感应炉冶炼工艺技术

前言

第1章 超低碳铁素体不锈钢的冶炼1

1.1 超低碳铁素体不锈钢概况1

1.1.1 超低碳铁素体不锈钢的含义1

1.1.2 超低碳铁素体不锈钢的特点1

1.1.3 超低碳铁素体不锈钢的化学成分2

1.1.4 超低碳铁素体不锈钢的组织特点2

1.2 超低碳铁素体不锈钢中合金元素的作用2

1.2.1 铬元素的作用2

1.2.2 钼元素的作用5

1.2.3 钛、铌元素的作用5

1.2.4 镍元素的作用5

1.3 超低碳铁素体不锈钢的冶炼要点6

1.3.1 铁素体不锈钢的感应炉冶炼方法与要点6

1.3.2 中频感应炉冶炼钢中碳、氮含量的控制6

1.3.3 中频感应炉冶炼钢液的稳定化处理9

1.3.4 中频感应炉冶炼出钢与浇注操作要点10

1.3.5 真空感应炉冶炼工艺操作要点11

1.3.6 细化铁素体不锈钢钢锭的结晶组织13

第2章 高纯高铬铁素体不锈钢的冶炼15

2.1 高纯高铬铁素体不锈钢概况15

2.1.1 高纯高铬铁素体不锈钢的含义15

2.1.2 碳和氮对高铬铁素体不锈钢的危害15

2.1.3 高纯高铬铁素体不锈钢的特点16

2.1.4 高纯高铬铁素体不锈钢的化学成分17

2.1.5 高纯高铬铁素体不锈钢的用途18

2.2 高纯高铬铁素体不锈钢中合金元素的作用19

2.2.1 铬元素的作用19

2.2.2 钼元素的作用20

2.2.3 镍元素的作用21

2.2.4 铌和钛元素的作用21

2.3 高纯高铬铁素体不锈钢的冶炼方法22

2.3.1 真空感应炉一次冶炼工艺22

2.3.2 真空感应炉加多次电子束炉精炼工艺23

2.3.3 真空感应炉与多级电子束连续精炼工艺24

2.3.4 炉外真空精炼(VOD-PB)工艺25

2.3.5 不同冶炼工艺的精炼能力26

2.4 真空感应炉直接冶炼高纯高铬铁素体不锈钢的工艺要点26

2.4.1 冶炼用原材料的选择27

2.4.2 合理匹配原始配料中的碳、氧含量28

2.4.3 真空感应炉冶炼高纯高铬钢的工艺过程30

2.4.4 真空感应炉冶炼高纯高铬钢钢液的降氮操作要点31

2.4.5 真空感应炉冶炼高纯高铬钢钢液的降碳和脱氧操作要点32

2.4.6 高纯高铬铁素体不锈钢的稳定化处理34

第3章 马氏体铬不锈钢的冶炼36

3.1 马氏体铬不锈钢概况36

3.1.1 马氏体铬不锈钢的含义36

3.1.2 马氏体铬不锈钢的分类36

3.1.3 马氏体铬不锈钢的化学成分36

3.1.4 马氏体铬不锈钢的特点37

3.1.5 马氏体铬不锈钢的用途38

3.2 马氏体铬不锈钢中合金元素的作用38

3.2.1 铬元素的作用38

3.2.2 碳元素的作用39

3.2.3 钼元素的作用40

3.3 马氏体铬不锈钢中频感应炉冶炼工艺要点40

3.3.1 降低钢中氢含量的操作要点40

3.3.2 钢中氮含量的控制41

3.3.3 冶炼过程的造渣与脱氧操作43

3.3.4 马氏体铬不锈钢的浇注工艺43

3.3.5 马氏体铬不锈钢钢锭的冷却与退火47

3.3.6 改善钢的高温塑性的冶金措施49

第4章 马氏体镍铬不锈钢的冶炼51

4.1 马氏体镍铬不锈钢概况51

4.1.1 马氏体镍铬不锈钢的含义51

4.1.2 马氏体镍铬不锈钢的分类及化学成分51

4.1.3 马氏体镍铬不锈钢的特点53

4.1.4 马氏体镍铬不锈钢的用途54

4.2 马氏体镍铬不锈钢中合金元素的作用55

4.2.1 碳元素的作用55

4.2.2 镍元素的作用56

4.2.3 铬和钼元素的作用57

