请问哪位高手了解不锈钢的材料？另外AISI 304是一种什么材料？

不錯！

不銹鋼簡介
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[$#8226]  不銹鋼工業具有資本密集、技術密集、建廠時間長及產業關聯大等特性，雖為特殊鋼產業之一環，然而卻是特殊鋼產業中唯一可大量生產的鋼種。  
[$#8226]  台灣在短短的10餘年間由全球不銹鋼第二大進口國，轉變為世界不銹鋼平板類第七大生產國，並有超過30%的不銹鋼產品外銷至全球各地，成為世界不銹鋼的主要輸出國之一。  
[$#8226]  在台灣地區的人民是全世界最喜愛使用不銹鋼的族群，自1995起至今台灣已連續幾年每人每年的平均不銹鋼表面消費量高居全球首位。  
[$#8226]  不銹鋼工業的快速發展亦著實改變人民的生活習慣，近年來由於大量生產的因素，不銹鋼在台灣成為物美價廉的工程材料，不銹鋼的使用更深入每一個家庭，舉凡家中食用器具、水塔、裝潢均大幅採用不銹鋼製品，形成台灣特有的不銹鋼文化。  
[$#8226]  不銹鋼的種類與特性 鉻是不銹鋼最重要的合金元素（一般而言合金鋼中的鉻（Cr）含量介於10.5%-30%被定義為不銹鋼）。由於鉻（Cr）元素的添加而鋼鐵表面形成透明的氧化鉻（Cr2O3）保護層抑制氧化鐵的生成，因此不銹鋼比一般鋼材具有更佳的抗腐蝕性及耐熱性，在大氣中可常保金屬光澤，台灣民間一般俗稱不銹鋼為「白鐵」。  
  
不銹鋼的分類
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  依金相組織、成份、導磁性、能否熱處理硬化、鋼種編號來分類。
  中國國家標準（CNS），日本工業標準（JIS）及美國鋼鐵協會（AISI）使用三位數字來表示不同種類的不銹鋼。
成份分類  組織分類  熱處理與磁性  特色  JIS鋼種記號
大 分 類  小 分 類         
Cr系  低C 13Cr  麻田散鐵系  可熱處理硬化有磁性  低硬度  SUS400系
  中C 13Cr      中硬度   
  高C 17Cr      高硬度  
  低C 13Cr   肥粒鐵系   不可熱處理硬化有磁性  低耐蝕性   
  中C 13Cr       中耐蝕性   
  高C 17Cr      高耐蝕性  
Cr-Ni系  18Cr 8Ni  沃斯田鐵系  不可熱處理硬化無磁性   標準型  SUS300系SUSXM
  Mo, Cu添加      耐孔蝕性佳  
  Ni添加       冷間加工性佳  
  Cr, Ni添加       耐高溫氧化性佳  
  其他       新鋼種   
  低Ni析出硬化型  麻田散鐵系  可熱處理析出硬化  只有沃斯田鐵系不具磁性  高強度 SUS600系
  中Ni析出硬化型  半沃斯田鐵系      
  高Ni析出硬化型  沃斯田鐵系       
  25Cr 5Ni Mo   雙相系  不可熱處理硬化  耐氯應力腐蝕佳   SUS300系
Mn-Cr-Ni系  7Mn 18Cr 5Ni  沃斯田鐵系  不可熱處理硬化  比304便宜、強度高   SUS200系
  
F：表示具快削性（Free Cutting）
S：表示性質特優（Super）
Se：表示添加硒，改善切削性
N：表示添加氮來提高強度
B：表示在沃斯田鐵系中添加Si，來提高抗氧化性
A, B, C：在麻田散鐵系中表示碳含量不同，且依A, B, C順序增加
2.
3.抗孔蝕用高Cr高Mo高N沃斯田鐵系不銹鋼之發展過程
  
沃斯田鐵型不銹鋼之基本性質
  
現今工業界對於沃斯田鐵型不銹鋼已廣泛的使用，而對於麻田散鐵型不銹鋼的了解及相關機械性質的可供參考數據十分的缺乏，根據統計目前機件的損壞有80%以上均是以疲勞的型式破壞。尤其當材料受反覆變化的作用力時此一類型的破壞極易產生，因其無法事先預知，如果情況一發生便容易造成莫大的損失。此時材料的疲勞強度比起彈性限重要許多。一般說來，材料的疲勞強度隨其化學成份、晶粒結構、表面處理等而異。
金屬材料熱處理後分析其疲勞強度、抗拉強度、硬度等並觀察金相組織。使用的儀器與包括：熱處理爐、CNC車床、勃氏硬度機、金相顯微鏡、MTS材料試驗機等等。所分析的材料是420J2麻田散鐵型不銹鋼，由於420J2不銹鋼其強度、硬度都比一般碳鋼高出許多，且在國內也尚未見到對420J2不銹鋼之疲勞強度作分析研究的報告。
SUS420J2不銹鋼試件經熱處理後分別為：正常化、高溫回火、低溫回火，然後對其硬度、抗拉強度、抗疲勞性與金相組織等分析。由ASTM E466規範"執行金屬材料固定振幅軸向疲勞試驗之標準程序（standard practice for conducting constant amplitude axial fatigue tests of metallic material）"主要適用於在彈性應變內的疲勞，此種疲勞壽命一般稱為高週疲勞（High Cycle Fatigue，HCF）。ASTM E606則為"固定振幅低週疲勞之標準建議程序（standard recommended practice for constant amplitude low cycle fatigue testing）"，低週疲軟牽涉到明顯程度的非彈性應變。
主要鋼種有:
1.沃斯田鐵 301 型
2.沃斯田鐵 303 型
3.沃斯田鐵 304 型
4.沃斯田鐵 316 型
<沃斯田鐵> <肥粒鐵> <其他>
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肥粒鐵430型
  
  其碳含量最大值為12﹪，鉻含量為14.0-18.0﹪。
  熔點在2715℉上下
  熱膨脹係數從68-212℉為5.8(in. per in. per℉.×10**-6)
68-1830℉為7.1(in. per in. per℉.×10**-6)
  specific heat 0.11(in B.t.u. per℉. per lb.從32-212 ℉. )
  熱傳導性160 (in B.t.u. per ft. per hour. per℉. per in.從68-212 ℉. )
  Resistivity at 20℃ 為60.0(in microhm per cu. cm.)
650℃ 為114.5(in microhm per cu. cm.)
  密度 0.284( lb. Per cu.in)
  Modulus 29-30.0(psi.×10**6)
  Ultimate Tensile Strength 65000 psi.
  Yield point (0.2﹪Set) 35000psi.
  Elongation (﹪in 2") 20-35
  Brinell Hardness 130-165
  Izod Impact vIalue 15-35
<加工成型性> <鍛造擠型性> <熱處理條件> <焊接性> <表面加工性>  
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成形加工的分類:
   
1959年的吉田先生將成形性分成深衝性、張出性、彎曲性、籍伸緣性四大領域，其加工方式說明如下:
(1) 深衝(Deep drawing)
深衝加工是一種藉著面內材料移動將平板材料成形為容器、形狀物品的方法。其加工基本形態為圓筒深衝成形，其各部名稱及外緣變形狀態示意圖則如下圖(一)。由圖(一)可知，底部為接受衝頭力量的部分，側壁部則為傳達衝頭力量的部分。外緣部之材料如下圖(二)所示，在圓周方向一面縮收，一面流入衝模穴內，因此在圓周方向存在壓縮應力而可能發生皺褶，為防止皺褶的發生，必須在外緣部分施加夾持力。
(2) 張出(Stretching)
張出成形基本上就像把東西膨脹像汽球一般，大多使用在寬廣面積中局部需膨脹的情況。張出成形與深衝成形不同，如圖三所示，張出成形雖然模具與深衝成形相似，但外緣部分受到壓條(Bead)的拘束而無法流入衝模內，因此模穴內的胚件便藉著表面積增加來形成所需之形狀，故張出成形的應力分布為雙軸向的拉應力，由於模穴內胚件體積固定，表面積受到衝頭的施壓而增加，必然導致板厚的減少，因此張出量有一定的限制。
(3) 彎曲(Bending)
彎曲加工可以分成兩大類，一是平板彎曲加工，另一是管彎曲加工。平板彎去加工有可分成模具彎曲、摺疊彎曲及進給彎曲三種，如圖五所示，模具彎曲所使用的機器有衝床或折板機。褶疊彎曲是在固定的圓弧部分，藉著移動彎壓模具將材料施以彎曲的方法;進給彎曲則利用多數輥輪藉著輥輪彎板製作大口徑的管，例如壓力容器的胴身。
(4) 伸緣(Stretch flanging)
伸緣成形依素材形狀，又可分為平板伸緣及筒狀伸緣，如圖所示。其中圖為一般先開孔後伸緣的方法，稱為伸邊(Burring)或通稱擴孔(Hole expansion)。伸緣成形力為材料在衝模肩部所需的彎曲力與圓周方向所需的拉伸力之和，此成形力比起深衝或張出成形者小很多，且受衝頭底部形狀的影響很大，底部形狀愈尖者，成形力愈小。
不銹鋼之熱處理  
◆ 熱處理的種類
材料的組織，本質上會影響其特性，而熱處理正是可以改變其組織，以達成目的特性的有效方式。若由材料之製造或是下游加工過程所需的特性來看，熱處理基本上有強化的作用存在，並且可定義為材料、零件的製造要件之一，或為依循各種溫度-時間軌跡的一種材料加工工程。此時若再組合其他熱加工方法，即成為所謂的加工熱處理，其主要的目的如下：
(1) 組織變態(淬火硬化)；
(2) 無關餘組織之變態，僅就其大小、形狀及分佈狀態作變化(軟化退火)；
(3) 減少內部應力及其分佈變化(回火)。
  
依上述熱處理之特徵及目的，泛用之熱處理方法可大略分為淬火、退火及回火等。其中，退火係材料製程特性所需，而淬火回火則為下游加工或成品特性所需，下表為熱處理方法之分類。
退火  1. 擴散退火  
2. 晶粒粗大化退火、完全退火
3. 正常化
4. 網狀碳化物溶解
5. 軟化退火
6. 再結晶退火
7. 結晶回復
8. 應力去除退火
9. 安定化處理(改善耐蝕性)
10. 固溶化退火(改善耐蝕性)
淬火  [$#8231]全體淬火(鋼的淬火)
[$#8231]表面淬火(表面硬化)  調質處理(調質鋼)
回火  [$#8231]分散析出強化回火   
  
◆ 退火
退火的方法若依照上表所列有10種之多，其中與變態有關的項目包括
(2)晶粒粗大化退火、(3)正常化及(4)球化退火等。
至於(1)擴散退火雖然加熱溫度在變態點以上，但其目的在藉由高溫達到成分元素之擴散均質化，而不在變態的過程。最後，(5)軟化退火、(6)再結晶退火、(7)結晶回復及(8)應力去除退火等，加熱溫度皆在變態點以下，故屬於與變態無關之退火。圖1為鐵-碳平衡圖中各種退火溫度示意圖。
   
   
(1) 擴散退火或均質化處理(Homogenizing)：
鋼胚製造過程會於初期凝固區產生高純度的現象，這些凝固初晶，一面形成柱狀晶或樹枝狀晶，一面向內生長。另一方面，鋼液通常容易在凝固界面上呈現合金元素局部濃縮的現象，此一殘留部分枝溶更低，最後隨著溫度之降低而埋在樹枝狀晶間完全凝固。因此產生了鋼胚內部不論巨觀或微觀上，成分元素或不純物的偏析，尤其是脫氧鋼，此種傾向便很顯著，此種偏析相在熱加工之際，會延著軋延方向延伸而產生軋延材常見的帶狀組織，例如普通鋼熱軋延材易形成帶狀肥粒鐵組織，而此帶狀組織之形成主要原因為肥粒鐵形成元素P及As等產生偏析所致。在合金剛方面，除了前述的不純物外，特殊合金元素亦會產生偏析的現象，其中以Mo最為顯著，其次依序為Cr、Mn、Cu、Ni等。
擴散退火即是以擴散的方式消除鋼料內部偏析現象及均質化鑄造組織的一種退火方法，圖2為各元素在沃斯田鐵相中之擃散係數與溫度的關係。一般而言，侵入型元素(如碳，氮)之擴散係數比置換型者大許多。但是含兩種以合金元素以上時即會受到影響，例如碳原子與易行程碳化物之元素Cr、Mn、V等共存時，即易產生此類置換型元素的偏析，因此其擴散處理議會受到此類置換型元素擴散不易之影響，故合金鋼的擴散退火長需要高溫且長時間之處理。實際上，大綱胚在軋延成小鋼胚的過程會先經過高溫均熱階段，藉此兼作為擴散退火的例子亦不少。此外，高溫加熱對防止紅熱脆性亦有顯著效果，由於硫原子易形成硫化物偏析於晶界，特別是含Ni鋼或是含S快削鋼，所以擴散退火乃必要之處理。
   
   
擴散處理過程，必須考慮的因子有：
(a) 初期偏析程度
(b) 一次帶狀偏析之間隔
(c) 偏析元素之擴散能
(d) 容許殘留偏析度
若在小擴散係數、大初期偏析度、大的一次帶狀組之間隔、大偏析指數及盡可能小的殘偏析度等要求條件下，則需要更長的加熱時間才能消除濃度差及二次組織不均勻性。圖3.為擴散退火對構造用低合金鋼衝擊韌性的影響，顯示其可以提昇橫方向性之衝擊值。
擴散退火若伴有晶粒成長的副作用時，則有必要再以普通退火或正常化處理來細化晶粒。另外對於帶狀組織偏析嚴重之鋼料，藉由退火來使組織均質化之處理，又稱為均質化處理(Homogenizing)。
   
