一、Cu的加入对控轧低碳钢时Ti和B的协同作用的影响

微合金元素的加入对热轧，尤其是控轧钢材的显微组织具有重要影响。Ti作为氧化剂，还同时具有细化晶粒和控制碳化物形状的作用。B含量在0.0005-0.003wt%时能改善可硬性。因此Ti和B的同时加入能有效抑制γ→α转变，从而提高低碳微合金钢的可硬性。而Cu对时效硬化的影响已进行了大量的研究，其强化机制是由于bcc Cu→9R Cu→fcc ε Cu析出物的形成。当Cu含量大于0.5wt%时能有效抑制珠光体转变。另外，固溶的Cu产生拖曳作用，而减缓再结晶过程，使未再结晶温度范围扩大。因此，考察Cu的加入对控轧低碳钢时Ti和B的协同作用的影响具有重要意义。由于Cu的加入在热加工时会形成表面缺陷，加入Cu含量一半的Ni可有效减轻这种缺陷。

试验用钢的基本化学成分（wt%）为：0.03-0.04C、1.45-1.72Mn、0.26-0.57Si、0.020-0.022S和0.013-0.014P。除此之外，还有一定含量的Ti、B、Cu和Ni，总共有Ti、B、Ti-B、Cu、Cu-B、Cu-Ti、Cu-Ti-B、Cu-Ni-Ti-B八种试验用钢。其中的Ti、B、Cu和Ni含量分别为：0.028-0.032、0.0008-0.0013、1.61-1.65和0.79。感应炉炼制的50mm×50mm的试验用坯首先在1200℃进行120分钟的均匀化处理，然后热锻成12.5mm×12.5mm的棒材。热锻坯在1200℃加热后热轧成6mm后的板材，终轧温度为750℃。轧后空冷。试验结果表明，Ti和B的加入能对γ→α转变产生明显的协同抑制作用。但这样的协同作用还不足以在空冷时抑制珠光体转变。Cu的加入尽管不能有效降低奥氏体转变温度，但位于晶界和三叉处的Cu能稳定奥氏体，而抑制珠光体转变。Cu、Ti、B的同时加入对推迟γ→α转变有利。Ni的加入会使转变进一步推迟。Cu的加入还能提高综合强韧性能，主要是由于细晶强化和析出强化。Ti的加入能细化显微组织和稳定位错结构。这会增强可硬性，但会降低延伸率和韧性。Ni的加入能细化晶粒，并控制Cu的析出物，从而显著改善韧性。

二、核电管体材料的研究

蒸汽发生器传热管是核电机组中的关键部件。国际上蒸汽发生器传热管材料大多用Fe-Cr-Ni合金制造，主要有奥氏体不锈钢304、800系列和镍基合金600与690系列。当前国际上有关传热管材的研究主要集中在现有材料的失效分析和材料开发上。国外核电站运行表明，以传热管应力腐蚀破裂为代表的环境失效是影响核电站安全运行的主要因素之一。早期的核电传热管以304和600合金为主，应力腐蚀破裂较多，后续发展了690和800合金，抗应力腐蚀性能得到很好改善。影响传热管应力腐蚀破裂的材料因素主要是Ni、Cr含量的变化，此外材料的热处理和变形加工工艺也非常重要，合适的热处理工艺可改变材料的组织状态，可提高钢管高温抗氧化性。

高温材料的抗氧化性一般通过表面形成稳定、致密、牢固的氧化保护膜组织来实现。对核电管材长期应用于600℃以上的工作环境来说，形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜是主要的备选膜层。高铬不锈钢能形成较稳定的Cr2O3，可实现氧化膜保护，但在高温水蒸气环境条件下严重恶化了Cr2O3膜的稳定性，因为在水蒸气环境中Cr2O3易和水蒸气形成不稳定的或挥发性的含Cr氢氧化物，严重恶化了Cr2O3膜的稳定性，从而制约了Cr系奥氏体不锈钢在许多高温环境中的长期使用，且使用温度受到限制。SiO2膜在水蒸气环境中的化学稳定性与Cr系不锈钢相似，而且SiO2具有低的热膨胀系数，在高温时必然导致与金属匹配时产生很大的热错配应力，破坏氧化膜，因此很少使用。和其他氧化膜相比，Al2O3的生长速度更低，在氧化环境中具有较高的热力学稳定性。值得注意的是Al是强烈的bcc(体心立方)稳定化元素，加工硬化大，需要调整化学成分，使在抗氧化性和蠕变强度两者之间寻求合理的平衡。

