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碳鋼、低合金鋼、高合金鋼中頻爐熔煉工藝
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碳鋼、低合金鋼、高合金鋼中頻爐熔煉工藝
1中頻爐鑄造碳鋼我國(guó)多年來(lái)沿用的是以鋼的含碳量作為分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。表1列出鑄造碳鋼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于鋼的牌號(hào)，化學(xué)成份和機(jī)械性能的要求，牌號(hào)中的“ZG"表示鑄鋼，其后的數(shù)字表示鋼中碳的重量分?jǐn)?shù)的公稱值，以萬(wàn)分之幾表示。鑄造碳鋼依其雜質(zhì)元素磷和硫含量的高低而分為三級(jí)，磷和硫單項(xiàng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)各低于0.04%的特質(zhì)(Ⅰ級(jí))鋼;低于0.05%的優(yōu)質(zhì)(Ⅱ級(jí))鋼.低于0.06%的為普通（Ⅲ級(jí)）鋼。
一般工程用鑄造碳鋼的標(biāo)準(zhǔn)（GB5676-85）將鑄造碳鋼按照室溫下的機(jī)械性能分為5個(gè)牌號(hào)，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。對(duì)鋼中的基本化學(xué)成分只規(guī)定其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上限，對(duì)鋼中殘余合金元素的限制比較寬。
2中頻爐鑄造低合金鋼
2.1 通用鑄造低合金鋼系列鋼種
在機(jī)械制造中，通用的中頻爐鑄造低合金鋼主要包括錳系、鉻系和鎳系三個(gè)系列。這些系列鋼種是在鑄造碳鋼的成分基礎(chǔ)上進(jìn)行合金化，并通過(guò)相就的熱處理，以獲得比鑄造鋼更高的常溫機(jī)械性能的。
1）錳系低合金鋼
以錳作為主要合金化元素，而以硅、鉬等作為輔助強(qiáng)化元素，構(gòu)成錳鋼、錳硅鋼、錳硅鉻鋼和錳鉬鋼。
2）鉻系低合金鋼
以鉻作為主要合金化元素，而以鉬、鎳等作輔助強(qiáng)化元素，構(gòu)成鉻鋼，鉻鎳鋼。
3）鎳系低合金鋼
以鎳作為主要合金化元素，而以鉻或與作輔化元素構(gòu)成鎳鋼、鎳鉻鋼、鎳鉻鉬系鋼種。
2.2 具有特殊性能和用途的低合金鋼種
根據(jù)對(duì)鑄件提出的特殊使用性能要求，進(jìn)行鋼的合金設(shè)計(jì)，即是有專門用途的鑄造低合金鋼種，其中包括用于厚大截面而又不允許淬火處理的析出強(qiáng)化型低合金鋼，耐熱用低合金鋼，低溫用低合金鋼以及抗磨用低合金鋼等。
3 鑄造高合金鋼
在鑄造高合金鋼中，加入有合金元素總量在10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上，加入的合金元素可以是一種，兩種，或更多種。鋼中含有大量合金元素后，組織發(fā)生了根本的變化。使得鋼具有特殊的使用性能，例如ωMn=13%的奧氏體高錳鋼，具有很高的抗沖擊磨損的性能，又如ωcr=18%、ωNi=的奧氏體不銹鋼，具有很好的耐腐性能等，因此，高合金鑄鋼實(shí)際上是特種鑄鋼。
與特種鑄鐵相比，高合金鑄鋼具有更高的性能，特別是機(jī)械性能，如高鉻抗磨白口鑄鐵，雖有很高的抗磨性，但其韌性則較差，不適于在高沖擊力的作用下工作，而高錳鋼則既有很高的抗磨性，又有很高的沖擊韌性，能經(jīng)受高沖擊磨損。又如高硅鑄鐵在酸類公質(zhì)中有強(qiáng)而蝕性，但其強(qiáng)度很低，極易脆裂。而奧氏體不銹鋼則既具有而蝕性，又有較高的強(qiáng)度和很高的沖擊韌性，適用于經(jīng)受沖擊或震動(dòng)條件下的耐蝕鑄件，如而酸泵的旰輪等。再如高鉻鑄鐵雖有很高的耐熱性，但也是低強(qiáng)度、高脆性的材料，而高鉻鎳鋼和鉻錳氮鋼則具有很高的強(qiáng)度和韌性。因此，高合金益飛中頻爐鑄鋼比特種鑄鐵更適合于在重載荷、沖擊和震動(dòng)條件下工作的機(jī)器零件，比特種鑄鐵具有更大的可靠性和安全性。
