钢铁化学成分分析范文
时间：2023-06-15 17:39:25
导语：如何才能写好一篇钢铁化学成分分析，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：钢铁化学分析；情况；偏差的应用
1.前言
钢材是一种应用十分广泛的材料，宝特韶关自投产以来，成果丰硕，成为宝钢特钢长材重要的坯料供应基地，产品拓展、品质提升、成本改善、制造能力长足进步。主要以特钢为主，特钢对各项工艺质量要求严格。标准中针对钢材中化学成分的分析和允许偏差做出了相应的规定，钢材化学成分分析全过程进行规定，每一个分析结果都给出一个对比值。钢材中化学成分检测分为：熔炼成分检测和化学成品检测。熔炼成分检测和化学成品检测在分析方法和分析数值上都存在着一定的差异。熔炼分析方法的数值可能会超出标准，而成分分析方法中数值在规定的范围内，针对差异的情况，标准中中设置了一个允许数值，也就是允许偏差。
2.钢材化学分析中的允许偏差
钢材中的化学成分分析有：熔炼成分检测和化学成品检测。在钢水浇注过程中采用球拍试样，通过风动送样系统到实验室，实验室接到试样，对样品进行制备，满足检测后进行检测分析，分析结果表示同一炉或同一个钢包中钢水的平均化学成分，叫做熔炼成分检测。通过在加工完成以后的成品钢材上取样进行检测，叫做成品检测。由于钢水在结晶过程中会产生偏析或元素的不均匀分布，所以，成品检测的值有时与熔炼检测的值不一致，就出现了成品化学分析的允许偏差。GB/T6992015《优质碳素结构钢》中规定的钢的化学成分就是针对熔炼成分检测而言。新标准中熔炼检测被成品检测所替代，熔炼检测试样不正确导致分析结果不可靠和在未取得熔炼检测试样的时候，可以使用成品化学分析，但是要求成品检测分析的结果要符合熔炼成分规定。
3.国外标准的一些相关情况
国外标准规定的情况作简要说明:(1)美标：在钢类或品种标准的综合标准中将成品成分偏差纳入，或在各标准中分别规定。(2)德标：分别在各标准中规定成品成分允许偏差，未统一。(3)前苏联标：在各标准中分别做出规定,不按元素的不同含量分类，没有统一性。(4)日标：JISG0321是日本专用的标准,共有四个成品成分允许偏差表，不锈耐热钢的成分偏差是根据成分元素含量范围分档规定其大小；中低合金钢成分偏差是根据除了元素含量范围分档规定以外，还增加了按钢材截面积大小分档的规定,截面愈大，要求愈宽；碳素钢则两种情况都存在。偏差值的规定有四种：①根据化学元素的含量范围进行分类规定；②按化学元素的含量范围分类，增加钢材的截面大小分类规定；③按钢材的重量、大小分类做出规定；④不管元素含量和钢材截面大小怎么样，一个元素规定一个偏差。第一和第二种两种情况比较科学。
4.钢材化学成分检测允许偏差的应用
(1)钢材化学成品分析的取样原则。标准GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》要求用于钢的化学成分成品分析的试样,试样应均匀一致,能充分代表每一个牌号钢材的化学成分,并且取样要有足够数量。不同的试样使用不同的取样方法：①样屑试样,采用钻床制备试样。要求钻好的样屑混合均匀。然后要去除表面氧化铁皮和脏物，不能使用水、油或其他剂。②大断面试样，从钢材横断面上取样，在钢材横断中心到边缘的中间部位平行于轴线上取样。③小断面试样,一种方法是从钢材的整个横断面上取样,另一种方法是从横断面上沿轧制方向取样。(2)钢材中成品化学成分允许偏差的使用。熔炼过程取样进行检测分析的值叫做成品化学成分允许偏差,一般情况下分析值都能满足标准规定,但在炼钢过程中钢中元素偏析，成品分析的成分值可能超出标准规定的成分界限值。对超出界限值的大小规定一个允许的数值，这就是成品化学成分允许偏差值，GB/T2222006《钢中化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差》普通碳素钢、低合金钢、优质碳素钢和合金钢、不锈钢和耐热钢四种偏差表。一种钢材成品化学成分允许的偏差只能使用一个表，不能两个表混合使用。(3)化学成分允许偏差的准确使用。钢材中化学成分检测分析的允许偏差，在具体检测的过程中应该尽量保证检测结果的误差，使用的时候应该注意：①同一种类钢材的化学成分分析的允许值，只能使用同一个表，不能同时使用多个表混合。②尽量保证钢材化学成分分析所得的值接近允许偏差值范围的上限，这样能够减少误差值给试验造成的不良影响。(4)不同钢种成品化学成分允许偏差值。依据标准GB/T222-2006《钢的成品化学成分允许偏差》共给出了几个化学成分允许偏差表，分为：表1低合金钢成品化学成分允许偏表2合金钢(不含不锈钢和耐热钢)成品化学允许偏差值，表3不锈钢和耐热钢成品化学成分允许偏差值。举个例子：合金结构钢34CrMo4，其冶炼工艺要求熔炼成分的碳元素，标准规定界限值为：上限0.36%，下限0.34%,成品钢材化学成分检测分析时，假如有一熔炼号的钢材碳含量为0.39%，说明超出标准规定上限值0.03%，按照表1低合金钢成品化学成分允许偏差值规定，钢材的碳含量是合格的。假如另一熔炼号的钢材出现碳含量为0.31%，说明超出标准规定下限值0.03%，按照本标准表1规定，钢材的碳含量也是合格的。
5.执行标准时应注意的几个问题
横截面积不大于65000mm2的钢件使用标准中表1~2中的偏差表。大于该横截面积的钢件化学成分允许偏差值可以适当放宽,具体数值由供需双方协商确定。产品标准中规定的残余元素不适用于表1~3中规定中的化学成分的允许偏差。成品化学成分允许偏差,一种钢的只能使用一个表,不可以两个表混合使用。化学成品检测的值,不可以超出标准规定化学成分界限值的上偏差和分界限的下偏差。未能取得熔炼分析值,或怀疑熔炼分析值不可分析的成分值应符合熔炼成分的规定,不得有偏差值。6.结束语为了保证钢铁生产稳定顺行，可以通过化学成分了解生产状况，指导生产，在日常的钢材化学成分检测分析过程中，应根据钢材化学成分实际情况对允许偏差进行有效分析，检测人员在完成检测任务时，严格按照标准和作业文件的相关的规定和规范进行操作，确保检测结果的准确性，精准、科学的使用钢材化学成分允许偏差。如何确认钢的化学成分允许偏差，应引起化学检测员的注意，以确特钢冶炼和产品的质量。
【参考文献】
[1]GB/T222-2006钢的成品化学成分允许偏差.
[2]GB/T6992015优质碳素结构钢.
[3]王开远.钢的成品化学分析允许偏差及试样制取方法新标准[J].机械工业标准化与质量,2012(05)：133-137.
篇2
关键词 ：取样模 ; 白口化
中图分类号：G353文献标识码： A
1、 前言
目前国内外的钢铁企业中，生铁的分析方法多种多样，主要有化学法和仪器法。从准确性来讲，化学法有优势，并且已成型，具备相应的分析标准，但存在分析节奏慢，受人为因素影响较大的缺点，不利于快速检验和及时指导生产。仪器法主要有荧光光谱法和直读光谱法，常用于定性、半定量、定量分析，该法简单、快速、准确。一般情况下，可用于1％以下含量的组分测定，在钢铁工业中应用很广泛。但也有一定的局限性，由于分析样品存在着基体效应，首先需要为每类样品建立一套校准曲线。除此之外，光谱分析仪器易受外界温度、湿度、电流强度、磁场、电压稳定性等因素影响，外界环境要求相当的稳定。对于生铁来讲，除碳元素之外的其余元素能够准确的进行测定。然而，因碳元素含量相对较高，制备的试块碳的分布不均匀，而且石墨碳的大量存在，使不均匀性加剧，用正常的光谱成分检测方法，试样会激发不充分，无法完成准确的定量检测。
在国内钢铁行业，火花源原子发射光谱法分析生铁方面尚未得到广泛的应用，主要技术难题是对生铁试样白口化程度要求较高。日本、美国等国钢和铁产品采用X荧光光谱法快速分析，国内一些大钢厂也在开展生铁快速成分析法探索，其中相关论文很多，多是仪器分析法，但总之要想用直读光谱仪分析混铁炉试样，必须着手解决生铁白口化问题，这是焦点问题。
混铁炉是高炉和转炉之间的炼钢辅助设备，混铁炉的本体结构由炉体、支撑底座和倾动机构组成。它主要用于调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求的设备，保证不间断地供给转炉需要的铁水，铁水在混铁炉中储存和混匀铁水成份及均匀温度，它对转炉炼钢非常有利。
因此，快速准确检验混铁炉铁水成分，对转炉炼钢意义重大。
2、现状分析及存在问题分析
2.1现状分析
黑龙江建龙钢铁技术处为转炉炼钢生产，配备三台OBLF公司GS-1000型直读光谱仪，为炼钢钢水成分分析提供有力支撑。该直读光谱分析仪是分析块状金属样品非常好的仪器，其以分析速度快，分析结果准确的特点，被广泛用于快节奏的炼钢生产控制。经现场确认：该直读光谱仪带有铸铁分析工作曲线，具备分析生铁样品软件条件，而且混铁炉离炉前直读光谱室距离很近，如用直读光谱仪分析混铁炉生铁样品，会大大缩短混铁炉生铁样品分析周期。从送样、制样、分析到结果报出约10分钟，这将大大利于炼钢生产。
2.2存在问题分析
2.2.1要用直读光谱仪分析混铁炉试样必须解决生铁白口化问题。
生铁中非金属元素 C、Si、P、S 等含量高，在试样采集时易偏析。碳在铁碳合金中以石墨或化合碳形式存在。石墨碳是影响碳及其它元素偏析的主要原因。若有更多的石墨碳转化为化合碳，则可大量减少偏析现象。硅和碳是促进碳石墨化的元素，硅高碳易石墨化；硅低碳易形成化合碳。而直读光谱分析生铁样品要求试样表面层碳都以碳化物的状态存在，不能有游离石墨，即铸铁的分析面必须是完全白口。当铸铁表面存在游离碳时(灰口铁)，光谱仪激发不充分，铁基体强度较低，会影响分析结果。特别是碳高达3.8～4.0％，硅高达1.0～2.6％，欲使这样的成分白口化是非常困难的。但生铁样品状态直接影响直读光谱分析结果。
下表为一块混铁炉生铁样品用直读光谱仪激发五个点分析结果：
生铁样品
序号 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
从结果中可以看出此块生铁样有偏析现象，甚至偏析严重样品无法激发。
2.2.2试样不规则有效激发点少的问题。
目前黑龙江建龙钢铁生铁试样采用印章样。（如下图），该种形状试样不像球拍钢样利于直读光谱仪样品夹持，造成激发点选择性少。
生铁样品
2.2.3直读光谱仪铸铁工作曲线修正问题。
OBLF公司GS-1000型直读光谱仪在出厂前，采用永久工作曲线法制作一条铸铁工作曲线，随着用户生产模式和原料结构不同，必须通过相应的控样进行修正来消除误差。
3、项目预期达到目标
拓展直读光谱仪分析范围，具备快速分析混铁炉生铁试样能力，更好指导炼钢生产。
4、实施方案及工作计划
4.1制定措施
4.1.1选用直读光谱仪分析混铁炉生铁试样。
4.1.2 制定混铁炉生铁样品白口化方案。
4.1.3光谱分析仪对生铁样品进行均匀性检验。
4.1.4对生铁样品进行金相组织检验确认白口化。
4.1.5在印章样尾部加装金属环，方便样品夹持和增加样品激发点数。
4.1.6采用生铁标样进行生铁各元素工作曲线进行控样修正。
5、实施过程
5.1新式样模制作：将原印章样模变薄（原厚度：10mm改为5mm），增加试样块的冷却面积(原直径30mm改为42mm)，同时样模外型尺寸加大，增加热量。
5.2样模底部垫钢板或铜板加速白口化。（注意：钢板面要平整否则样品磨制困难）
5.3生铁样品脱模后，稍冷却约两分钟投入冷水激冷后，立刻取出送光谱室。（注意不要过早投入冷水中以防样破裂，同时避免样品在水中停留过长的时间，防止样品中有积水影响分析结果）
5.4光谱分析员接到样品后用光谱磨样机对样品进行打磨约1mm后，用直读光谱仪生铁曲线进行分析。
5.5光谱分析员将生铁分析结果报混铁炉。
6、实施效果分析
6.1新样模生铁样品均匀性实验数据。
表1
样品名 炉号 化学成分
Si Mn P S
生铁 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
生铁 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
样品名 磨制
次数 化学成分
Si Mn P S
生铁 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