研究表明合适的Nb和Al合金化有利于钢中形成连续的Al2O3氧化膜，从而保证了高温下钢的蠕变强度。而Ti、V的同时加入不利于Al2O3氧化膜的形成。另外，具有高蠕变抗力的Ni-Cr基合金也可在表面形成Al2O3膜，但其成本是普通不锈钢的5-10倍，限制了它大规模使用。美国橡树林国家实验室在研究能在表面形成Al2O3膜又具有高温蠕变强度的新型奥氏体不锈钢研究为：在钢中添加少量的铝元素，在钢表面能形成保护型氧化膜；加入适量的Nb元素，使得蠕变强度提高，又能保护表面Al2O3膜的形成；合适的热处理可使钢中形成纳米级NbC粒子。

 概而言之，核电管体材料的研发倾向于表面形成Al2O3膜，以适应核电管材服役的高温腐蚀环境，有效地手段是：少量Al+少量Nb+合适热处理。常用材质是690、800以及奥氏体不锈钢。

三、冶金行业中热涂层的种类

                                                 热喷涂技术在冶金行业得到广泛的应用，应用后材料的性能得到明显改善，这些都与涂层的材料种类息息相关。常见的涂层种类有如下几类：

热障涂层热障涂层是一种具有良好隔热性能的陶瓷材料，涂到航空发动机的关键热端部件表面，厚度一般不超过0.5mm，能有效避免航空涡轮发动机热端关键部件与高温燃气直接接触，从而为发动机热端部件提供有效保护。近几年来，随着航空发动机向高流量比、高涡轮进口温度和高推重比方向发展，发动机燃气温度进一步提高，使得热障涂层技术显得更加重要，有关涂层制备方法的研究在国内外更加活跃。

2、纳米涂层

 普通颗粒在喷涂时仅是表面熔融，而纳米颗粒因比面积大、活性高、熔点相对降低而易被加热熔融。应用纳米颗粒后，平铺性明显较普通颗粒好，涂层致密，孔隙率低，加之其独特性能，热喷涂纳米结构涂层表现在性能上就是结合强度大、硬度和塑性同时提高、耐腐蚀性好、断裂强度好、划痕抗力提高等。

3、非晶涂层

非晶合金具有较高的强度、硬度和优良的耐磨、耐蚀及磁学性能。制备大块的非晶合金在技术上难度很大，但采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂等技术可将非晶粉末喷涂在廉价的性能较差的金属表面上形成致密的、结合强度较高的非晶涂层，是材料表面非晶化的常用方法。国外热喷涂非晶合金涂层研究重点是非晶合金涂层的抗腐蚀、抗磨损性能，并已开始商业化推广。而国内主要研究其制备工艺，对抗腐蚀和抗磨损等应用性能研究较少。

4、生物活性涂层

生物活性羟基磷灰石与生物组织有良好的相容性，可以制成各种关节和牙齿。等离子喷涂HAP粉末在金属基体上（一般为Ti基金属）形成生物涂层，既突出了HAP良好的生物活性，又利用了金属材料优秀的力学性能，避免了HAP脆性和疲劳敏感性的问题。

5、防腐涂层

 热喷涂技术是长效防腐的较好方法，目前国内用于防腐目的的热喷涂涂层主要是锌涂层和铝涂层。实际应用中，喷铝涂层对点蚀和机械损伤比较敏感；而喷锌涂层在弱酸性、含SO2工业大气和海洋环境中的耐蚀性较差，且喷锌涂层的腐蚀率较高，在施工过程中损耗量和对人体危害都较大。近年来以来开发了一些新型涂层，如锌铝镁合金涂层、铝锌硅合金涂层、锌铝合金涂层等，并得到了广泛的应用。

 当前，伴随着热喷涂技术的不断发展，热喷涂涂层必将更加广泛地应用到国民经济发展的各个领域中。作为热喷涂应用较为成功的领域，冶金领域应更加重视热喷涂相关方面的研发和应用。