   
(2)晶粒粗大化退火或完全退火(Full annealing)：
為改善切削性而考慮到粗大化晶粒時，鋼料必須以Ac3以上溫度作長時間保持，在徐冷到Ar1溫度以下，此種處理稱為晶粒粗大化退火或完全退火。一般常說的退火，大都指完全退火。
就影響鋼料切削性之因子而言，除了強度及硬度外，組織是相當重要的因子，特別是切削速度慢時(切屑不呈片狀而呈連續狀)。由於晶粒粗大化者韌性較差，因而切削後表面狀態較佳。例如低碳鋼(如表面硬化鋼)硬度低，表面易附著油等異物，狀態較差，故需要作晶粒粗化退火處理。其加熱的溫度，比變態溫度上限還高，通常為950℃以上。碳鋼完全退火之加熱溫度範圍會依碳及合金含量不同而異；亞共析鋼而言，必須在Ac3以上，共析鋼則在Ac1以上20～30℃附近為最適合。另外，為改善過共析鋼之切削性，須進行碳化物球狀化退火；但是若只是簡單地考慮晶粒細化，並獲得均勻的波來鐵與碳化物混合組織，則加熱到Ac1與Acm之溫度區間即足夠。合金鋼之變態點會因合金含量而變化，故須依鋼種別選定最適合的加熱溫區。如含多量Mo，W鋼種，若加熱溫度過高，M6C或是M23C6會變化呈MC最終安定相碳化物，由於此類碳化物淬火時，甚難固溶，故會劣化淬火性，必須特別注意。另外，保持時間足夠與否會影響到γ相中成分之均一化。一般而言，均一之γ相較易形成層狀波來鐵，而不均一之γ相，則易生成球狀波來鐵。  
(3)正常化(Normalizing)：
通常鋼料被加熱到Ac3或Acm點以上之適當溫度成為沃斯田鐵狀態後，在靜置於大氣中作空冷處理，稱為正常化處理。
就鍛鋼而言，被加熱到熱鍛所需之高溫時，會產生結晶粒粗大化的現象，隨後會因鍛造比或鍛造終了溫度等之變化，而產生晶粒大小不均一或是局部碳化物凝結等現象。另一方面就鑄鋼而言，肥粒鐵或是碳化物易呈現費德曼氏等不良鑄造組織。而正常化之主要目的即在消除上述不良組織，並進而改善鋼料之機械性質。
亞共析鋼之正常化處理，是將熱加工品既存之費德曼鑄造組織、粗大化組織及高密度加工所引發之不良混合組織等，轉變為有利後續車削加工之微細層狀波來鐵組織。而過共析鋼之正常化處理，需加溫到Acm點以上50℃左右，進行局部之沃斯田鐵化，促使組織中之波來鐵部分變態，而後在藉由空冷方式來細化組織。此時，若採用過高之沃斯田鐵化溫度，反而會增強網狀雪明碳鐵之生成，故不宜使用。
鋼品中特別需要做正常化處理者有鑄鋼及中、高含碳鋼之碳鋼及合金鋼。鑄鋼乃是為了消除鑄造徐冷階段所較容易產生的會費德曼組織；而中高碳鋼及合金鋼亦是依照組織的不良程度，而選擇在780℃～950℃間之適當溫度，施予正常化消除之。為達到正常化的目的－的到均一之微細波來鐵組織，在加熱溫度以下會影響相變態之冷卻速率，被列為重要之控制因素。在細化波來鐵的的過程，沃斯田鐵過冷度及冷卻速率之增加都可以調節，而達到細化組織之目的。其中，自沃斯田鐵變態到波來鐵之冷卻速率是愈快愈好，一般而言，在大氣中冷卻就已足夠，除非是大斷面之鋼品才需藉衝風及噴水等加速冷卻方式來達成。此外，某些形狀不對稱之鋼品，冷卻過程中易產生容許限以上之硬力殘留，因此變態完成後，需特別注意緩冷措施或者冷卻後再作應力去除退火。  
不銹鋼的焊接性
不銹鋼焊接時，會遭遇之主要問題如下:
(1) α系不銹鋼:
焊接之主要問題是熱脆(Thermal embrittlement)，其原因可分為下列三類:
1. 純α系不銹鋼，例如442，因缺乏相變態、焊接後晶粒迅速粗大化，因而造成脆化。
2. 成分較少之α系，例如430，在焊接加熱過程中會經過γ區，在形成粗大之α晶，在後續冷卻時粗大的會生成粗大的Widmanstatten型γ組織，並進而變態生成麻田散鐵，造成嚴重脆化。此時若施以焊接後處理，雖可解決麻田散鐵造成之脆化，但仍無法細化晶粒，且會造成碳化物析出而導致脆化和硬化。要避免此問題，可用Nb或Ti來抑制晶粒粗大化。
3. 高鉻α系不銹鋼在480℃~705℃溫度範圍駐留，會因σ相生成而造成脆化。而在400℃~550℃溫度範圍中，則會生成高鉻α′相而脆化。
(2) γ系不銹鋼:
γ系的焊接性一向優於α系，在焊接熱影響區不會出現硬脆組織，但其焊接時，仍有下列諸問題:
1. 純γ系焊接時，會發生焊接熱裂,其原因為P、S等雜項偏析至晶界所致。若將成分調整，使其生成3~8﹪δ-ferrite即可改善熱裂。
2. 當焊道和熱影響區含有低熔點相，例如硼化物，及可能產生液態裂紋。
3. 焊接時，部分熱影響區會析出大量碳化鉻(Cr23C6)導致敏化而破壞。焊接後施以固溶化處理，使用低碳系合金(C<0.03﹪)或添加鈮、鈦等方法皆可解決此問題。  
(3)M系不銹鋼:
麻田散鐵系不銹鋼因為硬化能很高，焊接後焊道易生成硬脆的麻田散鐵組織，此時會因焊條中含有過量的氫和內部因冷卻殘留的應力，而在200℃以下發生冷裂。要避免冷裂發生，被覆焊條焊接及潛弧焊接施工時要將焊接材料烘乾，並將母材預熱。此外，為避免焊道接何處的硬度高於母材，焊後要在沃斯田鐵化溫度下進行焊後退火熱處理，如此不但能防止冷裂的發生，且能消除鉻空乏區，增加其耐蝕性。各種M系不銹鋼之焊接方法如下表。
碳含量   預熱條件  焊後熱處理
<0.10﹪  不需預熱  不需退火
0.1~0.2﹪  預熱至260℃  焊後緩冷
0.2~0.5﹪  預熱至260℃  焊後退火
>0.5  預熱至260℃  焊後退火
   
(a)碳含量和預熱條件與焊後熱處理之原則
腐蝕的形式
1. 均一腐蝕（或稱全面腐蝕）
2. 電流腐蝕（或稱二金屬腐蝕）
3. 裂隙腐蝕（或稱溶池腐蝕）
4. 孔蝕
5. 粒界腐蝕
6. 選擇腐蝕（或稱分離腐蝕）
7. 應力腐蝕
8. 沖蝕
9. 其他腐蝕  
1. 均一腐蝕（uniform corrosion）
均一腐蝕是全面的，大多是化學反應所引起，是腐蝕中最普遍的一種。不銹鋼在強酸強鹼中的腐蝕，大多是均一腐蝕。
2. 電流腐蝕（galvanic corrosion）或稱二金屬腐蝕（two-metal corrosion）
  
兩不同金屬在電解質溶液中接觸，當兩者的電位不同時，活性較大者將成為陽極，活性較小者將成為陰極，形成一個封閉回路，兩極間即有電流流動，造成電流腐蝕。電流腐蝕的大小，取決於兩不同金屬的電位差大小。
3. 裂隙腐蝕（crevice corrosion）
裂隙腐蝕是發生在裂隙處的局部腐蝕，常見的裂隙處為搭接面（lap joint），止洩墊面（gasket）螺絲丁頭下，以及沈積物（deposit）下等。不論是金屬與金屬或金屬與非金屬接合面間隙，都可能發生裂隙腐蝕。
4. 孔蝕（pitting）
孔蝕是局部的穿孔腐蝕，在金屬表面生成一個個或是許多密集的坑坑洞洞，深淺不一，使金屬表面看起來粗糙，但也只是一區一區的，並不是整個表面。
孔蝕的生成原因很多，最普通的一個是不清潔，金屬表面有灰塵、鐵銹、污垢等沈積物。
5. 粒界腐蝕（intergranular corrosion）
晶粒邊界是液態金屬最後凝固的部分，其熔點最低，固體金屬熔解時，此部分也最先熔解。晶粒邊界也是高能量區，富有化學活性，所以金屬腐蝕時，也容易先由晶粒邊界開始。
6. 選擇腐蝕（或稱分離腐蝕）
選擇固體合金中某一合金元素腐蝕。最常見的例子是黃銅（30﹪Zn＋70﹪Cu）因腐蝕而失去鋅，失去鋅的部位表面顯現出銅原有的紅色，肉眼即可辨別出紅色和黃色。所以也稱為失鋅（Dezincification）。
7. 應力腐蝕（stress corrosion）
內有應力，外有J腐蝕媒體，聯合造成的金屬腐蝕，叫做應力腐蝕。應力腐蝕大多會發生裂紋，所以又稱為應力蝕裂（stress corrosion cracking，簡寫成SCC）。
應力腐蝕可能有兩種情況：
(1) 應力促進的腐蝕（stress-accelerated corrosion ）
(2) 應力蝕裂（SCC），是比較重要的一種情況。
8. 沖蝕（erosion corrosion）
機件遇到流動的腐蝕流體（corrodent）所造成的腐蝕，叫做沖蝕。形成的要件有二，一是腐蝕媒體是流體（fluid），一是腐蝕媒體是流動的。腐蝕流體包括氣體，水溶液，有機溶液，和液態金屬。
與沖蝕有關的因素是：
(1) 媒體的腐蝕性強弱。
(2) 流體中有無懸浮的固體顆粒，如泥漿（slury）。
(3) 流體的流動是穩定流（steady flow）或是亂流（turbulent flow），以及流速的大小。
9. 其他腐蝕
腐蝕的種類很多，本來我們界定由化學反應或電化學作用引起的物質敗壞才是真正的腐蝕。但是有些少見的現象，是在無法觀察處漸漸進行，並非由顯著外力造成的物質敗壞，也可歸類於腐蝕。下面列出的就是此類。
(1)刃狀腐蝕（knife-line attack），簡寫為KLA
(2)磨蝕（fretting corrosion）
(3)熱變（thermal gradient）
(4)絲狀腐蝕（filiform corrosion）
不銹鋼的性能與化學成分的關係
不銹鋼的化學成分，也就是鐵中所加的合金元素。對於不銹鋼在性能上所產生的效用，可以簡單整理成：
C, Mo, Ti, Al, Cu, N 增加強度
Cr, Ni, Mo 增加耐蝕性
S, P, Se 增加切削性
C, Mn 增加硬度
Ni 增加韌性和成型性能
不銹鋼的性能與化學成分的關係詳述如下
1. C
(1) 是奧斯田鐵的強力安定劑（stabilizer）和生成劑（former），但並不能希冀完全依賴C使整體成為奧斯田鐵，因為C也會降低延展性和耐蝕性，必須衡量。
(2) 增加硬度和強度。
(3) 析出碳化鉻（Cr4C或Cr23C6），進一步造成粒界腐蝕，損害到耐蝕性。
2. Cr
(1) 是肥粒鐵的安定劑和生成劑。
(2) 鉻是增加抗氧化性最有效的元素，尤其是對抗高溫氧化結垢性能（resistance to high-temp, oxidation scaling）。
(3) 增加耐蝕性。
(4) 使晶粒細化，可增加強度、硬度、及耐磨性（abrasion-resistance）。
(5) 降低導熱及導電性能。
3. Ni
(1) 是奧斯田鐵的強力安定劑和生成劑。
(2) 可阻止晶粒成長，增加高溫強度。
(3) 增加耐蝕性。
(4) 降低導電及導熱能力。
(5) 降低冷加工硬化的速率。
4. Mn
(1) 常溫時是奧斯田鐵的安定劑；高溫時是肥粒鐵的生成劑。
(2) 可增加硬度；有時生成MnS，會顯出熱脆性（hot shortness）。
5. Mo
(1) 是肥粒鐵的安定劑和生成劑。
(2) 增加對還原性腐蝕媒體的耐蝕性，但對氧化性腐蝕劑（如硝酸），含有Mo的不銹鋼腐蝕情形反而比較嚴重，而對氯化物和海水的耐蝕性優良。
(3) 增加高溫強度和潛變強度（creep strength）。
6. Si
(1) 是肥粒鐵的安定劑和生成劑。
(2) 增加抗高溫氧化結垢性能，如302B及314。
(3) 增加液態金屬的流動性（fluidity），易於鑄造。
(4) 當C與Si的比例約為1：2時，可得到最高焊接韌性。
7. S, P, Se
(1) 增加切削性（machinability）。
(2) 會增加焊接的困難度。
(3) 將降低耐蝕性。
(4) Se會增進熱作的性能。
8. N
(1) 是奧斯田鐵的強力安定劑和生成劑，其效能和C一樣，也不能完全依靠N。
(2) 可增加強度。
(3) 能改進切削性能。
9. Nb, Ti
(1) 是肥粒鐵的安定劑和生成劑。
(2) 與C的結合力強（勝過鉻），可阻止C與鉻結合析出，所以不會引起粒界腐蝕的敏感性（sensitization）。
10. Al
(1) 是肥粒鐵的強力安定劑和生成劑。
(2) 熱處理或焊接後不會硬化。
(3) 若同時添加Ti，可增加時效硬化作用（age hardening）。
(4) 增加抗高溫氧化結垢性能。
11. Cu
(1) 是奧斯田鐵的安定劑和生成劑。
(2) 增加耐蝕性，減少應力腐蝕的敏感性。
(3) 增加時效硬化的作用；降低熱延展性（hot ductility）。
12. Co
(1)增加高溫強度及潛變強度（耐熱鋼的主要合金元素）。
13. V
(1) 是肥粒鐵的安定劑和生成劑。
(2) 細化晶粒結構，改進機械性能。
14. W
(1) 是肥粒鐵的安定劑和生成劑。
(2) 增加硬度，並改進機械性能。
(3) 增加耐高溫性能。
不銹鋼的微組織
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301不銹鋼，1065℃(1950℉)mill退火及冷加工。在沃斯田鐵的基質中已有部分的麻田散鐵(黑色區域)形成。200X  301薄板，冷軋延至10﹪的減縮量，變形的沃斯田鐵晶粒中有麻田散鐵的形成。腐蝕液：10﹪草酸。250X  301薄板，冷軋延至40﹪的減縮量，在大量形變的沃斯田鐵晶粒中幾乎都已轉變成麻田散鐵相。腐蝕液：10﹪草酸。250X  
         