生铁 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为不同样品多点激发后结果，激发点正常，各指标稳定性好。 表2为不同样品，多次磨制后测定结果，由此可得样品均匀性好。
6.2混铁炉生铁样品金相组织如下表。
生铁100倍金相图
通过金相组织检验，生铁为分布均匀的奥氏体+渗碳体组织，为白口化生铁组织。
6.3生铁样品分析结果比对。
样品名 分析方法 炉号 化学成分
Si Mn P S
混铁炉生铁 荧光分析 09210781 0.37 0.075 0.096 0.019
直读分析 0.38 0.080 0.100 0.020
化学分析 0.37 0.077 0.095 0.019
混铁炉生铁 荧光分析 09210806 0.38 0.095 0.089 0.026
直读分析 0.42 0.100 0.090 0.030
化学分析 0.39 0.097 0.088 0.027
混铁炉生铁 荧光分析 09210840 0.41 0.094 0.069 0.046
直读分析 0.38 0.100 0.066 0.048
化学分析 0.40 0.096 0.068 0.044
篇3
【关键词】热轧双相钢;焊接性能;重工业发展
双相不锈钢是一种常见的钢材种类，在此种钢材中固液组织中的铁含量比重占到了一半左右，奥氏体含量也占一半。在碳含量较低的情况下，Cr、Ni、Gu等元素也占有一定比重。此种钢材因为有一定成分的奥氏体与铁元素，为此，具有不锈钢的优势，并且可塑性与韧性均非常高，没有非常明显的温脆性，可以使焊接性能大大提高，并且在导热系数上也非常高。本文结合上述热轧双相钢的这些优势深入研究了其性能，希望能够为相关部门提供一些参考。
1 热轧双相钢特点以及组成成分
1.1 特点
（1）双相钢2250的合金成分是310升，奥氏体成分为312，与其他的合金材料相比，双相钢有着非常强的抗斑腐蚀以及抗裂缝性能，总的来说，其抗腐蚀性非常强，而在奥氏体上比较，此钢型有较低的膨胀系数，能够有效导热。
（2）双相不锈钢2205的合金与奥氏体在耐热性能上比普通的钢材合金高出3倍，在对其进行设计过程中，可以适当的减轻其重量。其适应的温度一般在―40°F/+500°F左右，如果在具体的生产中有着特定的要求可以适当的调整，对于其焊接结构来说，低温效果将非常好。
1.2 化学成分
双相钢的主要化学成分有C、Mn、Si、p、S、Cr、Ni、Mo、No（奥氏体―铁元素）等，每一种化学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为13～0.30。
2 实验研究
2.1 实验材料与方法
本文通过一组实验分析热轧双相钢焊接性能，实验中应用到的材料为硅、锰、铬、钼型的热轧钢化板，钢板的厚度在2.5毫米～6毫米之间。本文实验中钢的所有成分分别有C、Si、Mn、Cr、Mo、P、S等合金元素，这些合金元素的重量百分比分别为：0.06、1.23、1.05、.047、0.05、0.018、0.009。
在应用膨胀仪器进行检测时，可以将检测点集中在钢的临界点位置处，一般Ac1的温度可在606℃左右，而Ac2的温度可以控制在852℃左右。再应用分析检测仪检测出马氏体的含量占总成分的百分之十五。
选择一段厚度为6毫米的钢板，做二氧化碳焊接试验，并做出温度曲线循环图。试验的各个要素构成分别为：电流（A）、电压（V）、焊接速度（mm/s）、气体流量（m3/h）、冷却条件等。
在实验中，双相钢的钻孔深度可以为3.2mm、4mm、2.3mm、还要有一个尺寸在1毫米左右的孔缝，可以将热电偶焊接在小孔的底部，具体样式如下图1所示，可以将热电偶的另一端接到一个时间记录仪上面，能够准确的记录下来整个焊接过程，对于绘制各个区域温度曲线图有重要作用。
热模试验的全部过程都在一个成型的热模型上开展，按照实际的热循环曲线图，选择适当的温度值，温度变化幅度在Tp从700℃降低到400℃，其最终的冷却时间在5分钟。每一个实验组的拉伸值与曲线样式选取的峰值温度分别在1260℃、1130℃、800℃、620℃、400℃。
2.2 实验结果的分析
通过以上实验结果显示，模拟的实际热影响区域内的各个部分的组织要能够符合每一种组织的实际热规范。实际的焊接热区域中具有梯度值，并且从当前的热量条件上看，各个相邻的奥氏体都是顺着低温趋势扩张，但因为所处的受热条件是有差异的，模拟的奥氏体晶粒都是在温度均匀的状况下运行。总体来说，就是双相钢中的晶体能够沿着特定的方向长大。为了确保不同奥氏体能够实现尺寸上的均等，就要对模拟温度适当降低，这样才能与实际显微组织效果接近。
通过实验中硬度的对比分析可以知道，模拟的过热区域中的峰值温度在1260℃，其他的各个温度段的峰值都与实际相差无几。其重要参数为600℃～500℃的冷却时间在t7/8，这个测定值与其他各个温度点上的温度基本一致，可以作为全部热循环的重要参数。
在实验完成以后，能够绘制出一个系统化的曲线图，能量达到了2.3千克每立方厘米时对应的温度可以成为脆性温度，每一个温度区间都不能低于―20℃。在峰值达到了600℃时，断口的外部形态呈现蜂窝状，而其他都是断裂桩，在800℃以上的高温韧性非常好，这是由马氏体与铁软化致使的。将焊接内容放置到显微镜下观察，可以看出，影响热区母材会受焊接的影响，其原组织将发生变化，在铁元素上出现了细小的碳化物质，整体上晶体物质较大。
实验结果可以总结为：
应用CO2气体进行电弧焊接，利用硅、锰、铬、钼等导热的热轧双相钢板是适合的，能够测得平滑的焊接孔道，焊接时飞溅少，并且有较窄的热影响区域;
热轧双相钢的焊接抗冲击性能较好，冷脆温度在―20℃;
双相钢在焊接时发生软化是在热影响区域达到600℃的时候，但其仍然会存在500MPa的抗拉强度。
3 结语
本文主要对热轧双相钢的主要构成及化学成分进行了分析，并以一组实验探讨了其具体存在的性能，可见，做好热轧双相钢的性能研究对于提高双相钢利用效率、节省资源、提高生产率有重要意义。
参考文献：
[1]王国栋，刘相华，孙丽钢.等.包钢CSP"超快冷"系统及590 MPa级C-Mn低成本热轧双相钢开发[J].钢铁，2010（3）.
[2]孟凡磊，孙成钱，张红梅.等.不同加热温度对含Al热轧双相钢中第二相粒子回溶行为的影响[J].热加工工艺，2012（20）.
[3]孙成钱，孟凡磊，张红梅.等.热模拟工艺参数对热轧双相钢中第二相粒子析出行为的影响[J].热加工工艺，2012（5）.
[4]方圆，刘雅政，周乐育.等.马氏体体积分数对热轧双相钢形变位错结构和断裂的影响[J].钢铁，2010（8）.
[5]孙全社，U.Lorenz，W.Bleck等.一种热轧双相钢在γ和γ+α相区的静态软化动力学研究[J].宝钢技术，2010（4）.
篇4
关键词：ICP-OES 镍基高温合金 主量元素 回收率试验
镍基高温合金的化学成分异常复杂，合金饱和度高，要求对每一添加元素的含量都进行严格控制，其成分分析是其质量控制的关键。本方高法通过用盐酸、硝酸、硫酸、酒石酸对样品进行消解，优化仪器测定条件，选定最佳测定波长，对镍基高温合金主量元素进行同时测定，用准确、快速的仪器分析来代替复杂、繁琐的手工分析，在保证测量准确度和精确度的前提下大大提高了样品分析效率。本方法经标准样品测定及样品回收率试验，准确可靠。
一、实验部分
1.主要试剂及仪器
仪器：Agilent 725ICP-OES型光谱仪，分辨率0.007nm,石英雾化器，石英矩管。盐酸：ρ1.19g/ml,AR；硝酸：ρ1.42g/ml,AR；硫酸：ρ1.84g/ml,AR；酒石酸：称取100g,AR的酒石酸溶于纯水中，稀释到500ml,其质量百分比为20%；纯水：电导率为18.25 MΩ@25℃的超纯水。
2.试验条件
RF功率：1.10KW；等离子体流量：15L/min；辅助气流量：1.50L/min；雾化器压力：200Kpa；观察高度：10mm；氩气纯度：99.999%。
3.试验方法
按以下元素含量配制标准溶液，做工作曲线。表1 GH169工作曲线（μg/ml）
称取样品0.1000g与150ml锥形瓶中，加入25ml盐酸，5ml硝酸，在低温电炉上加热溶解。完全溶解后，加入5ml硫酸沸煮至冒白色烟雾，滴加浓硝酸破坏碳化物，取下自然冷却。加入10ml酒石酸溶盐，冷却后移至100ml容量瓶中，加纯水稀释至刻度定容待测。
二、结果与讨论
1.酸度试验
本方法进行酸度试验，分别加入3:1,4:1,5:1,6:1盐酸、硝酸混合酸进行溶样，并加入5-10ml硫酸冒烟，5-20ml酒石酸溶盐后测量试样，数据与标准样品标称值比较，选择5:1混合酸，5ml硫酸，10ml酒石酸测量值最为接近。故本方法采用25ml盐酸,5ml硝酸溶解试样，并加入5ml硫酸冒烟，10ml酒石酸溶盐。
绘制工作曲线时，对标准溶液进行酸度匹配，和样品保持一致。
2.元素谱线选择
在测量过程中，遵循低含量元素用灵敏线，高含量元素用非灵敏线的原则，由于本方法使用设备自动扣除背景，所以只需考虑基体干扰而选择合适的谱线进行测定。经多次反复试验，选择谱线为：Mn为257.6nm、Si为288.1nm、Fe为238.2nm、Cr为213.3nm、Mo为202.0nm、Nb为309.4nm、Al为309.2nm、Ti为338.3nm。
3.加标回收率试验
本方法对标准样品进行加标回收率试验，以验证检测方法的可靠性。各元素标准值、加标量、十次测量值、平均测量值及加标回收率分别为：（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%。经实验测得，加标回收率在97.4%-106%之间，测试结果显示本方法满意可靠。
三、精密度和准确度试验
本方法对标准样品进行精密度和准确度试验，来验证方法的准确性和可靠性。对样品进行连续10次测试，其测量值、相对标准偏差（RSD）如下。表2 精密度和准确度试验结果
四、结论部分
篇5
关键词 钢材；带状组织；产生原因
中图分类号TG142 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0194-02
0 引言
钢材存在的带状组织是常见的一种缺陷，然而带状组织缺陷问题却影响了钢铁公司的正常生产经营，一方面在公司内部发生了相当数量的由于带状组织不合所造成的废品，另一方面顾客用户提出产品质量异议，导致退货或索赔，这些都给企业产品信誉和经济效益带来了相当大负面影响。
研究证明亚共析钢冷却室温后，显微组织均是由铁素体和珠光体组成，经完全退火的亚共析钢，它的显微组织由铁素体与珠光体组成，正常情况下根据钢的含碳量按一定比例以无规律的混合状态存在，钢的含碳量越高，则珠光体量越高，而铁素体量越少，在热轧钢材上获取与轧制方向平行的截面上的试样，显微组织往往能看到沿轧制方向延伸了的交替排列的带状铁素体与带状珠光体的组织，这种组织在合金钢中最常见。
1 带状组织的成因和影响
1）钢中除C以外的合金元素和杂质的偏析，是形成带状组织的原因。因钢液在铸锭结晶形成的化学成分是不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长并逐渐与变形方向一致，因此形成碳等元素的贫化带。当钢中含有硫等害杂质时，因硫化物凝固温度较低，凝固时多分布在枝晶间隙，压延时杂质沿压延方向延伸，当钢材冷Ar3（冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度）以下时，这些杂质就形成了铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布，当温度继续降低时，珠光体在余下的奥氏体区域中形成，也相应地成条状分布，形成带状组织，成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重；