五、深冷处理方法

一般将0-100℃的冷处理定义为普通冷处理，将温度低于-130℃的冷处理称为深冷处理。深冷处理是以液氮为冷却介质对材料进行处理的方法。深冷处理技术最先应用于受磨损的工具、模具刀具材料，后来扩展到合金钢、硬质合金等，采用该方法可以改变金属材料的内部结构，进而改善材料的力学和加工性能，它是目前最新的强韧化处理工艺之一。

深冷处理的机理：深冷处理后，金属材料（主要是工模具材料）的内部组织的残余奥氏体转变为马氏体，而且还可使马氏体内析出弥散碳化物，这样可消除马氏体中的残余应力，还增强了马氏体基体，因而其硬度和耐磨性也随之提高。硬度增加的原因是由于部分残余奥氏体转变为马氏体；强韧性的提高是由于弥散、细小的η-Fe3C析出；同时马氏体含碳量降低，其晶格畸变减小，使材料的塑性改善。

 深冷处理设备主要由液氮罐、液氮传输系统、深冷箱及控制系统组成。应用中，深冷处理采用多次重复进行。典型的工艺如： 1120℃油淬+-196℃×1h(2-4)次深冷处理+200℃×2h.回火处理。处理后的组织出现了奥氏体转变，还从淬火马氏体中析出高度弥散的与基体保持共格关系的超细碳化物，经随后的200℃低温回火后，超细碳化物长大 弥散分布的ε碳化物，其数量和弥散度明显增大。多次重复深冷处理，一方面使前一次深冷时由残余奥氏体转变成的马氏体中析出超细碳化物，另一方面，在淬火马氏体中继续析出微细碳化物。重复工艺可使基体的抗压强度、屈服强度和冲击韧性升高，提高了钢的强韧性，同时使冲击磨损的抗力明显提高。

 目前深冷处理技术已从工具、模具钢应用逐渐扩展到汽车和工程机械配件以及非金属加工等领域。但在其推广中，也发现了一些问题:

1、深冷处理技术对金属材料，特别是工具、模具和刀具性能的影响显而易见，但深冷处理的工艺无论是对设备还是对控制精度要求十分严格，而影响其效果的主要因素为深冷箱结构、液氮制冷方式、温度控制精度及均匀性，设备相对昂贵。

2、对冷处理的机理的研究较少而且不全面，多数研发侧重于金属学和热处理，而偏少物理学方面的研究，这也局限了工艺应用中的掌握和使用。

3、此外，冷处理方法造成工件变形的规律还未彻底掌握，将其作为工件最终加工还需进一步研究探索才行。

 概括之，深冷处理对模具材料上的应用成熟适宜，对其他材料方面上研究的空间很大。

六、中薄型钢材薄带连铸生产

从钢水直接生产钢带，钢铁工业的专家们已经梦想了近150年。从1989年起，BHP和IHI在澳大利亚Kembla港建了一个大规模研究厂，一直合作研究薄带连铸技术。到了1998年，生产出了具有商业价值，规格为2mm×1345mm的低碳钢带卷。该薄带可通过酸洗、冷轧、金属涂层、喷涂等工艺处理后用于建筑工程，也可以作为生产钢管的原材料。从1999年起，重点集中研究厚度小于1.4mm的较薄规格钢材。           薄带连铸技术工艺方案因结晶器的不同分为带式、辊式、辊带式等，其中研究得最多、进展最快、最有发展前途的当属双辊薄带连铸技术。该技术在生产0.7—2mm厚的薄钢带方面具有独特的优越性，其工艺原理是将金属液注入一对反向旋转且内部通水冷却的铸辊之间．使金属液在两辊间凝固形成薄带。双辊铸机依两辊辊径的不同分为同径双辊铸机和异径双辊铸机．两辊的布置方式有水平式、垂直式和倾斜式三种，其中尤以同径双辊铸机发展最快、已接近工业规模生产的水平。

澳大利亚Kembla港研究厂的纵面布置反映了薄带连铸生产的工艺过程，大包回转台、大包、等离子控温仪、中间包、双铸辊、轧机、夹送辊、拉辊、剪刀机和卷取机。研究厂薄带连铸的工艺过程为：60吨电弧炉在3小时内炼出钢水，出钢后用行车把运送小车上的钢包掉上大包回转台。在浇铸期间，钢水源源不断地从大包到中间包，在中间包，用等离子控温仪可以控制温度，也可以使钢水得到缓冲和均匀。通过缓冲和均匀后，钢水沿水口流向铸辊，铸辊对钢水具有凝固作用，表层凝固后的钢带进入由惰性气体保护的缓冲池，该池保证钢带继续凝固，同时具有控制温度的功能，以便在随后的50%压下量的轧机上有个合适的入口温度。轧制后钢带冷却，经剪刀机定尺剪断后，用两个卷取机中的一个将钢带卷取。整个工艺路线长56米。

