JFE钢铁棒线材生产工艺及产品特征

1前言

2014年，JFE钢铁公司和JFE条钢公司对棒线材业务进行了整合，将相同的产品品牌统一到JFE钢铁公司进行销售。2017年将JFE条钢公司仙台制作所移交JFE钢铁公司管理。特殊钢棒线业务由JFE钢铁公司西日本制铁所（仓敷地区）和仙台制作所负责生产销售。仓敷地区生产高炉铁水，仙台制作所生产电炉钢，通过利用两个厂的特色进行互补，使JFE钢铁公司的棒线产品品种进一步扩大。以下，以开发的产品为主，就JFE钢铁公司两个厂的生产工艺特征和棒线产品的技术特征进行介绍。

2生产工艺特征

2.1西日本制铁所（仓敷地区）

西日本制铁所（仓敷地区）的炼钢设备有两条线，一条线为226吨的大转炉-二次精炼-连铸；另一条线为226吨的大转炉-二次精炼-铸锭。可生产的钢种范围很大，从低碳钢到高碳钢和合金钢，且产品尺寸范围也很大。另外，通过对高炉铁水进行预处理和钢包精炼、强搅拌真空脱气及使用带有电磁搅拌装置的连铸设备，还可生产以轴承钢为主的洁净钢。

表1示出各车间可轧制的产品品种。仓敷地区钢坯车间可生产直径?450mm圆坯和断面尺寸为750mm的方坯，是同类产品中世界最大级别的。这使铸锭的使用和从轧制到大圆钢专用自动精整设备的联合生产工序得以确立。仓敷地区棒材车间和线材车间采用的轧机为单机架两用轧机，可以生产棒材和线材两种产品。由于使用的方坯已经过表面切削，因此还可生产没有缺陷和脱碳的高品质产品。棒线材车间采用的是平辊轧制技术和高尺寸精度的四辊轧机自由尺寸轧制技术，因此可将方坯和圆坯作为坯料。另外，利用四辊轧机还可生产直角度和尺寸精度高的方形线材和弯曲加工性好的四面带肋钢筋及最小直径为4.2mm的极细线材等。

2.2仙台制作所

仙台制作所利用2008年设备更新改造的契机，引进了130吨的环保型高效电炉（废气余热预热式电炉），还引进了充分考虑到减少CO2排放的设备，如可减少CO2排放的加热炉等，整个制作所全部使用LNG作为燃料。另外，棒材车间和线材车间使用的坯料统一为断面尺寸为160mm的方坯。为满足自由尺寸轧制的需要，通过采用KOCKS公司生产的三辊轧机提高了轧制效率。在线材车间，通过加热炉的改造和轧制设备的改进，对线材表面缺陷进行了攻关。尤其是，在2015年通过改进线材盘卷的卷取方向和扩大线材直径，进一步满足了客户的需求。另外，在棒材车间可以生产一种独特的棒材产品，它通过在精轧机后设置的产品水冷装置可对线材表层部进行直接淬火，当线材从水冷装置通过后利用钢材内部的潜热可以进行自回火。

3JFE钢铁的棒线产品

JFE钢铁公司利用仓敷地区和仙台制作所两家工厂的特色，构建了最佳的生产体制，向用户提供了各种汽车和机械结构等领域用钢材产品。表2示出主要的产品。尤其是，JFE钢铁公司开发了能满足客户需求，且具有特色的棒线产品。本章节介绍其中的几个产品。

3.1渗碳钢

渗碳钢可用于汽车和机械传动装置的齿轮和传动轴等。渗碳钢除了要具有表面硬化处理后的疲劳强度外，还要具有各种特性。JFE钢铁公司开发的渗碳钢不仅疲劳强度高，而且还具有各种功能。

虽然大部分零部件都可通过锻造后成形，但为减小锻造时的变形阻抗，因此要进行软化退火。另外，为避免渗碳时的奥氏体晶粒粗化，通常在冷锻后渗碳前要进行正火处理。由于这些热处理工艺会增加产品的生产成本，因此希望开发一种能省略热处理工艺的渗碳钢。为解决这一问题，JFE钢铁公司开发出冷锻性能高的渗碳钢，该开发钢在坯料状态下变形阻抗低、且通过析出物的控制，能有效抑制渗碳时的晶粒粗化。渗碳后的疲劳强度与JIS SCM420相同。采用该开发钢可以省略零部件的生产工序，降低生产成本。