2）因钢材热加工温度不当引起。钢材在热加工停锻温度（在停锻时锻件的瞬间温度）低于二相区时（Ar1（冷却时奥氏体向珠光体转变开始温度）和Ar3之间），此时铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，还没有分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时带状奥氏体转化为带状珠光体。人们了解到这一点已相当久了。但是却没有弄明白偏析元素是通过什么样的机理使铁素体与珠光体成析出的。某XX公司技术部门对各种偏析层的试样进行了研究，提出了关于带状组织成因的如下推测。该部门认为，向P等提高铁素体开始析出温度的元素，或者像Mn、Ni、Cr等降低铁素体开始析出温度的元素，由于它们沿轧制方向成带状偏析，而引起带状组织，如果P成为带状偏析，就会使偏析部分的铁素体析出温度升高，所以铁素体就在那里成核长大。在铁素体增多的同时，C被排挤到部分尚处于奥氏体状态的偏析区外侧的低P区，在这里被富聚而转变成珠光体。相反，降低铁素体开始析出温度的Mn Ni Cr等成分产生偏析时，由于在偏析区的外侧铁素体最初形核增加，C则是被排挤到铁素体开始析出的温度比较低的，大部分尚处于奥氏体状态的偏析区，在那里富聚而转变成珠光体，结果，偏析区的外侧变成铁素体，偏析区则变成珠光体。关于带状组织对机械性能的影响，表3.2是某钢铁公司技术部门介绍关于SAE4340 （40CrNi2Mo0）钢的研究结果
表1带状组织对Ni-Cr-M0钢SAE4340 （40CrNi2Mo）调质后的机械性能的影响， 可以看出，存在带状组织使垂直于轧制方向的伸长率、断面收缩率以及冲击韧性有所减少。
（1） 成分分析值：0.42%C， 0.72%Mn， 0.82%Cr， 1.74%Ni， 0.25%Mo ， 从843℃油冷后635℃回火2小时的4-5根试样的平均值；
（2） 经1200℃×100小时扩散退火后，835℃正火5次。
2 消除带状组织的方法
钢中的带状组织形成原因，对钢材质量的影响和消除方法，结果表明这种组织主要是钢中成分偏析引起的，而且常成因果关系，带状组织会降低钢的力学性能，切削性能和塑性成形性能，带状组织中的合金元素偏析，在常规退火、正火、淬火、渗碳加热条件难以小消除，采取电渣重熔，快速结晶，增大锻造比和扩散退火等技术可减轻或避免钢材带状组织的形成一般认为，带状组织起因于凝固时的树枝状偏析，因此，要完全防止它的发生是十分困难的，但是，可以用扩散退火、电渣重熔、快速结晶；增大锻造比等方法消除或减轻它，在这里介绍一下扩散退火，钢锭在凝固过程中总会产生不同程度的枝晶偏析。即化学成分很不均匀，扩散退火是将钢锭（或钢锭）高温加热并在次温度下保温，使元素扩散均匀，以减轻或消除枝晶偏析，从而，提高钢材质量。各种元素在奥氏体中的扩散能力，都是随温度升高而增大，所以扩散退火都要求较高的温度，具体的扩散退火温度由钢种和偏析的程度而定，如钢中偏析严重，含有扩散速度较慢的元素或含有难于溶解的特殊碳化物时，需采用较高温度。一般合金钢扩散退火温度多采用1200℃～1300℃而高碳钢采用1100℃～1200℃，保温时间为10h～15h。例如，碳钢的带状组织通过1300℃×5小时的扩散退火，就比较容易消除；镍钼钢SAE4340（40CrNi2Mo）的带状组织，通过1200℃×100小时扩散退火后得以消除。钢锭在热加工之前要进行一次扩散退火，但是，要完全消除树枝状偏析需要很长时间的退火，因此，通常只在扩散退火温度下保温几小时，这样既能达到扩散退火效果，又简化热处理工序。
3 结论
生产实践证明严格控制钢的冶炼及轧制工艺就可以得到均匀的铁素体和珠光体，有效地防止了带状组织的产生。
参考文献
篇6
铁路牵引电力机车
从动齿圈环形锻件产品生产资质申请
报 告
张家港海陆环形锻件有限公司
二??四年六月十四日
目 录
第一章总论
§ 1.1 齿圈产品现状…………………………………………………………………2
§ 1.2 海陆公司优势…...……………………………………….…………………………2
§ 1.3 产品试制结论……………………...……………….…………………………2
第二章 公司基本情况..……………………………….…………………………2
§ 2.1 企业能力状况……………………………………………………………………………2
§ 2.1.1 技术能力…………………………………………………….……………………2
§ 2.1.2 生产能力………………………………………………………….………………2
§ 2.1.3 试验、检测能力……………………………………………………….…………2
§ 2.1.4 产品质量控制能力…………………………………………………….…………2
§ 2.1.5 企业销售后服务能力……….……………………………………………………2
§ 2.2 企业ISO9001质量体系运行情况………………………………………………………2
第三章 产品试制情况……..…………………………….………………………2
§ 3.1产品试制依据…………………………………………………….………………………2
§ 3.1.1 技术标准依据…………………………………………………….………………2
§ 3.1.2 现行产品图纸………………………………………………………….…………2
§ 3.1.3 用户提出的特殊要求………………………………………………….…………2
§ 3.1.4 生产纲领……………………………………………………………….…………2
§ 3.2 产品试制工艺方案………………………...……….……………………………………2
§ 3.2.1 基本工艺流程…………………………………………………….………………2
§ 3.2.1.1 工艺方案特点…………………………………….………...……………2
§ 3.2.1.2 关键工序质量控制措施…………………………………………………2
§ 3.2.1.3 工艺参数验证情况..…………………………….…………….…………2
§ 3.2.2 生产中试情况………………………………………………………….…………2
§ 3.2.2.1 主要生产设备运行情况……………………….…………...……………2
§ 3.2.2.2 产品质量可追溯性情况…………………………………………………2
§ 3.2.2.3 工艺参数验证情况..…………………………….…………….…………2
§ 3.2.3 环件试制标准化审查结论…………………………………………….…………2
§ 3.2.4 益阳齿轮厂SS3型齿圈加工及检测……………………….……………………2
§ 3.2.4.1 齿圈环件检测……………………………….………...…………………2
§ 3.2.4.2 齿圈轮芯检测……………………………………………………………2
§ 3.2.4.3 齿圈加工、装配参数验证..………………………………………..……2
第四章 试制结论…………………………………………...…………….…………2
§ 4.1 产品质量可追溯性情况……………………………………….…….….………………2
§ 4.2 现行产品图纸…………………..…………………………………………….…………2
第五章 附件………………………………………………..…….…..……….…………2
§ 5.1 张家港海陆环形锻件公司工商执照影印件……………………………………………2
§ 5.2 张家港海陆环形锻件公司企业代码影印件……………………...….…………………2
§ 5.3 益阳齿轮厂齿圈环件图纸及技术条件……………………………...………….………2
§ 5.3 产品质量可追溯性情况………………………………………………....………………2
§ 5.4 产品质量可追溯性情况…………………………………………………………………2
§ 5.5 产品质量可追溯性情况……………………………………………….…...……………2
§ 5.6 产品质量可追溯性情况……………………………………………….……...…………2
§ 5.7 产品质量可追溯性情况…………………………...…………………….………………2
§ 5.8 产品质量可追溯性情况……………………………...………………….………………2
§ 5.9 产品质量可追溯性情况………………………………...……………….………………2
§ 5.10 产品质量可追溯性情况……………………………….……………….………………2
第一章 总论
从动齿圈环形锻件产品系指为铁路干线牵引电力机车（从动）齿轮生产企业提供的齿圈坯产品（简称“齿圈产品”下同）。张家港海陆环形锻件有限公司（简称“海陆公司”下同），是目前国内拥有数控精轧环件设备的少数企业之一，为铁路基础关键零部件的质量升级和推进齿圈产品实现市场化提供了可能。
§ 1.1 齿圈产品的现状
自1960年代以来，齿圈产品一直由马鞍山钢铁公司（简称“马钢”下同）独家垄断生产、经营。由于马钢长期上述产品，其生产设备、工艺装备和工艺设计落后。根据用户反映，目前马钢在产品质量、交货数量和供货时间等方面，均不能满足齿轮加工企业的要求，齿圈产品的价格，不能按照市场规律运作，加大了铁路基础零部件的生产成本。
在生产设备和工艺装备方面，马钢现行的轧制设备、装备和工艺设计尚处于上世纪五十年代的水平。一直处于手工控制轧制设备进行生产的“原始”作业状态，因此产品质量受“人为”因素影响严重，型式尺寸波动大，易造成齿圈内径折叠、产生“飞边”等质量问题，不仅给齿轮生产企业的后续加工带来很大困难，而且在机加工时发生过“飞边”伤人事故。
在产品内部质量控制方面，由于马钢提供齿圈产品为粗轧毛坯件，不具备实施超声波内部探伤检验的条件，也不能进行调质热处理，而齿轮加工企业一般不具备超声波探伤设备，也仅对成品局部表面进行磁粉探伤，因此无法预防和排除产品内部组织缺陷，给铁路机车运行安全带来事故隐患。
市场与产品质量的相互关系表明，只有引进市场竞争机制才会不断推动铁路产品的质量升级，垄断生产、经营将难于改变几十年一贯制的产品落后局面。为此，引入海陆公司的高品质产品，无疑对提高铁路关键基础件的质量等级起到积极作用。
§ 1.2 海陆公司在行业中的地位和优势
海陆公司是国内专业化从事环形锻件生产的主要企业。自1992年投产以来，环形锻件累积产品质量居全国第二位，其产品广泛用于航空、航天、石油、化工、冶金、重机、汽车、造船、核电等行业。公司技术力量较强，不断开发高质量的新产品以满足市场要求，并取得较好的经济和社会效益。
海陆公司长期从事航空、航天和核电设备等特殊行业产品的加工，其生产设备、工艺和检验设备的装备水平较高，专业化程度属于国内先进水平。企业注重对产品生产过程质量的全面控制，将ISO9001质量管理体系严格地落实到每个生产环节，确保产品的内在质量处于无缺陷状态。因此，该公司在上述特殊行业中已树立起良好的企业信誉。海陆公司主要优势体现在以下方面：
1、采用高品质原材料
重要机械产品50％的质量取决于原材料的基本质量水平，上海钢铁公司第五特钢厂是国内著名的合金钢生产企业，产品质量长期处于国内领先地位。海陆公司与上钢五厂建立了长期良好的合作关系，在试制铁路电力机车齿圈产品时仍然采用上钢五厂生产的42CrMoA材料。经试验验证，上述材料无论是化学成分、综合机械性能还是钢的内部组织和纯净度，是其他合金钢厂不可相提并论的。
2、装备先进
（1）轧制设备
生产齿圈产品的主要关键设备涉及环件轧制、调质处理和材料内部组织检验设备。目前海陆公司使用的环件轧制设备可轧制3m直径的全自动数控设备，轧制精度可达到±1mm，由于脱离了“人为”因素的影响其产品质量稳定可靠。
（2）热处理设备
涉及齿圈产品质量的另一个重要工艺环节是调质处理。海陆公司采用井式热处理设备，其温控误差±5℃，保证了材料内部组织性能的一致性，因此经热处理后的材料主要力学指标的波动性很小。
（3）排除内部缺陷
材料的内部缺陷是影响机械部件性能和可靠性的重要因素之一。长期以来上述问题一直未能得到妥善解决。海陆公司根据齿轮加工企业的要求，为用户提前完成毛坯件的机加工，然后采用超声波探伤设备对齿圈产品进行全探伤处理，彻底排除了齿圈产品的潜在质量隐患，避免了产品经过大量加工组装后发现内部缺陷所带来的损失，受到用户的青睐。
3、满足用户的各种要求
海陆公司的企业方针始终以满足用户的要求为目标，以市场需求作为企业持续改进的努力方向。在齿圈产品试制过程中，全部采纳了益阳齿轮厂提出的：“代用户进行机加工和调质热处理、材料内部探伤、按照用户的需求量、时间供货、应用户要求开展售后服务”等各项建议。
§ 1.3 齿圈产品的试制结论