产品质量表面质量：薄带的表面质量是通过一系列的检测和控制技术来保障，整个薄带连铸安装了在线检测设备，对每一卷的头尾取出10m进行视检、酸洗和着色试验。以便暴露宏观和微观缺陷。

内部质量：钢带的内部质量关系到轧制变形的顺畅和最终产品的性能，图2是通过X射线反映的薄带内部空洞情况。内部空洞的存在主要与不均匀凝固有关。要控制好钢的化学成分和凝固条件。无内部空洞是较理想的钢带组织。3.5μm大小的夹杂物所占比例最大。大多数分布在2.5-8.5μm之间。

组织与性能：冷速越来越大，组织分别为多边形铁素体（Polygonal Ferrite）、多边形+针状铁素体（Polygonal+Acicular Ferrite）、贝氏体（Bainite）和马氏体（Martensite）。伴随组织的变化，其强度越来越高。组织不同，其性能不同。多边形铁素体的抗拉强度为350Mpa，马氏体为900 Mpa，其它组织的性能位于二者之间。不同的组织是在不同的冷却速度下得到的，带卷温度较高时将得到多边形铁素体，带卷温度为中温时得到多边形+针状铁素体，在冷床上弱冷得到贝氏体，强冷则得到马氏体。双辊薄带连铸技术已受到世界各国的普通重视，它的开发成功必将改变冶金工业的面貌，从而带来巨大的经济效益和社会效益。虽然目前还存在诸多的问题，如薄带表面质量、薄带厚度的均匀性、铸速的稳定性、薄带的宽度、侧封材料、铸辊材质和冷却、钢水保护及各项控制系统等。但可以相信，在各国科研工作者的共同努力下，随着这些问题逐步的解决，该项技术的工业化应用将指日可待。从以上M工程研究成果看，国外对于双辊薄带连铸技术的研究已取得了重大进展，今后将重点集中在铸机及工艺适应性研究、薄带的组织与性能研究、数学模型的建立和应用研究上。

七、金属制品表面毛刺的去除技术

金属制品表面毛刺是指金属件经机械加工后残留的飞边或批锋溢料，当这些溢料很薄很小时，便是毛刺。毛刺的存在，影响了产品的表面质量，另一方面也降低了涂层镀锌或油漆时的附着力，因此需要去除。过去，毛刺的去处方式主要依靠人工去毛刺，现在已发展出电化学去毛刺、热能去毛刺、超声波去毛刺、激光去毛刺、冷冻喷丸去毛刺等。具体如下：

 1、人工去毛刺不再赘述。其优越点是：对于批量生产的金属，采用人工去毛刺不仅需要大量的劳动力，生产效率低，而且特别不适合加工形状复杂的制品。

2、电化学去毛刺是指利用电能、化学能进行阳极溶解来去毛刺。它对加工工件无机械作用力，容易实现自动化或半自动化，对大批量生产最为经济，使用于手工难以处理和形状复杂部位的毛刺去除，具有去除效果好、安全可靠、高效特点。

3、热能去毛刺是指将加工零件置于密封腔内，充入一定比例的可燃气体，由火花塞点燃产生瞬间高温清除毛刺飞边。使用该法极速升温到2500-3000℃，烧除去零件上的毛刺或飞边，去除效果好，使用范围广。

4、超声波去毛刺是指利用超声作用将机械振动传给清洗液，使其频繁地拉伸和压缩，形成微气泡，微气泡破裂会产生瞬间高压轰击零件，以达到去除毛刺目的。超声波去毛刺是一种环保绿色科技。日本S&C株式会社在这方面具有独到之处，开发的超声波去毛刺技术，能使超声波的功率密度能稳定在一个极高的水平，确保足够的强度方便去除毛刺。

