工具鋼鋼種的選擇對(duì)工具的費(fèi)用只有極小的影響，但鋼種生產(chǎn)工藝的選用對(duì)工具的質(zhì)量及其使用壽命卻起著決定性的作用。本篇文章介紹了歐洲地區(qū)如瑞典等國(guó)家的現(xiàn)行工具鋼生產(chǎn)工藝并對(duì)粉末冶金在工具制造方面將會(huì)扮演起重要角色這一預(yù)言也作了敘述。工具鋼是一種高技術(shù)含量產(chǎn)品，它不是簡(jiǎn)單地到市場(chǎng)上隨意就可買(mǎi)到，而是要按照工具鋼的技術(shù)條件及規(guī)格進(jìn)行訂貨。訂制的工具鋼要具有在廣闊范圍內(nèi)通過(guò)精確的熱處理及爐外精煉調(diào)整其性能使其能滿足一系列特殊使用的要求。實(shí)際生產(chǎn)顯示：工具鋼的性能可以迅速而容易地通過(guò)特定的熱處理使其達(dá)到幾乎可不受限制地在各種條件下使用。通過(guò)熱處理工藝還可使工具鋼以較少的鋼種獲得所要求的適合廣泛范圍使用的工具性能。奧地利與瑞典的兩家鋼廠聯(lián)合組成的世界上最大的工具鋼生產(chǎn)企業(yè)其1993年的營(yíng)業(yè)額就已達(dá)到9億英鎊。該企業(yè)生產(chǎn)的工具鋼9O％出口到世界許多國(guó)家。幾乎世界各國(guó)都有其用戶，下面對(duì)這個(gè)公司工具鋼的現(xiàn)行生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)要予以介紹供同行參考。

1、工具鋼生產(chǎn)工藝

對(duì)特殊鋼工業(yè)來(lái)說(shuō)最重要的事是：不斷提高與開(kāi)發(fā)新的鋼種及冶煉工藝。應(yīng)將舊的煉鋼生產(chǎn)方法用先進(jìn)的、新的工藝去取代。下面表示出了可以實(shí)現(xiàn)的工具鋼各種生產(chǎn)工藝及冶金爐種·帶有可轉(zhuǎn)動(dòng)非自耗電極的真空電弧爐·真空感應(yīng)熔煉爐(VIM)·初級(jí)鑄造電極真空電弧重熔法(VAR)·電渣頂部精煉法鋼水初級(jí)熔煉是在高功率電弧爐內(nèi)進(jìn)行的，在這種爐內(nèi)冶煉出來(lái)的鋼水是最經(jīng)濟(jì)的鋼種生產(chǎn)方法。在普通高功率電弧爐內(nèi)可煉出來(lái)能正確配合爐外精煉法使用的鋼水，然后把初煉出來(lái)的鋼水送到各二次精煉設(shè)備進(jìn)行重?zé)?，以提高其附加值，?是鋼水爐外精煉設(shè)備選擇準(zhǔn)則表。

1．1 鋼包冶金鋼包冶金(或叫二次精煉、或叫鋼包處理)是將精煉爐初煉出來(lái)的金屬送到爐外的二次精煉爐進(jìn)行爐外處理，二次精煉后然后進(jìn)行澆注。爐外處理的要求和選擇準(zhǔn)則是根據(jù)處理后鋼水中微量元素含量等要求如鋼材純凈度等級(jí)、偏析允許程度等來(lái)選擇爐外精煉工藝的。在鋼包內(nèi)進(jìn)行合金化和進(jìn)一步脫氧是最簡(jiǎn)單的一種鋼包處理工藝。鋼包處理的缺點(diǎn)是包內(nèi)的鋼水經(jīng)處理后會(huì)有熱量損失并使鋼水溫度下降。解決這個(gè)問(wèn)題可以在鋼包精煉爐內(nèi)裝一電極通過(guò)電弧來(lái)補(bǔ)充加熱以使鋼包內(nèi)的鋼水溫度不下降或提高包內(nèi)鋼水溫度。另外由于脫氣和加熱是分開(kāi)進(jìn)行的，因此可以達(dá)到一個(gè)極高的真空處理真空度，這有利于鋼包脫氣處理效率的提高。