2004年6月益阳齿轮厂完成了由海陆公司提供的12件（左、右旋各6件）SS3型电力机车从动齿圈产品的齿轮加工和装配工作。为确保上述产品达到铁道部所规定的质量要求，益阳齿轮厂对齿圈产品的冶金指标、理化（含综合力学）指标、型式尺寸、齿轮加工参数、轮芯检验及加工参数、齿轮及轮芯装配参数等重要质量记录进行了严格的检验，确认上述12件齿圈试制品，全部符合铁道部《SS3型电力机车从动齿轮产品》的相关技术标准和要求（见第五章附件目录）。
第二章 海陆公司基本情况
海陆公司系经现代化企业制度改造的股份制企业，成立于1992年，位于江苏省张家港市技术开发区，厂区占地面积21300平方米，在册员工100名，专业从事环形锻件产品的加工与服务，在环形锻件加工行业中享有良好的企业声誉和质量信誉。企业内部管理制度健全、执行严格和规范，企业具有强烈的质量意识，从未发生过产品质量事故，赢得了航空、航天及核电设备等特殊行业用户的高度评价和信任。
§ 2.1 企业能力状况
海陆公司经过十几年的发展，在技术、生产、工艺、试验、检测、质量控制、资金实力、销售和售后服务等方面具备了较强的企业能力。企业面对大批量、小批量产品用户和满足少数用户的特殊要求方面显示出很强的适应能力。为满足不同用户的各种要求，企业采用了ERP全程优化管理系统。从预受订单、合同评价、原材料采购、工艺设计、生产安排、人力资源配置、产品质量监控、产品配送及售后服务等环节，实现了各种资源的高度优化，提高了企业运行效率，降低了企业各项运营成本费用，满足了不同用户的需求。
§ 2.1.1 技术能力
海陆公司现有员工100余名，其中具有高、中级职称的工程技术人员占员工总数的26%。从事轧钢和锻造专业的技术人员占员工总数的18%，从事理、化和产品检验的技术人员占员工总数的8%，其他管理人占10%。公司具有10年以上丰富实践经验的技术工人64人。工程技术、管理人员和技术工人结构的合理化，为企业快速发展奠定了基础。
企业内部设置了技术部、工艺设计部、理化试验室和产品质量检验中心。
技术部主要负责企业技术标准的管理与实施，设备状态监控、承接委托加工产品的技术分析等职能。
工艺设计部主要负责新产品的工艺流程分析与设计，热处理工艺参数的设计，制定产品生产工艺规范，工艺规程的实施与监控等工作。
理化实验室主要负责金属材料进厂理化项目的复检工作。可对合金材料进行常规化学成分分析、综合力学、工艺性能检测等。
质量检验中心主要负责产品生产过程的跟踪检验、出厂成品的型式尺寸检验和产品内部组织缺陷检验等。
§ 2.1.2 技术开发能力
为巩固和提高企业的核心竞争力，始终保持在环形锻件行业处于技术领先地位，由技术和工艺部的专业技术人员组成的技术开发组，联合国内相关科研院所以课题制方式开展技术攻关活动，先后为航空、核电等行业研制出异形断面轧制工艺。在自制工艺装备方面，实现开发、设计、加工和装配自主化。
§ 2.1.3 主导产品
企业不仅能批量生产供应重型机械的齿圈、大型汽车轮胎模具环件、汽轮机隔板内外环件、混凝土搅拌机滚道环件、轴承圈、大型法兰等环锻件。近年来与上钢五厂、上海钢铁研究所联合，依托其技术及原材料质量控制优势，为航天、航空成功轧制成不锈钢、高温合金等高难度、高要求的高品质环件。同时近年来，为节约锻件金属材料，还开发研制成功异形截面环形锻件，深受市场欢迎。
§ 2.1.4 生产能力
企业年生产各种规格环件产品的生产能力，根据不同的生产制度可实现8000～12000吨产量。目前，企业既有产品占去近5000吨的产能。
1、生产设施面积
企业厂区占地面积约21300m2，生产厂房面积约为6700 m2，用于试验、检验设施面积380 m2，办公及生活区3300 m2。
另外企业为今后进一步扩大生产规模，在生产设施布局方面已预留一条年产能4000吨的生产线，基础设施（风、水、电、气）施工完毕。
2、主要生产、检测设备
构成企业生产纲领的主要生产、检验装备如下：
（1）圆钢坯下料设备：卧式带锯7台（GZ4080、GZ4050、GZ4040），可切割钢坯直径400～800mm；
（2）能源设备：煤气发生炉2台，班产煤气2200m3；
（3）室式加热炉1台（7m3）；
（4）锻造设备：5T锻造操作机（DS-5000）、3T蒸汽锤、1600T锻造水压机各1台；
（5）轧制设备：3 000mm数控辗环机（D53－200／125）1台；
（6）热处理设备：台车式加热炉（2.7×3.5×1.7m3）、台车式热处理炉（3×2.8×5 m3）、井式电加热热处理炉（1.9×2 m，600kW）各1台；
（7）淬火池1台；
（8）切削类设备：普通立式车床（2000mm）、横臂钻床（Z3080）以及各种普通车床10余台；
（9）起重设备：桥式吊车（15~30T）2台，龙门吊车（5T）1台。
（10）超声波探伤设备：超声波探伤仪（CTS-22）2台，电脑超声波探伤仪（ST-88）1台；
（11）万能材料试验机（WE-60A）1台；
（12）冲击试验机（JB-30）2台；
（13）金相显微镜（XJG-3.0）1台；
（14）光谱仪1台；
（15）五元素化学元素分析仪1台；
（16）维氏、布氏、洛氏、里氏硬度仪（HVA-1，HLS.11）各1台；
（17）其他GB类通用计量器具。
§ 2.1.5 质量控制能力
在产品控制方面，企业注重对生产过程的全面控制，并使控制手段制度化，将ISO9001质量管理体系落实到生产、管理、检验等每个环节。在产品质量可追溯性方面，企业将标有生产批号的工序过程卡作为产品质量档案永久保存。按照工序过程卡和产品合格证所标注的生产批号，可迅速查清任意时间出厂产品的原材料供应厂家、理化检验记录、工序质量记录、生产者和质量检验者等重要信息，真正做到产品质量终身制。
§ 2.1.5.1 质量监控制度
国外成功的管理经验证明，制度化的质量管理方式是对产品质量控制的最有效方法之一。海陆环件公司对工艺流程中影响产品质量的关键环节均有明确的检验、监督制度和赏罚机制。制定出原材料进厂复检制度、关键工序检验制度、成品出厂检验制度、生产过程质量跟踪制度，以及与之配套的具体操作指导书。产品质量已成为企业对员工提职、加薪、降薪、处罚和辞退的主要依据。
§ 2.1.5.2 质量控制方式
企业对产品质量的控制分为四种方式。第一，严格执行工艺规程；第二，按照检验制度对实物产品生产过程进行抽样检验；第三，定期进行产品质量分析；第四，根据ISO9001质量管理体系规定，每年开展1~2次质量管理评审工作。
海陆公司将严格执行工艺规程视为保证产品质量的前提和基础，企业针对不同产品的质量要求，制定相应的工艺流程、操作规范，并严格地落实到每一工序。
实物产品分为工序和出厂两级检验，均由专职检验人员负责。工序检验主要设置在原材料复检、环件成型、热处理、机加工、超声探伤工序；出厂检验由企业质检中心对入库前的成品进行全项检验。抽样方案和检验方法，由技术部根据产品批量做出具体规定并写入操作指导书。
产品质量分析是针对具体产品的质量记录，进行工程能力指数测算，对于Cpk≤ 1的质量指标采用QC质量分析方法，找出质量指标波动的具体原因，及时调正工艺参数予以纠正。
负责企业质量体系的综合管理部，按照ISO9001质量体系要求，每年开展1~2次全面质量检查工作，对职能和相关部门的质量控制工作进行审查，由管理者代表对企业质量职能部门做出系统性的工作评价，问题责任部门将依据企业质量管理和赏罚制度进行处理。
§ 2.2 质量体系运行情况
执行ISO9001质量管理体系的认真程度，可反映出企业基础性管理工作的质量。海陆公司在每年的外审检查中，从未出现过严重不合格项，对于出现的个别一般不合格项，企业责成责任部门及时关闭，并制定行之有效的纠正和预防措施。根据每次的外审检查结论，证明企业的质量管理体系运行受控和有效。
第三章 齿圈产品试制情况
2003年6月益阳齿轮厂（简称“益齿厂”下同）根据近几年齿圈产品在质量、价格和供货等方面出现的问题，向海陆公司提出齿圈产品的试制和供货事宜，并要求海陆公司在满足国家和铁道、冶金行业相关现行标准的基础上，为进一步提高齿圈产品质量，确保铁路运输安全，增加了企业对齿圈产品质量的特殊要求。
§ 3.1 标准依据
海陆公司在齿圈产品试制过程中主要采用了以下标准：
1、国家标准
（1）GB/T 3077-1999 《合金结构钢》
（2）GB/T 222-1984 《钢的化学成分取样方法及允许偏差》
（3）GB/T 226-1991 《钢的低倍组织及酸蚀检验法》
（4）GB/T 228-1987 《金属拉伸试验方法》
（5）GB/T 229-1994 《金属夏比缺口冲击试验方法》
（6）GB/T 231-1984 《金属布氏硬度试验方法》
（7）GB/T 1979-1980 《结构钢低倍组织缺陷评级图》
（8）GB/T 2975-1998 《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》
（9）GB/T 4336-1984 《碳素钢和中低钢的光电发射光谱分析方法》
（10）GB/T 7736-1987 《钢的低倍组织及缺陷超声波检查法》
（11）GB/T 10561-1989 《钢中非金属夹杂物显微评定方法》
（12）GB/T 17505-1998 《钢及钢产品交货一般技术条件》
2、铁道行业标准
TB/T2566-1995 《机车牵引齿轮渗碳、淬火、回火强化技术条件》
3、冶金行业标准
（1）YB 4068-1991 《合金结构钢供货技术条件》
（2）YB/T 5148-1993 《金属平均晶粒度测定法》
§ 3.2 齿圈产品图纸
益齿厂提供的齿圈产品图纸，包括了机加工和产品技术条件（见附件1）。
§ 3.3 用户提出的特殊要求
1、齿圈坯试制采购规范（见附件2）。
2、毛坯正火后进行调质热处理。
3、代益齿厂对毛坯件进行机加工，并符合产品图纸要求。
4、齿圈产品在交货前逐一进行超声波探伤检验，排除内部组织缺陷。
§ 3.4 主要工艺流程
原材料进厂复检 锯切下料 抽量（1） 室式炉加热（2） 水压机制坯 碾环机轧制（3） 聚冷 正火
型式尺寸和外观质量检查（4） 粗车机加工 超声波探伤（5）
调质热处理（6） 硬度检查（7） 精车机加工 型式尺寸检查（8） 取样理化检验（9） 打印标识 包装入库。
注：表示重要工序质量控制点
1 ─ 坯重控制检查
2 ─ 坯料加热温度与时间控制检查
3 ─ 环件碾制终轧温度控制
4 ─ 型式尺寸检查
5 ─ 超声波逐件内部组织缺陷检查
6 ─ 控制调质热处理加热温度、时间、淬火、水温和淬火时间
7 ─ 检查调质热处理后的环件硬度
8 ─ 成品型式尺寸检查
9 ─ 成品理化指标检验
§ 3.4.1 原材料进厂检验
齿圈产品采用了上钢五厂生产的42CrMoA钢坯，钢坯特点：有害元素和非金属夹杂物含量远远低于GB/T 3077-1999 《合金结构钢》和YB 4068-1991 《合金结构钢供货技术条件》规定值。
§ 3.4.1.1 主要冶金指标检验结论（见表1）
42CrMoA钢坯主要冶金指标检验结果 表1
高低倍检测
高倍组织检验
低倍组织检验
（级）
晶粒度（级）
非金属夹杂物检测（级）
塑性夹杂
脆性夹杂
检测结果
11
1
0.5
一般疏松<1；中心疏松<1；偏析0
§ 3.4.1.2 化学成分检验（见表2）
化学成分检验记录由上钢五厂钢坯出厂质检证明和海陆公司进厂复检证明组成（见附件3、4）。
42CrMoA钢坯化学成分检验结果（%） 表2
化学成分
C
Si
Mn
Cr
Mo
P
S
标准值
0.38~0.45
0.17~0.37
0.50~0.80
0.90~1.20
0.15~0.25
≤0.025
≤0.025
检验值
0.40
0.27
0.63
1.03
0.18
0.013
0.002
§ 3.4.1.3 综合力学、工艺性能复检
海陆公司根据上钢五厂提供的热处理工艺参数，
§ 3.4.2 原材料
§ 3.1产品试制依据…………………………………………………….………………………2
§ 3.1.1 技术标准依据…………………………………………………….………………2
§ 3.1.2 现行产品图纸………………………………………………………….…………2
§ 3.1.3 用户提出的特殊要求………………………………………………….…………2
§ 3.1.4 生产纲领……………………………………………………………….…………2
§ 3.2 产品试制工艺方案………………………...……….……………………………………2
§ 3.2.1 基本工艺流程…………………………………………………….………………2