4.2.4 氮元素的作用57

4.2.5 铌元素的作用58

4.3 马氏体镍铬不锈钢冶炼操作要点60

4.3.1 钢中氢含量的控制60

4.3.2 钢的微量氮合金化及冶炼操作63

4.3.3 钢中δ铁素体含量的控制66

4.3.4 钢中硫和磷含量的控制68

第5章 焊接用超低碳奥氏体镍铬不锈钢的冶炼71

5.1 焊接用超低碳奥氏体镍铬不锈钢概况71

5.1.1 焊接用超低碳奥氏体镍铬不锈钢的含义71

5.1.2 焊接用超低碳奥氏体镍铬不锈钢的化学成分71

5.1.3 焊接用超低碳奥氏体镍铬不锈钢的用途71

5.2 合金元素在焊接用超低碳奥氏体镍铬不锈钢中的作用74

5.2.1 碳元素的作用75

5.2.2 铬元素的作用75

5.2.3 镍元素的作用76

5.2.4 钼元素的作用77

5.2.5 铜元素的作用77

5.2.6 氮元素的作用78

5.3 超低碳奥氏体镍铬不锈钢焊缝金属的冶金特性79

5.3.1 奥氏体不锈钢焊缝金属的组织结构80

5.3.2 奥氏体不锈钢焊缝金属的裂纹敏感性81

5.3.3 奥氏体不锈钢焊缝金属的耐蚀性82

5.3.4 奥氏体不锈钢焊缝金属的脆化倾向83

5.3.5 提高超低碳奥氏体不锈钢焊材冶金质量的途径83

5.4 焊接用超低碳奥氏体镍铬不锈钢的冶炼工艺要点84

5.4.1 焊接用超低碳奥氏体不锈钢冶炼工艺方法的选择84

5.4.2 焊接用超低碳奥氏体不锈钢中碳含量的控制水平85

5.4.3 双联法冶炼焊接用奥氏体不锈钢中碳含量的控制86

5.4.4 真空感应炉冶炼焊接用超低碳奥氏体不锈钢中碳含量的控制88

5.4.5 降低焊材钢中磷、硫、硼杂质元素的冶金措施92

5.4.6 提高超低碳奥氏体不锈钢焊缝抗热裂纹能力的冶金措施94

第6章 冷镦与冷顶锻用不锈钢的冶炼101

6.1 冷镦不锈钢概况101

6.1.1 冷镦不锈钢的含义101

6.1.2 冷镦不锈钢应具备的特性101

6.1.3 冷镦不锈钢的分类及其特点104

6.1.4 冷镦不锈钢的化学成分106

6.2 合金元素对不锈钢冷镦性能的影响110

6.2.1 合金元素对铁素体不锈钢冷镦性能的影响110

6.2.2 合金元素对马氏体不锈钢冷镦性能的影响111

6.2.3 合金元素对奥氏体镍铬不锈钢冷镦性能的影响112

6.3 冷镦不锈钢的冶炼工艺及操作要点120

6.3.1 冷镦不锈钢化学成分的控制120

6.3.2 冷镦不锈钢中频感应炉冶炼工艺130

6.3.3 降低冷镦不锈钢中非金属夹杂物的措施134

第7章 铁素体?奥氏体双相不锈钢的冶炼137

7.1 铁素体?奥氏体双相不锈钢概况137

7.1.1 铁素体?奥氏体双相不锈钢的含义137

7.1.2 双相不锈钢的特性137

7.1.3 双相不锈钢的化学成分与分类139

7.1.4 双相不锈钢的用途139

7.2 影响双相不锈钢耐蚀性的冶金因素141

7.2.1 合金元素对双相不锈钢耐蚀性的影响141

7.2.2 相比例对双相不锈钢耐蚀性的影响144

7.2.3 非金属夹杂物对双相不锈钢耐蚀性的影响145

7.3 双相不锈钢的冶炼工艺要点146

7.3.1 双相不锈钢冶炼方法的选择146

7.3.2 双相不锈钢相比例的冶金控制方法147

7.3.3 双相不锈钢中氮含量的控制152

7.3.4 双相不锈钢电渣重熔的操作要点154

7.3.5 双相不锈钢中锰和硫含量的控制155

7.3.6 双相不锈钢钢液的脱氧制度159

第8章 高锰奥氏体铸钢的冶炼162

8.1 高锰奥氏体铸钢的概况162

