JFE鋼鐵公司的棒線材制造工藝具備高爐長流程和電爐短流程兩種生產(chǎn)方式，這使得該公司能夠從碳中和的角度出發(fā)，滿足客戶多樣化的需求。西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）和仙臺制造所利用各自制造設(shè)備的特點，建立了高品質(zhì)特殊鋼棒線材的制造體系。此外，該公司在各個產(chǎn)品領(lǐng)域都開發(fā)出了高性能且具有特色的產(chǎn)品，為實現(xiàn)碳中和以及電動汽車（EV）轉(zhuǎn)型的需求作出貢獻。本文將介紹JFE鋼鐵公司制造工藝的特點以及具有代表性的特色產(chǎn)品。
1引言
JFE鋼鐵公司的棒線材產(chǎn)品在西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）和仙臺制造所等兩大基地進行生產(chǎn)。倉敷地區(qū)采用高爐長流程制造工藝，仙臺制造所采用電爐短流程制造工藝，公司充分發(fā)揮這兩種制造工藝的優(yōu)勢，為客戶提供符合其需求的產(chǎn)品。
基于開發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)要點，本文重點介紹兩大生產(chǎn)基地的制造工藝特點以及棒線材產(chǎn)品的特點。
2制造工藝的特點
2.1
JFE鋼鐵公司棒線材的生產(chǎn)特點
西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）主要使用高爐鐵水，通過226噸大型轉(zhuǎn)爐，經(jīng)過二次精煉和連鑄制成大方坯，或利用鑄錠設(shè)備生產(chǎn)大型鋼錠。仙臺制造所則主要以廢鋼為原料，通過130噸環(huán)境友好型高效電爐（EcoArc爐），經(jīng)過二次精煉和連鑄生產(chǎn)大方坯。
利用這些設(shè)備的特點，公司能夠生產(chǎn)從大規(guī)格到小規(guī)格的產(chǎn)品，涵蓋了從低碳鋼到高碳鋼、合金鋼、軸承鋼、易切削鋼等鋼種，以及各種尺寸的產(chǎn)品。表1展示了各工廠的產(chǎn)品生產(chǎn)范圍。通過軋制，該公司可以制造出最大直徑達φ450mm的圓鋼和最大邊長為750mm的方鋼，屬于世界最大尺寸級別。此外，在仙臺制造所也軋制采用高爐工藝生產(chǎn)的鋼坯，在倉敷地區(qū)也軋制采用電爐工藝生產(chǎn)的鋼坯，從而滿足廣泛的客戶需求。
2.2
西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）
西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）開坯廠不僅生產(chǎn)軋材和棒線材用坯料，還制造鋼管和型鋼生產(chǎn)用的圓坯和矩形坯。2020年，該廠提升了圓坯剝皮設(shè)備的能力和探傷精度，以滿足對無缺陷、無脫碳的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的增產(chǎn)需求。2023年，隨著京濱連鑄機公司停止生產(chǎn)鋼管用圓坯，該廠通過增設(shè)加熱爐燃燒裝置、在冷床引入了空冷和水冷設(shè)備等措施，成功實現(xiàn)了產(chǎn)能提升以應(yīng)對市場需求增長。
棒線材廠能夠高質(zhì)量軋制棒線材兩種產(chǎn)品，同時實現(xiàn)了高尺寸精度的自由軋制工藝，還能生產(chǎn)加工性能優(yōu)異的四面肋鋼筋、最小直徑為4.2mm的極細線材等產(chǎn)品。
2.3
仙臺制造所
在煉鋼廠，2018年對連鑄機進行了升級改造；為了提高方坯的質(zhì)量，2022年增強了鋼包精煉爐（LF爐）的生產(chǎn)能力；為了滿足客戶對電爐鋼材的需求，2024年提高了電爐的出鋼能力。在連鑄區(qū)域，2022年提高了方坯修磨機的生產(chǎn)能力，可以有效生產(chǎn)低缺陷、高表面質(zhì)量產(chǎn)品。棒材廠在2019年增設(shè)了直棒精整線。
這些設(shè)備投資提高了生產(chǎn)效率，同時，煉鋼廠、棒線材廠都利用數(shù)字孿生技術(shù)（DS）和數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)（DX），提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，并將這些技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備維護，有助于實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。
3JFE鋼鐵公司的棒線產(chǎn)品
JFE鋼鐵公司充分發(fā)揮倉敷地區(qū)和仙臺制造所的特點，為客戶提供廣泛的產(chǎn)品。表2展示了該公司生產(chǎn)的主要棒線材鋼種。此外，該公司還開發(fā)了各種具有特色的產(chǎn)品，以滿足客戶的需求，并且正在推進產(chǎn)品開發(fā)，致力于為電動汽車轉(zhuǎn)型和碳中和作出貢獻。
3.1
滲碳鋼
滲碳鋼是一種適用于滲碳、滲氮等表面硬化處理的鋼種，用于制造汽車和建筑機械中的齒輪、軸等部件。這些部件需要具備多種特性，尤其是疲勞強度。JFE鋼鐵公司開發(fā)的產(chǎn)品既能實現(xiàn)高疲勞強度，又能通過簡化客戶生產(chǎn)流程來減少二氧化碳排放。
