特殊鋼的生產與應用

特殊鋼是指具有特殊的化學成分（黃金化）、特殊的工藝、特殊的組織和性能、特殊需求的鋼類。與普通鋼相比,特殊鋼具有更高的強韌性、物理性能、化學性能、生物相容性和工藝性能。在特殊鋼中,除了優質碳素結構鋼、碳素彈簧鋼和碳素工具鋼外,其余均為合金鋼。一般合金鋼約占特殊鋼生產量的70%。目前世界上有近2000個特殊鋼牌號、約50000個品種規格、數百個特殊鋼材料、品種規格和檢驗標準。與普通鋼相比,特殊鋼具有高純凈度、高均勻性、超細組織和高精度等特點。特殊鋼因性能多樣化和服役性能優良,故其在能源開發、交通運輸、石油化工、機電制造、輕工紡織、食品飲料、醫藥衛生、信息技術、日常生活及國防軍工等諸多領域均得到應用。從世界范圍看,特殊鋼產量占鋼鐵總產量的比例基本穩定,除瑞典的特殊鋼比達到世界特殊鋼產量40%～50%外,多年來其余國家的特殊鋼比均在15%～20%之間。目前,特殊鋼生產全球化的進程加速,集約化、專業化生產程度不斷提高,世界先進國家不斷采用新工藝、新技術以提高鋼的綜合性能,并與汽車工業等下游產業加強聯系,又推動了特殊鋼行業的新產品開發和技術進步。工業發達國家在鋼產量達到最高點后,其繼續發展的共同點是以特殊鋼國際市場為目標,瞄準各類高技術含量、高附加值的特殊鋼產品,加強研究開發,搶占全球市場份額。國外特殊鋼企業,從上個世紀80年代起(特別近10年來),大多進行了一定的專業化改組、改造。特殊鋼產業向生產專業化、規模效益化、質量高級化以及產品的深加工方向邁出了一大步。世界鋼鐵行業格局新世紀以來,鋼鐵工業發展的基本態勢是向集約化、高技術化以及產品成本降低方向發展。瑞典是世界上特殊鋼比(約40%～50%)最高的國家,其特殊鋼生產和出口約占70%左右。該國特殊鋼結構的調整不是單純追求產量的擴張,而是緊緊圍繞市場,以滿足客戶對產品的質量要求為前提,把相同或類似的產品合并集中生產,形成拳頭產品,以此提高在國際市場上的競爭力。經過重組、兼并和參股,目前只剩下生產高速鋼、工具鋼、不銹鋼和軸承鋼的Avesta、山特維克及SKF等公司。每一類鋼種由一家企業生產的格局,即專業化生產,使瑞典工具鋼、軸承鋼、高速鋼、不銹鋼板帶、不銹鋼焊管還有高強度鋼都成為世界的名牌,而且優、特殊鋼產量占55%,其中合金鋼占50%。法國于齊諾爾、薩西洛爾兩個鋼鐵集團公司合并為于齊諾爾集團,進行了結構調整。實現了資源的合理配置和專業化分工,形成了以索拉克公司為主的板材生產基地,以尤金公司為主的不銹鋼生產基地和以Aster公司為主的特殊鋼生產基地。德國蒂森克虜伯公司也進行了結構調整。1994年收購了意大利的AST公司;1995年克虜伯公司和蒂森公司的不銹鋼業務合并,形成了蒂森克虜伯不銹鋼公司;1997年將墨西哥不銹鋼公司(MXX)的股權提高到90%;1998年成立上海克虜伯不銹鋼公司。目前蒂森克虜伯不銹鋼公司共有5個子公司,其中在德國的不銹鋼粗鋼年總產能為130萬t;在意大利AST公司的粗鋼年總產能為190萬t,生產不銹鋼、電工鋼和特種碳素鋼;墨西哥不銹鋼公司和上海克虜伯不銹鋼公司生產冷軋不銹鋼;總部設在德國的克虜伯VDM公司生產鎳基合金。該集團不銹鋼冷軋板材的生產能力為165萬t,目前是世界上第二大不銹鋼生產廠。蒂森克虜伯不銹鋼公司產品已占全世界市場份額的15%。2000年新成立的阿塞洛(Arcelor)集團的不銹鋼產品占全球不銹鋼市場份額的25%～28%。阿塞洛集團原3家鋼鐵公司的不銹鋼煉鋼產能為260萬t,2004年達到320萬t。美、日等國家鋼產量達到最高點后,雖然數量不再增長,但鋼鐵工業并非不再發展,其繼續發展的共同點是優、特鋼,合金鋼比重上升。歐洲、美國、日本鋼鐵產品已經向特、精、高的方向發展,向深加工、高附加值的產品發展,向低成本、高效率、生態型企業發展,以確保鋼鐵工業可持續發展。特殊鋼生產情況國外生產特殊鋼的國家主要有日本、德國、法國、瑞典、意大利及英國等,各國特殊鋼占世界特殊鋼市場份額如圖1所示。由圖可知,日本特殊鋼產量占世界特殊鋼市場的30%,德國占20%,法國和瑞典分別占12%左右。日本特殊鋼生產和應用水平是工業化國家的典型,近年來日本特殊鋼的產量基本上穩定在1400萬t,特殊鋼比為15%左右。國外生產特殊鋼的廠家較多,2000年鋼產量超過30萬t的電爐鋼企業超過150家。圖2所示為主要產鋼國特殊鋼產量占鋼總產量的比例。瑞典鋼鐵工業經過如圖3所示的3次重大調整后,目前,瑞典的特殊鋼比已成為世界上最高的國家,瑞典鋼鐵工業占其工業凈產值的4%,鋼材產量約為500萬t,80%出口。