§ 3.2.1.1 工艺方案特点…………………………………….………...……………2
§ 3.2.1.2 关键工序质量控制措施…………………………………………………2
§ 3.2.1.3 工艺参数验证情况..…………………………….…………….…………2
§ 3.2.2 生产中试情况………………………………………………………….…………2
§ 3.2.2.1 主要生产设备运行情况……………………….…………...……………2
§ 3.2.2.2 产品质量可追溯性情况…………………………………………………2
§ 3.2.2.3 工艺参数验证情况..…………………………….…………….…………2
§ 3.2.3 环件试制标准化审查结论…………………………………………….…………2
§ 3.2.4 益阳齿轮厂SS3型齿圈加工及检测……………………….……………………2
§ 3.2.4.1 齿圈环件检测……………………………….………...…………………2
§ 3.2.4.2 齿圈轮芯检测……………………………………………………………2
§ 3.2.4.3 齿圈加工、装配参数验证..………………………………………..……2
1．张家港海陆环形锻件有限公司具备试制、生产条件：企业有一条从坯
料准备、加热、制坯、轧制、热处理完整的流水生产线，有粗加工机
床、超声波探伤检验能力和一套生产管理和质量保证体系，有满足产
品理化检验和售后服务能力。
2．试制产品全面达到益阳齿轮有限公司所有要求。
3．原材料由上钢五厂供应，冶金质量稳定可靠。轧机由计算机程序控制，
尺寸控制较好；可以粗加工供货并可粗加工后调质供货，逐件超声波
检查。(二)企业基本情况
一．行业中的地位：
张家港
二．企业能力状况：
1．企业不仅能批量生产供应重型机械的齿圈、大型汽车轮胎模具环件、
汽轮机隔板内外环件、混凝土搅拌机滚道环件、轴承圈、大型法兰等
环锻件。近年来与上钢五厂、上海钢研所联合，依托其技术及原材料
质控优势，为航天、航空成功轧制成不锈钢、高温合金等高难度、高
要求的高品质环件。同时近年来，为节约锻件金属材料，还开发研制
成功异形截面环形锻件，深受市场欢迎。
2．为有较大的发展，2002年搬迁到合兴镇新址，现占面积约21300m2，
生产厂房6700 m2，试验、检验设施380 m2，办公及生活区3300 m。，
尚有发展余地。
3．企业有一整套的环形锻件生产流水线，其主要生产设备状况见表1。
序
号
设备名称
型号或规格
台套
数
1
卧式带锯床
GZ4080最大锯切直径800毫米
2
2
卧式带锯床
GZ4050最大锯切直径500毫米
3
3
卧式带锯床
GZ4040最大锯切直径400毫米
2
4
煤气发生炉
①2200mm
2
5
室式加热炉(燃油)
7m3
3
6
5T锻造操作机
DS-5000
1
7
1600T锻造水压机
1
8
3 000mm数控辗环机
D53—200／125
1
9
3T锻造操作机
DS-3000
2
10
3T蒸汽锤
1
ll
台车式加热炉(热处理炉)
2.7×3.5×1.7m3
1
12
台车式热处理炉
3×2.8×5 m3
1
13
井式电加热热处理炉
①1.9×2 m。600Kw
2
14
淬火水槽
1
15
普通立式车床
2000mm
1
16
普通车床
CWll25
4
17
普通车床
C6263
1
18
普通车床
C6140
1
19
普通横臂钻床
Z3080
2
20
桥式吊车
15T／3T
2
21
桥式吊车
30T／5T
1
22
龙门式吊车
5T
1
4．试验检验室有整套的机械性能试验检验仪器设备，见表2。
序
号
名称 ．
型号
台数
1
超声波探伤仪
CTS-22
2
2
电脑超声波探伤仪
ST-88
1
3
材料试验机
WE-60A
1
4
冲击试验机
JB-30
2
5
金相显微镜
XJG-3.0
2
6
光谱仪
1
7
投影仪
STT
1 ，
8
双管定碳炉
SK-2,5.15／S
1
9
维氏，布氏，洛氏，里氏硬度机
HVA-1，HLS．11等
各1台
5．年生产能力6000吨。
6．资金状况：
固定资产：流动资金：
篇7
轴承钢的性能要求
众所周知，在各种运输车辆、机床、传动机械以及其他高速转动的机械中，轴承是不可缺少的零部件，而轴承钢就是用来制造各种滚动轴承的专用钢种。轴承钢的材料特性主要表现在以下方面：由于轴承钢的含碳量较高，钢锭浇铸及冷却时容易产生碳和铬的偏析，所以轴承钢钢锭开坯前应进行高温保温或扩散退火；轴承钢的导热性差，在加热时要防止炸裂；轴承钢在加热过程中容易产生脱碳、过热和过烧现象；轧后缓慢冷却时有明显的网状碳化物析出；在终轧温度低于800℃时，易产生带状碳化物。
滚动轴承的工作条件极为复杂，承受着各种高的交变应力，如拉力、压力、剪力和摩擦力等。基于对轴承工作条件和破坏情况的分析，对轴承钢的性能要求主要有：具有高的接触疲劳强度和抗压强度；经热处理后必须具有高而均匀的硬度；具有高的弹性极限，防止在高载荷作用下轴承发生过量的塑性变形；要有一定的韧性，防止轴承在受冲击载荷作用时发生破坏；要有一定的抗腐蚀性能；要有良好的工艺性能，如成型、切削、磨削等性能，以适应大批量、高效率、高质量生产的需要；要具有良好的尺寸稳定性，防止轴承在长期存放或使用中因尺寸变化而降低精度。
根据轴承的特殊使用要求，轴承制造行业对轴承钢的生产也提出了非常严格的质量要求，具体体现在标准YB9—68及轴承钢生产标准YJZ84中，这两个标准是目前轴承钢生产中的两个并行标准。
轴承钢的产品系列
轴承钢的产品系列主要有热轧棒材、冷拔材、锻材、管材、盘条以及钢丝等几类，其中用量最大的是热轧棒材。由于各种机械在运行当中是否完全可靠，在很大的程度上要取决于轴承的质量和可靠性，因此，轴承和轴承钢的质量越来越引起世界各国的重视。
目前，瑞典和日本的轴承钢质量在世界上处于领先地位。我国轴承钢的主要生产厂家有大冶特钢、北满特钢、上钢五厂、长城特钢、大连钢厂及本钢等。太钢轴承钢的产量最高时近2万t，约占全国总产量的1%～2%。
轴承钢的研发方向
世界各国都在研究和开发新型轴承钢以扩大应用和代替传统的轴承钢。例如：快速渗碳轴承钢，通过改变化学成分来提高渗碳速度，其中碳含量（质量分数）由传统的0.08%～0.20%提高到0.45%左右，渗碳时间由7h缩短到30min；高频淬火轴承钢，用普通中碳钢或中碳锰、铬钢，通过高频加热淬火来代替普通轴承钢，既简化了生产工序又降低了成本，并提高了使用寿命。
我国开发了高淬透性和淬硬性轴承钢GCr15SiMo，其淬硬性HRC≥60，淬透性J60≥25mm。GCr15SiMo的接触疲劳寿命L10和L50分别比GCr15SiMn提高73%和68%，即，在相同使用条件下，用GCr15SiMo钢制造的轴承的使用寿命是GCr15SiMo钢的近两倍。近年来，我国还开发了能节约能源、节约资源和抗冲击的GCr4轴承钢。与GCr15相比，GCr4的冲击值提高了66%～104%，断裂韧性提高了67%，接触疲劳寿命L10提高了12%。与全淬透的GCr15钢轴承相比，GCr4钢轴承的寿命明显提高，可用于重载高速列车轴承。
新型轴承钢主要向高洁净度和性能多样化两个方向发展。提高轴承钢的洁净度，特别是降低钢中的氧含量，可以明显延长轴承的寿命。氧含量(质量分数)由28×10-6降低到5×10-6，疲劳寿命可以延长1个数量级。目前，我国可以将轴承钢中的最低氧含量控制在10×10-6左右。轴承使用环境的变化要求轴承钢必须具备性能的多样化。例如：随着设备转速的提高，需要准高温用(200℃以下)轴承钢(通常采用在SUJ2钢的基础上提高Si含量、添加V和Nb的方法来达到抗软化和稳定尺寸的目的)；腐蚀环境下使用需要开发不锈轴承钢；为了简化工艺，应该开发高频淬火轴承钢和短时渗碳轴承钢；为了满足航空航天的设备需要，应开发高温轴承钢。
随着我国现代工业和科学技术的迅速发展，轴承的需用量日益增加，对其质量和性能的要求也越来越高，提出了高精度、高速、高温、低摩擦、低温升、低噪音和耐腐蚀等一系列要求。因此，对轴承钢的要求也越来越严格，使其向着高质量、高性能和多品种的方向发展。
轴承钢的质量要求
滚动轴承的使用寿命和可靠性很大程度上与轴承用钢的冶炼质量有着密切的关系。由于轴承钢所具有的特性，对冶炼质量的要求比一般工业用钢要严格得多，如钢的化学成分、纯洁度、组织和均匀性等。滚动轴承要在拉伸、压缩、弯形、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值之下，高速、长时间地工作。为了保证轴承具有良好的性能和高的寿命，对轴承钢的质量要求如下：
化学成分是影响轴承钢性能的最本质的因素。钢的物理、化学、机械性能和金相组织都是由化学成分决定的，改变了化学成分，就改变了钢的基本性质。因此，轴承钢的化学成分必须符合标准规定的允许范围。一般轴承用钢主要是高碳铬轴承钢，即含碳量1%左右，加入1.5%左右的铬，并含有少量的锰、硅元素的过共析钢。铬可以改善热处理性能、提高淬透性、组织均匀性、回火稳定性，又可以提高钢的防锈性能和磨削性能。但当铬含量超过1.65%时，淬火后会增加钢中残余奥氏体，降低硬度和尺寸稳定性，增加碳化物的不均匀性，降低钢的冲击韧性和疲劳强度。因此高碳铬轴承钢中的含铬量一般控制在1.65%以下。只有严格控制轴承钢中的化学成分，才能通过热处理工序获得满足轴承性能的组织和硬度。
特别严格的纯洁度要求。钢的纯洁度是指钢中所含非金属夹杂物的多少，纯洁度越高，钢中的非金属夹杂物越少。轴承钢中的氧化物、硅酸盐等有害夹杂物是导致轴承早期疲劳剥落、显著降低轴承寿命的主要原因。特别是脆性夹杂物危害最大，由于在加工过程中容易从金属基体上剥落下来，严重影响轴承零件精加工后的表面质量。因此，为了提高轴承的使用寿命和可靠性，必须降低轴承钢中夹杂物的含量。为了保证轴承钢有较高的疲劳强度、抗压强度、表面硬度和较长的使用寿命，钢中的氧化物、硫化物、点状夹杂等各种非金属夹杂物要严格地控制在一定的范围之内；钢中的各种碳化物(如碳化物液析、条状碳化物、带状碳化物及网状碳化物等)的不均匀性要控制在一定的级别之内。经热加工后的轴承钢成品，其表面脱碳层厚度要尽量减小；钢材的宏观低倍组织要良好，即一般疏松、中心疏松、偏析的级别要小，不允许出现皮下气泡、缩孔、夹杂和裂纹。经退火后的钢材，要求具有均匀、细小的球状珠光体组织。
严格的低倍组织和显微(高倍)组织要求。轴承钢的低倍组织是指一般疏松、中心疏松和偏析，显微(高倍)组织包括钢的退火组织、碳化物网状、带状和液析等。网状碳化物降低钢的冲击韧性，并使之组织不均匀，在淬火时容易变形与开裂。带状碳化物影响退火和淬火回火组织以及接触疲劳强度。碳化物液析硬而脆，它的危害性与脆性夹杂物相同。低、高倍组织的优劣对滚动轴承的性能和使用寿命有很大的影响，所以，在轴承材料标准中对低、高倍组织有着严格的要求。
根据不同成型方法对钢材表面质量有不同程度的要求。总的来说，轴承钢材表面不得有裂纹、折叠、拉裂、结疤和夹渣。对冷冲用的冷拉钢材，除不允许上述缺陷外，表面要洁净，不得有锈蚀、麻凹等缺陷。轴承钢材表面不得有严重的脱碳现象，根据轴承零件成型工艺的不同要求，在标准中，对不同品种的钢材表面脱碳层深度有不同的限制规定。
滚动轴承用钢要求钢材尺寸精度较高，原因是大部分轴承零件都要经过压力成型。为了节省材料和提高劳动生产率，绝大部分轴承套圈都是经过锻造成型；钢球要经过冷镦或热轧成型，小尺寸的滚子也是经过冷镦成型。如果钢材的尺寸精度不高，就无法精确地计算下料尺寸和重量，而不能保证轴承零件的产品质量，也容易造成设备和模具的损坏。在对轴承钢进行精加工时，为了对原材料准确下料并精确地加工成所要求的零件尺寸，对轴承钢产品的尺寸精度也有严格的要求，同时还要求成品的外形（形状精度）要平直。根据轴承零件成型工艺及轴承钢的生产工艺，在标准中，对轴承钢材各种品种、规格的尺寸公差都进行了规定。锻造钢材尺寸公差一般按GB908—72标准，热轧钢材尺寸公差按GB702—86，冷拉钢材按GB905—82标准，冷拉钢丝按YB245—64标准。
轴承钢的轧制工艺