由于高合金鋼中含有大量合金元素，故在鑄造性能、焊接性能以及切削加工性能方面均比碳鋼和低合金鋼差。在鑄造性能方面，每種高合金鋼均有其特點(diǎn)，生產(chǎn)上需要根據(jù)其鑄造性能特點(diǎn)來(lái)制定相應(yīng)的鑄造工藝。在焊接方面，一般需要使用特定的合金焊條。有些鋼種焊接時(shí)還需要采取惰性氣體保護(hù)，必在時(shí)還需要在焊前進(jìn)行鑄件預(yù)熱和在焊后進(jìn)行的改善焊接部位組織以及消除焊接應(yīng)力的熱處理等。在切削加工方面，由于高合金鋼種硬度很高，有的鋼種韌性很強(qiáng)，以至于用加工一般碳鋼及低合金所用的刀具和切削工具，不能進(jìn)行加工，而必須采用特定的刀具切削工藝。
3.1 鑄造抗磨鋼（高錳鋼）
在鑄造抗磨鋼中，高錳鋼是最通用的一種。高錳鋼中錳的公稱含量為13%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），牌號(hào)為ZGMn13，鋼經(jīng)過(guò)熱處理后具有單一奧氏體組織，韌性很好，但硬度并不高，但這種奧氏體有加工硬性，鑄件在工作中經(jīng)受強(qiáng)烈的沖擊或擠壓時(shí)，其表面層組織發(fā)生加工硬化，硬度大為提高，因而具有很高的抗磨性。
3.2 中頻熔煉爐鑄造耐蝕鋼（不銹鋼）
鑄造耐蝕鋼的鋼種很多，但基本上都以鉻作為耐蝕的主要合金元素。依照化學(xué)成分和組織可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩類。
1）鉻不銹鋼
鉻不銹鋼的公稱含量為13%，是不銹鋼鋼種當(dāng)中含鉻量**的一種。Cr13型鋼是一個(gè)系列，按照鋼含量不同而分為五種鋼號(hào)，即0Cr13，1Cr13，2Cr13，3Cr13和4Cr13。作為鑄造不銹鋼使用的是耐蝕性較好的ZG 0Cr13和ZG1Cr13兩種。
2）鉻鎳不銹鋼
鉻鎳不銹鋼中鉻的公稱含量ωcr=18%，其耐蝕性能優(yōu)于Cr13鋼。
3.3 抗磨耐蝕合金鋼（不銹鋼）
由于水力發(fā)電和其它工業(yè)的需要，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展了抗磨耐蝕合金鋼，其中典型的是用于制造水輪機(jī)轉(zhuǎn)子和單漿葉片所用的鉻鎳鉬馬氏體不銹鋼和析出硬化型鑄造不銹鋼。
抗磨耐蝕不銹鋼也是以鉻為主要耐蝕合金元素的，為了使鋼具有高硬度，應(yīng)使鋼具有馬氏體組織。為此在鋼中添加鎳和鉬，以便在鉻鎳的聯(lián)合作用下，使鋼具仍很高的淬透性，從而使大型厚壁鑄件能在油淬或空泠條件下，得到沿全斷面厚度的馬氏體組織。在析出硬化型不銹鋼中，由于有彌散硬化相在馬氏體基體上析出，因而更進(jìn)一步提高了鋼的硬度和抗磨性。為了保證有良好的耐蝕性和焊接性，這類鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較低，一般在0.1%以下。
3.4中頻電爐鑄造耐熱鋼
耐熱用低于合金鋼在400℃以下的溫度具有抗氧化性，并能保持其強(qiáng)度，但在更高的溫度下具有耐熱性，就需要用高合金鋼。
鋼的高溫性能包括抗氧化性及熱強(qiáng)性兩個(gè)方面，抗氧化性是鋼在高溫下具有對(duì)氣體介質(zhì)的氧化腐蝕的穩(wěn)定性，熱強(qiáng)性則是鋼在高溫下能長(zhǎng)期保持承受機(jī)械負(fù)荷的能力。高溫下使用的鋼種即按照這兩種性能而分為兩類。
1）耐熱不起皮鋼（抗氧化鋼），這是在高溫下具有良好的抗氧化性的鋼，但對(duì)鋼的高溫強(qiáng)度無(wú)嚴(yán)格要求。
2）熱強(qiáng)鋼，這是在高溫下既具有良好的抗氧化性，又能長(zhǎng)期保持高強(qiáng)度的鋼。
生產(chǎn)上所用的耐熱溫度在800℃以上的鋼有鉻耐熱鋼、鉻鎳耐熱鋼、鉻錳氮耐熱鋼和鋁錳耐熱鋼等四大類。
3.5 中頻爐鑄造熱強(qiáng)鋼
1）鋼在高溫下的強(qiáng)度及熱強(qiáng)性
鋼在高溫下受力時(shí)，發(fā)生兩種現(xiàn)象，即軟化和蠕變。軟化的表現(xiàn)是強(qiáng)度降低，而塑性升高。蠕變的表現(xiàn)是鋼在高溫下受力時(shí)，在應(yīng)力不變的條件下，其變形量不斷增長(zhǎng)，直至**斷裂。
2） 低體熱強(qiáng)鋼
熱強(qiáng)鋼通常按其金相組織而分為珠光體型、馬氏體型和奧氏體型。前兩種含的強(qiáng)化元素較少，熱強(qiáng)性較差，一般用于600℃以下的溫度。奧氏體能固溶大量合金元素，有利于提高鋼的熱強(qiáng)性。因此，在600。C以上的溫度使用的熱強(qiáng)鋼，基本上都是奧氏體型
在更高溫度（800℃以上）使用的熱強(qiáng)性材料已不是鋼（鐵基合金），而是鎳基合金或鈷基合金了。
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