特殊钢

国内外特殊钢的发展

特殊钢是指具有特殊的化学成分和冶金质量要求，特殊的组织形态及性能，采用特殊的冶炼、加工、热处理装备和工艺生产的一类用以制造特殊装备及关键零部件的钢铁产品。特殊钢是重大装备和国防先进武器装备必须的核心和关键材料，既是一个国家钢铁工业生产制造水平的标志，也是国家综合实力与国家安全的基本保证条件。从世界范围钢铁工业的发展来看，当钢铁总量达到一定规模后将不再增长，而特殊钢产量将不断提升，特殊钢占比的上升将带动钢铁行业由弱向强逐步转变，特殊钢全球发展不均衡，总产量约占全球钢产量的10%-15%。特殊钢占比最高的瑞典为55%，日本、德国占比22%、法国、意大利占比17%、韩国13%、中国占比仅为5%。

二十一世纪以来，我国特殊钢行业经过结构优化、兼并重组，在集团化、专业化、产业延伸方面都取得了很大进展，逐步形成了太钢集团、武钢集团、宝钢集团、中信泰富特钢集团、东北特殊钢集团公司等大型特殊钢企业集团和专业化特钢企业。同时在全行业逐步建成不锈钢、硅钢、高速钢、合金钢棒材、中厚板、管材、线材、精密合金、高温合金、钛合金、合金钢丝等专业化生产线。中国特殊钢产量已经达到了很高水平，不锈钢、模具钢、齿轮钢、轴承钢、高速钢等产量均居世界第一。虽然中国特钢行业有了长足的进步，但中国特殊钢行业的发展水平，不论工艺装备水平、品种质量状况，还是行业竞争力，与中国普钢发展及发达国家相比还有相当大差距。我国的特殊钢产业呈现国有专业特殊钢企业、民营特殊钢企业、地方专业特殊钢

企业和大型钢铁集团下属特殊钢企业并存的现状。虽然这四类企业各有千秋，但在钢铁产能总体严重过剩，高端特殊钢仍有较大缺口的复杂背景下，国内多数特殊钢企业经营举步维艰，生存日益艰难。我国特殊钢产品整体水平较低，工模具钢、不锈钢等高端特殊钢产品占比不达10%，高端特殊钢的大量进口和低端特殊钢的供大于求使得我国特殊钢行业由于产品整体水平低下，竞争力差、盈利能力低，其生存状况日益艰难。产业集中度低、技术水平及创新能力受制于体制机制和投入等制约而远远落后于美日及欧洲强国；虽然拥有世界一流的产线装备，但系统保证能力低下，缺乏技术创新能力支撑，缺少具有国际竞争力的产品；另外，我国特钢企业大而全的产品结构近三十年来没有根本改变，产业集中度低，专业化产线少，整体竞争力低下，效益差。理念落后、管理粗放、资源利用率低；这种状况导致系统的整体性以及对产品的质量保障能力严重足；这是大多数特钢面临的共同问题，目前国内的特钢全行业效益差、生存困难；众多企业试图在低端产品中通过扩大规模和低成本来获得生存这种理念对于特殊钢企业而言是极其危险的，也不适应高端特殊钢企业的发展。

以高品质轴承钢钛含量控制分析为例，轴承钢在加工成套圈及滚动体后，使用过程中条件非常苛刻，要求对钢中夹杂物形貌、分布和级别，气体、有害元素的种类及含量严格控制[1]。尤其是夹杂物的控制是轴承钢质量控制的关键。钢中TiN是硬而脆的夹杂物，具有明显的几何棱角，在钢的基体中极易造成应力集中而诱导疲劳裂纹。氮化钛数量以及级别随钢中钛含量的增高而增高。有研究指出，钢中ω

(Ti)从0.004%降低到0.002%，能使轴承钢寿命提高约2 倍，ω(Ti)≤0.0015%时能够明显降低轴承运转过程中的噪声。Ti 是形成氮化物的最强元素之一，钢中的Ti 与钢中N 结合形成多棱角的TiN夹杂物。这种夹杂物容易引起局部应力集中，产生疲劳裂纹，因此要控制此种夹杂物的产生。氮化钛为间隙相，如果从电子因素对间隙相的影响来看，通常的规律认为过渡元素的3d 层电子数越少，同N 的亲合力越大，形成的氮化物就越稳定,这种稳定的氮化物的间隙相，具有金属链的特征，熔点高、硬度大。TiN的显微颗粒（500? 以下）呈弥散分布于显微组织的晶内或晶界。有试验表明：钢中氧含量越低，非金属夹杂物的大小、类型和分布状态就会得到相应改善。钢中氮化物颗粒虽然增多，但其颗粒甚小，并于晶界或晶内呈弥散状态分布，使轴承钢的强度和韧性得到了改善，极大地增加钢的硬度、强度，特别是接触疲劳寿命改善效果是客观存在的。冶炼轴承钢时对加入的各种合金及原辅料进行配置优化，降低由于合金及原辅料带入的钛及钛的氧化物，对从转炉出钢、LF 成分微调、LF 脱氧及VD、连铸浇注进行全程控钛作业，通过优化初炼炉、炉外精炼及浇注全程控钛措施降低增钛量。铁水中含有一定量的钛，转炉吹炼要优选低钛铁水，钛含量大于0.050%，在转炉吹炼时，钛能够大部分氧化脱除，转炉出钢时，必须控制转炉氧化渣进