轴承钢的轧制工艺对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷、氢等含量以及非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况。因为非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况对轴承钢的使用寿命影响很大，往往轴承的失效就是在大的夹杂或碳化物周围产生的微裂纹扩展造成的。夹杂物的含量和钢中氧含量密切相关，氧含量越高，夹杂物数量就越多，寿命就越短。夹杂物和碳化物粒径越大、分布越不均匀，使用寿命也越短，而它们的大小、分布状况与使用的冶炼工艺和冶炼质量密切相关，现在生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，还有少量采用真空感应+真空自耗的双真空工艺，或+多次真空自耗等工艺来提高轴承钢的质量。
根据轴承钢的技术要求和钢种特征，轴承钢生产的大致轧制工艺过程如下：
轴承钢在冶炼后铸成的钢锭有热锭和冷锭之分。热锭可以利用钢锭的余热进行红送，装入初轧工序的均热炉内进行高温扩散加热，而冷锭则应及时退火，并对钢锭的表面进行清理。
由于轴承钢的导热性较差，在开坯或成材的轧前加热时速度不宜过快，钢坯入炉时的炉尾温度不宜过高，应小于700℃。高碳钢的加热温度区间比较窄，通常在150℃～1200℃之间。温度过低时变形抗力较大，而温度过高则会出现过热和过烧缺陷。轴承钢的过烧温度约为1220℃，一般的加热温度以1100℃～1180℃为宜。轴承钢在加热过程中的脱碳倾向很大。以GCr15为例，热加工过程中的脱碳层厚度可达0.3～0.8mm，对轴承制品的表面硬度和强度有很大的影响。为了减少脱碳层厚度，在加热过程中要尽量采用较低的加热温度和较短的加热时间，在高温区应避免长时间的加热，炉内的气氛要控制在还原性气氛中。为了减轻钢材的脱碳现象，钢厂在热加工和退火工序进行了钢材表面涂抹防脱碳的保护涂层试验，效果较好。
高温时，高碳轴承钢具有良好的塑性，可以用较大的压下量进行轧制。轧后冷却时，浓度较高的碳会沿着奥氏体的晶界析出，形成网状碳化物。因此，钢的终轧温度应严格控制在800～850℃之间，以利于破碎网状碳化物。温度高于850℃时，钢材在冷却过程中会析出网状碳化物；温度低于800℃时碳化物开始析出，富集的碳化物偏析会随着金属的变形，延伸成带状碳化物。
对于球化退火状态交货的轴承钢，在轧后和退火前需要降低网状碳化物的级别，得到晶粒细小的奥氏体组织。为了达到这一要求，除了上述控制终轧温度的方法外，另一个最有效的方法是对轧后的钢材进行控制冷却，而且它也是破除网状碳化物和细化晶粒的一个关键环节。
控制轧制和控制冷却是近十几年来发展起来的新技术，在国内外已得到普遍使用。轴承钢控制冷却的工艺主要是：轧后的钢材要穿水快速冷却至500℃左右，此时钢材内外的表面温差较大，可依靠钢材芯部的热量使钢材表面逐渐返红至660℃，然后缓慢冷却。这时钢材可以在返红过程中完成组织转变。快速冷却的目的是抑制钢中网状碳化物的析出，降低网状碳化物的级别，同时可以使珠光体的转变在较低的温度下进行，得到晶粒细小的奥氏体组织，为随后的球化退火提供良好的预备组织，以提高球化质量、缩短球化时间。目前国内外轴承钢的控制冷却主要采用双套管冷却器、环形喷嘴冷却器及湍流管冷却器等。
若用户需对轴承钢产品直接进行冷加工时，钢材应进行球化退火，以使钢材获得合适的硬度及细小的珠光体球化组织，便于加工。由于钢材在退火过程中还会继续发生氧化和脱碳，因此，轴承钢的退火多数是在通有氮气、氢气等的保护气氛的连续退火炉内进行，这样可以减轻钢材的氧化和脱碳。据统计，在通有保护气体的炉内退火，脱碳层的厚度最多只增加0.1mm左右。
轴承用钢的常见缺陷
滚动轴承的使用寿命和可靠性很大程度上与轴承用钢的冶炼质量有着密切的关系。由于轴承钢所具有的特性，对冶炼质量的要求比一般工业用钢要严格得多，如钢的化学成分、纯洁度、组织和均匀性等。钢锭的皮下气泡，严重的非金属夹杂物及钢材在锻、轧过程中，加热温度过高，锻、轧后冷却快，终轧、终锻温度过低等原因都有产生裂纹的可能性。
轴承钢在锻、轧过程中产生的飞边、毛刺、皱折和尖锐棱角等，在继续轧制时压入金属内部，则形成折叠。由于钢锭表面的夹渣、凹坑，在锻、轧过程中形成较薄、扁平的分层，称之为结疤。
因轧机导板上沾有金属颗粒，导板安装不当等原因，使轴承钢钢材表面刻划出沟槽，称为刮伤或划痕。炉渣和各种耐火材料，在钢浇注过程中未浮在钢锭头部，而集聚在钢锭表面，钢锭修整时，又未清理掉，因此就会在钢材表面形成夹渣。
轴承钢钢材在加热过程中，表面要发生氧化作用，炉气中的氧与钢材表面的碳进行氧化反应，形成气体，使钢材表面的碳量低于规定数值称为脱碳。脱碳对高碳轴承钢来说是一个严重的缺陷，往往造成轴承零件表面脱碳，淬火后的硬度达不到技术要求。
钢液在浇注后的冷凝过程中，由于体积收缩而在钢锭的中心部位形成孔洞，称为缩孔。为了减少缩孔钢材的危害，在钢液浇注、结晶过程中要采用合理的工艺，使体积收缩而形成的孔洞移向钢锭的头部，在钢锭开坯后，将缩孔部分切掉。但是，由于浇注、冷却工艺不当，如定尺不合理、钢锭头部保温不足、开坯后锭头部位切除量少等，常会使缩孔残留在钢材内，而在低倍检查时，就会显示出来。
经酸洗后的钢样横向截面中心或其附近区域呈现短小、不连续，一般呈辐射状态分布的发丝状开裂，或在轴承钢钢材的纵向断口上出现表面光滑，形状近似圆形或椭圆形的银白色斑点，称为白点。白点形成的原因，一是钢中氢气的存在，二是钢材锻造后在600～300℃没有缓冷，氢气未充分扩散，产生组织应力而开裂。有白点的钢材或零件，其纵向、横向机械性能都有显著下降，故有白点的钢材或零件没有使用价值。
钢锭或钢坯在锻造加热时，温度过高，表面层沿晶界处被氧气侵入而产生氧化物。在晶界处和枝晶轴间的一些低熔点化合物发生熔化，以致在冷凝后形成裂纹或孔洞，这种现象称为过烧。钢材过烧后，再锻时将引起开裂，即使不开裂，其强度和冲击韧性都会大大降低，故不能使用。
轴承钢在液体状态溶解气体的能力比固态时大，钢液在冷凝过程中，气体从钢液中逸出，如来不及排出，则形成气孔。此外，钢锭模烘烤不良，会在钢模表面存在水分或气体；钢锭模内表面涂料不良，会形成大量气体，这些水分或气体来不及排出钢液，则形成皮下气泡。气泡的存在大大地降低了钢材的强度。
在钢液冷凝过程中，由于轴承钢中碳、铬、钨、磷等元素结晶、扩散速度不同而形成的化学成分不均匀现象称为偏析。偏析的存在会给以后的变形加工造成困难，例如：硫的偏析易产生热脆，磷的偏析易产生冷脆。偏析的存在易引起金属疲劳断裂。
轴承钢钢液在冷凝过程中，由于体积收缩而引起的细小孔隙称为疏松。分散分布的细小孔隙称为一般疏松。分布在钢材中心部位的细小孔隙称为中心疏松。疏松降低了钢材的致密度，使机械性能显著下降，降低轴承的使用寿命。
轴承钢在冶炼、浇铸过程中，由于钢液内各成分之间、钢液与炉衬之间接触所引起的化学反应产物、脱氧产物，以及炉壁、出钢槽、钢水包等耐火材料剥落而进入钢液，这些进入钢液而未排出的非钢液物质称为非金属夹杂物。非金属夹杂物在轴承钢中的存在，是降低轴承使用寿命的主要原因之一。
轴承钢的冶金检验方法
轴承钢钢材表面质量通常用肉眼检查。退火及未退火的热轧钢材必要时可用风动或电动手提砂轮磨成螺旋槽进行检查；冷拉退火条钢和钢管可用细的平锉刀在整根材料上锉成三到四处圆周光面，用肉眼检查；钢丝盘料通常也用肉眼检查，也可采用酸洗检查，即在盘料的两端各取250mm长的钢丝，按低倍酸洗工艺酸洗后肉眼检查其表面。
尺寸精度检验方法：退火和不退火的热轧圆钢，用读数值为0.1mm的游标卡尺或卡规进行尺寸精度检查。冷拉条钢和钢丝用分度值为0.01mm的千分尺进行检查。热轧和冷拉钢管的外径尺寸和壁厚差分别用读数值为0.1mm的游标卡尺和分度值为0.01mm千分尺检查。冷轧钢板和钢带的厚度用千分尺检查。钢材的长度、宽度用钢直尺检查。各种钢材（除盘料外）的弯曲度可用双直尺或塞尺检查。
鉴别钢种一般用手提看谱镜和火花鉴别法进行检查。手提看谱镜是一种半定量的光谱仪器，能够半定量地检查出钢中的主要合金元素，如铬、锰、镍、钼、钨、钒等。光谱检查可以查明被检钢材的钢号及有无混钢情况。火花检查是根据火花特征判断被检钢材的钢号。
对于冷拉退火条钢和热轧退火钢材要进行布氏硬度检查。布氏硬度试验方法按GB231—84标准进行。直径30mm以下的冷拉及热轧退火钢材应进行断口检查。在钢材一端切出缺口后用锤击断或用压力机截取断口试样，然后用肉眼检查断面上是否有缩孔、白点、裂纹，过烧等缺陷。
直径大于30mm的退火钢材和不退火钢材一般都检查低倍组织。即在钢材的一端用锯床（退火材）和砂轮切割机（不退火材）切取厚度为12～15mm的圆片试样，试样被检的一面用磨床磨平。经热酸洗后用肉眼检查是否有偏析、疏松程度、缩孔、白点、裂纹、过烧等缺陷。热酸洗用50%的工业盐酸水溶液，加热到70±5℃，酸洗时间为30~40min，试样取出后用碱水冲洗，然后用80℃热清水冲洗净。
化学成分一般按炉号取样分析。钢号的各种元素成分分析方法按国家标准规定进行。化学分析方法比较慢，不适用于生产现场；由于光谱科学的发展，目前，在生产厂一般采用光谱分析方法来分析检验钢材的化学成分。
高倍组织用金相显微镜进行检查。检验的项目有：退火组织（放大500倍）、脱碳层深度（放大100倍）在钢材的横向截面上检查；碳化物液析、带状碳化物、非金属夹杂物（放大100倍）在钢材的纵向截面上检查。为了减少试样数量，网状碳化物的检验可与带状碳化物、碳化物液析用同一试样在纵向截面上检查，有疑问时，再以横向截面检验结果为准。
篇8
摘要：热处理是机械工程中常用的一种金属热加工工艺，其本质是对材料表面和内部组织结构的改变，进而引起其性能改变。本文在继承和改善传统热加工工艺的基础上，进行存优去劣，进行必要的措施改进，同时引入现代的热加工新工艺，以40Cr钢的热处理工艺分析为例，浅谈一下热加工的传统工艺、存在的缺陷不足及措施跟进，同时介绍一下现代的新工艺，抛砖引玉，希望得到各位专家和老师的指正。
关键词：热处理40Cr钢传统工艺措辞跟进现代新工艺
热处理在机械制造中占据着非常重要的地位，它一般不改变工具的形状，也很少改变其化学成分，而是改变工具内部的细微组织，或工具表面的化学成分，从而改善其基本的使用性能以及工艺性能。
为了使金属工具获得所需要的物理性能和力学性能等，除了选用和使用材料与成型工艺之外，选用恰当的热处理工艺不可或缺，而钢铁是机械工业中所使用的最广泛的材料，是热处理的重要对象和主要内容，可通过热处理给予适当控制，达到需求的目的。
40Cr钢是一种中碳调制刚，价格适中，加工也比较容易，通过热处理，可以达到一定的耐磨性、韧性和塑性，该刚在550-570摄氏度之间时，具有最佳的综合的力学性能，适合高频淬火等表面硬化处理，且在生活中应用广泛，深受欢迎，本文将以此为例，进行论述。
一、热处理传统工艺分析
钢铁材料在很早就被人们发现，其性能因温度和加压等因素而改变，为了提高钢的硬度，淬火工艺得到发展，与此同时，人们还研究了热处理过程中，防止金属氧化和脱碳的方法等。40Cr钢中的Cr能增加刚的淬透性，提高其硬度和回火的稳定性，经调制和淬火后，分别能承受中等和高等负荷的工作强度和速度，应用广泛。
1.40Cr钢热处理传统工艺概述
热处理工艺大体可分为整体、表面和化学热处理三种，根据40Cr钢的加热介质、温度和冷却法的不同，可采用不同的热处理工艺，获得不同的性能，获得需要的金相组织，以获得需要的力学性能。
在整体的热处理工艺中，大致有“退火、正火、淬火和回火”等基本工艺，例如40Cr钢的退火工艺，将其加热到适当温度，进行缓慢冷却，获得其良好的使用性能，或者为淬火做准备。另外40Cr钢的正火处理，将工件加热至合适的温度后进行冷却，其效果与退火相似，只是获得的内部金属结构组织更为精细，能够改善40Cr钢的切削性能，或作为其最终的热处理。
在40Cr钢的淬火处理中，将其加热保温后，在水、油或其他有积水溶液和无机盐等溶液当中进行快速冷却，使之变硬，同时也变脆。为了降低40Cr钢的的脆性，进行适当的回火，这“四把火”通过不同的热处理工艺，使40Cr钢材料的工件或的一定的强度和韧性，进行调制后，这种传统的热处理工艺成为时效处理。
此外40Cr钢的热处理工艺当中，可以将热处理与压力加工形变相结合，使其获得很好的强度和韧性，即形变热处理，或在真空中进行的真空热处理等，是40Cr钢的工件不氧化，不脱碳，保持光洁性，提高性能。