双相渗碳钢通过添加Si和V，提高了Ac3相变点，通常它在渗碳温度下渗碳后的内部组织为铁素体和马氏体的双相组织（渗碳表层为马氏体单相）。由此可以减小渗碳后因淬火而产生的变形量，不仅可以降低变形，而且可以提高抗点蚀性。图1示出JIS钢和渗碳双相钢在渗碳后热处理时产生变形的比较结果。对图中试样在渗碳前后开口部的变形量进行了调查。由图可知，随着硬度的提高，即随着淬透性的提高，变形量呈增大的趋势，但双相钢的变形量可控制在普通合金钢的1/2以下。

盐浴渗碳工艺可在低温下使表面硬化，热处理变形小，零部件的尺寸精度比渗碳处理材的高。但是，盐浴渗碳后材料的表面硬度和内部强度比渗碳处理材的低，可生产的零部件有限。高强度盐浴渗碳钢通过核心成分的设计，利用析出强化和相变强化，可使表面硬度和内部强度比普通的盐浴渗碳用钢提高很多。由此还能大幅度提高疲劳强度。另外，锻造性和切削加工性也比普通钢好，有望应用于实际零部件的加工。

3.2轴承钢

仓敷地区除了生产洁净度高的轴承钢外，还针对传动环境下显微组织损伤的发生机理，按照新成分的设计方法，开发了中碳轴承钢和在中常温区域下传动疲劳寿命长的轴承钢等，并批量生产。另外，采用前述的四辊轧机和独特的冷却控制技术，可生产包括最小直径为4.2mm的SUJ3在内的细径轴承用线材。

而且，随着钢洁净度的进一步提高，还开发了高速、高精度、检测面积大的高频超声波检测夹杂物的方法，它可对以往采用显微镜无法观察的非金属夹杂物进行检测。

3.3非调质钢

作为能省略机械结构用碳素钢或机械结构用合金钢所要求的淬火回火处理的钢材，有热锻用非调质钢和直接切削用非调质钢。热锻用非调质钢通过添加适量的Ti可确保钢的韧性，通过添加V可确保钢的强度。非调质钢有两个系列，一是以中碳钢为基础的铁素体-珠光体组织呈析出强化型的THF系列；二是通过减少碳含量提高韧性，使贝氏体的组织强化和V的析出强化达到平衡，从而抑制因冷却速度不同而产生强度偏差的TBH系列。另外，以TBH为基础，为满足用户的要求，还开发了变形区域小、屈服强度高、可进一步提高强度和韧性的钢。

另一方面，作为可直接切削用钢，有采用仓敷地区制造设备生产的NH系列产品，产品为大直径非调质圆钢。另外，还开发了可用于传动轴的TQF钢。该钢利用仙台制作所棒钢精轧后的水冷装置进行直接淬火和自回火后，使棒钢表层形成回火马氏体组织，内部形成微细铁素体-珠光体组织。

3.4易切削钢

仙台制作所拥有可添加铅的炼钢设备，生产含铅易切削钢，但近年来基于环保的考虑，进行了不含铅易切削钢的研究，开发了各种替代钢。作为低碳系易切削钢，有通过添加Cr控制硫化物系夹杂物，提高切削性的CCC钢（无氧化铁皮切削钢）替代AISI 12L14和性价比高的AISI 1215系不含铅易切削钢，广泛应用于打印机传动轴等OA设备。无铅CCC钢和含铅易切削钢硫化物系夹杂物的观察情况示于图2。图3示出采用高速钢钻头开孔加工试验时开孔数量和钻头磨损量的关系。由图可知，CCC钢具有良好的开孔加工性。

3.5高强度剪切加强筋

仓敷地区和仙台制作所通过与JFE钢铁公司Techno-wire事业部合作已开始批量生产焊接封闭后延性好的、屈服强度为1275MPa级剪切加强筋和控制冷却节省合金的785MPa级剪切加强筋。

4结束语

JFE钢铁公司利用仓敷地区和仙台制作所两个工厂的特色，生产满足应用需求的系列产品，并确立了高品质产品的生产体制和产品的供给体制。另外，还开发了可应用于不同领域具有特色的产品。今后还将最大限度利用钢铁企业的技术力量，开发环保型高附加值棒线产品。