304不銹鋼板，1065℃(1950℉)退火兩分鐘且在空氣中冷卻。結構包括等軸的沃斯田鐵晶粒以及退火的雙晶。腐蝕液：10mlHNO3，10mlCH3COOH，15mlHCl，2滴甘油。250X  304平板，1065℃(1950℉)退火兩分鐘且在空氣中冷卻。結構包括等軸沃斯田鐵晶粒以，退火雙晶，以及細小的雜質。腐蝕液：HNO3-CH3COOH，10﹪草酸。100X  316不銹鋼，1080℃(1975℉)退火30分鐘且在815℃(1500℉)下維持3000小時。暴露在高溫過久導致α及χ的島狀形成物出現在沃斯田鐵的晶界上。12ml苦味酸蝕劑及HCl。500X
         
  
316管材，覆以氮化硼粉末，840℃(1540℉)持溫2285小時。晶界上灰色的相以及晶粒中的費德曼平板是氮化鉻。基地是沃斯田鐵。12ml乳酸，38mlHCl，和2mlHNO3。100X   316不銹鋼，1035℃(1900℉)固溶化退火，水淬。蝕刻顯示大部分的沃斯田鐵晶粒以及退火雙晶界。10ml醋酸，15mlHCl，5ml甘油。100X  316不銹鋼，1035固溶化退火℃(1900℉)，水淬。電解蝕刻至沃斯田鐵大部分的晶界出現。電解液:10﹪草酸水溶液，6V直流電15秒。100X
         
316不銹鋼，1035固溶化退火℃(1900℉)，水淬。蝕刻至沃斯田鐵大部分的晶界出現。大理石紋軸。100X   316不銹鋼，1035固溶化退火℃(1900℉)，水淬。蝕刻至沃斯田鐵大部分的晶界出現。  316不銹鋼，1035固溶化退火℃(1900℉)，水淬。蝕刻至沃斯田鐵大部分的晶界出現。雙晶沒有被蝕刻出來。蝕刻液:60﹪HNO3水溶液，6V直流電電解2分鐘，(陰極:鉑)。100X
   
      
316不銹鋼，1035固溶化退火℃(1900℉)，水淬。雙晶沒有被蝕刻出來因為沒有碳化物在雙晶上析出。100X  δ-肥粒鐵在沃斯田鐵不銹鋼焊接金屬。電解蝕刻10秒，10N KOH，2.5V直流電。500X   δ-肥粒鐵在沃斯田鐵不銹鋼焊接金屬。電解蝕刻25秒，20﹪NaOH水溶液，20V直流電。500X  
         
δ-肥粒鐵在沃斯田鐵不銹鋼焊接金屬。在Murakami's試劑中蝕刻15分鐘。500X   沃斯田鐵不銹鋼焊接金屬，蝕刻出現α相。電解蝕刻10秒，10N KOH，2.5V直流電。500X   沃斯田鐵不銹鋼焊接金屬，蝕刻出現α相。電解蝕刻25秒，20﹪NaOH水溶液，20V。500X
         
沃斯田鐵不銹鋼焊接金屬，蝕刻出現α相。在Murakami's試劑中蝕刻3分鐘，室溫。500X  &nbsproprietary沃斯田鐵不銹鋼，熱加工後沒有再結晶現象明視野照明法。100X &nbsproprietary沃斯田鐵不銹鋼，熱加工後沒有再結晶現象暗視野照明法。100X  
         
  
Proprietary沃斯田鐵不銹鋼，熱加工後沒有再結晶現象。10ml醋酸，15mlHCl，兩滴甘油。差別界面對比。100X  樑形硫化錳介在物在再硫化303不銹鋼。自由切削添加如MnS可增加切削速度減少功率消耗，增加工具的使用期限。aspolished。500X   303含硒不銹鋼(0.21﹪Se)混合硫化錳和mar.ganse介在物。可增加切削速度減少功率消耗，增加工具的使用期限，比硫化物更能增加不銹鋼的延性。As-拋光。500X
   
       
Muffler-grade409不銹鋼條料(0.045C-11Cr-0.50Ti)，厚度每英吋在870℃(1600℉)退一小時並在是溫下空冷。等軸肥粒鐵晶粒和散開的碳化鈦晶粒。10mlHNO3，10ml醋酸，15mlHCl以及兩滴的甘油。100x  420不銹鋼，淬火並回火。回火麻田散鐵。Vilella's試劑。100X  
  
不銹鋼二次加工與產品選用
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一、簡介
整個鋼鐵業在做的事，簡單的說，就是「變形」二字，上、中游從事的變形大致分為兩類，一是由粗變細(條鋼類) 、另一類是由厚變薄(平板類)；鋼鐵變形又分「加熱」與「不加熱」兩種，加熱的稱為熱軋(加熱至攝氏900度以上) ，不加熱的稱為冷軋，依此可分為下列四個象限，如圖一所示。
    加熱   不加熱
平板類  熱軋鋼板捲 II  冷軋鋼板捲 I
條鋼類  鋼筋熱軋線材 III  冷抽(打)線材 IV
圖一 變形四象限
a.左半部：
凡是需加熱的鋼品，不管平板或條鋼類，均需極高的投資設備，製程也複雜許多，加熱爐一旦點火，便需24小時運作，故亦需較多的作業人員，故在上圖左半部(第二、三象限)的工廠無論人力、資金及設備投資都比圖右半部不需加熱的工廠高。換句話說，產業進入障礙高，競爭者少，故因應景氣變化的能力較強。
b.右半部：
右半部(第一、四象限)的鋼廠正好相反，無論平板類或條鋼類，由於生產過程不需加熱，設備及人員少，所需投資金額低，產業進入障礙亦低，相對地，競爭者也多，如一般的剪裁、鋼管、鋼構、鋼筋或線材場均是；景氣好時爭相擴廠，或直接自國外進口原料加工(一般稱為單軋?) ，一但景氣反轉，下游需求萎縮，便立即面臨產品銷售無門的窘境，每次不景氣時，倒閉的也都是這些廠商。
二、熱軋與冷軋
熱軋與冷軋鋼片在製造方法上冷軋鋼片是以熱軋鋼片經酸洗、冷間軋延及退火，而熱軋鋼片只有經過熱間軋延，因此在品質及成本上有很大的不同。
目前熱、冷軋產品的用途甚廣，諸如自行車、機車、貨櫃、傢俱、家電、建材、裝飾品、機械等，不僅應用廣泛，其所涉及之加工種類亦相當多，較常見的加工技術包括剪切、衝壓、製管、焊接、酸洗、塗裝、電鍍、熱處理等。
2-1熱軋與冷軋的加工製程
熱軋鋼品是以加熱後扁鋼胚，經粗軋、精軋、層流冷卻、捲盤成粗鋼捲後，送至熱軋精整工廠，調質、剪切、檢驗、稱重、包裝、標記等作業後而成為成品。目前供應之熱軋鋼品包括熱軋粗鋼捲、熱軋精整鋼捲、熱軋鋼板、熱軋鋼片、酸洗塗油鋼捲等。
熱軋鋼品具有強度足、韌性佳、容易加工成各種形狀複雜的零件組，且焊接性良好，易與其他金屬構架組合，因此常被使用於車架、橋樑、建築、道路護欄、鋼管、壓力容器及園藝工具等產品用途。
2-2熱軋鋼品之加工製程
將扁鋼胚加熱後軋延成所需尺寸之鋼捲(即粗鋼捲)需經過以下幾個加工製程。
A.加熱 F.精整
B.粗軋 G.調質重捲線
C.精軋 H.薄板切剪線
D.冷卻 I.厚板剪切線
E.盤捲 J.酸洗
以下是各製程的簡介：
A.加熱：
首先將210mm-270mm厚之扁鋼胚加熱至1150-1130℃約3小時，以軟化材料利於軋延，並消散鑄造扁析組織以得到均勻的材質。
B.粗軋：
扁鋼胚由加熱爐出來之後，即由粗軋機軋延6-10道，將胚厚裁減至25-40mm左右之後度，在粗軋的同時，以垂直之側軋機做寬度方向之軋延，控制其寬度。
C.精軋：
經過粗軋之後，鋼料進入精軋機群，經過7道串列式精軋機連續軋至所需產品尺寸的鋼帶(厚度為1.2-1212.7mm)。
D.冷卻：
鋼帶離開精軋機之後，在進入盤捲機之前，必須 先加以冷卻，因此在輸出台上以冷卻水冷卻，並控制水量，以得到所需之盤捲溫度500-750℃。
E.盤捲：
數公尺長的扁鋼胚軋成鋼帶之後，可達數百公尺，甚至至一千公尺以上的長度，因此必須盤捲起來，成為鋼捲的型式，以利於操作及輸送。
F.精整：
將熱軋後之鋼捲加以適當的精整加工，使其適合下游作業。熱軋精整工廠共有三種精整線。
a.調質重捲線  
b.薄板切剪線  
c.厚板剪切線  
G.調質重捲線：
其作用係將熱軋後鋼捲施以調質軋延並予以重捲，其目的為改善鋼片平坦度，機械性質以及鋼捲外形，調整內徑、外徑，分割適當大小等。其主要作業內容為解捲、粗整、調質軋延、分切、檢驗、整平、盤捲、包裝等。
H.薄板切剪線：
其作用係將鋼帶剪切成所需長、寬度之鋼片，並加以檢驗；此剪切線可剪切鋼片厚度為1.5-6.5mm；其主要作業內容為：解捲、粗整、調質、切邊、剪切、整平、檢驗、堆疊等。
I.厚板剪切線：
其作用係將熱軋鋼捲剪切成所需長度、寬度之鋼板，並加以檢驗；其剪切厚度為4.5-12.7mm。此剪切線作業內容包括：解捲、粗整、切邊、剪切、整平、檢驗、堆疊等。
J.酸洗：
酸洗係將鋼帶表面之鏽皮以酸液除去，以利於進一步的加工；部分熱軋產品於出貨前須經過酸洗，酸洗主要的作業內容有：解捲、焊接、酸液酸洗、清洗、切邊、塗油、盤捲。
2-3熱軋產品種類
熱軋產品可依其所經歷製程的不同分成四大類：
1.熱軋粗鋼捲：
由熱軋鋼帶工廠軋延出來未經任何處理直接出貨的鋼捲。
2.熱軋鋼捲：
由熱軋鋼帶工廠軋延出來的鋼捲，經過經整線 (調質及重捲線)處理後的鋼捲。又可依其是否經過酸洗塗油而區分為酸洗鋼捲，酸洗塗油鋼捲及黑皮鋼捲。
3.熱軋鋼片：
由熱軋鋼帶工廠軋延出來之鋼捲，經過切剪線剪切成所需要的長度及寬度，而厚度在6.0mm以下的產品。
4.熱軋鋼板：
由熱軋鋼帶工廠軋延出來之鋼捲，經過切剪線剪切成所需要的長度及寬度，而厚度在6.0mm以上的產品。
2-4熱軋鋼品的產品應用
熱軋鋼料的材質可區分為一般品級、衝壓品級、結構用鋼、汽車結構用鋼、壓力容器用鋼、耐候鋼、中碳鋼、石油管線用鋼、鉻鉬鋼等，其主要用途如下表一所示。
  
