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備的特點，建立了高品質特殊鋼棒線材的制造體系。此外，該公司在各個產品領域都開發(fā)出了高性能且具有特色的產品，為實現(xiàn)碳中和以及電動汽車（EV）轉型的需求作出貢獻。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品。
1引言
JFE鋼鐵公司的棒線材產品在西日本制鐵所（倉敷地區(qū)）和仙臺制造所等兩大基地進行生產。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品。
基于開發(fā)產品的技術要點，本文重點介紹兩大生產基地的制造工藝特點以及棒線材產品的特點。
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噸大型轉爐，經過二次精煉和連鑄制成大方坯，或利用鑄錠設備生產大型鋼錠。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），經過二次精煉和連鑄生產大方坯。
利用這些設備的特點，公司能夠生產從大規(guī)格到小規(guī)格的產品，涵蓋了從低碳鋼到高碳鋼、合金鋼、軸承鋼、易切削鋼等鋼種，以及各種尺寸的產品。表1展示了各工廠的產品生產范圍。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的鋼坯，在倉敷地區(qū)也軋制采用電爐工藝生產的鋼坯，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)）開坯廠不僅生產軋材和棒線材用坯料，還制造鋼管和型鋼生產用的圓坯和矩形坯。2020年，該廠提升了圓坯剝皮設備的能力和探傷精度，以滿足對無缺陷、無脫碳的優(yōu)質產品的增產需求。2023年，隨著京濱連鑄機公司停止生產鋼管用圓坯，該廠通過增設加熱爐燃燒裝置、在冷床引入了空冷和水冷設備等措施，成功實現(xiàn)了產能提升以應對市場需求增長。
棒線材廠能夠高質量軋制棒線材兩種產品，同時實現(xiàn)了高尺寸精度的自由軋制工藝，還能生產加工性能優(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；為了提高方坯的質量，2022年增強了鋼包精煉爐（LF爐）的生產能力；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能力，可以有效生產低缺陷、高表面質量產品。棒材廠在2019年增設了直棒精整線。
這些設備投資提高了生產效率，同時，煉鋼廠、棒線材廠都利用數(shù)字孿生技術（DS）和數(shù)字化轉型技術（DX），提高產品質量、降低生產成本，并將這些技術應用于設備維護，有助于實現(xiàn)穩(wěn)定生產。
3JFE鋼鐵公司的棒線產品
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品。表2展示了該公司生產的主要棒線材鋼種。此外，該公司還開發(fā)了各種具有特色的產品，以滿足客戶的需求，并且正在推進產品開發(fā)，致力于為電動汽車轉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)的產品既能實現(xiàn)高疲勞強度，又能通過簡化客戶生產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，減少雜質并合理利用硼元素也是關鍵。目前JFE鋼鐵公司已將抗沖擊齒輪用鋼SCMB622H投入實際應用。
在齒輪制造過程中，滲碳熱處理產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備，過去一直生產含鉛易切削鋼。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?shù)腞oHS合規(guī)鋼。
3.3
非調質鋼
在機械結構用鋼中，通常通過調質處理，將微觀組織轉變?yōu)榛鼗瘃R氏體組織，從而獲得良好的強度和韌性。不過，這種調質熱處理會排放大量二氧化碳，因此，無需調質處理的非調質鋼一直是研發(fā)的重點。非調質鋼大致可分為熱鍛非調質鋼和軋制非調質鋼（直接切削用）。熱鍛非調質鋼一般以中碳（0.25%-0.6%C）為基礎，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，在直接切削用非調質鋼方面，倉敷地區(qū)利用軋制設備生產NH系列的大直徑圓鋼（φ45-190mm）。大直徑圓鋼的生產關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。
3.4
電爐鋼材表面控制技術
當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，由此生產的部分產品已被客戶使用。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)研究進一步提升產品質量的方法。
3.5
其他產品
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，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基地的特點，開發(fā)并提供滿足客戶需求的產品。為了符合近年的碳中和理念，未來該公司還將繼續(xù)推進低碳產品開發(fā)。