1．2 鋼包爐(LF)在鋼包爐內(nèi)處理鋼水具有高度的靈活性，這個(gè)靈活性表現(xiàn)在：當(dāng)一個(gè)鋼包爐在進(jìn)行爐外處理時(shí)(如合金化等)另一個(gè)鋼包爐可與其同時(shí)進(jìn)行脫氣處理。歐洲ASEA公司建立的鋼包爐其變壓器功率是7．8兆伏安，爐子公稱(chēng)噸位是50公噸，鋼包車(chē)上裝有兩個(gè)供電線圈供給鋼包爐內(nèi)電磁攪拌使用，當(dāng)鋼包內(nèi)的鋼水加熱時(shí)可同時(shí)通過(guò)電磁攪拌或通過(guò)氬氣攪拌或通過(guò)兩者聯(lián)合使用來(lái)攪拌鋼水。這種鋼包爐在出渣時(shí)可以傾斜任意角度。

1．3 電渣頂部精煉法(Eleetro—Slag Topping)通過(guò)這種爐外精練法可以生產(chǎn)出大型鍛造用鋼錠，在這種鋼錠內(nèi)沒(méi)有大的非金屬夾雜物，另外鋼錠內(nèi)的偏析也顯著地降低了。這樣的鋼錠對(duì)于用來(lái)制造大型工具是非常需要的。比如對(duì)于生產(chǎn)擠壓用模具或壓力鑄造用模具就必須使用無(wú)缺陷的鋼錠來(lái)鍛造加工，這對(duì)于生產(chǎn)擠壓用模具尤為重要。把一個(gè)由液體金屬冷凝的熱帽放在標(biāo)準(zhǔn)的鋼錠模頂部代替常規(guī)使用的耐火材料熱帽。當(dāng)澆注鋼錠時(shí)錠模帽內(nèi)以常用方法使其充滿熔融鋼水之后在帽內(nèi)覆蓋上液體反應(yīng)渣并將一根自耗電極送入渣池內(nèi)，隨之電流就流通了。直到整個(gè)鋼錠全部凝固前通過(guò)輸入電能，帽內(nèi)鋼渣一直保持著液體狀態(tài)。由于采用這種方式的熱量輸入，因而當(dāng)鋼錠凝固過(guò)程結(jié)晶偏析被避免了。通過(guò)、這種工藝使鋼錠下部消除了非金屬夾雜物的濃聚，同時(shí)也避免了鋼錠內(nèi)部較大的負(fù)偏析區(qū)。上述工藝除了使?jié)沧⒊鰜?lái)的大型鋼錠在質(zhì)量上得到諸多提高外，還可給工具鋼生產(chǎn)廠帶來(lái)許多經(jīng)濟(jì)利益。與電渣重熔法比較生產(chǎn)費(fèi)用降低了，其產(chǎn)量與電渣重熔法(ESR)相等。

1．4 電渣重熔法電渣重熔法是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)工藝，在該工藝過(guò)程中鋼水熔煉、冶金反應(yīng)及其凝固過(guò)程同時(shí)進(jìn)行著。電渣重熔工藝在熔渣層下面進(jìn)行著高反應(yīng)性而不改變鋼水基本化學(xué)成份、去除著鋼中不希望有的元素及非金屬夾雜物。通過(guò)對(duì)鋼水小范圍內(nèi)地控制凝固我們可以得到一個(gè)成分及結(jié)構(gòu)均勻而無(wú)內(nèi)部缺陷的鋼錠。電渣重熔法可以生產(chǎn)出各向同性的工具鋼。當(dāng)使用傳統(tǒng)工藝冶煉而鋼的性能達(dá)不到要求時(shí)可以使用電渣重熔法。所以電渣重熔法常被用來(lái)生產(chǎn)高性能的工具鋼。

1．5 真空電弧重熔法(VAR)成品工具件為了能得到最佳的工具性能，不僅要采用正確的熱加工工藝和適當(dāng)?shù)臒崽幚沓绦蚨乙⒁夤ぞ咪撲撍娜蹮捄湍坦ば驅(qū)λ挠绊憽Ｕ婵针娀≈厝鄯ǖ慕浹a(bǔ)了在生產(chǎn)工具鋼方面優(yōu)質(zhì)材料的空白并革新了工具鋼傳統(tǒng)的熔煉方法。把在煉鋼電爐初煉出來(lái)的工具鋼鑄坯放在真空電弧爐內(nèi)重熔是把鑄坯作為電極使其在真空條件下發(fā)生直流電弧，電極在熔煉過(guò)程作為陰極，電弧撞擊作為陽(yáng)極的水冷卻銅模底部。鑄坯電極一邊被熔煉著一邊自動(dòng)地喂入，即熔融的金屬同時(shí)向模內(nèi)集聚著。兩個(gè)熔煉站被此成9O。布置，這樣就能作到一個(gè)二次精煉爐在精煉著待澆注的鋼水而另一個(gè)爐子的鋼錠正在形成中。在VAR熔煉過(guò)程控制自動(dòng)喂料的目的是想在熔煉時(shí)保持著均勻的熱平衡，對(duì)于一個(gè)已給定的電弧和幾何形狀已定的鋼錠來(lái)說(shuō)其熱平衡主要受熔煉電流、電弧長(zhǎng)度和電弧電壓等因素的影響。真空電弧爐的電極喂入可使用下列方法中的任一個(gè)來(lái)控制：①鋼水下落速度；②電壓控制；③混合型式控制。以上三種類(lèi)型的控制方式會(huì)影響著正在工作中的電極平均喂入速度。