材質分類 鋼種類 加工特性 典型用途
一般品級 SPHC
SAE1008
SPHT1
SPHT2 適用彎曲、簡單成形、熔接等加工 水管、電線配管、自行車齒輪、電梯面板
、吊扇零件、壓縮機外殼、角鋼..
衝壓品級 SPHD
SEA1006DQ 適用於衝壓加工或高成形性用途 自行車把手接頭、五通管、珠碗、前後?爪、汽車煞車背板..
結構用鋼 SS400
SM400
SM490
A36 適用於簡單彎曲加工及焊接加工 千斤頂、貨櫃、鷹架、橋樑、船體、建築..
汽車結構用鋼 SAPH310
SAPH370
SAPH400
SAPH440
SPFH490
SPFH540
SPFH590 適用於汽車配件，鋼料內部品質與加工要求嚴格 汽車齒輪、底盤、汽車大樑、懸吊系統、煞車背板及機車主軸管
壓力容器用鋼 SG255
SG295
A516 Gr60,70 適用於彎曲
、衝壓與焊接等 家庭與汽車之瓦斯鋼瓶或其他壓力槽
耐候鋼 SPAH
ACR-TEN A
ACR-TEN AF 適用於彎曲
、焊接等加工 貨櫃、鐵道車輛、煙囪..
石油管線用鋼 API 5LB
API 5L×42
API 5L×52
API 5L×60
API 5L×65 適用於製管成形、焊接等加工 輸送石油、瓦斯氣體或天然氣之管線
中碳鋼 S35C
S45C
S50C
SAE1045
SAE1050 適用於簡單彎曲加工，若需較嚴苛加工，則需使用球化處理鋼材；不適用於焊接加工 園藝工具、刀具、?片、手拉器、綑綁器
鉻鉬鋼 SAE4130
SCM435
SCM415 適用於簡單彎曲加工，若需較嚴苛加工，則需使用球化處理鋼材；焊接時須以氬氣保護 綑綁器、自行車管及零配件..
表一 熱軋鋼品的產品應用
2-5冷軋鋼品之加工製程
冷軋鋼料的材質可分為一般品級、衝壓品級、深衝品級、超深衝品級、高強度汽車用鋼、高強度高成形性鋼、中碳鋼、鉻鉬鋼，另外塗鍍產品可區分為電鍍鋼片、電鍍鋅鋼片及熱浸鍍鋼片等。其主要用途如下表二所示。
材質分類 鋼種例 加工特性 典型用途
SPCC CQ1 適於簡單彎加工 製管、冰箱、工具箱..
一般品級 CPCC CQS 適用於淺沖成形 電腦外殼、淺盤、自行車管
SPCC CQ2 適用於一般成形加工 燈罩、吊扇外殼、煎鍋、喇叭殼等..
衝壓品級 SPCD
DQ 適於深抽或嚴格成形 馬達外殼、汽車門板、車軸蓋、大肚鍋
深衝品級 SPCEN
DDQ 適於超深抽或嚴格成形 水泥推車、車燈殼、汽車內板、輪蓋、汽車葉子板、汽車保險桿..等
超深衝品級 EDDQ 適於超深深抽或較特殊之成形加工 汽車油壺、機車油箱、車燈殼..
高強度成形性汽車用鋼 SPFC340
370
SPFC440
490
SPFC490
SPFC540
SPFC590 適於彎曲加工及簡單成型與焊接 汽車高張力鋼管、內裝結構件、抽屜滑軌..
高強度成形性結構用鋼 CSC370R
CSC390R 適用於彎曲加工及成形與焊接 自行車前叉管..
中碳鋼 S35CM
S45CM
S50CM 適用於沖片加工、彎曲或簡單成形及熱處理 鏈片、鞋釘、鞋跟、釘書針
鉻鉬鋼 SAE 4130
SAE 4135
SCM 435
SCM 415 適用製管、彎曲加工簡單成形及熱處理，焊接時須有氬氣保護氣體 自行車管及零件、綑綁器、高爾夫球桿..
搪瓷用鋼 SPP 適用於一般成形，加工或深抽成形並且均適於琺瑯加工處理 搪瓷帷幕牆、
搪瓷廚具、茶具及搪瓷浴缸..
用途別 適用材質 品質特性 特性值 用途例
1.面板用 SPCC
(CQ1,CQS) 平坦度：
剛性 邊波、中波 傢俱
建材面板
冰箱面板
2.加工用
深沖
張出
彎曲
剪斷 SPCC
(CQ2,CQS)
SPCD
SPCE
SPCEN 加工成行型
形狀固定型
耐時效型
焊接型
成品外觀
強度 YS.EL.TS
HRB. n. r.
晶粒、粗
度 汽車
家電零件
鈑金
3.強度用
衝壓 加工用
輕度 加工用  
高張力
SPFC340-590
硬質用
SPCC-8D
4D
2D
1D  
同2
強度
焊接性  
同2 汽車家電的輕量化要求零件  
滑軌、補強件、五金
材質分類 鋼種類 加工特性 典型用途
電氣鋼片 50CS1300
50CS1000
50CS800
50CS600 適於沖片、退火處理及焊接 變壓器、日光燈安定器、馬達鐵心..
電鍍鋅鋼片 SECC1
SECC2
SECCN 適於淺沖成形
適於一般成形加工
適於超深抽之成形加工 傢俱、電腦外殼、防火門板、廚具面板、家電製品..
衝壓零組件、電子零件、家電配件..
馬達殼、洗衣機底座
熱浸鍍鋼片 SGCC
SGCD1
SGCD2
SGCD3 GI適合於成形後裸裝或塗裝
GA適合於成形加工後須塗裝處理 建材、家電、烤漆底板及部分汽車配件
家電及汽車鈑金..等用途
產品
用途 熱軋鋼片 冷軋鋼片
車輛相關 主要為結構強度零件
．懸吊結構
．鋼圈
．傳動系統
．防撞桿
．結構系統
．煞車系統 ．內、外板金件：
引擎蓋板
前後葉子板等
．沖壓件：
馬達鐵心
濾油罐
家電相關 ．馬達外殼
．開關箱
．配電盤
．內部補強零件 ．冰箱、洗衣機、
冷氣機等外板
．照明反射板
．電腦、視聽器材
傢俱相關 內部結構補強 桌子、儲櫃、保
險箱、工具箱的
外板
機械相關產頁 重機械的外板 農機具及輕型產
業機械的外板
建築相關 輕型鋼、鐵、管材
供結構、標示 屋頂浪板、鋼瓦、隔間裝璜材
其他 鋼管、自行車結構
材、壓力容器 ．鋼管
．自行車鋼圈
表二 冷軋鋼品的產品應用
參考資料
o陳茂松,熱冷軋產品之特性與應用,中國鋼鐵公司
o吳燈朝,熱冷軋產品使用實務,中國鋼鐵公司
o趙泉龍,熱軋鋼料之製造,特性與選用,中國鋼鐵公司

熔煉與精煉
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簡介 Introduction
   
製造鋼材首先需有鋼液，鋼液的產生可由高爐或直接還原爐將鐵礦還原冶煉成鐵水，也可以電爐熔煉廢鋼，然後經轉爐、精煉爐等除去雜質和添加合金，再澆鑄成所需要的鋼胚。簡而言之，熔煉與精煉即是將鐵礦或廢鋼轉變成所需鋼液之過程。
不銹鋼的精煉與熔煉大多是以electric arc furnace/ argon oxygen decaburization (EAF/AOD). 在美國大約有90%的不銹鋼是以EAF/AOD製程進行熔煉與精煉，而在全世界大約是75% [Ref.1]。  
熔煉 Melting
  
精煉 Refining  
Electric Arc Furnace, EAF
  
Argon Oxygen Decarburization, AOD
Vacuum Oxygen Decarburization, VOD
不銹鋼煉鑄流程
   
      
熔煉製程分類
<EAF電弧爐> <Coveerter Melting轉爐>
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Electric Arc Furnance Melting 電弧爐熔煉
熔煉，其主要的功能在盡可能快速且經濟的熔融生產原料。早期的不銹鋼生產，大多採用電弧熔煉(electric arc furnace)。不銹鋼熔煉與一般碳鋼熔煉有許多不同之處。首先，因不銹鋼中含易氧化的鉻因而限制了電弧爐熔煉時氧的引入。而且因氧化鉻使得在一般碳鋼中提高熔渣流動性的一氧化碳不易在不銹鋼熔渣中形成，不銹鋼熔渣流動性就不似一般碳鋼好。
對於不銹鋼中所需的鉻與鎳，其來源大致上可由鐵鉻合金、鎳合金或不銹鋼廢料獲得，詳細資料見下表。就經濟上的考量，不銹鋼廢料的價格較其他合金便宜許多，因此不銹鋼的生產原料大多是來自於不銹鋼廢料。除了原料成本外，亦需考慮熔煉的難易度，如含硫與銅的不銹鋼廢料，因其所含的硫及銅在接下來的製程中不易去除，便不適宜採用以減少製程上之成本。
表一、 提供鉻成分來源之原料
原料  組成成分　%
  碳   鉻  矽  氮  錳
低碳鉻鐵  0.10  69  0.9  -  0.2
中碳鉻鐵  0.13  70.7  0.9   -  0.2
低碳低氮鉻鐵   0.045  67.8  0.63  0.01  0.45
純鉻鐵  0.01  69  0.28   -  -
中間型碳鉻鐵   2  55  0.1  -  0.15
高碳鉻鐵  7.4  68.7  0.85  -  0.22
高碳鉻鐵  7.7  69.2  0.17  -  0.16
鉻鐵-矽  0.055  37  40  -  0.27
表二、 提供鎳成分來源之原料
原料  組成成分 %
  碳  鎳  矽  鈷  硫  鉻  銅
鎳塊  -  99.9  -  -  -  -  -
低碳鎳珠  0.01  50  0.02  0.45  0.007  0.007  -
高碳鎳珠  1.64  28  1.4  0.6  0.06  0.7  -
生鎳塊  0.07  39  0.4  0.7  0.015  0.15  -
鎳銅珠  0.3  51  0.1  -  -  1.2  26.5
氧化鎳燒結體  -  75  -  -  -  -  -
對300系列不銹鋼而言，其典型的熔煉混合物為：  
50% 300系列不銹鋼廢料(18%Cr, 8%Ni, 1%Mn)；  
30%碳鋼廢料；  
14%高碳鉻鐵(7%碳, 65%鉻)；  
4%鎳(商業上純鎳)； 及1%高碳錳鐵(7%碳, 65%錳)。 熔煉後將可得到18%鉻, 8%鎳, 1%碳。
<熱軋成型製程> <產品分類>
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熱軋成型簡介
熱軋成型鋼材，不論從尺寸、外型、表面品質、加工方式及用途各方面來看，都是屬於"中間型"的產品。在厚度方面，較厚的熱軋鋼材與鋼板的厚度範圍重疊，而較薄的熱軋鋼材與冷軋鋼片的厚度範圍重疊。外形上，熱軋鋼材涵蓋鋼板的板狀，以及冷軋鋼片的片狀及鋼捲。加工型態上則包含鋼板最常用的焊接加工及冷軋的抽拉成形。在用途方面，熱軋鋼材涵蓋中型結構物，汽車結構性零件，中、大型的容器等，也和鋼板及冷軋鋼片互有重疊。
種類特性 鋼板 熱軋鋼材 冷軋鋼片
厚度 125~6.0mm 13~1.5mm ＜3.2mm
外型 板塊 板狀、片狀、鋼捲 片狀、鋼捲
表面 粗糙，有銹皮 粗糙，有銹皮及無銹皮 光滑，無銹皮
主要用途 大型結構物，船舶、橋樑，高樓，瓦斯及油料儲存槽，石油管件 中型結構物及零件，汽車結構零件，小型管件，瓦斯桶，手工具，腳踏車及機車零件 容器、面板、汽車外板，家具，櫥櫃，罐頭
主要加工方式 切割、焊接、加熱彎曲成型 焊接，抽拉或彎曲成型 抽拉及彎曲成型，點焊，電阻焊
表一 平板類鋼材之特性比較
熱軋鋼材的表面品質，因在高溫軋延（約1100℃~850℃），表面附著一層青黑色的銹皮，此銹皮可保護鋼片表面，遲滯進一步銹蝕，可直接作為結構用途，這種表面狀態俗稱黑皮。熱軋鋼材若需進一步作衝壓成型、表面塗漆及焊接組合時，需將銹皮酸洗除去，然後塗油防止氧化，這種熱軋鋼材俗稱PO料（Pickled & oiled sheet）。
冷軋技術
<冷軋技術> <冷軋鋼件品質> <耐時效性>
冷軋鋼片是將熱捲經酸洗除去表面銹皮,再經冷軋機軋至0.15~3.2mm厚經退火及調質軋延,較熱軋鋼片有較佳之精準度,表面光滑,平整,加工性加,可得較薄之厚度.
(CQ)一般商用品質鋼:
表面需光滑平整;彎曲及簡單衝壓是最常用的加工方式.
(DQ)衝壓品質鋼:
對於深衝性質要求僅次於深衝品質鋼(DDQ).
(DDQ)深衝品質鋼:
必須透過成分,製程的調整以得最佳之晶粒分布,切加工後表面要光滑平整;有時 有非時效之要求要(Non ageing),剛才深衝後不得有伸張應變痕(Stretcher  
starin).
(EDDQ)超深衝品質鋼:
成型性更佳,目前各家鋼廠均以IF鋼(Interstitial Free steel)來生產此鋼.
(HSFQ)汽車用高強度成型性品質鋼:
以JIS G3135之SPFCXXX規定為例,約可分三類:
SPFC 340-SPFC 590:
抗拉伸強度為340MPa-590MPa,屬衝壓成型用.
SPFC 490Y-SPFC 980Y:
抗拉伸強度為490MPa-980MPa,而降伏強度僅約抗拉伸強度之一半.目前已開 發出抗拉伸強度MPa之鋼片.
SPFC 340H:
抗拉伸強度340MPa且有30MPa之烘烤硬化強度. 所謂烘烤硬化強度只鋼片經
2%拉伸後,於170度C下加熱20min所增加之降伏強度.更高強度具有BH性之鋼 片也正在開發中
連續鑄造法
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1. 不銹鋼連續鑄造的應用
1951年蘇聯最早將連續鑄造法用於不銹鋼的生產，其後為澳洲和英國。而日本則在1955年後相繼引入不銹鋼生產設備而進行生產。
不銹鋼連續鑄造能夠快速的普及，主要有幾個原因
  
(1)不銹鋼鋼錠的分塊製程成本高，鋼材利用率低。
  
(2)引入連鑄機時，也正是容量為數十噸的電弧爐，大量用於熔煉不銹鋼的時期，兩者在產量規模上相互適應
  
(3)不銹鋼中的主要鋼種18-8鋼，無相變態點，Austenite組織中含有少量的Ferrite組織，其高溫裂縫敏感性低，易於今型連續生產
   
主要會遇到的困難方面有：
A. Powder casting技術的確立
  
Powder casting技術的主要意義在將模子中的鋼表面上加上powder之後，會在熔鋼的表面形成人工渣，此人工渣會將熔鋼與大氣隔絕，可以防止氧化；而與大氣相接的未熔層，具有絕熱和保溫的作用，又有利於防止形成表面凝固層，且又可以吸收浮上熔鋼的夾雜物或是氣體；熔融的powder在鑄件和鑄型閒具有重要的潤滑功用，但是在鑄件凝固冷卻後，又希望它能易於脫離鑄件而不粘著表面上。
B. 浸漬nozzle相關的耐火材料技術的開發
浸漬nozzle的問題，在日本經過長期的研究，現在已經能夠得到相當好的解決，一根nozzle可以連續鑄造200t以上的不銹鋼。
  C. 有關氫的影響，再連鑄時比鑄錠法更為敏感。在鑄錠法中，不銹鋼中含有數ppm的氫，對分塊壓延作業並不造成嚴重問題，但在連鑄時則可在鑄件表皮下形成大量氣孔(pin hole)，它甚至可以在皮下形成寬1mm，長30mm的紡錘型缺陷。現在採用VOD或AOD精煉法以後，此問題已經解決。
鑄錠法
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鋼液經過鑄型經冷卻、凝固形成鋼錠(Ingot)，鑄型有正錐形和倒錐型兩種，為提高不銹鋼的利用率，大多採用倒錐形鑄型，每鑄錠的重量由數百公斤至20t左右不等。
  
鋼水可由鑄型下部(下鑄法)或上部(上鑄法)注入鑄型，採用何種方式與產品品種和生產率有關。雖然採用鑄錠法時的工作環境較差，除了高溫並且有大量的粉塵之外，其效率也很低，但是對急遽凝固時易於產生開裂的鋼種，如Martensite系的SUS440鋼等，在使用連鑄法時有許多的困難，所以通常使用鑄錠法。
  