8.1.1 高锰奥氏体铸钢的含义162

8.1.2 高锰钢的特性162

8.1.3 高锰钢的分类与化学成分163

8.1.4 高锰钢的用途164

8.2 高锰钢中合金元素的作用与冶金控制165

8.2.1 碳元素的作用与控制165

8.2.2 锰元素的作用与控制167

8.2.3 硅元素的作用与控制168

8.2.4 磷元素的作用与控制169

8.2.5 高锰钢的合金化172

8.3 高锰钢感应炉冶炼工艺及操作要点175

8.3.1 中频感应炉熔化法冶炼高锰钢的操作要点175

8.3.2 中频感应炉氧化法冶炼高锰钢的操作要点176

8.3.3 高锰钢氧化脱磷工艺的改进177

8.3.4 高锰钢的稀土处理178

8.3.5 高锰钢浇注温度的控制181

8.3.6 高锰钢铸件的冶金缺陷与控制182

8.3.7 真空感应炉冶炼高锰钢的操作要点184

第9章 模具钢的冶炼185

9.1 模具钢概况185

9.1.1 模具钢的含义185

9.1.2 模具钢的基本特性185

9.1.3 模具钢的化学成分187

9.2 模具钢中合金元素的作用192

9.2.1 冷作模具钢中合金元素的作用192

9.2.2 热作模具钢中合金元素的作用194

9.2.3 塑料模具钢中合金元素的作用195

9.3 模具钢的冶炼工艺与操作要点196

9.3.1 模具钢冶炼工艺的选择196

9.3.2 改善高碳高铬模具钢中碳化物的不均匀性198

9.3.3 模具钢中非金属夹杂物的控制201

9.3.4 模具钢中硫和磷含量的控制205

9.3.5 稀土元素改善模具钢的性能212

9.3.6 模具钢钢锭的冷却与退火处理214

9.3.7 真空感应炉与电渣重熔双联法冶炼模具钢215

第10章 高速工具钢的冶炼220

10.1 高速工具钢概况220

10.1.1 高速工具钢的含义220

10.1.2 高速工具钢的用途220

10.1.3 高速工具钢的分类220

10.1.4 高速工具钢的化学成分221

10.1.5 高速工具钢的特性223

10.2 合金元素在高速工具钢中的作用224

10.2.1 碳元素的作用224

10.2.2 钼元素的作用226

10.2.3 钨元素的作用226

10.2.4 铬元素的作用227

10.2.5 钒元素的作用227

10.2.6 钴元素的作用228

10.2.7 铝元素的作用228

10.3 高速工具钢的冶炼工艺与操作要点229

10.3.1 高速工具钢冶炼工艺的评价229

10.3.2 高速工具钢碳含量的控制232

10.3.3 高速工具钢中钨和钼元素的控制236

10.3.4 高速工具钢中磷和硫含量的控制237

10.3.5 高速工具钢中微量有害杂质元素的控制240

10.3.6 改善高速工具钢钢锭的铸态组织缺陷242

10.3.7 高速工具钢钢锭的脱模、冷却和退火处理245

10.3.8 合理利用高速工具钢返回料246

第11章 气阀用奥氏体耐热钢的冶炼249

11.1 气阀用奥氏体耐热钢概况249

11.1.1 气阀钢的含义249

11.1.2 气阀的工作条件249

11.1.3 气阀钢的用途250

11.1.4 气阀钢的使用特性250

11.1.5 奥氏体气阀钢的化学成分254

11.2 合金元素在奥氏体气阀钢中的作用254

11.2.1 碳元素的作用254

11.2.2 氮元素的作用255

11.2.3 铬元素的作用255

11.2.4 镍和锰元素的作用256

11.2.5 钨、钼、钒、铌的作用256

