特殊鋼一般是指具有特殊機能或特殊用途的鋼種。其與普通鋼比擬具有更高的強度和韌性、物理機能、化學(xué)機能、生物相容性和工藝機能。因其機能特殊,決定了它在國民經(jīng)濟及軍事產(chǎn)業(yè)中據(jù)有極其重要的地位。因此,在出產(chǎn)制造殊鋼時,就需要采用特殊的工藝裝備技術(shù)來實現(xiàn)特殊的化學(xué)成分、特殊的組織和機能。
特殊鋼的定義在國際上沒有明確劃定,各國特殊鋼的統(tǒng)計分類不完全相同。我國特殊鋼定義與日本、歐洲相近,包括優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼、高合金鋼三大類,通常展開為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、軸承鋼、彈簧鋼(碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼)、耐熱鋼和不銹鋼。因為高溫合金與精密合金在特殊鋼廠出產(chǎn),也將這兩種合金納入特殊鋼的行列之中統(tǒng)計[1]。在特殊鋼領(lǐng)域,除優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼和碳素彈簧鋼外,其余均為合金鋼,合金鋼約占特殊鋼的70%。目前,******上特殊鋼有近2000個牌號、約50000個品種規(guī)格、數(shù)百個檢修尺度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對特殊鋼產(chǎn)量及品種的需要日益擴大,對質(zhì)量的要求也越來越嚴格、苛刻。近年來,圍繞進步特殊鋼機能、質(zhì)量、品種、效率,降低特殊鋼成本、節(jié)能降耗、環(huán)境友好等方面采用了一系列新技術(shù)、新工藝、新裝備,使得特殊鋼的潔凈度、平均度、組織細化度和尺寸精度等有了很大進步。
特殊鋼出產(chǎn)工藝流程主要有3種:
1)電爐流程(即短流程):電爐—二次精煉—連鑄—軋制。
2)轉(zhuǎn)爐流程(長流程):高爐—鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐—二次精煉—連鑄—軋制。
3)特種冶金:特種冶煉(如真空感應(yīng)熔煉、冷坩堝熔煉、電渣重熔、真空電弧重熔、電子束熔煉、等離子熔煉等)—鑄造或軋制。
這里要指出的是有些鋼種的出產(chǎn)至今還必需走模鑄—開坯—軋制或鑄造的工藝流程。因早期特殊鋼主要采用電弧爐工藝冶煉,習(xí)慣上形成了特殊鋼一定要用電爐冶煉,特殊鋼廠就是電爐鋼廠。而客觀事實上也的確存在電爐只有出產(chǎn)特殊鋼才可以有好的經(jīng)濟效益,特殊鋼只能由電爐冶煉。這主要是因為早期電爐煉鋼的特點和特殊鋼本身的性質(zhì)所決定的:1)電爐用廢鋼中有可利用的合金元素;2)電爐煉鋼是靠電弧進行加熱的,其溫度遠遠超過2000℃,且鋼水溫度可長時間地******控制,這樣電爐煉鋼在難熔合金冶煉、合金化成分及工藝柔性等方面較轉(zhuǎn)爐煉鋼有無比的優(yōu)勝性;3)不足是煉鋼周期長,出產(chǎn)效率低,本錢高(廢鋼、電價昂貴),爐容小,易增碳、吸氮等。剛好特殊鋼產(chǎn)品有合金含量高、多品種、小批量、附加值高等特點,早期用電弧爐煉特殊鋼達到了揚長避短的目的。同時人們也一直以為轉(zhuǎn)爐就主要是用來煉普通鋼。但是,1)轉(zhuǎn)爐利用純鐵水冶煉特殊鋼更純凈;2)廢鋼中的殘余元素難以去除;3)爐外精煉技術(shù)的進步使轉(zhuǎn)爐冶煉特殊鋼的能力增強。
隨著社會廢鋼資源的積累,直接還原技術(shù)的開發(fā),電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,電弧爐煉鋼技術(shù)(大容積電爐、超高功率電爐等)和爐外精煉技術(shù)的飛速發(fā)展,特別是電爐出鋼時間的縮短,能與連鑄時間良好的匹配,使多爐連澆得以實現(xiàn),電爐鋼廠越來越多地出產(chǎn)普通鋼,而轉(zhuǎn)爐鋼廠越來越多地?zé)捥厥怃?。電爐煉鋼、轉(zhuǎn)爐煉鋼兩種方法,不管是煉特殊鋼仍是煉普通鋼,從質(zhì)量上和經(jīng)濟上越來越接近。因為宇航、導(dǎo)彈、火箭、原子能、海洋電子等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對所需要的金屬或合金質(zhì)量、機能、可靠性、不亂性等的要求越來越高,電弧爐,轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼質(zhì)量很難知足這些要求,所以必需使用特種冶金技術(shù)。特種冶金包括:真空感應(yīng)熔煉、電渣重熔、真空電弧重熔、電子束熔煉、等離子熔煉等。難熔金屬(鎢、鉬、鈮、鉭)及活潑金屬(鈦及鈦合金,包括鈦、鋁金屬間化合物等)用真空電弧重熔、電子束熔煉以及冷坩堝感應(yīng)熔煉等方法來制備;高溫合金、精密合金以及某些對質(zhì)量要求很高的合金鋼用真空感應(yīng)熔煉、電渣重熔、真空電弧重熔等方法來出產(chǎn)。
真空冶金(VacuumMetallurgy)區(qū)別于大氣下的冶金過程,廣義包括:真空脫氣、真空熔煉、真空熔鑄、真空蒸餾、真空分解、真空燒結(jié)、真空熱處理、真空焊接和真空鍍膜等。