熱處理技術爐子種類
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[$#8226]  熱處理設備  
  
實施熱處理時，需要用適當的加熱爐把材料以所設定的條件加熱到某一溫度，而一般在這溫度保持預定時間後，採用適當的冷卻裝置以規定的速率冷卻到預定溫度（例如常溫）。由此可知，熱處理時加熱爐和冷卻裝置是主要的設備。除了這兩種主體設備以外，為了能使加熱和冷卻順利進行，需要各種關聯的設備或附屬的裝置。珠粒噴擊（shot blast）、酸洗、變形矯正、脫脂、洗淨等設備是屬於關聯設備。雖然這些作業不屬熱處理本身的作業，但是在熱處理前後需要用這些設備來處理熱處理零件。又動力供給裝置（電氣、瓦斯、重輕油、空氣、其他）、各種搬送設備（搬運車、單軌、吊車、其他）、各種計測儀器（硬度試驗機、氣體分析儀、高溫計、露點計、流量計、電流表、電壓表等）是屬於附屬設備，利用這些設備可以使熱處理置順利運轉。
在本章就熱處理用的加熱爐（一般叫作熱處理爐）加以說明。
熱處理爐
  
1.熱處理爐的型式
熱處理爐的型式，如表1.1所示可以按照加熱方式、作業和輸送方式、熱處理的目的、加熱介質（或爐氣）等的不同加以分類。雖然如此，我們常常把熱處理爐分為(1)分批式熱處理爐和(2)連續式熱處理爐的兩大類，然後再加以細分。
2.熱源和加熱方式
（1） 熱源
熱處理爐的加熱用熱源有電熱和各種燃料（例如重油、輕油、液化煤氣、都市瓦斯等）。
（2） 加熱方式
加熱方式，如表1.2所示，由於熱源的種類不同採取不同的發熱方式。然而對處理件的傳熱式來講，無論電氣加熱或燃燒加熱，都可以分為直接加熱和間接加熱兩種。
   
3.各種分批式熱處理爐
如前所述，分批式爐是把處理件裝入爐內，而依照規定的處理程序控制溫度和時間，實施熱處理。這種爐，因為作業條件的變更和設定比較容易，所以適合多品種少量生產。實用上為了適合各種熱處理的目的或條件，有如圖1.5所示的各種型式之分批式熱處理爐。
（1）多目的型（all case type）熱處理爐
（2）箱型（box type）熱處理爐
（3）坑型（pit type）熱處理爐
（4）鐘型（bell type）熱處理爐
（5）台車型（car-bottom type）熱處理爐
（6）昇降型（elevator type）熱處理爐
（7）壺型（pot type）熱處理爐
4.各種連續式熱處理爐
連續爐是把處理件連續地或以一定間隔送入爐內實施熱處理。連續爐可以把爐內分成適當數的加熱區域（zone），而把各區域的溫度控制在規定的溫度。因此熱處理條件可由零件通過各區域時的時間和溫度來決定。
（1） 連續爐的型式
（2） 各種連續爐實例
  
1) 淬火爐和回火爐
2) 退火爐（或正常化爐）
3) 滲碳爐
4) 燒結爐
5.其他加熱爐
（1） 真空爐
（2） 流動床加熱爐（fluidized bed furnace）
6.加熱爐的有效加熱帶
(
1.熱處理爐的型式  
分批式（batch type）熱處理爐和連續式（continuous type）熱處理爐的不同點在於爐內的熱處理件之流通狀態。
分批式爐是把處理件裝入爐內，而在同一位置加熱（或冷卻）後取出來。作業時，完成一批處理件的熱處理後，反覆相同操作繼續做其他批的加熱和冷卻。連續式爐是把處理件從爐的一端連續送入，而用適當的輸送裝置以一定速度使零件通過爐內，經過預定的加熱和冷卻後，從爐的另一端取出來。
對同零件來講，分批式和連續式的加熱、冷卻條件應該要相同，然而作業上究竟要採用何種型式的爐，就要看生產量的大小和零件種類的多寡來定。一般，分批式適合多品種少量生產，而連續式適合少品種多量生產。
分批式爐有下列優點：
(1)因為容易配合處理溫度、處理時間、生產量和處理件的材質、形式、重量等的變化來調整作業條件，所以使用範圍廣。
(2)爐內的溫度分佈均勻。
(3)加熱容量較小時，設備費低，建設時間短，移動也容易。(4)發生故障時受害程度比連續式輕。
連續式爐有下列優點：  
(1)適合於連續性的大量生產，並且作業效率高。
(2)加熱、冷卻的精度好，能做優良的品質管理。
(3)熱效率好。
缺點有：
(1)要改變處理條件時，須先把爐內的處理件全部處理完，變為空爐狀態後重新調整處理條件，所以浪費熱和動力。
(2)發生故障時，不但產生多量不良品，也使作業流程中斷。
（1） 熱源
  
用燃料加熱時，一般其能源成本比電熱低，並且燃燒所用的有關機器設備（燃燒器、鼓風機、泵等）也比電氣加熱設備便宜。採用燃燒生成氣体直接加熱處理件時，假如能利用燃燒生成氣体的流動來實施對流加熱，則對低溫度的均勻加熱尤其有利。缺點是會產生騷音，有時需要採取防音對策，又排氣中含有灰塵、硫氧化物、氮氧化物等。
電氣加熱比使用燃料的燃燒加熱容易得到高溫，爐氣的控制和溫度的控制也容易，又能做直接通電或感應加熱等特殊的急速加熱。缺點是電氣設備費較貴，能源成本高。
（2） 加熱方式
   
  
圖1.1表示直接加熱和間接加熱的例子。
圖(a)所示的直接加熱，是燃燒生成氣體和處理件直接接的加熱方式。直接加熱方式的加熱速率比間接加熱快，並且燃燒器的裝設比較容易，但是處理件的氧化量比較多。直接加熱多用在素材的加熱，一般的零件大多採用間接加熱。
圖(b)所示的間接加熱方式，是在遮蓋（muffle case）的外面把燃料燃燒發熱，而把遮蓋內的處理件以輻射熱加熱。
圖(c)所示的間接加熱方式，是輻射管燃燒圖（radiant tube burner）內把燃料燃燒發熱，而利用從輻射管表面的輻射熱來加熱處理件。採用圖(b)、(c)的加熱方式之特點是可以在控制爐氣中加熱零件，所以能實施無氧化．輝面加熱處理、滲碳、氮化、硬焊等。這種方式的缺點是最高使用溫度較低（大致在1200℃），並且輻射管或遮蓋等的耐熱鋼使用量大等。
   
圖1.2是加熱管的一種例。
除此以外，如圖1.3所示有各種形狀的加熱管。
   
電氣加熱的直接加熱，是採用對處理件直接通電的加熱方式。這種方式，雖然可以得到急速加熱的效果，但是由於要利用材料本身的電阻來加熱的關係，處理件的形狀或材質等不均勻時，不容易得到均勻的加熱，另外通電時的接觸部分容易受傷。這種加熱方式可以應在小鋼塊或線材的加熱。
圖1.1(d)所示的電氣間接加熱方式最常被採用，是電阻加熱方式中的代表性者。這種方式是把發熱体放在管內使它發熱，而利用從管表面的輻射熱來加熱處理件。圖1.4所示的另外一種電阻加熱方式。它的發熱體以適當的方法裝在爐的內壁，直接曝露在爐氣中。
電阻加熱用的發熱体可以分為金屬發熱体和非金屬發熱体。
  
金屬發熱体分為Ni-Cr、Ni-Cr-Fe、Cr-Al-Fe等合金發熱体和Pt、W、Mo等純金屬發熱体。純金屬發熱体除了特殊用途以外很少被使用。
  
非金屬發熱体大多採用碳化矽（SiC），它的最高使用溫度約為1600℃。石墨發熱体可以用到更高溫度，在惰性氣体或氫氣中可用到3000℃，在真空中可用到約2200℃。
電阻發熱体須有下列各種性質：(1)電阻大(2)具有高溫機械強度(3)加工容易(4)比電阻的溫度變化小(5)不會和爐氣相作用等。表1.3表示電阻發熱體的種類和它的特性。
   
（1）多目的型（all case type）熱處理爐
   
圖1.6表示多目的型熱處理爐的一例。這種爐可用於退火、淬火、滲碳、滲碳氮化等，由前室、冷卻槽、加熱室所構成。加熱零件時，一般都送入適當的控制爐氣，以便達到熱處理的目的，例如輝面退、輝面淬火、滲碳等等。下面以一般的淬火為例說明作業次序。
(1)處理件放置加熱（tray）或加熱籃（basket）後打開的前扉推入前室。打開前扉時，在前扉下方所設的火焰幕燃燒器（flame curtain burner）會產生火焰而形成遮幕，以阻止爐外面的空氣進入加熱爐內。
(2)關閉前扉後打開中間扉把零件推入加熱室。
(3)關閉中間罪實施加熱。
(4)零件在預定溫度加熱預定的時間後，打開中間扉把零件移到前室的淬火用昇降器上。
(5)關閉中間扉後把零件放入淬火槽中使它急冷。
(6)淬火完了後零件再到前室，打開前扉取出零件。
  
用一般的分批作業式加熱爐實施上述的一循環之作業時多採用手動式，但是也有採用自動操作的加熱爐。
因為上面所述的熱處理作業都在控制爐氣中實施，所以能達到很好的輝面熱處理效果。這種的加熱室多採用輻射加熱管或者電熱式的加熱管加熱。
加熱室上方設有攪拌扇，以使爐的溫度分佈和控制爐氣的流動均勻。
  
用這種型式的爐實施熱處理時容易變更熱處理的作業條件，所以適於少量多種類的零件之熱處理。
（2）箱型（box type）熱處理爐
   
   
圖1.7表示箱型熱處理爐（直接加熱方式）的一例。這種爐用於中、小零件的回火。這種型式的爐也有退火用和淬火用的。處理時把零件放置加熱盤或加熱籃送入爐卷的滾子軌（roller rail）上。爐下部有燃燒器，燃燒生成氣体用熱風扇送入加熱室使它循環。為了使燃燒氣能均勻分佈，加熱室上有導板。
（3）坑型（pit type）熱處理爐
   
   
圖1.8表示坑型熱處理爐的一例。這種爐可用於退火、淬火、回火、滲碳、滲碳氮化等，用途相當廣。這種爐的構造和作業方法如下：把處理件裝在耐熱鋼製夾具（fixture）上或者裝入加熱籃後放進爐中的耐熱鋼製加熱圓筒內。加熱圓筒上部有封閉用的溝槽。槽內放砂，使爐蓋的緣板（lip）插入砂內而形成砂封（sand seal），以防止控制爐氣的外洩。控制爐氣由爐蓋的進口（圖中沒有表示）送入加熱圓筒內，而由爐蓋上的出口排出。爐蓋設有風扇，以便加熱圓筒內的溫度分佈及控制爐氣流動均勻。爐的加熱方式採用輻射加熱管或者爐壁裝設電阻發熱体。爐蓋用空氣壓或油壓缸移到上方後，右旋或者左旋就可以打開，然後利用起重機或者吊車把熱處理零件裝入或者取出。另外一種爐沒有設耐熱鋼製加熱圓筒。這時不但爐體外殼的設計特別要留意能防止控制爐氣的外洩，而且加熱用的發熱體或者加熱管須要選用不和控制爐氣發生作用者才行。
這種爐另外要設置淬火槽，須把零件取出於空氣中後才實施淬火。因此這時零件的表面會發生輕後的氧化。
(4）鐘型（bell type）熱處理爐  
   
圖1.9表示鐘型熱處理爐的一例。這種爐可用於鋼帶或鋼線的退火，由底盤（base）、內蓋（inner cover）和外蓋（outer cover）所構成。底盤上放置鋼帶，內蓋用來封閉控制爐氣，外蓋裝設加熱裝置。底盤設有風扇，可以使控制爐氣均勻循環在內蓋內。加熱裝置可以分為直接加熱式和輻射加熱管式。
被處理的鋼帶完成預定溫度的加熱後，取除外蓋使它冷卻。通常冷卻時間都比加熱時間長，所以一個外蓋配合2~3個底盤輪流使用。近年來採用各種方法縮短冷卻器和冷卻扇等。
（5）台車型（car-bottom type）熱處理爐
   
   
圖1.10表示直接加熱式台車爐的一例，用來加熱大形鑄造品、鋼棒等。一般，台車爐可用於各種零件的退火、淬火、回火等。處理件放置在台車上的支持架或耐火磚上。燃燒器設在爐側壁，從上下方加熱處理件。台車周圍有砂封，以防止冷空氣的侵入。爐外有台車驅動裝置，用馬達驅動鏈條使台車進出爐內。
（6）昇降型（elevator type）熱處理爐
   
   
圖1.11表示昇降型爐的一例，用於展性鑄鐵或特殊鑄鐵的退火。這型式的爐是上方的加熱爐之位置固定，而台車會昇降。
（7）壺型（pot type）熱處理爐
  
使用鹽浴來作業的爐大都採用壺型爐。
   
圖1.12表示外部加熱式鹽浴爐，從鋼製（軟鋼、耐熱鋼、耐熱鑄鋼等）壺的外部以燃料的燃燒氣，或者以金屬電阻体、非金屬電阻体加熱壺內的鹽浴。使用溫度為950℃以下，適於小零件的熱處理。  
  
圖1.13表示電極式內部加熱鹽浴爐。這種爐是在鹽浴中直接插入電極，而利用浴的內部電阻來加熱鹽浴。電極式的最高溫度可以達到1400℃，用途很廣。鹽浴爐也可以把發熱體（輻射加熱管等）直接插入鹽浴內加熱，但是使用溫度一般在850℃以下。
鹽浴爐的利點有：
(1)設備低廉
(2)適於少量生產
(3)加熱速率快
(4)處理件的氧化少，它的表面狀態比以直接加熱式爐所處理者良好等。
電極鹽浴爐，適於須要高溫速加熱的高速鋼之熱處理。
（1） 連續爐的型式
  
連續爐依它的零件搬送方法，分為推進式（pusher type）、輸送機式（conveyer type）和繩式（strand type）等。
推進式連續爐，一般在加熱盤上放置處理件，而用推送機（pusher）連續推入爐內實施連續性的熱處理。
  
輸送機式連續爐可以分為兩種型式。
一種是輸送機（conveyer）的位置不移動而只有處理件會移動，
另一種是輸送機載運處理件在爐內移動。輸送機式爐和推進式爐相比較時，通常輸送機式的熱處理循環時間短，加熱溫度較低，爐床負荷小。
  
