工具钢钢种的选择对工具的费用只有极小的影响，但钢种生产工艺的选用对工具的质量及其使用寿命却起着决定性的作用。本篇文章介绍了欧洲地区如瑞典等国家的现行工具钢生产工艺并对粉末冶金在工具制造方面将会扮演起重要角色这一预言也作了叙述。工具钢是一种高技术含量产品，它不是简单地到市场上随意就可买到，而是要按照工具钢的技术条件及规格进行订货。订制的工具钢要具有在广阔范围内通过精确的热处理及炉外精炼调整其性能使其能满足一系列特殊使用的要求。实际生产显示：工具钢的性能可以迅速而容易地通过特定的热处理使其达到几乎可不受限制地在各种条件下使用。通过热处理工艺还可使工具钢以较少的钢种获得所要求的适合广泛范围使用的工具性能。奥地利与瑞典的两家钢厂联合组成的世界上最大的工具钢生产企业其1993年的营业额就已达到9亿英镑。该企业生产的工具钢9O％出口到世界许多国家。几乎世界各国都有其用户，下面对这个公司工具钢的现行生产工艺简要予以介绍供同行参考。

1、工具钢生产工艺

对特殊钢工业来说最重要的事是：不断提高与开发新的钢种及冶炼工艺。应将旧的炼钢生产方法用先进的、新的工艺去取代。下面表示出了可以实现的工具钢各种生产工艺及冶金炉种·带有可转动非自耗电极的真空电弧炉·真空感应熔炼炉(VIM)·初级铸造电极真空电弧重熔法(VAR)·电渣顶部精炼法钢水初级熔炼是在高功率电弧炉内进行的，在这种炉内冶炼出来的钢水是最经济的钢种生产方法。在普通高功率电弧炉内可炼出来能正确配合炉外精炼法使用的钢水，然后把初炼出来的钢水送到各二次精炼设备进行重炼，以提高其附加值，表1是钢水炉外精炼设备选择准则表。

1．1 钢包冶金钢包冶金(或叫二次精炼、或叫钢包处理)是将精炼炉初炼出来的金属送到炉外的二次精炼炉进行炉外处理，二次精炼后然后进行浇注。炉外处理的要求和选择准则是根据处理后钢水中微量元素含量等要求如钢材纯净度等级、偏析允许程度等来选择炉外精炼工艺的。在钢包内进行合金化和进一步脱氧是最简单的一种钢包处理工艺。钢包处理的缺点是包内的钢水经处理后会有热量损失并使钢水温度下降。解决这个问题可以在钢包精炼炉内装一电极通过电弧来补充加热以使钢包内的钢水温度不下降或提高包内钢水温度。另外由于脱气和加热是分开进行的，因此可以达到一个极高的真空处理真空度，这有利于钢包脱气处理效率的提高。

1．2 钢包炉(LF)在钢包炉内处理钢水具有高度的灵活性，这个灵活性表现在：当一个钢包炉在进行炉外处理时(如合金化等)另一个钢包炉可与其同时进行脱气处理。欧洲ASEA公司建立的钢包炉其变压器功率是7．8兆伏安，炉子公称吨位是50公吨，钢包车上装有两个供电线圈供给钢包炉内电磁搅拌使用，当钢包内的钢水加热时可同时通过电磁搅拌或通过氩气搅拌或通过两者联合使用来搅拌钢水。这种钢包炉在出渣时可以倾斜任意角度。

1．3 电渣顶部精炼法(Eleetro—Slag Topping)通过这种炉外精练法可以生产出大型锻造用钢锭，在这种钢锭内没有大的非金属夹杂物，另外钢锭内的偏析也显著地降低了。这样的钢锭对于用来制造大型工具是非常需要的。比如对于生产挤压用模具或压力铸造用模具就必须使用无缺陷的钢锭来锻造加工，这对于生产挤压用模具尤为重要。把一个由液体金属冷凝的热帽放在标准的钢锭模顶部代替常规使用的耐火材料热帽。当浇注钢锭时锭模帽内以常用方法使其充满熔融钢水之后在帽内覆盖上液体反应渣并将一根自耗电极送入渣池内，随之电流就流通了。直到整个钢锭全部凝固前通过输入电能，帽内钢渣一直保持着液体状态。由于采用这种方式的热量输入，因而当钢锭凝固过程结晶偏析被避免了。通过、这种工艺使钢锭下部消除了非金属夹杂物的浓聚，同时也避免了钢锭内部较大的负偏析区。上述工艺除了使浇注出来的大型钢锭在质量上得到诸多提高外，还可给工具钢生产厂带来许多经济利益。与电渣重熔法比较生产费用降低了，其产量与电渣重熔法(ESR)相等。