5、冷冻喷丸毛刺是利用液氮的冷冻效果是压铸件飞边或毛刺迅速发生脆化，然后通过高速喷射的塑料弹丸撞击制品，从而达到高质量去除零件飞边的目的。另外，现有的毛刺去除技术还都存在着不同程度的适应范围和局限性，面对日益激烈的竞争市场，对于致力于这个方面的企业，应从以下方面长远考虑： 1、去除质量要稳定，精度要准确，减少废品的产生；2、实现去毛刺的自动化，尽量减少对人工的依赖；3、提高技术的通用性，扩大去毛刺的适用范围；4、实现绿色环保生产，减少环保压力。

八、不锈钢电弧炉粉尘的还原新工艺

电弧炉炼钢产出装炉量1%-2%的粉尘AOD 炉量约为装炉量的0. 7 %-1 %的粉尘,粉尘中除含铁外,还含有铅、锌、镉、镍和铬等重金属元素,其成分及含量由冶炼的钢种而定,碳钢或低合金钢冶炼过程中产出的粉尘主要含铅和锌,不锈钢或特种钢冶炼粉尘主要含镍和铬。电弧炉粉尘的处理和综合利用越来越受到世界各国的关注,希望开发出既经济又能回收有价金属资源且保护环境的实用技术,但各种研究的基础必须从了解电弧炉粉尘的有关特性开始。而不锈钢电弧炉粉尘中的合金元素镍、钼、钛、铌、铜、氮等如果可以回收的话，会产生很大的经济效应。美国的Midrex 公司和日本的Kobe Steel公司合作共同开发的Fasmet/ Fastmelt 直接还原工艺与Inmetco 一样采用转底炉生产海绵铁。Fasmet 工艺是用碳作还原剂,用钢铁厂废渣或粉尘,返回转底炉冶炼,生产的产品叫做直接还原铁DRI ,该产品含有85 %～92 %的铁和2 %～4 %的碳,产量要依靠造球效果。Fastmelt 是利用Fasmet 的RHF 还原成的DRI 再生产高纯的液态铁。此工艺的优点是流程短,布局紧凑,设备占地面积少；用内配碳球团,为快速反应创造了条件(反应时间约为10min) ；应用范围广；具有较大生产能力,可以省去传统工艺中的烧结炉和鼓风炉；与Inmetco 工艺相比,可实现清洁生产,不产生废水和废气等二次污染。但其缺点是部分金属(铬) 回收率不高,一般为70 %～90 %； 操作条件要求较高,对煤粉质量要求较高；工序能耗较高。该工艺已在日本投入了工业应用。并且现在世界上许多别的厂家如:U. S. Steel Group , Cyprus Northshore Mining 等公司也在发展和应用该工艺。Bureau of Mines 电炉还原工艺:美国Bureau of Mines 采用电炉还原回收不锈钢粉尘中的有价金属,生产高镍铬合金。该工艺是Powell 等人(U. S. Bureau of Mines) 开始可行性研究,用AOD 粉尘、EAF 粉尘、废铁屑加入5 %的碳作为还原剂,混合制粒,球团在电炉中还原。该工艺在小规模试验中金属的回收率较高(可达95 %以上)。而同样来自U. S. Bureau of Mines 的Barnards 在不同容量的电弧炉中加入与Powell 等人使用的相似的粉尘颗粒,进行深入研究。在小容量的电炉中,同样有95 %的金属被还原出来,而在大容量的电弧炉中,因为炉渣的成分难以控制,铬的回收率比期望值少了10 %。STAR 工艺: 日本Kawasaki Steel 公司的STAR 工艺处理不锈钢粉尘是利用流态化床技术,在鼓风炉中,分两步直接还原而不需要造球工序。一个140t/ d的工厂在日本建成投产。其金属(铁、镍、铬)回收率很高,几乎达到100 % 。日本Daido Steel 公司将粉尘直接返回炼钢熔池,采用铝作为还原剂还原回收粉尘中的有价金属,此方法的最大缺点是粉尘中除含镍、铬外还含有大量铁,用铝换铁是不经济的。美国J &L Specialty Steels公司与Dereco 公司合作进行直接还原法处理不锈钢粉尘和废渣的工业试验,550d 实验研究结果显示铬回收率低于70 % ,为提高回收率必须增加硅铁的使用量,由此又回到了以硅换铁的经济问题。日本VHR (VacuumHeating Reduction) 工艺将Zn 分离后,其他成分制球返回EAF 还原金属；Elkem Technol2ogy 发展了紧缩空气渣还原炉( air tight slagreduction furnace) 来还原Zn ,富集Fe 金属；在等离子技术上发展起来的MEFOS 工艺,于DC 炉的空电极中通过高温的离子和粉尘来还原；相似的还有Davy Mckee Hi - Plas 工艺,粉尘在Hi - Plas 等离子炉中还原。世界上还有一些不锈钢粉尘的处理工艺,但都是从上面的基本工艺中演变出来的。

