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摘要：在实践的应用过程中高温合金钢与工具钢之间相似之处很少，且在材料性质方面完全不同。但是类似的合金轧制型材的过程中，两种材料的轧制特性非常相似，是完全可以从某种程度上将两种材料看成是同族。普通钢相比较工具钢和高温合金钢具有更高的和合金化程度，而高温合金钢的合金化程度也要高于工具钢。两种不同的钢材中合金化元素含量非常丰富。与批量生产的普通钢相比较，高温合金钢和工具钢轧制的要求更加严格，这与特殊合金本身的冶金作用存在直接关系。
关键词：高温合金钢；工具钢；轧制
高温合金钢可以在600℃高温以及应力的共同作用下实现长期稳定工作，作为一种金属材料高温合金钢具有良好的高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性能。在当今的建筑、汽车以及五金行业中工具钢的应用非常广泛，工具钢材经过变形和热处理之后在强度、硬度和耐疲劳性方面要比普通冷轧钢更强。高温合金钢和工具钢在进行轧制的过程中会应受到自身特性的影响而导致轧制要求更加严格。
1冶炼
1.1高温合金钢的冶炼
20世纪初随着航天事业的快速发展，在制造飞机发动机涡轮增轧器过程中对合金的耐高温性能提出了更加严格的要求，而高温合金钢由于自身具有良好的耐高温的性能、极高的强度和良好的耐氧化性得到了快速发展。人们通常情况下将能够在高温环境下正常工作的合金称为是超耐热合金[1]。
对于超耐热合金来说其主要是以镍基合金为主，其中也会存在一部分铁基，甚至镍铁基中还会添加少量的钻基。超耐热合金通常情况下都具有非常复杂的成分，其中两种合金化元素的含量通常都比较高，超耐热合金是在多种合金的基础上开发出来的。人们对不锈钢进行改进之后演化出了其中还有大量铁元素的超耐热合金。而且对于一些镍基合金和镍基来说其甚至可以追溯到奥氏体不锈钢，而其余大部分镍基合金则主要是从耐磨合金经过演化和形成。
1.2工具钢的冶炼
在上世纪初随着工业生产的不断发展，炼钢企业开始积极寻求实现大吨位钢锭的有效生产途径，在此情形下非工具性钢的重要性更加凸显出来。在工业革命持续推进过程中，针对炼钢工艺的研究也在不断深入，在此情形下炼钢工艺以及钢材特性改进途径更广。人们在研究过程中发现将锰加入钢中之后能够让其性能得到有效改进，此后人们开始逐步尝试在实验中加入其他的合金添加剂，也让工具钢的性能得到了极大改进。在当今各行各业发展过程中所使用的工具钢中不仅含有碳元素，而且多数情况下还会添加钴、铬、锰、钼、镍等一些合金元素，通过合金化后不仅可以让工具钢的淬火硬度得到有效提升，而且也能够进一步强化其固溶，因此对于工具钢来说合金钢属于非常重要的一种影响因素[2]。
人们为了进一步改善工具钢的性能开发出了多种合金元素的组合物。例如当前美国的钢材市场中工具钢就被美国钢铁协会大致划分为了70多个不同的牌号，其中覆盖了1500多种工具钢。每一个牌号按照高速钢到低碳工具钢又可以进一步划分为12种大类。
2轧制
2.1热轧
对于高温合金钢和工具钢来说其本身成分存在较大的变化，这种合金从一种变化到另一种会出现较大轧制特性的变化。因此在进行热轧的过程中往往具有更大难度。下图1为部分高温合金钢轧制态的力学性能：(a)应力-应变曲线；(b)屈服阶段放大图。
（1）凝固偏析。对于类似合金钢来说其轧制难度大的主要原因在于具有极高的合金含量，二次相沉淀以及固溶强化等过程为主体形成了高温强度。这也充分说明在进行轧制或者是变形加工的过程中这种合金本身具有极高的抗变形特性。在强度不断增加的情况下，其处在中温范围内的任何温度条件下合金的延伸率都相对较低。而且在铸造过程中形成的显微结构非常容易发生分解，合金钢的延伸率也会相应下降，在此情况下就会使得其抗变形特性增加[3]。
通常情况下，类似的合金钢在具有极高合金成分含量的情况下凝固过程中也会出现相对较大的偏析趋势。而且与其他方面的情况相比较，对于任何系列的高温合金钢来说其合金化元素体现出的这种趋势更加明显，而且这种偏析趋势还会受到钢锭凝固尺寸的影响。随着锭模尺寸的不断增大实际产生的偏析程度也会越来越大，而工具钢在碳含量相对较高的情况下凝固碳化物偏析程度也会更加严重[4]。因此通常情况下工具钢浇铸过程中所使用的锭模都比较小。在实际生产的过程中可以利用颗粒冶金凝固技术来取代钢锭模铸造方法来有效解决工具钢凝固偏析的问题。由于该技术能够在凝固偏析控制方面表现出良好效果，目前在工具钢和超耐热合金领域中该技术的应用正在逐步实现拓展，需要注意的是，这些合金在实际生产的过程中仍然是依靠钢锭模的方式进行铸造。