繩式連續爐是把鋼帶或鋼線，一面捲開一面作連續性的熱處理，所以熱處理後的材質之均勻性和表面狀態等方面，可以得到良好的結果。
表1.1有表示連續爐的型式。
(1) 淬火爐和回火爐
   
   
圖1.14表示汽車用小件鍛造素材的淬火、回火爐。淬火爐是推進式滾子爐床（roller hearth）型連續爐。爐側壁設有重油燃燒器，而採用直接加熱方式來加熱素材。回火爐是輸送機式鏈帶（link belt）型連續爐，而採用熱風循環方式來加熱。這些爐都不用控制爐氣。在淬火爐內加熱完成的零件連續落下汁火槽。冷卻後的零件以輸送機送到回火爐，而回火完了後落入水冷槽，完全處理。
   
   
圖1.15表示輸送機式搖動床（shaker hearth）型連續淬火爐，用於墊圈、板彈簧、螺栓、銷等小型零件的淬火。利用爐床的急促動作（snap motion）來搬送零件，而在爐內出料口端零件會落入淬火滑管實施淬火。變更單位時間內的急促動作次數時，就可以調整零件的輸送速度。處理時爐內送入吸熱型爐氣。  
   
圖1.16表示輸送機式迴轉加熱圓筒（retort）型淬火爐，這種爐適於軸承用鋼球、座圈環（race）、銷等小零件的熱處理。這種爐在橫型圓筒加熱爐內有加熱圓筒，而這圓筒能以預定速度迴轉。圓筒內有螺旋狀板（spiral），被裝入圓筒內的零件隨著圓筒的迴轉，會沿著圓筒內的螺旋向前移動，而從另一端的出料口落入淬火槽。零件通過爐內的時間可由變更圓筒的正轉與逆轉的角度差來控制。採用這種處理方法時，零件會被均勻攪拌而得到均勻的加熱效果。控制爐氣被導入爐內和圓筒內，而從淬火滑管和圓筒入口排出爐外。這種爐也可以用來滲碳或滲碳氮化。
   
圖1.17表示迴轉爐床型淬火爐，用於機械零件的輝面淬火。爐氣是使用吸熱型氣体。處理件放在托盤上自動送入爐內，而在出料端自動淬火在油中。(2) 退火爐（或正常化爐）  
   
  
圖1.18表示輸送機式滾子爐床型退火爐，用於鋼管或鋼棒等長形處理件的退火或正常化。爐內的耐熱鋼製爐床滾子以鏈輪和鏈條轉動。要處理的材料放置裝料台上後，以適宜的速度通過爐內，而由出料端出爐。
  
退火可以採用rich發熱型爐氣來達到輝面熱處理的效果。
   
   
圖1.19表塔繩型（tower strand type）退火爐，用於鍍錫用薄鋼板的連續退火，這種爐的退火效果均勻，又可以高速處理薄鋼帶，其效率很高。鍍錫用薄鋼板的退火設備，除退火爐以外其前後裝設鋼帶的捲回、洗淨和捲取等裝置。爐本体從加熱、均熱、徐冷和急冷等的4個區域構成。最右邊另有空冷卻塔。爐內導入控制爐氣，爐的入口和出口的滾子可以兼作防止控制爐氣之逸出，以便減少控制爐氣的使用量。加熱區堿採用輻射加熱管加熱，均熱區堿採用電氣加熱方式。徐冷區堿是在冷卻管內通入冷風實施冷卻。急卻區堿採用噴流（jet）冷卻方式，而在短距離內就可以實施均勻的冷卻。鋼帶由左邊入口處的轉向滾子（deflector roll）進入退火爐內，依次經過加熱區堿、徐冷區堿、急冷區堿和冷卻塔從出口處的轉向滾子出爐。這種爐所用的控制爐氣為lean氮氣型控制爐氣。  
   
圖1.20表示（catenary type）退火爐，用於矽鋼帶的退火。被退火的矽鋼帶從左向右連續移動。在加熱室，矽鋼帶則用左右兩組支持滾子呈懸垂狀掛在爐內連續實施退火。這種爐的特點是在加熱室內實施退火的矽鋼帶，不會和任何機械部分相接觸。矽鋼帶退火後經由冷卻室出爐。這種爐所用的控制爐氣有rich發熱型控制爐氣、純粹乾燥H2和NH3燃燒氣体等。
   
   
圖1.21表示輸送機式滾子爐床型展性鑄鐵用退火爐。這種爐有高溫退火室、第一冷卻室、低溫退火室和第二冷卻室。高溫退火室是用來實施展鑄鐵的第一段退，低溫退火室是用來實施第二段退火。白鑄鐵鑄件放置退火盤上，由左方送爐內，經過高溫退火、低溫退火後，白鑄鐵完全變為展性鑄鐵。再經冷卻後從右方出爐。
  
這種爐可採用lean氮氣型控制爐氣來實施退火作業。
(3) 滲碳爐
   
   
圖1.22表示推進式滑動軌（skid rail）型滲碳爐。實施大量零件的滲碳時，這種型式的爐最廣泛被採用，適於加熱溫度高，零件重量大，爐內滯留時間長的滲碳作業。爐內通常用拱牆（arch）分成幾個溫度區域和控制爐氣區域，一般如圖1.22所示分為加熱區域（昇溫區域）、滲碳區域、擴散區域（滲碳區域）和冷卻區域（降溫保持區域）的4個區域，而在各區域的溫度和控制爐氣各別加以控制。。熱處理零件放在加熱盤後依次推入爐內。其推送的時間之間隔可以支配零件的移動速度，所以應視熱處理作業的條件而適當決定。經過昇溫區域、滲碳區域和擴散區域的零件，最後在冷卻區域加以冷卻後取出爐外，或者在冷卻區域（降溫保持區域）降溫到淬火溫度而實施淬火。爐的右端設有門扉，可以從這門取出零件實施淬火。
  
這種爐，除了滲碳以外也可以用於復碳（carbon restoration）、滲碳氮化、球化退火、淬火、正常化和展性鑄鐵的退火等。
   
   
圖1.23表示比較新式的推進式連續作業滲碳爐。滲碳零件用自動裝料裝置送入加熱區域。零件經過滲碳區域、擴散區域和冷卻區域後施以淬火。然後把零件洗乾淨而施以回火。滲碳區域和擴散區域的爐体側面設有風扇，用來攪拌控制爐氣。這種爐在加熱區域、滲碳區域和擴散區域之間設有雙重拱牆（double drop arch）。這拱牆部分的控制爐氣具有遮幕的功用，可以使各鄰接區域的控制爐氣之混合機會儘量減少，以便準確地控制鋼料的表面含碳量。這種爐把降溫保持區域分離，以避免淬火用控制爐氣和滲碳用控制爐氣相混合。使用這種爐實施滲碳時可以正確地控制滲碳零件的滲碳層之滲碳厚度面含碳量。(4) 燒結爐
   
  
圖1.24表示輸送機式網帶型燒結爐。這種爐用於鋼鐵、黃銅和青銅的燒結，有預熱室、加熱室和水冷冷卻室。燒結零件放在裝料台的輸送帶上後送入預熱室加以昇溫。被燒結的零件在預熱室時，其內其含的黏結劑（binder）或者附著於表面的潤滑油會蒸發。蒸發出來的氣体可以從預熱室排出爐外，以避免侵入加熱室污染燒結用控制爐氣。在預熱室以適當速率昇溫後，零件進入加熱室實施燒結。燒結完了後進入冷卻室，最後從爐的右端出爐。
燒結用的控制爐氣有各種各樣。例如rich和lean吸熱型爐氣用於鋼料的燒結，純粹乾燥H2、NH3分解氣体和NH3燃燒氣体等用於不銹鋼的燒結，NH3分解氣体用於銅、黃銅和青銅等的燒結。
（1） 真空爐
  
真空爐可以在10-2~10-5mmHg程度的減壓下實施零件的熱處理，它的用途愈來愈廣。在真空中加熱時，不但可以防止鋼料的氧化和脫碳，也有清淨的作用，所以可以省去酸洗、研磨等的後處理。加熱方式有外熱和內熱。外熱式，因為要使用英高鎳（inconel），不銹鋼等加熱筒（或匣），所以使用溫度有限制，又有溫和冷卻速率慢等缺點。內熱式是發熱体、遮熱板、處理件等在真空室內，而外殼用水冷卻。  
圖1.25表示內熱式氣体冷卻真空爐，要冷卻處理品時使用惰性氣体。
   
圖1.26表示內熱式油淬火真空爐。真空爐可用於淬火、退火、滲碳、硬焊、燒結等。
（2） 流動床加熱爐（fluidized bed furnace）
流動床加熱爐是由粉体和瓦斯所構成的流動床中放入處理品實施加熱的一種比較特殊的爐
  
  
圖1.27表示流動床電爐的一例，爐體底部有多孔板，爐体內放粉体。從多孔板下方的通氣管送入空氣或氣体時，爐体內的粉体會和氣体均勻混合，形成流動相。這種流動相叫做流動床，多孔板叫做分配盤。粉体採用碳黑粉（carbon black）時，以直接通電方式就可以發熱，而能用為處理件的加熱介質。電極板為石墨板。
  
粉体內送入空氣，使它流動時，隨著溫度上昇流動床內的氣氛會變化，而只含N2、CO、CO2，不含O2。這種氣氛適於鋼料的熱處理。
[$#8226]  6.加熱爐的有效加熱帶  
  
加熱爐的目的，是要把處理件加熱於預定的溫度，而保持預定的時間。一般的加熱爐，爐內各部位的溫度分佈無法達到完瓶均勻，因此零件的裝入量或裝入部位不妥當時，爐內的零件會因裝入部位不同而產生加熱溫度不均勻的現象。通常用熱電溫度計測定爐內的溫度時，它的測溫部不直接放在零件上，而放置在由燃燒所生成的熱氣体，爐內的控制爐氣，或熱浴中的數個地方，所以所測出的溫度，不直接表示零件的溫度而只能代表爐內加熱區域的小部分溫度。因為熱處理時，實際上所要知道的溫度是處理件本身的溫度，所以能用溫度計測定材料各部位（包括材料的心部）的溫度最為理想，但是實際上無法作到這種要求。因此熱處理作業上必須了解，把正常量的處理零件裝入熱處理爐而到達設定的溫度時，在設定溫下的爐內各部位的溫度分佈究竟如何。假如，此時零件的某一部位或者爐內某一部位的零不在設定溫度的範圍內力（溫度過高或過低），處理後的零件就無法達到所規定的性質。這表示，加熱期間放置在溫度分佈不在設定圍內的零件，就無法有效地實施加熱，而達成熱處理的目的。在爐內把零件加熱時，能使零件的溫度保持在所設定的溫度之加熱區域叫做「有效加熱區」。也就是，假如加熱期間不放在有效加熱區內的零件，就無法達到有效的加熱。
  
美軍規格MIL．H．6895B（1958年）是規定熱處理用加熱設備的有效加熱區之試驗方法。1969年日本金屬熱處理工業會，參考美軍規格制定「熱處理用加熱設備的有效加熱區試驗方法」，而在1974年加以修改後沿用到現在。這規格的主要內容，是規定如何來判定有效加熱區，就是規定把零件放在所設定的有效加熱區內實施熱處理時，如何測定這時的加熱溫度，而和目標的加熱溫度相比較，來判定在所設定的有效加熱區內，各部分的保持溫度是否符合目標的保持溫度精度。
  
保持溫度的測定位置，實際上無法包括爐內廣大材料裝入區域的每一部位，所以為了要了解材料裝入區域的溫度分佈，只選定代表性的部位來測定其保持溫度。
  
要測定保持溫度時，首先須設定加熱爐內的有效加熱區（作業區域），而在這區域內裝設熱電偶。其次要決定在這有效加熱區內需配置的熱電偶數目和位置。
   
圖1.28表示箱形和圓筒形加熱設備的保持溫度測定位置之例。各圖中的1、2、3、……數字表示溫度測定位置。
測定溫度時，以常用的昇溫速率加熱，而尚未到達保持溫度的最低點以前，每適當間隔時間（約15分）測定各位置的溫度，以便確實測定各位置到達保持溫度的時間。以後，以5~10分的相同間隔繼續測定6次以上。
  
由以上的試驗結果，判定各位置的溫度指示值之變動是否符合表1.4所示的溫度精度。假如由無負荷和負荷試驗所示的保持溫度指示值，其一部分或全部未達到目標的保持溫度精度時，把未達到溫度精度要求的位置加以修正，再做試驗。就各種熱處理作來講，其熱處理爐的溫度精度，最低限度須達到表1.4的標準。對各種加熱爐本身的保持溫度精度來講，例如保持在淬火溫度力[$#63224]每一個處理件本身的各部分，以及爐內同一批的每一個處理件，其保持溫度的變動不可以超過某一規定範圍。假如溫度的變動超過這範圍時，有時會產生沃斯田鐵化不均勻而導致不完全的淬火效果，或有時因過熱引起晶粒粗大，致使淬火後所得的零件之性質不均勻，或產生不良品，所以保持溫度的變動成為最重要的因素。回火時，保持溫度對處理後的硬度或機械性質有密切的關係，所以為了確保零件品質的均一性，回火溫度精也要保持在規定數值以內。加熱設備的有效加熱區，雖然可以依照上述的方法來測定，但是實際作業時，還要考慮有效加熱區的經濟性。對熱處理爐來講，有效加熱區的容積對爐內總容積的比率愈小，其經濟性和生產性愈低。因此為了減低成本，省能源，以及增加生產性，必須致力增加有效加熱區的容積。
不銹鋼的選用
   
   
   
   
   
   
   
   
   
Reference : 中工高雄會刊 第7卷 第3期  
作者 : 魏豊義
不同不銹鋼纖維含量及層數對不織布體積電阻的影響
賴鴻儀* 劉幸雪 黃書賢 林佳弘* 呂秋光* 姚興川**
逢甲大學紡織工程學系
*逢甲大學紡織工程研究所
**中國紡織工業研究中心
摘要
  