九、医用β钛合金的制作

在国内外使用的医用植入物金属材料主要有：316、CoCr合金、钛及钛合金。与人体骨质弹性模量相比，钛及钛合金最为贴近。目前该类应用最多的是商业纯钛和Ti-6Al-4V为主，而新型的β合金，由于拥有与骨骼最相近的弹性模量，目前备受关注。其工艺设计为：

1、合金成分钛合金设计中，α稳定元素（Al,O,N等）和β稳定元素（V,Mo,Nb等）决定了合金的类别归属。α合金仅有α相；近α合金含有少量β稳定元素；α+β合金含有更高的β稳定元素；β合金仅有β相。研究认为：Nb、Zr、Mo、Ta作为医用β钛合金添加元素，添加到一定含量后，通过快冷可获得亚稳定β相，能有效降低合金的弹性模量，但此类合金元素的添加量不能过高，过高会导致脆性ω相析出，导致合金变脆，弹性模量增加。因此合理选择并控制添加量是获得理想低模量的关键。典型的是TNZ系列合金（包括Ti-13Nb-13Zr、Ti-13Nb-20Zr等）。

2、热处理为获得理想的β相组织，β型合金要进行β相区充分固溶处理后快速冷却（如水淬火）。归纳医用β相合金的热处理为：1）大变形量的冷变形+退火处理或大变形量的热加工变形（β相区或α+β两相区）；2)热机械加工处理后，在β相区的充分固溶，快冷，尽可能地获得全β组织。

3、晶粒超细化细化晶粒是金属材料获得优异综合力学性能的有效手段。医用植入物β合金晶粒超细化处理后的优势是：1）不改变弹性模量的情况下，提高合金的强度，进而提高服役寿命；2）提高了耐磨性，降低了植入物合金与骨骼及组织接触产生的磨损；3）从材料加工成型角度看，超细晶粒的合金具有优良的塑性变形能力，且具有超塑性特性，成型性非常好。研究中的方法是：采用等径弯管挤压法获得超细晶粒。此外还有通过合金化合特定的熔炼方法获得纳米超细基体和微尺度枝晶β相的双态组织。

4、表面处理除合金的强度和模量性能外，医用植入物材料的表面耐磨性对其使用寿命的影响也很大，植入合金耐磨性差将导致其过早的磨损而失效。改善植入物材料耐磨性的方法一般采用表面涂层，传统的涂层设计主要考虑合金的生物相容性、耐蚀性及表面活性，如Al2O3、TiO2涂层等。近年来有采用离子植入、等离子喷射涂层、表面渗氮、表面渗碳等技术提高合金的表面硬度和耐磨性。特别是一种类金刚石碳（Diamond-like carbon）涂层，改善合金耐磨性效果显著。除此外，合金的近表面组织超细化处理，获得亚微或纳米相晶粒，也是提高材料耐磨性、抗疲劳的有效途径。如采用循环感应加热淬火处理，利用感应加热的“集肤效应”可实现合金近表层瞬时感应加热升温。在几类医用植入钛合金中，β型钛合金的研究最晚，国外的前期基础研究较成熟，国内还处于前期试验阶段，这需要更多的科研人员进一步投入关注和研究，使科研及早转化为生产力，造福人类。

十、核电管体材料的研究

蒸汽发生器传热管是核电机组中的关键部件。国际上蒸汽发生器传热管材料大多用Fe-Cr-Ni合金制造，主要有奥氏体不锈钢304、800系列和镍基合金600与690系列。当前国际上有关传热管材的研究主要集中在现有材料的失效分析和材料开发上。

国外核电站运行表明，以传热管应力腐蚀破裂为代表的环境失效是影响核电站安全运行的主要因素之一。早期的核电传热管以304和600合金为主，应力腐蚀破裂较多，后续发展了690和800合金，抗应力腐蚀性能得到很好改善。影响传热管应力腐蚀破裂的材料因素主要是Ni、Cr含量的变化，此外材料的热处理和变形加工工艺也非常重要，合适的热处理工艺可改变材料的组织状态，可提高钢管高温抗氧化性。