1．6 各種爐外精練法的比較VAR真空電弧重熔法與ESR電渣重熔法凝固兩種工藝的主要差別是：一個(gè)在真空中進(jìn)行熔煉作業(yè)而另一個(gè)則是在大氣壓力下的一個(gè)電渣重熔設(shè)備中進(jìn)行重熔的。二者基本的區(qū)別是：真空電弧爐法的熔煉速度較電渣重熔法慢，它要比ESR法的熔煉速度降低約6o％，慢的熔煉速度促進(jìn)了一個(gè)非常平坦的鋼水溶池的形成，此外還有利于形成一個(gè)平坦的過(guò)渡區(qū)。這樣就提供了一個(gè)較短的局部凝固時(shí)間，從而導(dǎo)致產(chǎn)生了一個(gè)更加短窄的枝晶間隔和更弱的枝晶間偏析。較短的局部凝固時(shí)間伴隨著固相線、液相線、等溫線很小的上升而提供了另外的好處：即在ESR熔煉中降低了高有害性偏析形成的危險(xiǎn)性，像稱(chēng)作斑點(diǎn)的缺陷等。斑點(diǎn)經(jīng)常是存在于鋼錠中心和半徑處，長(zhǎng)度達(dá)到lm左右。以下對(duì)VAR和ESR這兩種爐外精煉法各自的主要優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)如下：VAR的優(yōu)點(diǎn)(與ESR比較)①鋼中具有低的氣體含量；②微量元素的含量降低了，如鉛、鉍和碲；③在鋼錠中心含有極低的枝晶間偏析；④能作到對(duì)Ti(鈦)和Al(鋁)兩種化學(xué)成份精確調(diào)節(jié)。ESR的優(yōu)點(diǎn)(與VAR比較)①重熔成本較低；②鋼水脫硫效果極其顯著，脫硫作用強(qiáng)烈；③能快速更換電極，所以鋼錠單重可靈活掌握； ④具有較高的鋼錠表面質(zhì)量

2、工具鋼鋼錠的軋鍛加工

在瑞典一個(gè)工具鋼生產(chǎn)廠，工具鋼熱成型是在4500公噸開(kāi)口模具鍛造壓力機(jī)上進(jìn)行的，另一個(gè)工廠則是在3250公噸棒鋼鍛造壓力機(jī)上鍛造的。為了能鍛造出長(zhǎng)度較大的鍛件，因而使用了旋轉(zhuǎn)鍛造機(jī)、開(kāi)坯機(jī)和一臺(tái)先進(jìn)的多線軋鋼機(jī)，這臺(tái)軋機(jī)可生產(chǎn)出橫斷面為矩形、六角形及圓形等多種斷面并具有良好表面質(zhì)量的軋鍛材。

3、發(fā)展工具鋼的幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題

3．1 工具鋼可通過(guò)熱處理工藝在較大范圍內(nèi)改變其機(jī)械和物理性能，因而工具鋼的應(yīng)用范疇將會(huì)越來(lái)越廣泛。3．2 工具鋼鋼種的選擇在工具的成本中只占極小的一部分對(duì)工具的成本影響極微小，但鋼種及其冶鑄的選擇卻對(duì)工具的質(zhì)量及其使用壽命影響極大，起著決定性的作用，所以正確選擇工具鋼鋼種、冶煉及其熱處理工藝是一個(gè)極其重要的工程問(wèn)題。此外還需說(shuō)明：在即將到來(lái)的幾年內(nèi)用傳統(tǒng)工藝冶煉出來(lái)的工具鋼和高速鋼等多種鋼種將逐漸地會(huì)被粉末冶金所取代。3．3 建立起工具鋼的質(zhì)量保證體系是提高工具鋼質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)工具鋼生產(chǎn)廠建立起一套完整的質(zhì)量保證體系后可以作到出廠產(chǎn)品有一個(gè)穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量水平，這是保證工具鋼產(chǎn)品具有常勝不衰的固定用戶陣地的有效措施。

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