入钢包，轴承钢采用铝进行强脱氧，如果渣中氧化钛过高，就会被更强的脱氧剂还原进入钢液。因此必须做好转炉下渣量的控制。在执行优化合金及原辅料优选配置方案、初炼炉控制氧化渣下渣量的基础上，

增上钢水扒渣机设施，增加钢水扒渣工艺，扒除出钢过程中的渣洗料，进一步降低钢中钛含量，同时为进一步提高轴承钢洁净度控制水平创造了条件。从中我们可以得出以下结论：（1）轴承钢中钛主要来源于初炼炉氧化渣及轴承钢合金及原辅料中的钛，实施轴承钢合金及原辅料配置方案，优化轴承钢过程工艺，严格控制初炼炉下渣量同时增加轴承钢扒渣工艺可以进一步控制钢中钛含量。（2）通过实施轴承钢合金及原辅料配置方案，严格控制初炼炉下渣量，增加轴承钢扒渣工艺，钢中钛含量可以有效控制。高端轴承钢成品钛含量稳定在0.0015%以下，最低达到0.0009%的水平。

从国外近年特殊钢企业的发展状况和对比分析，可以得出优势企业具有如下特点。生产专业化，根据专业化的需要进行了工艺、技术、装备的优化，建立专业化的技术队伍和营销网络，创造出了国际品牌。形成合理规模，特殊钢厂生产规模的确定是为了实现效益最大化，提高国际竞争力和市占有率。产品高端化，国外著名特殊钢企业，都把生产高端、高附加值产品作为主要目标，不断增加这些产品的比例，避免同质化、低水平的竞争。产品深加工：特殊钢产品的个性化服务和深加工延伸是重要的发展趋势，发达国家的特殊钢企业都非常重视，比如蒂森克虏伯公司的汽车零部件和电梯事业就是典型的成功案例。生产分工专业化、产品质量优良化、销售市场全球化是瑞典特殊钢生产的重要特征，其特殊钢结构调整并不追求产量扩张，而是以满足用户对产品的质量要求为前提，重点在生产高质量和高附加值的专业化产品，并把相同的产品合并集中生产，形成优势产品，以提高在国际

市场上的竞争力，由此造就了一批著名企业和产品。国外几种典型的特殊钢生产模式主要是分为三种。以“全连铸为中心”的“连铸—连轧”生产模式。其特点为：实现高效（节能）、规模为特征的专业化生产；流程布局“紧凑化”通常用于生产批量较大的中、低合金钢以及奥氏体类不锈钢等棒线材。“连铸—连轧”加“部分模铸—锻造开坯”或部分模铸—初轧／锻造开坯”相结合的生产模式。其特点为：具有上述“全连铸为中心”生产模式的优点，保留部分模铸，以生产部分尚不能连铸的产品，可以生产大批量产品，又可以生产多品种、小批量、难变形的高合金钢，还可生产锻材及锻件；对于采用初轧、锻造开坯生产模式的特钢企业，目的是利用原有初轧机生产部分暂时难以连铸的钢种。“模铸—锻造开坯”生产模式。其特点为：规模小，一般在２０万ｔ以下；品种单一，主要生产难变形、高压缩比的高合金钢；全模铸，生产连铸不能生产或质量难以保证的产品，具有生产钢种多样性和灵活性等优点。

国外特殊钢工艺技术发展趋势。近年来，国际特殊钢市场的竞争非常激烈，特殊钢用户对钢材的利用率、成品率以及性能、使用寿命等提出了更高的要求，同时特殊钢企业还面临着降低成本、资源有效利用、节能减排、循环经济等诸多压力，特别是对高质量的、高附加值的、高端产品的需求也越来越迫切。转炉生产特殊钢，转炉采用金属杂质含量低的铁水作为原料，脱碳效果好，适于生产低碳及超低碳、低氮和低金属杂质钢种。随着转炉技术的进步、铁水预处理及二次精炼技术的采用，以及转炉冶炼的高效率、低成本等优势，转炉冶炼特

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