特殊钢(special steel)

世界各国对特殊钢尚无统一的概念和定义，要在特殊钢和普通钢间划分明确的界线更难。一般认为特殊钢是具有特殊成分、特殊生产工艺、具有特殊的组织和性能，能够满足特殊需要的钢类，即除了普通钢以外所有钢类都属于特殊钢。与普通钢比较，特殊钢具有更好的强韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。

各国特殊钢概念日本的特殊钢概念包括合金钢、中高碳钢和抗拉强度大于590MPa高强度钢，德、法与日本相似。美国的特殊钢包括不锈钢加合金钢(含碳工钢、中空钢和高强度低合金钢)，但合金钢中的碳锰系除外。英国特殊钢的含义就是合金钢。前苏联对特殊钢的范畴没有明确的划分。中国特殊钢包括优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢、高速工具钢、耐热钢和不锈钢、高温合金和精密合金。

特点

与普通钢相比，特殊钢具有高纯度、高均匀性、超细组织和高精度等特点：

(1)高纯度

有针对性降低钢中气体、夹杂物(含低熔点金属夹杂物)的含量。钢的纯度提高到一定限度，不但可以大幅度提高钢的原有性能，还可以赋予钢以新的性能。例如轴承钢中的氧含量从30×l0^-6降低到5×10^-6，则轴承寿命提高30倍。通用奥氏体不锈钢中的磷降低到3×10^-6则对应力腐蚀免疫。20世纪末大生产所能达到的钢的纯度水平(10^-6)为：氢≤1，氧≤5、碳≤10、硫≤10、氮≤15、磷≤25。

(2)高均匀性

钢的成分偏析导致钢组织、性能的不均匀，这是钢制零部件提前失效以及钢性能潜力难以充分发挥的重要原因之一。现代生产工艺应使钢的均匀性达到：轿车齿轮钢淬透性带波动为±3HRC；对合金元素精确控制水平为碳、镍、钼含量≤±0.01％，锰和铬含量≤±0.02％；轴承钢淬火后的晶粒度为球形且尺寸波动0.8±0.2μm；抗层状撕裂钢(z向钢)的纵向、横向和厚度方向的力学性能，特别是塑、韧性要求大体上相当。

(3)超细组织

超细组织强化是惟一增加钢强度而不降低韧性或使韧性略有增加的强化机制。例如高强度不锈钢AFC77的晶粒从60μm细化到2．3μm，则断裂韧性K_IC从l00增加到220MPa•m^1/2。核反应堆压力容器钢板为粗晶时，其辐照脆化温度范围为150～250℃，而细晶钢降到50～70℃。轴承钢中的碳化物尺寸细到≤O．5μm，则轴承寿命大幅度提高。

(4)高精度

特殊钢材要有良好的表面质量和窄的尺寸公差。热轧钢棒的精度已达±0.1mm、热轧板卷的厚度公差达±0.015～0.05mm，而冷轧板卷的厚度公差已达0.003mm。           

(5)生产工艺

长期以来电弧炉是冶炼特殊钢的主要冶炼设备。20世纪末既可用电弧炉短流程(UHP电弧炉、炉外精炼、连铸、连轧、精整)也可用传统流程(高炉、铁水预处理、复吹转炉、炉外精炼、连铸、连轧、精整)生产特殊钢。在日本、德国工业发达国家用传统流程生产特殊钢的数量已占特殊钢总产量的50％～60％。生产高质量特殊钢的关键是精料、精炼、无缺陷连铸、高精度轧制、在线性能检测和精整技术。不同类型特殊钢可结合质量要求和具体情况选用不同类型的炉外精炼技术，就是同一钢类，因牌号不同也可采用不同的精炼方法。通用不锈钢精炼一般选用氩氧炉，而超低碳不锈钢、超纯铁素体不锈钢则用真空吹氧脱碳法最好。高纯度轴承钢一般用钢包精炼炉加真空循环脱气法，而合金结构钢一般采用钢包精炼炉即可。大部分特殊钢(约80％)可以连铸，但对高速钢、合金工具钢、轴承滚动体用钢等不宜于连铸钢类也用模铸法生产。