在導電或抗靜電鞋材中，依作業及活動環境的不同，對於鞋材本身的體積電阻值的控制具有相當嚴格的規範。在目前已開發的眾多鞋材中，於經濟成本或加工效果上都存在一些問題。因此，在本實驗中，我們嚐試使用不銹鋼不織布來取代抗靜電鞋材中的結構元件，並討論製成元件組合後的變化。結果發現，利用數層不銹鋼不織布，經熱壓後某些力學性質能夠合乎工業需求，在體積電阻方面，不論是熱壓前後或是疊層數的增加，都會有明顯影響體積電阻的表現。另外，由實驗中我們發現，整體體積電阻的變化除了和單層不銹鋼不織布的體積電阻有關外，不織布間的表面傳導亦扮演著重要的角色。
  
關鍵詞：抗靜電鞋、體積電阻、不銹鋼不織布  
  
1. 前言  
在導電及抗靜電鞋材加工方面，由於橡膠鞋材需考慮其實用性能，因此在橡膠之中一般會加入硫化藥劑，使得橡膠在成形時同時產生硫化交鏈，提高橡膠之物理性能。也因為如此，使得橡膠不易混拌，增加加工上的困難。目前使用的橡膠鞋材加工方法及缺點我們如表一所示：  
一般而言，鞋材結構大致上可分為鞋墊、中底及大底部分。由於導電及抗靜電鞋材在體積電阻需控制在104-106Ω間，因此了解各個元件組合後的體積電阻是相當重要。在鞋墊部分，由於鞋墊直接和腳部接觸，因此鞋墊的舒適性要求極高。  
表1 橡膠抗靜電鞋的製造原理及缺點
種類 製造原理 缺點  
加入導電材料 加入導電液 具時效性  
加入導電粉體 分佈不均  
加入導電纖維 價格昂貴  
鞋材加工 結構改良 加工不便  
目前市面上之鞋墊有部分是使用不織布所製成。在中底部分，其主要功用在於提供製作過程中鞋材型態的固定，因此中底的撓曲性質相當重要。一般常用的中底材料多為特製的厚紙板製成。而大底的作用則提供鞋材的耐摩性。鞋材結構及功能如下所示(如表2)[1-2]  
在本實驗中，我們希望能夠使用導電不織布來取代鞋墊及中底，因此主要探討不同不銹鋼含量的不織布及疊層數對於體積電阻的影響。另外，我們也希望了解電流傳導的途徑。
表2 鞋材結構
結構 功用
鞋墊 提供穿著時之舒適感  
中底 固定鞋材形狀  
大底 提供鞋材之耐摩性  
  
2.實驗儀器及方法  
2-1 實驗儀器  
體積電阻計(ACL 800 meter)  
2-2 實驗方法  
測量不同層數及含量不銹鋼不織布的體積電阻（R）  
↓  
熱壓
↓  
將單層不銹鋼不織布舖疊至所需之層數  
↓  
測量不同層數及含量不銹鋼不織布的體積電阻（R）
↓  
在不銹鋼不織布間夾入100%不銹鋼不織布  
↓  
測量不同層數及含量不銹鋼不織布的體積電阻（R）
  
2-3 實驗參數
（1）不織布成分：
聚酯纖維 75%-71%
低熔點聚酯纖維 25%
不銹鋼纖維 0%-4%
（2）基重：200g/m2  
（3）針軋密度：40.5針次/cm2  
（4）熱壓溫度：160℃  
（5）熱壓時間：385sec  
（6）疊層層數：1-5層  
（7）不織布規格：7cm * 7cm  
3.結果與討論  
  
圖1 100% PET疊層不織布的體積電阻值變化
由實驗結果我們可以發現，100% PET不織布在熱壓之後，整體的電阻值有明顯的增加趨勢，而隨著堆疊的層數增加時，電阻值亦呈現類似線性遞增的趨勢(圖1)。而在夾入100%不銹鋼不織布後，夾層織物的體積電阻則介於二者之間。這個現象可能是因為100%不銹鋼不織布提供了介面間良好的傳導所造成。  
  
圖2 1%不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
在1%不銹鋼不織布方面(圖2)，我們發現由於不銹鋼纖維的加入，使得體積電阻有大幅的降低。而熱壓後織物的體積電阻亦有增加的趨勢。另外，隨著疊層數的增加，體積電阻也有上升的趨勢，不過此時增加的電阻並不像100%PET不織布呈現類似線性遞增的趨勢。為了了解此現象的原因，我們在層間加入100%不銹鋼不織布。結果發現，體積電阻馬上大幅的降低，而隨著疊層數的增加，體積電阻亦呈現類似線性遞增的趨勢。由此我們可以推測，電流在未加入不銹鋼疊層織物中傳導時，除了受到織物體積電阻的影響外，大部分的電阻增加主要來自織物的體積電阻部分影響。  
圖3為不銹鋼疊層織物中電流傳導的示意圖，在未加入不銹鋼織物時，電流傳導需經過體積傳導及表面傳導。而加入不銹鋼不織布後，電流僅需經過體積傳導，因此體積電阻和疊層數呈現正比之關係。在2%不銹鋼不織布方面(圖4)則表現出和1%不銹鋼不織布相同的趨勢。僅在電阻值有些微的降低。  
  
圖3 不銹鋼疊層織物中電流傳導示意圖
  
圖4 2% 不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
  
在3%不銹鋼不織布方面，我們可以發現和前面三種不銹鋼含量的不織布比較起來，體積電阻明顯大幅降低。而隨著疊層數的增加，體積電阻開始呈現線性的趨勢。另外和加入100%不銹鋼不織布後的體積電阻趨勢比較起來，無論在體積電阻或是上升趨勢都十分接近。這可能是因為不銹鋼含量增加後，除了降低體積傳導的阻礙外，更提供了良好的介面傳導所造成(圖4)。在4%不銹鋼不織布中，這個現象更加明顯(圖5)。  
  
圖4 3% 不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
  
圖5 4% 不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
  
4.結論  
在實驗中我們發現，由於100% PET不織布為均質物質，因此體積電阻隨著疊層數的增加呈現線性的增加趨勢。此現象和1%及2%不銹鋼不織布的趨勢不同，其原因可能是因為不銹鋼的加入，使得不銹鋼不織布成為非均質物質所造成。而在3%及4% 不銹鋼不織布則無此現象產生。另外，由實驗中我們可得知疊層織物的體積電阻的增加，和層間的表面傳導極有關係。  
參考文獻  
1.賴鴻儀、林佳瀅、林心梅、林佳弘、呂秋光、姚興川，利用不銹鋼不織布導入橡膠製成抗靜電鞋之評估，第十五屆纖維紡織科技研討會論文集，346-350（1999）  
2.竹內由美子、岩崎謙次、大泉幸乃，衣料用新素材的帶電評定方法，纖維加工，50， No.5，36-43(1998)  
不銹鋼採集空氣中VOC之濕化技巧
以不銹鋼採樣筒（Canister）採集空氣中捙發性有機化合物（VOC）為目前環境空氣污染檢測最常用採樣方法之一，其相關標準方法有USEPA TO14、TO15 及 NIEA A715.10A。
　　一般而言Canister內壁經特殊鍍鎳磨光處理，其目的在防止部分氣體樣品吸附在器壁上，影響分析結果。然而由實驗結果顯示，對於屬較高分子量或屬極性較強之VOC，其回收率仍不理想。遂有濕化步驟，藉由高極性水分子先佔據採樣筒器壁，防止採樣時氣體分子吸附在器壁上，以提高檢測準確度。然而此種處理方式仍有缺點，例如器內水分過多對分析儀器造成干擾，並大大降低極性（或微極性）化合物分析準確度；又如器內水分太少則去吸附效果將減低。如此，如何恰到好處做Canister濕化處理，將是彩響空氣中VOC檢測方法準確度之重要因子。
　　事實上如何解決濕化問題，亦即如何決定真空狀態下Can-ister採樣器內應存在多少水分，本文將以基礎物理化學概念，嘗試推算出理論含水量。基於上述概念，我們希望Canister器壁上僅吸附單層（Mono Layer）水量即可，亦即假設單層覆蓋器壁。
　　首先要推算容器內壁表面積，以容積為6L之Canister採樣器為例，假設為球
狀容器，則可由下式推算出容器半徑（R）：4/3πR3=6000CM3求得容器半徑為11.27cm，則容器內表面積（Ai）：Ai=4πR2=1596cm3
　　水分子半徑可由文獻查得或本文估算。對水分子三相而言，以 4℃ 液態下其密度最大（1.000g/cm3）亦即分子間距最小，1.000g水相當於水分子數目（Nw）為：Nw=(1/18.02)(6.1023=3.34x1022若忽略此狀態下水分子間距，則水分子體積（Vw）為：Vw=(1.000cm3)/Nw=2.99x10-23cm3
而水分子相當半徑（Rw）及表面積（Aw）可由下面式子估算出：
　 4/3πRw3=2.99x10-23cm3
Rw=1.93x10-8cm
Aw=πRw2=1.10-15cm2
同樣地假設忽略水分子排列間之空隙，則填滿Canister採樣器內表面所需分子個數N為：N=Ai/Aw=1.36x1018
化成水分含量（Mw）：
　Mw = (N/6.1023)(18.02g) = 4.10-5g
　 亦即在考慮單層吸附及忽略水分子間空隙條件下，容量 6L Canister 棌樣器濕化過程中，其理論水注射量應有0.04μL。
　　對於濕化步驟也許文獻上有許多不同作法，無論濕化用溶劑之選擇或真空條件之差異，但其目的防止樣品吸附以提高檢測準確度。實驗分析者可根據使用濕化用溶劑之物性及採樣容器大小，應用上述方法估計所須溶劑使用量。　　　　　　　　　

熔煉與精煉
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簡介 Introduction
   
製造鋼材首先需有鋼液，鋼液的產生可由高爐或直接還原爐將鐵礦還原冶煉成鐵水，也可以電爐熔煉廢鋼，然後經轉爐、精煉爐等除去雜質和添加合金，再澆鑄成所需要的鋼胚。簡而言之，熔煉與精煉即是將鐵礦或廢鋼轉變成所需鋼液之過程。
不銹鋼的精煉與熔煉大多是以electric arc furnace/ argon oxygen decaburization (EAF/AOD). 在美國大約有90%的不銹鋼是以EAF/AOD製程進行熔煉與精煉，而在全世界大約是75% [Ref.1]。  
熔煉 Melting
  
精煉 Refining  
Electric Arc Furnace, EAF
  
Argon Oxygen Decarburization, AOD
  
Vacuum Oxygen Decarburization, VOD
   
不銹鋼煉鑄流程
   
      
   
熔煉製程分類
<EAF電弧爐> <Coveerter Melting轉爐>
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Electric Arc Furnance Melting 電弧爐熔煉
熔煉，其主要的功能在盡可能快速且經濟的熔融生產原料。早期的不銹鋼生產，大多採用電弧熔煉(electric arc furnace)。不銹鋼熔煉與一般碳鋼熔煉有許多不同之處。首先，因不銹鋼中含易氧化的鉻因而限制了電弧爐熔煉時氧的引入。而且因氧化鉻使得在一般碳鋼中提高熔渣流動性的一氧化碳不易在不銹鋼熔渣中形成，不銹鋼熔渣流動性就不似一般碳鋼好。
對於不銹鋼中所需的鉻與鎳，其來源大致上可由鐵鉻合金、鎳合金或不銹鋼廢料獲得，詳細資料見下表。就經濟上的考量，不銹鋼廢料的價格較其他合金便宜許多，因此不銹鋼的生產原料大多是來自於不銹鋼廢料。除了原料成本外，亦需考慮熔煉的難易度，如含硫與銅的不銹鋼廢料，因其所含的硫及銅在接下來的製程中不易去除，便不適宜採用以減少製程上之成本。
表一、 提供鉻成分來源之原料
原料  組成成分　%
  碳   鉻  矽  氮  錳
低碳鉻鐵  0.10  69  0.9  -  0.2
中碳鉻鐵  0.13  70.7  0.9   -  0.2
低碳低氮鉻鐵   0.045  67.8  0.63  0.01  0.45
純鉻鐵  0.01  69  0.28   -  -
中間型碳鉻鐵   2  55  0.1  -  0.15
高碳鉻鐵  7.4  68.7  0.85  -  0.22
高碳鉻鐵  7.7  69.2  0.17  -  0.16
鉻鐵-矽  0.055  37  40  -  0.27
  
表二、 提供鎳成分來源之原料
原料  組成成分 %
  碳  鎳  矽  鈷  硫  鉻  銅
鎳塊  -  99.9  -  -  -  -  -
低碳鎳珠  0.01  50  0.02  0.45  0.007  0.007  -
高碳鎳珠  1.64  28  1.4  0.6  0.06  0.7  -
生鎳塊  0.07  39  0.4  0.7  0.015  0.15  -
鎳銅珠  0.3  51  0.1  -  -  1.2  26.5
氧化鎳燒結體  -  75  -  -  -  -  -
  
對300系列不銹鋼而言，其典型的熔煉混合物為：  
50% 300系列不銹鋼廢料(18%Cr, 8%Ni, 1%Mn)；  
30%碳鋼廢料；  
14%高碳鉻鐵(7%碳, 65%鉻)；  
4%鎳(商業上純鎳)； 及1%高碳錳鐵(7%碳, 65%錳)。  
熔煉後將可得到18%鉻, 8%鎳, 1%碳。
  