11.3 影响奥氏体气阀钢质量的冶金因素257

11.3.1 严格控制钢的化学成分257

11.3.2 控制钢中非金属夹杂物的数量258

11.3.3 控制钢中碳化物和氮化物的不均匀性258

11.3.4 细化钢的晶粒度258

11.4 奥氏体气阀钢的冶炼工艺及操作要点259

11.4.1 中频感应炉冶炼奥氏体气阀钢的操作要点259

11.4.2 电渣重熔奥氏体气阀钢的操作要点266

11.4.3 降低奥氏体气阀钢中非金属夹杂物的途径270

11.4.4 奥氏体气阀钢晶粒度的冶金控制271

11.4.5 真空感应炉冶炼奥氏体气阀钢的工艺要点273

11.4.6 改善奥氏体气阀钢碳化物的不均匀性274

第12章 高氮钢的冶炼275

12.1 高氮钢的概况275

12.1.1 高氮钢的含义275

12.1.2 高氮钢的发展简况275

12.1.3 高氮钢的化学成分及用途276

12.2 高氮钢的特性276

12.2.1 高氮马氏体钢的特性276

12.2.2 高氮奥氏体钢的特性277

12.3 合金元素在高氮钢中的作用280

12.3.1 铬元素的作用280

12.3.2 锰元素的作用281

12.3.3 氮元素的作用281

12.3.4 其他合金元素的作用282

12.4 增压感应炉冶炼高氮钢的工艺及操作要点282

12.4.1 增压感应炉设备及冶炼工艺简况282

12.4.2 增压感应炉冶炼工艺要点284

12.4.3 增压感应炉的安全作业288

第13章 镍铬(铁)电热合金的冶炼290

13.1 镍铬(铁)电热合金概况290

13.1.1 镍铬(铁)电热合金的含义290

13.1.2 镍铬(铁)电热合金的化学成分290

13.1.3 镍铬(铁)电热合金的特性291

13.2 合金元素在镍铬(铁)电热合金中的作用296

13.2.1 铬元素的作用296

13.2.2 硅元素的作用297

13.2.3 稀土元素的作用298

13.3 杂质元素对镍铬(铁)电热合金性能的影响300

13.3.1 碳和氮元素对镍铬(铁)电热合金性能的影响300

13.3.2 磷、硫、铅、锑元素对镍铬(铁)电热合金性能的影响301

13.4 镍铬(铁)电热合金的冶炼工艺与操作要点304

13.4.1 镍铬(铁)电热合金的冶炼方法304

13.4.2 中频感应炉冶炼镍铬(铁)电热合金的工艺操作要点305

13.4.3 电渣重熔镍铬(铁)电热合金的工艺操作要点315

13.4.4 真空感应炉冶炼镍铬(铁)电阻电热合金的工艺操作要点318

第14章 铁铬铝电热合金的冶炼324

14.1 铁铬铝电热合金概况324

14.1.1 铁铬铝电热合金的含义324

14.1.2 铁铬铝电热合金的分类324

14.1.3 铁铬铝电热合金的化学成分324

14.1.4 铁铬铝电热合金的特性325

14.2 合金元素在铁铬铝电热合金中的作用332

14.2.1 铬元素的作用332

14.2.2 铝元素的作用333

14.2.3 硅、锰、钼元素的作用335

14.2.4 微量合金化元素的作用335

14.2.5 杂质元素和非金属夹杂物对铁铬铝合金性能的影响339

14.3 铁铬铝电热合金的冶炼工艺及操作要点341

14.3.1 铁铬铝电热合金的冶炼方法及其评价341

14.3.2 中频感应炉冶炼铁铬铝电热合金的工艺操作要点342

14.3.3 电渣重熔铁铬铝电热合金的工艺操作要点347

14.3.4 真空感应炉冶炼铁铬铝电热合金的工艺操作要点350

第15章 高纯铁铬铝合金的冶炼353