齒輪等部件通常通過鍛造成型，為了降低鍛造時的負荷，往往需要進行軟化退火。JFE鋼鐵公司開發(fā)了一種冷鍛性能優(yōu)異的鋼材JECF33?，可省略軟化退火步驟（見圖1）。此外，通過揭示滲碳時異常晶粒長大的機制，使得滲碳前的預(yù)熱處理也可以省略。通過這些必要的改進，使該鋼材能夠滿足客戶減少二氧化碳排放和降低成本的需求。
齒輪所需的特性之一是抗沖擊性。當(dāng)齒輪承受過大的沖擊載荷時，可能會在齒根處發(fā)生斷裂。為了防止這種斷裂，強化晶界非常重要，減少雜質(zhì)并合理利用硼元素也是關(guān)鍵。目前JFE鋼鐵公司已將抗沖擊齒輪用鋼SCMB622H投入實際應(yīng)用。
在齒輪制造過程中，滲碳熱處理產(chǎn)生的變形矯正加工是一項繁重的工序。因此，JFE鋼鐵公司通過在滲碳淬火時在部件內(nèi)部生成一定比例的鐵素體，減少馬氏體的生成量，并利用鐵素體相吸收變形，開發(fā)出了可減少熱處理變形的滲碳雙相鋼。
另一種控制熱處理變形的策略是采用無相變的軟氮化處理。雖然軟氮化處理的硬化層深度比滲碳處理淺，但通過優(yōu)化熱鍛后的組織和合金元素，JFE鋼鐵公司開發(fā)出了具有與滲碳處理相當(dāng)疲勞強度的高強度軟氮化用鋼JAENS?（圖2）。
3.2
易切削鋼
仙臺制造所擁有可添加鉛的煉鋼設(shè)備，過去一直生產(chǎn)含鉛易切削鋼。但從減輕環(huán)境負荷的角度出發(fā)，該制造所致力于開發(fā)無鉛易切削鋼，并已開發(fā)出多種鉛易切削鋼替代鋼種。作為低碳無鉛易切削鋼，通過添加鉻來控制硫化物形態(tài)，相繼開發(fā)了提高切削性能的AISI12L14替代鋼CCC（CleanCutChromium）以及在成本性能方面表現(xiàn)優(yōu)異的AISI1215系無鉛易切削鋼。特別是CCC鋼，在高速切削時具有良好的鉆孔性能。
此外，仙臺制造所還開發(fā)了一種添加微量鉛、切削性能與普通含鉛易切削鋼相當(dāng)?shù)腞oHS合規(guī)鋼。
3.3
非調(diào)質(zhì)鋼
在機械結(jié)構(gòu)用鋼中，通常通過調(diào)質(zhì)處理，將微觀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織，從而獲得良好的強度和韌性。不過，這種調(diào)質(zhì)熱處理會排放大量二氧化碳，因此，無需調(diào)質(zhì)處理的非調(diào)質(zhì)鋼一直是研發(fā)的重點。非調(diào)質(zhì)鋼大致可分為熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼和軋制非調(diào)質(zhì)鋼（直接切削用）。熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼一般以中碳（0.25%-0.6%C）為基礎(chǔ)，通過將微觀組織控制為鐵素體-珠光體組織，并在冷卻過程中使添加的釩以VC的形式析出，從而確保強度。此外，還開發(fā)出了貝氏體組織型的鋼材以及更高強度和韌性的鋼材。另一方面，在直接切削用非調(diào)質(zhì)鋼方面，倉敷地區(qū)利用軋制設(shè)備生產(chǎn)NH系列的大直徑圓鋼（φ45-190mm）。大直徑圓鋼的生產(chǎn)關(guān)鍵在于釩的添加以及加熱和軋制條件的優(yōu)化。仙臺制造所通過在棒材精軋后直接進行水冷淬火和自回火處理，使表層形成回火馬氏體組織，內(nèi)部形成細小的鐵素體-珠光體組織，已將適用于軸類用途的TQF鋼進行商品化生產(chǎn)。
3.4
電爐鋼材表面控制技術(shù)
當(dāng)前對電爐鋼材的需求不斷增加。為此，JFE鋼鐵公司致力于開發(fā)與高爐鋼材特性基本相同的電爐鋼材。由于電爐以廢鋼為原料，會含有銅等微量元素，這些元素在精煉和熔煉階段很難去除。因此，JFE鋼鐵公司開發(fā)了一種減輕微量元素對鋼材表面性能負面影響的制造方法，由此生產(chǎn)的部分產(chǎn)品已被客戶使用。鑒于棒線材用于制造的部件需要具備多種特性，該公司仍在繼續(xù)研究進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量的方法。
3.5
其他產(chǎn)品
表面硬化處理的一種方法是高頻淬火回火熱處理。由于需要達到一定的淬火硬度，通常以中碳（0.25%-0.6%C）以上的鋼材為基礎(chǔ)，這使得冷鍛性能與硬度要求難以兼顧。JFE鋼鐵公司通過優(yōu)化影響冷鍛性能的元素和微觀組織，開發(fā)出了可冷鍛的中碳高頻淬火回火用鋼。
在建筑用高強度鋼筋方面，JFE鋼鐵公司與JFE技術(shù)公司合作，成功開發(fā)出兩種新型鋼筋：一種是焊接后延性優(yōu)異、屈服強度為1275MPa級的抗剪鋼筋，另一種是通過控制冷卻工藝實現(xiàn)低合金化設(shè)計的785MPa級抗剪鋼筋。
棒線材還可作為功能材料使用。用于電磁閥等的純鐵系軟磁材料需要具備優(yōu)異的磁性能，但由于純鐵質(zhì)地非常軟，需要改善其切削性能。JFE鋼鐵公司通過控制夾雜物和析出物，開發(fā)出了改善這一問題的JAMS?鋼。
4結(jié)語
JFE鋼鐵公司充分利用西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）和仙臺制造所兩大生產(chǎn)基地的特點，開發(fā)并提供滿足客戶需求的產(chǎn)品。為了符合近年的碳中和理念，未來該公司還將繼續(xù)推進低碳產(chǎn)品開發(fā)。