在常用的表面热处理工艺中，通过加热40Cr钢的表层，使其暂时达到高温，运用火焰淬火和感应加热热处理方法等进行加工。在现代，我们常常渗透运用化学热处理的工艺方法，改变工件表层的化学成分，组织和性能的金属热处理工艺，使其渗入各种需要的化学元素，或再次进行适当的热处理，如淬火及回火等。
在40Cr钢的热处理当中，需要符合其规范的标准，根据标准GB/T3077-1999，40Cr钢的淬火加热温度、回火加热温度、抗拉强度、屈服点、断后伸长率、断面收缩率等各种要求有标准的规范，而在上述传统的热处理工艺当中，因为存在各种缺陷，而造成40Cr钢热处理当中的各种问题等，造成加工的失败和不足，影响目的的达成。
2.40Cr钢热处理传统工艺不足及措施跟进
在40Cr钢的热处理工艺当中，有可能获得的金属材料硬度过高，塑性过低，含有残余应力，容易开裂等，在上述传统的热加工处理中，进行必要的手段补充，进行工件的优化处理，在40Cr钢的正火中，将钢件加热到其上临界点温度，以30～50℃保持适当时间后，在静止的空气当中进行适当的冷却，提高其性能，细化颗粒，消除组织缺陷，改善切削加工性能。另外，通过补充盐浴淬火，马氏体分级淬火等方法，提高工件硬度、强度和耐磨性，通过调碳和渗碳等方法，是工件表面具有高硬度和耐磨性，而中间保持良好的韧性和塑性。
此外，针对40Cr钢的热处理工艺要求，我们针对不同的问题，进行有效的针对性措施。完全退火的加热温度保持在825-845℃，保温约2h，炉冷250HBS细化颗粒，改善组织，消除残余应力，正火需加热850-880℃，出炉空冷少于250HBS，目的同上，去应力退化加热约为680-710℃之间等，这些需要在实际操作当中进行有效控制。
另外在40Cr钢工件的调制的淬火中，在实际中我们需要进行适当控制，在40Cr钢工件的淬火后应采用油冷，40Cr钢工件的淬透性好，在油中冷却能淬硬，而且变形较小，倾裂程度小，如果用油比较紧张，要求并不太高的工件，可以在水中淬火，严格掌握入水、出水的温度。如果调质后，硬度仍然偏高，第二次的回火温度要增加20-50摄氏度，40Cr钢工件高温回火后，在油中和水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响，回火冷却后，进行应力消除处理。
此外，除了调质工件质量和操作工水平外，还要考虑到设备、材料和调质前加工等多种因素。例如，当工件从加热炉转到冷却的时间较缓慢时，工件如水的温度已低于Ar3临界点，会产生部分分解，工件得不到完全淬火组织，达不到硬度要求，所以小零件的冷却液要有速度，大工件的预冷要掌握好时间。
工件的装炉量要合理，以1-2层最好，否则工件相互重叠会导致加热不均匀，从而导致硬度不均匀。工件入水的排列也要保持一定的距离，过密的排列会使工件近处蒸汽膜破裂受阻，造成工件表面硬度偏低。此外，烤炉淬火，不能一下淬完，应该根据炉温的下降的程度，在中间进行适度的闭炉，重新升温，使前后工件淬火后硬度一致。
对于冷却液的温度，10%盐水的温度不能高于60℃，其中不能含有油污、泥浆等杂质，避免硬度不足和不匀的现象。未经加工毛坯调质，硬度会不均匀，要得到良好的调质质量，毛坯应进行粗车，棒料要进行锻打。过程要严把质量关，淬火后，硬度如果降低了1-3个单位，可以适当调整回火的速度，来达到硬度的要求，但是如果淬火后工件硬度过低，必须重新淬火，决不能只施以低温回火，达到合格的要求。
一般情况下要求淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度为HRC52-60，火焰淬火能达到HRC48-55。
3.热处理变形的预防
40Cr钢工件变形的原因有多种，分析其原因，掌握其变形规律，采取相关的有效措施，我们完全可以控制变形。在选用40Cr钢时，首先要选择质量好的工件及材料，如果其碳化物偏析严重，应该首先进行合理锻造，并进行调质热处理，对于较大和不容易锻造的模具钢工件，可以进行固溶双细化热处理。
其次，40Cr钢模具结构设计要合理，厚薄不能相差太大，形状要对称，对于变形大的工件，要提前预留加工余量，对于大型、精密和复杂的工件采用组合结构。工件首先要进行预热处理，以消除机械加工过程中产生的残余应力。
对加热温度进行合理的选择和控制，例如可以采取缓慢加热、预热和其他的均衡加热的方法来减少工件热处理时的变形。在保证其硬度的前提下，尽量采用预冷和分级冷却淬火工艺进行。
对于精密复杂的工件，可以采用真空加热淬火和淬火后的深冷处理，或者进行预先的热处理，时效的热处理和调质氮化热处理来控制精度。此外，如果存在砂眼、气孔和磨损的缺陷时，可以使用冷焊机等热影响比较小的修复设备以避免修补过程中变形的产生。
此外，在40Cr钢的热处理操作中，采用绑孔、堵孔、机械固定等方法，正确选择冷却的方向和冷却介质的运动反响等，同时兼之以合理的回火热处理工艺，也能够减少工件的变形。
二、热处理子工艺学概述
在40Cr钢的热处理操作中，退火热处理，硫化热处理，硬化热处理和消除应力热处理等方式，在工件的成型过程中有着重要的作用，表面淬火回火热处理通常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要技术参数是表面硬度、局部硬度和有效硬化层深度。
可通过维氏硬度计测试热处理工件表面硬度，可选用0.5～100kg的试验力，测试薄至0.05mm厚的表面硬化层，另外，有效硬化层深度也可选用维氏硬度计，其次，表面洛氏硬度计也是十分适于测试表面淬火工件硬度的，操作简单方便、迅速、可直接读取，或者当表面热处理硬化层较厚时，采用洛氏硬度计，也可可采用HRA标尺等。
如果零件局部硬度要求高，可用感应加热方式进行淬火热处理，零件的硬度检测要在指定区域内进行。可采用洛氏硬度计，或者利用化学热处理使工件表面渗入化学元素，改变工件表面的化学成分和性能。经淬火和低温回火，使工件表面具有高硬度、耐磨性，芯部具有高的强韧性。
在热处理过程中要对温度进行精确的的检测和记录，温度控制与否对产品的影响很大，在整个过程中温度的变化趋势也显得十分的重要，导致在热处理的过程中必须对温度的变化进行记录，方便数据分析，对以后的热处理改进起到作用。
三、热处理现代新工艺
热处理的工艺技术不断发展更新，对加热和冷却技术进行改革，发展至今，出现了真空热处理，可控气氛热处理和形变热处理等，以及创造新的表面热处理工艺等。
针对新工艺发展的方向，概括之，主要在“提高工件强度和韧性，增强抗疲劳和耐磨能力，进一步减轻加热中的氧化和脱碳，减少变形，进一步节约能源，减低成本，提高效益，减少污染”等方面努力。
1.可控气氛热处理
就是在炉气成分可以控制的炉内进行的热处理，防止工件表面化学反应的可控气氛称保护气氛。具有避免钢件氧化和脱碳，节约钢材，提高质量等优势，保证尺寸精度。例如，某些形状复杂且要求高弹性的工件，可用低碳钢冲压成形，穿透渗碳，代替高碳钢。它包括吸热式气氛、放热式气氛、放热-吸热式气氛、滴注式气氛等。
2.真空热处理
真空热处理减少变形，减少和防止氧化，可以净化表面，表面的氧化物发生分解，工件可得到光亮的表面，真空热处理的去气作用，改善钢的韧性，提高工件使用寿命。减少或省去清洗和磨削加工工序，改善劳动条件，实现自动控制。真空退火、真空淬火和真空渗碳方面。
3.形变热处理
形变强化和热处理强化都是金属最基本的强化方法。是将塑性变形和热处理有机结合，提高材料机械性能的复合热处理。
形变热处理可分为三种基本类型：在相变前进行形变；在相变中进行形变；在相变后进行形变。不管哪一种方法，都能获得形变强化与相变强化的综合效果。常见的有高温形变热处理、中温形变热处理等方法。
4.表面气相沉积
气相沉积主要分化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两种，化学气相沉积是使挥发性化合物气体发生分解或化学反应，在工件上沉积成膜。得到不同的金属、非金属或化合物镀层。物理气相沉积包括真空蒸发、溅射、离子镀三种方法。
气相沉积镀层的特点是附着力强，均匀，快速，它能制备各种耐磨膜，以及其它功能性薄膜。在机械制造、航天、原子能、电器等方
面应用广发。
综上所示，热处理工艺正在不断向着“优质、高速、高效、便捷”的方向迈进，我们应该与时俱进，锐意创新，融合传统和现代工艺的新方法，创制出更加符合于实际的新技术。
参考文献：
［1］中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》机械工业出版社2005
［2］《金属热处理》编辑部《金属热处理》2000-01
［3］大连工学院《金属学及热处理》2010-07
篇9
关键词：钢渣; 矿渣;水泥; C-S-H; 钙矾石
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
我国是世界上最大的水泥生产国，水泥生产中排放大量的二氧化碳和其它环境污染物，水泥行业已经被国家列为必须进行低碳治理的重点，研究水泥替代品减少水泥或水泥熟料的使用量对我国的可持续发展和环境保护具有重要意义。
钢渣是钢铁企业的主要废渣之一，排放量约为钢产量的15%～20%，我国作为世界上最大的钢铁生产国，2013年钢渣排放量为10127 万吨，利用率仅为30%[1]。钢渣与水泥熟料的化学成分较接近[2-5]，可以替代部分水泥熟料通过水化作用给反应体系提供活性硅氧四面体和Ca（OH）2。矿渣作为混合材用于水泥生产和作为矿物参合料用于配制混凝土已在我国取得良好效果。钢渣与矿渣复合可以相互激发、相互促进水化，产生复合超叠加效应。但钢渣水化释放Ca（OH）2的速度较慢[6]，对矿渣水化的早期激发作用不明显，导致体系早期强度低，而富含Ca2+的电石渣在水化反应早期即可为体系提供Ca（OH）2，所以适当掺入电石渣可提高体系早期强度。
钢渣矿渣等工业废渣在胶凝材料中的高掺量使用不仅能提高固体废弃物的利用率而且随着水泥熟料生产的环保成本不断提高会给企业创造更大的利润空间。
水泥和混凝土发展一百多年来的理论和实践都证明C-S-H凝胶、类沸石相和钙矾石类矿物均是对水泥基材料强度产生贡献的主要水化产物。而水泥基材料的耐久性则由水化产物的比例、硬化材料的密实度和骨料的稳定性等多方面的因素决定。水化产物中的C-S-H凝胶的类沸石相都是通过物料中的硅（铝）氧四面体的解聚、迁移和再聚合而形成的。因此水泥粉体中的各种物料在水化反应过程中能够提供可解聚的硅（铝）氧四面体的能力和速度是决定水泥基材料强度发展的重要因素。实际上粒化高炉矿渣的二元碱度和四元碱度都接近于1，而水泥熟料的二元碱度和四元碱度都接近于3，因此粒化高炉矿渣能够提供可解聚的硅（铝）氧四面体的潜能是水泥熟料的2-3倍。
随着粉磨技术的不断进步，近些年来超细粉末的能耗和成本比20年前下降了数倍。特别是近几年来过饱和蒸汽动力大型气流磨机的初步工业化运行，给大幅度进一步降低超细粉末的能耗和成本创造了更大的潜在空间。
此外，我国治理雾霾、产业结构转型、全球减排温室气体等都对大幅度降低我国水泥熟料的总产量提出了迫切需求，并会使生产水泥熟料的环保成本和能耗成本越来越高。
本文是基于上述背景，试图通过“梯级粉磨”的方法对矿渣粉进行超细粉末，然后在钢渣、电石渣和脱硫石膏的多组分协同激发作用下，开发出能够用于某些特殊场合（如地下大型混凝土基础、地下胶结充填）的低碳无熟料水泥。
1.实验原料及方法
1.1实验原料
钢渣：采用鞍钢集团矿渣开发公司的转炉钢渣经破碎和磁选后的尾渣，为了使钢尾渣的的综合利用价值最大化本试验以分级利用为基本出发点，用0.074 mm和2 mm标准筛筛分，筛取粒度0.074 mm至2 mm钢渣细颗粒备用。
矿渣：采用鞍钢集团矿渣开发公司的S75级商品矿渣粉，其表面积为360m2. kg-1。质量系数K矿=（w（CaO）+w（MgO）+w（Al2O3）/（w（SiO2）+w（MnO）+w（TiO2））=1.53。矿渣的质量系数越大，活性系数越高。
电石渣：采用河北盛华化工有限公司的电石渣，标准筛筛取粒度为2mm以下备用。
石膏：采用北京石景山热电厂提供的脱硫石膏，主要矿物成分为二水石膏（CaSO4・2H2O），含有少量其它杂质。
主要实验原料的化学成分分析结果如表1所示。
表l 实验原料化学成分
原料
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
P2O5
MnO
钢渣
0.56
12.87
1.85
18.04
8.52
12.02
41.39
1.64
2.26
电石渣