15.1 高纯铁铬铝合金概况353

15.1.1 高纯铁铬铝合金的含义353

15.1.2 汽车尾气净化器的工作原理353

15.1.3 净化器用载体材料的技术要求353

15.1.4 高纯铁铬铝合金的化学成分354

15.1.5 高纯铁铬铝合金的基本性能355

15.2 合金元素在高纯铁铬铝合金中的作用356

15.2.1 铬和铝元素的作用356

15.2.2 稀土元素的作用356

15.2.3 钛、铌、锆元素的作用357

15.3 真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金的工艺操作要点359

15.3.1 真空感应炉炉子容量的选择359

15.3.2 真空感应炉冶炼用原材料的选择360

15.3.3 真空感应炉冶炼合金的配料与平衡360

15.3.4 真空感应炉冶炼合金用坩埚材质的选用362

15.3.5 真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金时的降碳、脱氧和降氮操作363

15.3.6 真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金时的脱硫操作要点364

15.3.7 真空感应炉冶炼高纯铁铬铝合金时的合金化操作365

第16章 镍基和铁镍基耐蚀合金的冶炼366

16.1 镍基和铁镍基耐蚀合金概况366

16.1.1 耐蚀合金的含义366

16.1.2 耐蚀合金的分类、化学成分及用途366

16.2 合金元素在耐蚀合金中的作用370

16.2.1 镍元素的作用370

16.2.2 铬元素的作用370

16.2.3 钼元素的作用372

16.2.4 铜元素的作用373

16.2.5 铌和钽元素的作用373

16.2.6 铝和钛元素的作用374

16.2.7 钨、钴、钒元素的作用374

16.3 杂质元素对耐蚀合金性能的影响375

16.3.1 碳元素的影响375

16.3.2 硅元素的影响375

16.3.3 铁元素的影响376

16.3.4 硫元素的影响376

16.3.5 非金属夹杂物的影响377

16.4 耐蚀合金的冶炼方法378

16.4.1 耐蚀合金对冶金质量的要求378

16.4.2 耐蚀合金适用的冶炼方法378

16.4.3 低硫耐蚀合金的冶炼操作要点380

16.4.4 极低碳、硅耐蚀合金的冶炼操作要点384

16.4.5 耐蚀合金电渣重熔工艺要点387

16.4.6 耐蚀合金的稳定化处理388

第17章 铁镍系软磁合金的冶炼390

17.1 铁镍系软磁合金概况390

17.1.1 软磁合金的含义390

17.1.2 铁镍系软磁合金的特性390

17.1.3 铁镍系软磁合金的分类和用途390

17.1.4 铁镍系软磁合金的化学成分391

17.1.5 铁镍系软磁合金的组织结构393

17.1.6 铁镍系软磁合金的物理与力学性能394

17.2 合金元素与杂质对铁镍系软磁合金磁性能的影响395

17.2.1 合金元素对纯铁磁性能的影响395

17.2.2 杂质元素对铁镍系软磁合金磁性能的影响396

17.2.3 非金属夹杂物对铁镍系软磁合金磁性能的影响398

17.3 铁镍系软磁合金的冶炼工艺要点398

17.3.1 铁镍系软磁合金的成分设计398

17.3.2 铁镍系软磁合金纯净度的控制402

17.3.3 真空感应炉冶炼提高合金纯净度404

17.3.4 中频感应炉冶炼铁镍系软磁合金的工艺操作要点409