雖然其鋼產量較小,但特殊鋼在瑞典和全球市場具有極強的競爭力。瑞典的鋼鐵業以特殊鋼生產見長。其特殊鋼占鋼產量的50%,平均連鑄比69%,其中特殊鋼連鑄比占世界總產量的60%,特殊鋼中高合金比達到50%。西班牙在20世紀80年代進行了特殊鋼的結構調整,形成了一個以生產汽車用鋼為主的型材企業SIDENOR公司和一個不銹鋼板材企業。其中SIDENOR公司成為歐、美著名轎車生產廠家的鋼材供應商。集約化生產和專業化分工給特殊鋼企業帶來了巨大的效益,也成為特殊鋼產業發展的主要特征。日本的特殊鋼企業也經歷了大的調整重組,由80多個工廠調整到日新、山陽、大同及愛知特殊鋼公司等10個工廠,2300萬t的特殊鋼主要由10個專業化的特殊鋼廠生產。表中所示為2004年中日兩國特殊鋼產量及進出口對比情況,由表可知,中國特殊鋼產量多于日本,但特殊鋼占鋼總產量的比例及特殊鋼出口產量均少于日本。國外特殊鋼行業的發展特點和趨勢特殊鋼產業現狀二十世紀的社會需求和技術發展,促進特殊鋼生產形成了目前的碳素結構鋼、合金結構鋼、超高強度鋼及不銹耐蝕鋼、耐熱鋼、工具鋼、模具鋼、軸承鋼等品種體系。今后,高層建筑、深層地下和海洋設施、大跨度重載橋梁、輕型節能汽車、石油開采和長距離油氣輸送管線、軍用飛機和艦艇、航空航天器、高速鐵路設施及能源設施等國民經濟的各個部門都需要性能高、使用壽命長且成本低的新型合金鋼。由于采用精料、高潔凈度冶煉、連鑄、高精度軋制、控軋控冷、可控氣氛熱處理及在線檢測和精整等工藝技術,合金鋼的潔凈度、均勻度、組織細化度和尺寸精度等得到了提高。高性能、高質量特殊鋼的需求促進了特殊鋼產業的發展。國外特殊鋼生產企業大體上分為三大類:大型綜合特殊鋼公司、大型鋼鐵聯合企業的下屬特殊鋼廠以及特殊鋼板帶、棒線材、鋼管專業化企業。目前國外特殊鋼產業的發展具有二大特點。一是加快組織結構調整,通過兼并、聯合和企業重組,實現專業化分工和資源的合理配置,目前國際上知名的特殊鋼企業加快了結構調整,進一步強化了專業分工,不斷提高產品質量和發展深加工,向專、精、深的方向發展;二是加快技術進步,通過優化工藝流程,提高生產效率,減少能源、原材料消耗,降低生產成本,同時通過全面提高包括產品使用性能、加工性能、長壽命、多樣化在內的產品質量,增加產品的附加值。特殊鋼產品專業化國外一些先進的特殊鋼企業,從20世紀80年代起,特別是近10年來大多進行了一定的專業化改組或改造。這些改組或改造可分為3種類型,一是不同公司之間的專業化改組;二是同一公司內的專業化改組;三是一條生產線向簡化生產流程和適當集中同類型產品品種方向進行改造。這種合并重組有利于優勢互補和形成專業化生產規模,使成本和能耗降低,質量和效益顯著提高。特殊鋼廠的專業化主要以產品的類型來劃分,如意大利Venete鋼公司是生產特殊鋼棒線材的公司;主要生產不銹鋼板帶的特殊鋼企業有德國蒂森克虜伯不銹鋼公司;瑞典山特維克工具鋼廠、日本大同特殊鋼公司等工模具鋼、高速鋼專業化生產廠以及德國曼內斯曼鋼管公司。權威機構認證國外著名的特殊鋼企業都有自己的主導產品、名牌產品,從而牢牢占領市場。IS9000質量保證體系在各企業得到了高度重視,多數企業得到權威機構的認證,作為企業質量水平的標志。在軸承鋼方面,瑞典的斯凱莩(SKF)、德國的舍弗勒(FAG)、美國的鐵姆肯(TIMKEN)均為世界著名品牌。特殊鋼的生產專業化和創名牌實現了特殊鋼的規模效益化。特殊鋼廠的規模效益化降低了特殊鋼生產成本、提高了產品市場競爭力和市場占有率。特殊鋼性能高級化國外特殊鋼質量性能呈現高級化。由于特殊鋼的使用環境日益惡化(工業大氣、工業廢水、海水等污染日益嚴重),使用溫度向超高溫、超低溫兩極發展等,因此對特殊鋼的質量及性能要求日益嚴格。特殊鋼性能高級化包括高清潔度特殊鋼、高均勻性特殊鋼、超細組織強化特殊鋼及超高精度鋼材。同時要求特殊鋼材的尺寸公差小,鋼材表面質量高,以滿足鋼材的使用性能以及工藝性能。后步工序復雜、集中高效特殊鋼深加工產品是高附加值產品,也是高技術含量產品,是國外特殊鋼產品的發展趨勢之一。其內容包括:特殊鋼板帶的深加工、特殊鋼棒線材的深加工和特殊鋼管材的深加工。與客戶聯合發展深加工產品是歐洲特殊鋼廠的傳統經驗,山特維克不僅生產工模具鋼,還進一步加工成礦山工具;SKF集團本身就是一個從制鋼到制造軸承的聯合生產體;法國的高速鋼廠直接加工成鋸片賣給客戶,法國的東方鋼鐵公司與雷諾汽車公司聯合直接供應所需要的冷鐓件。后部檢驗、精整、熱處理設備齊全先進特殊鋼生產與普通鋼