化，只能用于簡(jiǎn)單變形的零件。軋硬卷可作為熱鍍鋅廠的原料，因?yàn)闊徨冧\機(jī)組均設(shè)置有退火線。軋硬卷重一般在6~13.5噸，鋼卷內(nèi)徑為610mm。