高温材料的抗氧化性一般通过表面形成稳定、致密、牢固的氧化保护膜组织来实现。对核电管材长期应用于600℃以上的工作环境来说，形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜是主要的备选膜层。高铬不锈钢能形成较稳定的Cr2O3，可实现氧化膜保护，但在高温水蒸气环境条件下严重恶化了Cr2O3膜的稳定性，因为在水蒸气环境中Cr2O3易和水蒸气形成不稳定的或挥发性的含Cr氢氧化物，严重恶化了Cr2O3膜的稳定性，从而制约了Cr系奥氏体不锈钢在许多高温环境中的长期使用，且使用温度受到限制。SiO2膜在水蒸气环境中的化学稳定性与Cr系不锈钢相似，而且SiO2具有低的热膨胀系数，在高温时必然导致与金属匹配时产生很大的热错配应力，破坏氧化膜，因此很少使用。和其他氧化膜相比，Al2O3的生长速度更低，在氧化环境中具有较高的热力学稳定性。值得注意的是Al是强烈的bcc(体心立方)稳定化元素，加工硬化大，需要调整化学成分，使在抗氧化性和蠕变强度两者之间寻求合理的平衡。

研究表明合适的Nb和Al合金化有利于钢中形成连续的Al2O3氧化膜，从而保证了高温下钢的蠕变强度。而Ti、V的同时加入不利于Al2O3氧化膜的形成。另外，具有高蠕变抗力的Ni-Cr基合金也可在表面形成Al2O3膜，但其成本是普通不锈钢的5-10倍，限制了它大规模使用。美国橡树林国家实验室在研究能在表面形成Al2O3膜又具有高温蠕变强度的新型奥氏体不锈钢研究为：在钢中添加少量的铝元素，在钢表面能形成保护型氧化膜；加入适量的Nb元素，使得蠕变强度提高，又能保护表面Al2O3膜的形成；合适的热处理可使钢中形成纳米级NbC粒子。

概而言之，核电管体材料的研发倾向于表面形成Al2O3膜，以适应核电管材服役的高温腐蚀环境，有效地手段是：少量Al+少量Nb+合适热处理。常用材质是690、800以及奥氏体不锈钢。

十一、德国钢渣的应用

转炉和电炉渣业已认可的传统应用领域有道路建设、水路建设、农业化肥以及小量地用作混凝土骨料。这些应用领域对钢渣的质量均有特殊要求。混凝土结构应用对钢渣的力学性能和体积稳定性的要求最高，而用于化肥时则要求钢渣中的重金属含量低。

为了满足各应用领域的特殊要求，原渣必须经过加工。然而，愈来愈苛刻的环保要求可能会限制炼钢副产品用于建筑材料。钢渣具有良好的力学性能，使它可以作为骨料用于道路建设。不过，钢渣中的游离石灰有时会降低它的体积稳定性，成为钢渣用作道路建筑材料的限制因素。游离石灰与湿气或水发生反应生成氢氧化物，导致体积的增加。下文中将以转炉渣为例讲述钢渣。利用转炉钢渣有以下限制因素：

(1)由于钢对磷含量有严格的要求，使钢渣在冶金工艺中的循环利用受到限制。(2)用于农业化肥的钢渣量取决于市场需求。由于化肥的市场价值较低，长途运输受到成本限制。而且，来自天然碳酸钙化肥的市场竞争非常激烈，尽管浸灰剂的市场需求前景看好。(3)钢渣用于对骨料要求不高的道路建设(如道路、小道和停车场等)时，会遇到其他类似品质的工业废料的竞争。(4)更加严格的环保法规可能会限制炼钢副产品用作建筑材料。近来，其他工业废料已进入到大多数传统的钢渣应用领域。这就要求为钢渣开辟出其他工业副产品难以替代的新市场，从而保证钢渣循环利用的前途。然而，钢铁废渣的利用潜力仍未被充分挖掘，因此，需要能够提高钢渣质量的新型处理工艺。钢铁工业的努力方向是通过提高钢渣的性能来促进钢渣的循环利用。今后，必须尽量减少因颗粒小而被废弃的钢渣量。