30.11
3.45
1.94
0.078
0.29
―
59.54
0.16
0.001
矿渣粉
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实验方法
1.2.1实验步骤
1.2.1.1 原料准备
（1）原料的烘干：将需要粉磨的各物料烘干至含水率小于1%。
（2）磨细：采用SM500×500型号的试验磨机，并将其中的研磨介质等量替换成5cm长的磨段。首先将1180g矿渣粉粉磨1小时，粉磨后比表面积为520m2・kg-1。然后将筛好的300g钢渣颗粒倒入磨机混磨45 分钟，最后将电石渣400 g和120 g石膏倒入再混磨15 分钟，混磨后比表面积为350 m2・kg-1，混磨后的原料密封备用。
1.2.1.2 试块成型与养护
（1）按实验所需比例分别称量磨细的胶凝原料，将其混合均匀后倒入水泥净浆搅拌锅内，加入胶凝材料标准稠度下的用水量，按GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中水泥净浆的拌制相关规定进行搅拌，搅拌好后将料浆倒入30 mm×30 mm×50 mm模具中，借助胶砂振动台振实成型。
（2） 成型后的试件覆盖塑料薄膜放入温度20±1 ℃、相对湿度95%以上的标准养护箱中进行养护，24 h后拆模。拆模后在水泥自动养护水箱中于20±1 ℃养护至1 d、3 d、7 d、28 d龄期时取样进行XRD和SEM分析。
1.2.1.3 抗压强度测试
胶砂强度试验按 GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行检测。胶砂比为 1：3，水胶比0.5，成型尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的试件，在温度20±1 ℃、相对湿度不小于90%环境下养护24 h后脱模。脱模后在同样温度条件下养护至强度试验龄期分别测试 3 d和 28 d 龄期的抗压强度和抗折强度，取三块强度相同的试样的平均值记录结果。
1.3水化产物测试方法
试验通过以下几种分析对无熟料钢渣矿渣水泥的水化产物进行分析：
（1） X射线衍射分析（XRD分析）
将胶凝材料水化样品，用玛瑙研钵研磨至200 目以下，采用日本理学D/max 2550 VB+ 18 KW转靶XRD分析仪对样品进行XRD分析。
（2） 场发生扫描电镜分析（FSEM分析）
试验采用德国蔡司公司生产的场发射电镜（SUPRA 55， Carl Zeiss）观测胶凝材料的净浆块各个龄期水化产物的形貌。
2.胶凝材料配合比的确定
2.1 抗压强度影响因素正交试验
2.1.1试验因素和水平的确定
根据经验和前期的探索性试验，确定了各个因素的水平（根据掺量百分比，确定其它三因素的水平，剩余的即为矿渣掺量）。正交试验采用胶砂试块进行，水胶比为0.5。试验采用3个因素，按照3个水平进行正交试验设计，表2给出了各个影响因素及水平。
表2 正交试验影响因素和水平
水平
因素
A钢渣
B电石渣
C脱硫石膏
1
15
20
6
2
20
25
8
3
25
30
10
2.1.2试验结果与分析
以试样3d、28d 的抗压强度作为考察指标，采用功效系数法对试验结果进行分析，试验方案与分析结果见表3。
表3 3d和28d抗压强度的功效系数与极差计算表
试样号
配比（wt%）
抗压强度
功效系数
总功效系数
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，综合考虑3 d，28 d的抗压强度，编号1（即钢渣15%，电石渣20%，脱硫石膏6%，矿渣粉59%，水胶比0.5）试样功效系数最高;编号4（即钢渣20%，电石渣20%，脱硫石膏8%，矿渣粉52%，水胶比0.50）试样功效系数同样高。由K值看出最好的试验条件是A1B1C1 ，又由极差R值的大小看出，对于总功效系数d，因素的主次顺序是A>C>B。
综上所述，最佳试验条件是A1B1C1，即钢渣15%，电石渣20%，脱硫石膏6%，矿渣粉59%，水胶比为0.50。
3.胶凝材料水化产物及微观结构分析
3.1胶凝材料水化过程XRD分析
为充分研究此胶凝体系的水化反应过程，避免骨料干扰，按照试样1的比例制备出1号净浆试块，图1为1号净浆试块在标准养护条件下龄期为1d、3d、7d、28d的XRD图谱。图中1d、3d、7d和28d谱线分别表示在标准养护条件下，1天、3天、7天和28天净浆试块的XRD谱线。
图1 1号净浆试块不同龄期的XRD谱图
由图1可以看出无熟料钢渣矿渣胶凝体系在早期的水化反应中就已生成大量C-S-H凝胶（2θ=30°附近的弥散峰）及AFt[7]。1d龄期的谱线可看到，除了水化产物C-S-H凝胶和AFt外，还存在部分未水化的脱硫石膏和C3S、C2S。随着龄期的增长，C3S和C2S的衍射峰有所降低。这是由于未反应的C3S、C2S在后期逐渐水化成了C-S-H凝胶，提高了试块强度。另一方面，作为激发剂的脱硫石膏随着水化过程的深入不断减少，同时，AFt的生成量随着水化的深入有明显的增加，可进一步促进胶凝材料强度的提高。到28d时试块中脱硫石膏的衍射峰还是比较明显，说明后期试块的强度还有一定的上升空间。
3.2胶凝材料水化过程SEM分析
该配方胶凝材料1天、3天、7天、28天水化产物的SEM图分别如图2、图3、图4和图5所示。其中（a）为净浆试块放大10000倍时的SEM照片;（b）为净浆试块放大30000倍时的SEM照片。
从图2中可以看出，净浆试块水化1天时即生成了大量的C-S-H凝胶，同时可见凝胶表面有钙钒石生成，尺寸较小，长度为几百nm;图 6（a）为水化 1d 龄期的棒状物质的能量色散谱的元素分析图谱，结果表明该水化产物与图1中的XRD 分析相吻合，确定棒状物质为钙矾石，此时钙矾石的形成主要是在电石渣参与下由脱硫石膏和矿渣水化反应生成。图3中可以看出，当水化进行到3天时，凝胶中的钙钒石逐渐长长，长度约1um，钙矾石空间结构上已经具备交联趋势，内部结构开始变的致密;图4中可以看出随着龄期的增长，水化进行到7天时，棒状钙钒石已颇具规模，矿渣钢渣颗粒空隙基本已被填满。图5可以看出，龄期到达28天时，大量针棒状钙矾石填充在结构骨架中，彼此交叉搭接成密实的网络结构，胶凝材料内部充满了大量凝胶和AFt，内部结构更加致密，力学性能和耐久性能得到进一步提高。图 6（b）为水化28d龄期的水化产物表面晶体的能量色散谱的元素分析图谱，表明该种水化产物与图1中XRD分析相吻合，可以推断出水化形成大量密集分布的树枝状物质为钙矾石。图2-图6说明在标准养护条件下，由于电石渣和矿渣的激发作用，使胶凝材料在水化初期即生成大量C-S-H凝胶和AFt相，保证了胶凝体系的早期强度;体系水化后期，胶凝材料各组分之间的粒级与活性双重协同优化得到充分发挥[8]，钢渣的水化反应不仅给矿渣的水化反应提供了反应相，而且促进矿渣的水化从而形成了连锁激发过程[9]，提升胶凝体系的后期强度。
图2 1号净浆试块水化1天的SEM图 （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
图3 1号净浆试块水化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
图4 1号净浆试块水化7天的SEM图 （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
关键词：高炉废塑料；白色污染；共熔喷吹
中图分类号：TF321.3 文献标识码：A
1 我国废塑料的组成及危害
1.1 废塑料的组成
塑料的主要化学成分是高分子碳氢化合物，密度一般很小，仅为钢的14%到25%，铝的50%左右，通常对酸、碱、盐和有机溶剂有良好的抗腐蚀作用。另外，它还有较高的比强度，加工性能良好。正因为有如此多的优良性能，所以塑料制品被广泛应用于机械、电子、航空航天、汽车、化学、建筑、钢铁、包装、农林渔业以及日用杂件等诸多领域。我国废塑料的种类构成见表1。
表1 我国废塑料的种类构成 %
1.2 废塑料的危害
1.2.1 影响工农业生产的发展
废塑料对我国的工农业发展带来了巨大的影响，在农业发展方面，废塑料长期的累积在土壤中，阻碍了农作物从土壤中营养的吸收，从而影响到农业的产量和质量。废塑料在水域中漂浮，对于水源的取用产生了很大的危害，尤其是在水电站中，会堵塞到机器的运行，为水电站的正常运行带来巨大的影响。
1.2.2 对人与动物的生存构成威胁
对于包装食物的塑料袋是极易引起细菌和病毒残留的地方，这些病毒和细菌通过苍蝇和蚊虫的传播，对人体的健康产生影响。此外，废弃的塑料在高温下分解所产生的有毒物质对人体的各个系统都会产生影响。存在于陆地或者是水中的塑料被动物吞食，会对胃肠道造成影响，影响到动物的健康甚至是生命危险。
1.2.3 影响土地的可持续利用
我国的土地面积正在逐渐的减少，一旦废弃的塑料进入到土壤中，将会在很长时间内都不会腐烂，对土壤的质量有很大的影响，使本来就有限的土地资源受到了极大的压力，严重的影响到我国土地的可持续发展。
2 高炉喷吹废塑料技术简介
高炉喷吹废塑料处理废弃塑料是一种新型的处理方法，其热利用效率高达80%，其中有50%作为还原剂被利用，这是其它方法无法进行比较的，就是在焚烧炉中作为传热和发电时的利用率也只有30%到40%。
我国在高炉喷吹废塑料这方面实际上还处于理论研究阶段，很多工作者做了大量的可行性研究，现就其中的一些作简要介绍。张崇民等对6种废塑料的燃烧过程进行了实验室研究，并计算出它们的动力学参数。研究结果表明：这些样品的燃烧符合一级反应规律，低温段活化能低于高温段活化能45.6。龙世刚等人通过实验室研究了废塑料在不同造粒条件下所得试样在空气、氧气和二氧化碳等不同气氛下的燃烧特性，结果表明：废塑料在氧气、空气和二氧化碳等气氛中燃烧时，氧化性气氛越强燃烧越充分，加热温度为350℃，恒温时间15分钟，高压水压力0.5MPa为最佳热熔法造粒参数。曹枫等用不同的废塑料在空气中燃烧，通过尾气的成分分析比较废塑料和煤粉的燃烧特性，结果表明：随着温度的升高，废塑料热解出部分挥发性的可燃气体，在废塑料粒周围形成空气与可燃气体的混合气层，满足燃烧条件即发生气-气单相燃烧反应。对于热解速度快的废塑料，整个燃烧过程为单相反应，而对于裂解较慢的品种则在油状物发生液-气多相燃烧反应，与煤粉相比塑料着火点较低，燃烧速度快，燃烧后产生的还原性气体较多。部分研究人员对废塑料的脱氯也进行理论研究，如郭小汾等人采用热重法对聚氯乙稀的燃烧过程过了进行了研究，并通过它的微分热重曲线计算出反应动力学参数和聚氯乙稀的燃烧机理，结果表明：PVC的燃烧过程的第一阶段为脱氯阶段，燃烧机理可用三个一级反应表示，第二阶段的活化能和指前因子明显低于一三阶段，此阶段为挥发份释放阶段，升温速率的增加导致反应开始温度升高，并且最大反应速率增加升温速率的增加导致HCL开始释放温度升高。文章在前人理论研究的基础上，对高炉喷吹废塑料进行了一些新的探索，以期能为该技术的工业化应用提供一些基本数据与理论基础。
3 高炉喷吹废塑料工艺新探索
3.1 塑料与煤共熔喷吹技术
在经过了大量实例中得出如下结论，在高炉喷吹的过程中，杜宇氯的含量有严格的标准限制；对于喷吹的废塑料的粒度也有一定的要求，如果粒度过大的话，那么在燃烧的过程中，接触的表面积过小，对于燃烧效果就会有所影响；如果粒度太小的话，那么可能在还没有经过枪口的时候就被枪口的高温所熔化从而粘在喷枪的内壁，严重的情况下可能会造成喷枪的堵塞。为了能够有效的解决这个问题，笔者提出了在高炉喷吹的过程中加入煤来进行共熔喷吹的技术，该项工艺的具体流程如下：首先，通过重力或者是其他方法对于收集到的废塑料进行分类，然后将其进行破碎处理；其次，将粗煤粉进行预热后与破碎的废塑料进行熔融，然后将他们冷却到一定的温度；最后，将煤和废塑料熔融后的物质粉碎到符合要求的粒度，然后喷入高炉中。
3.2 煤与废塑料共熔喷吹的优越性
煤与废塑料共熔喷吹技术与传统高炉喷吹废塑料技术相比，具有有以下优点：
3.2.1 将煤与废塑料进行共熔喷吹，简便了工艺流程，也降低了设备的投入。
3.2.2 煤与废塑料共熔技术是在二者混合之后进行的再次破碎，而不是破碎后进行的混合，这样可以使二者在粒度上更加的符合标准，可以达到共同的粒度要求，减少了因为破碎不统一而影响到生产的效果。