（2）加热温度。在进行锻轧和热轧之前，必须要通过加热将钢锭、板坯和方坯加热到加工温度。与普通合金的加热过程相比较，多元合金的加热过程要求更加严格。这主要是因为与普通钢材相比较高合金钢锭或者板坯材料本身的延伸率更差，而且热传导效率也相对更低。因上述因素的制约，在进行工件加热过程中加热速度不能过快，否则工件非常容易产生裂纹[5]。因为该类合金钢的热传导性能相对较差，当加热过快的情况下表面温度快速升高，但此时工件中心的温度升高相对缓慢，这样就会导致表面出现较为严重的热膨胀现象，由此产生的应力会导致工件中心被拉断。针对这种现象通常情况下可以利用特定的时间步长来对炉温升高的速度进行控制。例如在进行耐高温合金5吨锭加热的过程中，首先将其放置在1200℃的炉中，在该温度环境下让整个钢锭缓慢升温到轧制温度。随后，让炉子按照每小时55℃的速度升温，直到达到轧制温度之后再进行保温处理，这样就能够充分保证整个钢锭都能达到轧制温度[6]。（我这边都是冷坯加热步进梁式加热炉，一般高温段1170-1260）
对于大部分多元合金来说其实凝固过程中会产生比较严重的偏析现象，因此必须要在高温的条件下钢锭才能通过保持扩散时间来实现成分不均匀性的有效控制。而要想让钢锭达到某种热加工性能所需要的均匀化时间就必须要充分结合合金的具体成分、钢锭大小以及热加工工艺来进行确定。部分合金在条件特点的情况下均匀化处理时间通常情况下处在0~60小时范围内，而为了能够然后达到标准要求的热加工性能固溶反应缓慢进行设置长时间均匀化处理时间非常有必要。
如果钢锭提前已经通过了锻造或者是预先轧制，在进行热轧过程中就对其加热处理的要求不再严格。但需要注意的是，由于其热传导率相对较低因此还需要保障均匀加热处理，而且在进行热轧之前必须要对轧件进行均匀加热处理这样才能保证其溶度适当[7]。通常情况下对于棒料或者是板坯来说基本加热原则是将它们放置在具有一定温度的热炉中，并严格遵照2.5min/mm的规定进行保温。对于部分合金来说在利用上述规则进行加热和保温出来的过程中，必须要严格把控加热的时间，如果加热时间过长会对材料产生负面影响，工具钢在加热过程中这一点体现的尤为明显。由于工具钢通常情况下都具有较高的碳含量，如果保温时间过长的情况下会出现表面脱碳而遭到破坏。而且在钢件中也容易出现氧化皮，一旦保温时间超过标准规定时间后会对金属本身产生严重损伤。此外，在关注炉子加热温度和时间的过程中，还需要根据炉子的汽油比来实现过度脱碳和氧化皮的有效控制。另外还可以通过在制件表面设置涂层来进行有效保护，避免其在保温过程中出现脱碳和氧化皮等现象，对于高温核心来说通常情况下不会出现严重脱碳或者是氧化皮等问题，这主要是因为高温合金中本身碳含量相对较低，而且具有良好的耐氧化性能，因此也不会产生大量氧化皮问题。
3冷轧
工具钢通常情况下不会采取冷轧的方式，这主要是因为在冷状态下时合金本身具有极高的强度，而且其延伸率非常低。而且在轧制过程中通常会形成棒材或方坯，因此完全可以采用热轧方式来生产。高温合金钢的棒材和方坯通常情况下也是采取热轧的方式。这种合金钢通常会被加工成薄板式带钢，冷轧通常情况下只针对型钢进行加工时的最后一道工序种应用。冷轧在耐高温合金当中的应用与普通钢冷轧非常相似，但是与普通和金钢相比较，高温合金钢在冷轧过程中会产生较大的抗变形能力，而且在加工过程中会出现硬化倾向。要想进行冷轧就必须要在其加工硬化都不能轧缩之前完成。为了完成进一步的深加工必须要将材料进行退火处理，通过退火处理让显微组织能够实现重新结晶，过程中也会变软。在进行退火处理之前要结合具体的合金类型来选择相应的轧下量，在实际进行退火的过程中高温合金钢通常都是退火温度急冷的方法，通过附加的冷轧处理就能够让材料处在最佳状态。材料进行退火冷却的过程中，可以让材料固溶退火结构中的二次相沉淀进一步减少。与此同时，耐高温合金钢的退火处理也要尽可能在有防护状态下进行，才能对其表面氧化问题进行有效抑制，这样加工出来的薄板或钢带才能保持光洁明亮。
4结束语
再进行高温合金钢的攻击更加制的过程中需要对温度、抗变形能力、下轧量、轧制速度等多种问题进行综合考虑，这样才能保证诚信材料的质量达到标准要求。
参考文献
[1]邢飞,王会岭,杨雄,谷盟森,付振坡.终轧温度对Q355B-Ti低合金钢力学性能的影响[J].宽厚板,2021,27(05):22-24.
[2]张星,宋志岗,侯明山,李宏伟,董继亮,高小尧.薄板坯连铸连轧高强度低合金钢的控轧控冷工艺[J].金属热处理,2021,46(05):160-165.
[3]宜亚丽,孔耀颉,王宇韩,金贺荣,赵丁选.涂覆制坯对不锈钢/低合金钢复合界面影响[J].钢铁,2021,56(05):105-112.
[4]许用会,姚宙,刘红艳,杜琦铭,张卫攀,徐桂喜.工程机械刃具用低合金钢30CrMnB的研制[J].宽厚板,2021,27(02):19-22.
[5]马静超.含铌低合金钢板坯热送裂纹产生原因及控制[J].河北冶金,2021(04):79-81+86.
[6]吕晓芳,孙伟,杜慧起.控轧控冷对低合金钢Q355D厚板组织和力学性能的影响[J].特殊钢,2021,42(02):68-71.
[7]窦佩霞.高强低合金钢中针状铁素体转变研究进展[J].中国金属通报,2019(06):272-273
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