十二、冷轧板带生产的新技术及设备

冷轧带坯原料无酸洗除鳞工艺冷轧带坯原料酸洗除鳞一直是冷轧生产流程中最大的污染源。轧钢界多年来曾探索过喷丸除鳞、水流喷砂除鳞、电解除鳞等工艺，但均未能工业化经济应用，目前仅在棒线材拉拔加工时采用了过喷丸除鳞工艺。最近Danieli Wean United公司开发了新的无酸洗除鳞工艺，第一套工业规模年产10万t的机组于2001年4月在意大利威尼斯附近的Ispadue带钢厂投入运行，渴望成为新的无酸洗除鳞工艺。

该无酸洗除鳞技术由3步工序组成∶第1步为加热工序。带钢在无氧化气氛中由燃气烧咀喷出火焰直接加速地加热到某一最佳化学反应温度；第2步为反应工序。该工序在富氢气(25%~95%H2) 的混合气氛中进行，带钢表面氧化皮将与气氛中的氢气H2而被还原成金属铁，具体的反应方程式随氧化皮的种类而异。2Fe2O3+2H2= Fe3O4+ Fe+2H2O  Fe3O4+ H2= 3 FeO+H2O FeO+H2= Fe+H2O反应室分两段，从而能保证反应室内混合气体的组成，使用风机实现气体的混合并抽走反应后的废气。第3为冷却工序。此工序在含H2和N2的气氛中进行，从防止带钢冷却到室温前再次被氧化。根据试验机组运行结果，经无酸除鳞后带钢表面的洁净度远优于传统酸洗的带钢表面。

2 液氮冷却机用于带钢冷轧工艺，冷轧工艺润滑也是冷轧工艺中的另一污染源，冷轧工艺润滑的乳液随着带钢的移动带到冷轧车间地面，并存在废乳液的回收处理及防火等安全问题，因此开发水乳液或油润滑液的替代品具有重要的环保意义。近年来德国C.D WalzholzTs公司开发出一种新型的冷却技术，即用液氮作为冷却剂替代水/油乳化液，并成功应用于工业生产。该公司开发的冷却技术是使用喷咀将液氮(温度一196摄氏度~ 一170摄氏度) 喷洒于轧辊前的带钢表面，液氮的快速散热功能允许提高轧制速度，提高压下量，在该厂单机架轧机上生产某些钢种时，轧制速度可达600mm/min。传统的润滑剂是通过减小摩擦来减少产生的摩擦热，而液氮几乎不具备润滑效果，其只是快速地将摩擦产生的热量散去，自身也蒸发，实际应用表明其安全性较好，消除了火灾和爆炸隐患，消除了有害的乳液蒸汽及对工作区的污染；同时产生质量良好，表面质量更加均匀一致，不会产生由于残余乳液造成的表面锈蚀，在高速轧制条件下亦可获得镜面加工表面。采用该技术，无需增添设备并可装去乳液循环设备、乳液购置等，降低了成本和电耗，并减少了换辊次数和磨削次数，使生产成本得到降低。

3 进一步开发多种轧制簿带的小辊径高精度轧机，以满足市场对簿带钢的需求，并实现冷轧簿带的灵活性、专业化生产。目前轧制簿带钢，特别是轧制硅钢和不锈钢等硬钢种簿带钢，最佳轧机仍是二十辊轧机，但轧机结构已有较大突破，发展了双牌坊式20辊轧机及无鞍座整体箱式20辊轧机等，目的是简化制造精度和结构，便于操作与维护，节约制造成本，但均保留了20辊轧机最大的优点一一小工作辊径和产品高精度。此外，各种新型轧机，如六辊HC轧机、十二辊轧机和十六辊轧机的相继研制与应用，更增加了生产簿规格带钢时轧机的选择性。高精度轧制是这类轧机的另一个特点，带钢厚度偏差仅为厚度的0.5%，绝对精度达到+ - 1um。在冷轧板带产量早已满足工业需求的欧洲与美国，近些年仍陆续投产了多台20辊轧机、6辊HS轧机、14辊HZ轧机、10辊4/S6轧机等，且均用于生产特殊的簿带钢，证明了为适应簿带钢生产的需要而发展高精度轧机的趋势。当然，这些轧机不单是单机架可逆式轧机，为了增加产量，也有采用双机架可逆式轧机的，例如，已有年产100万t镀锡板、轧制速度达1600mm/min的双机架轧机投产；还有双机架平整机兼作二次冷轧机，其冷轧压缩率达20%~50%，用于生产簿规格镀锡板。