17.3.5 铁镍系软磁合金返回料的合理利用412

第18章 高温合金的冶炼414

18.1 高温合金概况414

18.1.1 高温合金的含义414

18.1.2 高温合金的特性414

18.1.3 高温合金的应用范围415

18.1.4 高温合金的分类415

18.1.5 高温合金的牌号与表示方法415

18.1.6 高温合金的化学成分416

18.2 高温合金的强化和韧化方法427

18.2.1 高温合金的强化方法427

18.2.2 高温合金的韧化方法429

18.3 合金元素在高温合金中的作用430

18.3.1 镍元素的作用430

18.3.2 钴元素的作用431

18.3.3 铁元素的作用431

18.3.4 铬元素的作用432

18.3.5 钼元素的作用432

18.3.6 钨元素的作用433

18.3.7 铌和钽元素的作用433

18.3.8 铝和钛元素的作用433

18.3.9 钒和锆元素的作用434

18.3.1 0镁元素的作用434

18.3.1 1硼元素的作用435

18.3.1 2稀土元素的作用435

18.4 高温合金的冶炼工艺436

18.4.1 高温合金冶炼工艺路线的确定436

18.4.2 真空感应炉冶炼高温合金的基本工艺条件441

18.4.3 真空感应炉冶炼合金中微量硼的控制447

18.4.4 双真空工艺冶炼合金中微量硼的控制450

18.4.5 真空感应炉冶炼合金时微量镁的控制451

18.4.6 真空感应炉冶炼合金中铝和钛含量的控制456

18.4.7 高温合金二次精炼过程铝和钛元素的回收率459

18.4.8 真空感应炉冶炼合金中氧和氮含量的控制459

18.4.9 真空感应炉冶炼合金中磷、硫、硅含量的控制463

18.4.10 高温合金中微量有害杂质元素的控制470

18.5 合理利用高温合金返回料476

18.5.1 高温合金返回料的分类476

18.5.2 高温合金返回料的管理477

18.5.3 合理利用高温合金返回料477

第19章 感应炉冶炼用原材料482

19.1 原材料在感应炉冶炼中的重要性482

19.1.1 原材料为生产优质冶金产品提供物资基础482

19.1.2 原材料的纯度可以弥补冶炼精炼能力的不足482

19.2 感应炉冶炼用原材料482

19.2.1 冶炼用的纯金属材料482

19.2.2 冶炼用铁合金492

19.2.3 脱氧剂和微合金化用合金498

19.2.4 冶炼用造渣材料500

参考文献503

《感应炉冶炼工艺技术》既有炼钢学科的内容，又有金属材料学科的内容。希望《感应炉冶炼工艺技术》能起到使读者学习“冶金材料学”知识的作用。《感应炉冶炼工艺技术》编写的日的就是希望炼钢工作者通过学习《感应炉冶炼工艺技术》，扩展金属材料学科知识，通过对冶炼品种广义成分（包括化学成分、钢的洁净性、铸锭组织的均匀性及结晶结构等）的控制，达到控制钢的组织结构；然后通过钢的组织结构去控制钢的性能，最终得到满意的结果。《感应炉冶炼工艺技术》论述了不锈钢、双相不锈钢、模具钢、高速工具钢、高锰钢、耐热气阀钢、高氮钢、电热合金、耐蚀合金、软磁合金、高温合金等特殊钢与合金的感应炉、真空感应炉、增压感应炉，以及电渣重熔的冶炼工艺要点和操作要点；介绍了合金元素的精确控制、微量元素的控制、钢液的精炼、高纯合金的冶炼、相成分的控制、焊缝热裂纹的控制，以及钢锭组织的细化与均匀化等工艺技术。内容涵盖炼钢、金属材料的加工与热处理。《感应炉冶炼工艺技术》适于从事特殊钢生产和金属材料研制的工程技术人员阅读，也可供高等院校相关专业的师生参考。