1．4 电渣重熔法电渣重熔法是一个连续的生产工艺，在该工艺过程中钢水熔炼、冶金反应及其凝固过程同时进行着。电渣重熔工艺在熔渣层下面进行着高反应性而不改变钢水基本化学成份、去除着钢中不希望有的元素及非金属夹杂物。通过对钢水小范围内地控制凝固我们可以得到一个成分及结构均匀而无内部缺陷的钢锭。电渣重熔法可以生产出各向同性的工具钢。当使用传统工艺冶炼而钢的性能达不到要求时可以使用电渣重熔法。所以电渣重熔法常被用来生产高性能的工具钢。

1．5 真空电弧重熔法(VAR)成品工具件为了能得到最佳的工具性能，不仅要采用正确的热加工工艺和适当的热处理程序而且要注意工具钢钢水的熔炼和凝固工序对它的影响。真空电弧重熔法的建立弥补了在生产工具钢方面优质材料的空白并革新了工具钢传统的熔炼方法。把在炼钢电炉初炼出来的工具钢铸坯放在真空电弧炉内重熔是把铸坯作为电极使其在真空条件下发生直流电弧，电极在熔炼过程作为阴极，电弧撞击作为阳极的水冷却铜模底部。铸坯电极一边被熔炼着一边自动地喂入，即熔融的金属同时向模内集聚着。两个熔炼站被此成9O。布置，这样就能作到一个二次精炼炉在精炼着待浇注的钢水而另一个炉子的钢锭正在形成中。在VAR熔炼过程控制自动喂料的目的是想在熔炼时保持着均匀的热平衡，对于一个已给定的电弧和几何形状已定的钢锭来说其热平衡主要受熔炼电流、电弧长度和电弧电压等因素的影响。真空电弧炉的电极喂入可使用下列方法中的任一个来控制：①钢水下落速度；②电压控制；③混合型式控制。以上三种类型的控制方式会影响着正在工作中的电极平均喂入速度。

1．6 各种炉外精练法的比较VAR真空电弧重熔法与ESR电渣重熔法凝固两种工艺的主要差别是：一个在真空中进行熔炼作业而另一个则是在大气压力下的一个电渣重熔设备中进行重熔的。二者基本的区别是：真空电弧炉法的熔炼速度较电渣重熔法慢，它要比ESR法的熔炼速度降低约6o％，慢的熔炼速度促进了一个非常平坦的钢水溶池的形成，此外还有利于形成一个平坦的过渡区。这样就提供了一个较短的局部凝固时间，从而导致产生了一个更加短窄的枝晶间隔和更弱的枝晶间偏析。较短的局部凝固时间伴随着固相线、液相线、等温线很小的上升而提供了另外的好处：即在ESR熔炼中降低了高有害性偏析形成的危险性，像称作斑点的缺陷等。斑点经常是存在于钢锭中心和半径处，长度达到lm左右。以下对VAR和ESR这两种炉外精炼法各自的主要优点进行总结如下：VAR的优点(与ESR比较)①钢中具有低的气体含量；②微量元素的含量降低了，如铅、铋和碲；③在钢锭中心含有极低的枝晶间偏析；④能作到对Ti(钛)和Al(铝)两种化学成份精确调节。ESR的优点(与VAR比较)①重熔成本较低；②钢水脱硫效果极其显著，脱硫作用强烈；③能快速更换电极，所以钢锭单重可灵活掌握； ④具有较高的钢锭表面质量

2、工具钢钢锭的轧锻加工

在瑞典一个工具钢生产厂，工具钢热成型是在4500公吨开口模具锻造压力机上进行的，另一个工厂则是在3250公吨棒钢锻造压力机上锻造的。为了能锻造出长度较大的锻件，因而使用了旋转锻造机、开坯机和一台先进的多线轧钢机，这台轧机可生产出横断面为矩形、六角形及圆形等多种断面并具有良好表面质量的轧锻材。

3、发展工具钢的几个相关问题

3．1 工具钢可通过热处理工艺在较大范围内改变其机械和物理性能，因而工具钢的应用范畴将会越来越广泛。3．2 工具钢钢种的选择在工具的成本中只占极小的一部分对工具的成本影响极微小，但钢种及其冶铸的选择却对工具的质量及其使用寿命影响极大，起着决定性的作用，所以正确选择工具钢钢种、冶炼及其热处理工艺是一个极其重要的工程问题。此外还需说明：在即将到来的几年内用传统工艺冶炼出来的工具钢和高速钢等多种钢种将逐渐地会被粉末冶金所取代。3．3 建立起工具钢的质量保证体系是提高工具钢质量的重要环节工具钢生产厂建立起一套完整的质量保证体系后可以作到出厂产品有一个稳定可靠的高质量水平，这是保证工具钢产品具有常胜不衰的固定用户阵地的有效措施。

乾润钢球专业提供大量碳钢球产品，欢迎来电垂询！