<熱軋成型製程> <產品分類>
________________________________________
熱軋成型簡介
熱軋成型鋼材，不論從尺寸、外型、表面品質、加工方式及用途各方面來看，都是屬於"中間型"的產品。在厚度方面，較厚的熱軋鋼材與鋼板的厚度範圍重疊，而較薄的熱軋鋼材與冷軋鋼片的厚度範圍重疊。外形上，熱軋鋼材涵蓋鋼板的板狀，以及冷軋鋼片的片狀及鋼捲。加工型態上則包含鋼板最常用的焊接加工及冷軋的抽拉成形。在用途方面，熱軋鋼材涵蓋中型結構物，汽車結構性零件，中、大型的容器等，也和鋼板及冷軋鋼片互有重疊。
種類特性 鋼板 熱軋鋼材 冷軋鋼片
厚度 125~6.0mm 13~1.5mm ＜3.2mm
外型 板塊 板狀、片狀、鋼捲 片狀、鋼捲
表面 粗糙，有銹皮 粗糙，有銹皮及無銹皮 光滑，無銹皮
主要用途 大型結構物，船舶、橋樑，高樓，瓦斯及油料儲存槽，石油管件 中型結構物及零件，汽車結構零件，小型管件，瓦斯桶，手工具，腳踏車及機車零件 容器、面板、汽車外板，家具，櫥櫃，罐頭
主要加工方式 切割、焊接、加熱彎曲成型 焊接，抽拉或彎曲成型 抽拉及彎曲成型，點焊，電阻焊
表一 平板類鋼材之特性比較
熱軋鋼材的表面品質，因在高溫軋延（約1100℃~850℃），表面附著一層青黑色的銹皮，此銹皮可保護鋼片表面，遲滯進一步銹蝕，可直接作為結構用途，這種表面狀態俗稱黑皮。熱軋鋼材若需進一步作衝壓成型、表面塗漆及焊接組合時，需將銹皮酸洗除去，然後塗油防止氧化，這種熱軋鋼材俗稱PO料（Pickled & oiled sheet）。
冷軋技術
<冷軋技術> <冷軋鋼件品質> <耐時效性>
冷軋鋼片是將熱捲經酸洗除去表面銹皮,再經冷軋機軋至0.15~3.2mm厚經退火及調質軋延,較熱軋鋼片有較佳之精準度,表面光滑,平整,加工性加,可得較薄之厚度.
(CQ)一般商用品質鋼:
表面需光滑平整;彎曲及簡單衝壓是最常用的加工方式.
(DQ)衝壓品質鋼:
對於深衝性質要求僅次於深衝品質鋼(DDQ).
(DDQ)深衝品質鋼:
必須透過成分,製程的調整以得最佳之晶粒分布,切加工後表面要光滑平整;有時 有非時效之要求要(Non ageing),剛才深衝後不得有伸張應變痕(Stretcher  
starin).
(EDDQ)超深衝品質鋼:
成型性更佳,目前各家鋼廠均以IF鋼(Interstitial Free steel)來生產此鋼.
(HSFQ)汽車用高強度成型性品質鋼:
以JIS G3135之SPFCXXX規定為例,約可分三類:
SPFC 340-SPFC 590:
抗拉伸強度為340MPa-590MPa,屬衝壓成型用.
SPFC 490Y-SPFC 980Y:
抗拉伸強度為490MPa-980MPa,而降伏強度僅約抗拉伸強度之一半.目前已開 發出抗拉伸強度MPa之鋼片.
SPFC 340H:
抗拉伸強度340MPa且有30MPa之烘烤硬化強度. 所謂烘烤硬化強度只鋼片經
2%拉伸後,於170度C下加熱20min所增加之降伏強度.更高強度具有BH性之鋼 片也正在開發中
  
連續鑄造法
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1. 不銹鋼連續鑄造的應用
1951年蘇聯最早將連續鑄造法用於不銹鋼的生產，其後為澳洲和英國。而日本則在1955年後相繼引入不銹鋼生產設備而進行生產。
不銹鋼連續鑄造能夠快速的普及，主要有幾個原因
  
(1)不銹鋼鋼錠的分塊製程成本高，鋼材利用率低。
  
(2)引入連鑄機時，也正是容量為數十噸的電弧爐，大量用於熔煉不銹鋼的時期，兩者在產量規模上相互適應
  
(3)不銹鋼中的主要鋼種18-8鋼，無相變態點，Austenite組織中含有少量的Ferrite組織，其高溫裂縫敏感性低，易於今型連續生產
   
主要會遇到的困難方面有：
A. Powder casting技術的確立
  
Powder casting技術的主要意義在將模子中的鋼表面上加上powder之後，會在熔鋼的表面形成人工渣，此人工渣會將熔鋼與大氣隔絕，可以防止氧化；而與大氣相接的未熔層，具有絕熱和保溫的作用，又有利於防止形成表面凝固層，且又可以吸收浮上熔鋼的夾雜物或是氣體；熔融的powder在鑄件和鑄型閒具有重要的潤滑功用，但是在鑄件凝固冷卻後，又希望它能易於脫離鑄件而不粘著表面上。
   
B. 浸漬nozzle相關的耐火材料技術的開發
浸漬nozzle的問題，在日本經過長期的研究，現在已經能夠得到相當好的解決，一根nozzle可以連續鑄造200t以上的不銹鋼。
   
C. 有關氫的影響，再連鑄時比鑄錠法更為敏感。在鑄錠法中，不銹鋼中含有數ppm的氫，對分塊壓延作業並不造成嚴重問題，但在連鑄時則可在鑄件表皮下形成大量氣孔(pin hole)，它甚至可以在皮下形成寬1mm，長30mm的紡錘型缺陷。現在採用VOD或AOD精煉法以後，此問題已經解決。
鑄錠法
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鋼液經過鑄型經冷卻、凝固形成鋼錠(Ingot)，鑄型有正錐形和倒錐型兩種，為提高不銹鋼的利用率，大多採用倒錐形鑄型，每鑄錠的重量由數百公斤至20t左右不等。
  
鋼水可由鑄型下部(下鑄法)或上部(上鑄法)注入鑄型，採用何種方式與產品品種和生產率有關。雖然採用鑄錠法時的工作環境較差，除了高溫並且有大量的粉塵之外，其效率也很低，但是對急遽凝固時易於產生開裂的鋼種，如Martensite系的SUS440鋼等，在使用連鑄法時有許多的困難，所以通常使用鑄錠法。
熱處理技術爐子種類
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[$#8226]  熱處理設備  
  
實施熱處理時，需要用適當的加熱爐把材料以所設定的條件加熱到某一溫度，而一般在這溫度保持預定時間後，採用適當的冷卻裝置以規定的速率冷卻到預定溫度（例如常溫）。由此可知，熱處理時加熱爐和冷卻裝置是主要的設備。除了這兩種主體設備以外，為了能使加熱和冷卻順利進行，需要各種關聯的設備或附屬的裝置。珠粒噴擊（shot blast）、酸洗、變形矯正、脫脂、洗淨等設備是屬於關聯設備。雖然這些作業不屬熱處理本身的作業，但是在熱處理前後需要用這些設備來處理熱處理零件。又動力供給裝置（電氣、瓦斯、重輕油、空氣、其他）、各種搬送設備（搬運車、單軌、吊車、其他）、各種計測儀器（硬度試驗機、氣體分析儀、高溫計、露點計、流量計、電流表、電壓表等）是屬於附屬設備，利用這些設備可以使熱處理置順利運轉。
在本章就熱處理用的加熱爐（一般叫作熱處理爐）加以說明。
熱處理爐
  
1.熱處理爐的型式
熱處理爐的型式，如表1.1所示可以按照加熱方式、作業和輸送方式、熱處理的目的、加熱介質（或爐氣）等的不同加以分類。雖然如此，我們常常把熱處理爐分為(1)分批式熱處理爐和(2)連續式熱處理爐的兩大類，然後再加以細分。
2.熱源和加熱方式
（1） 熱源
熱處理爐的加熱用熱源有電熱和各種燃料（例如重油、輕油、液化煤氣、都市瓦斯等）。
（2） 加熱方式
加熱方式，如表1.2所示，由於熱源的種類不同採取不同的發熱方式。然而對處理件的傳熱式來講，無論電氣加熱或燃燒加熱，都可以分為直接加熱和間接加熱兩種。
   
3.各種分批式熱處理爐
如前所述，分批式爐是把處理件裝入爐內，而依照規定的處理程序控制溫度和時間，實施熱處理。這種爐，因為作業條件的變更和設定比較容易，所以適合多品種少量生產。實用上為了適合各種熱處理的目的或條件，有如圖1.5所示的各種型式之分批式熱處理爐。
（1）多目的型（all case type）熱處理爐
（2）箱型（box type）熱處理爐
（3）坑型（pit type）熱處理爐
（4）鐘型（bell type）熱處理爐
（5）台車型（car-bottom type）熱處理爐
（6）昇降型（elevator type）熱處理爐
（7）壺型（pot type）熱處理爐
4.各種連續式熱處理爐
連續爐是把處理件連續地或以一定間隔送入爐內實施熱處理。連續爐可以把爐內分成適當數的加熱區域（zone），而把各區域的溫度控制在規定的溫度。因此熱處理條件可由零件通過各區域時的時間和溫度來決定。
（1） 連續爐的型式
（2） 各種連續爐實例
  
1) 淬火爐和回火爐
2) 退火爐（或正常化爐）
3) 滲碳爐
4) 燒結爐
5.其他加熱爐
（1） 真空爐
（2） 流動床加熱爐（fluidized bed furnace）
6.加熱爐的有效加熱帶
(
1.熱處理爐的型式  
  
分批式（batch type）熱處理爐和連續式（continuous type）熱處理爐的不同點在於爐內的熱處理件之流通狀態。
  
分批式爐是把處理件裝入爐內，而在同一位置加熱（或冷卻）後取出來。作業時，完成一批處理件的熱處理後，反覆相同操作繼續做其他批的加熱和冷卻。連續式爐是把處理件從爐的一端連續送入，而用適當的輸送裝置以一定速度使零件通過爐內，經過預定的加熱和冷卻後，從爐的另一端取出來。
對同零件來講，分批式和連續式的加熱、冷卻條件應該要相同，然而作業上究竟要採用何種型式的爐，就要看生產量的大小和零件種類的多寡來定。一般，分批式適合多品種少量生產，而連續式適合少品種多量生產。
分批式爐有下列優點：
(1)因為容易配合處理溫度、處理時間、生產量和處理件的材質、形式、重量等的變化來調整作業條件，所以使用範圍廣。
(2)爐內的溫度分佈均勻。
(3)加熱容量較小時，設備費低，建設時間短，移動也容易。(4)發生故障時受害程度比連續式輕。
連續式爐有下列優點：  
(1)適合於連續性的大量生產，並且作業效率高。
(2)加熱、冷卻的精度好，能做優良的品質管理。
(3)熱效率好。
缺點有：
(1)要改變處理條件時，須先把爐內的處理件全部處理完，變為空爐狀態後重新調整處理條件，所以浪費熱和動力。
(2)發生故障時，不但產生多量不良品，也使作業流程中斷。
（1） 熱源
  
用燃料加熱時，一般其能源成本比電熱低，並且燃燒所用的有關機器設備（燃燒器、鼓風機、泵等）也比電氣加熱設備便宜。採用燃燒生成氣体直接加熱處理件時，假如能利用燃燒生成氣体的流動來實施對流加熱，則對低溫度的均勻加熱尤其有利。缺點是會產生騷音，有時需要採取防音對策，又排氣中含有灰塵、硫氧化物、氮氧化物等。
電氣加熱比使用燃料的燃燒加熱容易得到高溫，爐氣的控制和溫度的控制也容易，又能做直接通電或感應加熱等特殊的急速加熱。缺點是電氣設備費較貴，能源成本高。
（2） 加熱方式
   
  
圖1.1表示直接加熱和間接加熱的例子。
圖(a)所示的直接加熱，是燃燒生成氣體和處理件直接接的加熱方式。直接加熱方式的加熱速率比間接加熱快，並且燃燒器的裝設比較容易，但是處理件的氧化量比較多。直接加熱多用在素材的加熱，一般的零件大多採用間接加熱。
圖(b)所示的間接加熱方式，是在遮蓋（muffle case）的外面把燃料燃燒發熱，而把遮蓋內的處理件以輻射熱加熱。
圖(c)所示的間接加熱方式，是輻射管燃燒圖（radiant tube burner）內把燃料燃燒發熱，而利用從輻射管表面的輻射熱來加熱處理件。採用圖(b)、(c)的加熱方式之特點是可以在控制爐氣中加熱零件，所以能實施無氧化．輝面加熱處理、滲碳、氮化、硬焊等。這種方式的缺點是最高使用溫度較低（大致在1200℃），並且輻射管或遮蓋等的耐熱鋼使用量大等。
   
圖1.2是加熱管的一種例。
除此以外，如圖1.3所示有各種形狀的加熱管。
   
電氣加熱的直接加熱，是採用對處理件直接通電的加熱方式。這種方式，雖然可以得到急速加熱的效果，但是由於要利用材料本身的電阻來加熱的關係，處理件的形狀或材質等不均勻時，不容易得到均勻的加熱，另外通電時的接觸部分容易受傷。這種加熱方式可以應在小鋼塊或線材的加熱。
圖1.1(d)所示的電氣間接加熱方式最常被採用，是電阻加熱方式中的代表性者。這種方式是把發熱体放在管內使它發熱，而利用從管表面的輻射熱來加熱處理件。圖1.4所示的另外一種電阻加熱方式。它的發熱體以適當的方法裝在爐的內壁，直接曝露在爐氣中。
電阻加熱用的發熱体可以分為金屬發熱体和非金屬發熱体。
  
金屬發熱体分為Ni-Cr、Ni-Cr-Fe、Cr-Al-Fe等合金發熱体和Pt、W、Mo等純金屬發熱体。純金屬發熱体除了特殊用途以外很少被使用。
  
非金屬發熱体大多採用碳化矽（SiC），它的最高使用溫度約為1600℃。石墨發熱体可以用到更高溫度，在惰性氣体或氫氣中可用到3000℃，在真空中可用到約2200℃。
電阻發熱体須有下列各種性質：(1)電阻大(2)具有高溫機械強度(3)加工容易(4)比電阻的溫度變化小(5)不會和爐氣相作用等。表1.3表示電阻發熱體的種類和它的特性。
   
（1）多目的型（all case type）熱處理爐
   
圖1.6表示多目的型熱處理爐的一例。這種爐可用於退火、淬火、滲碳、滲碳氮化等，由前室、冷卻槽、加熱室所構成。加熱零件時，一般都送入適當的控制爐氣，以便達到熱處理的目的，例如輝面退、輝面淬火、滲碳等等。下面以一般的淬火為例說明作業次序。
(1)處理件放置加熱（tray）或加熱籃（basket）後打開的前扉推入前室。打開前扉時，在前扉下方所設的火焰幕燃燒器（flame curtain burner）會產生火焰而形成遮幕，以阻止爐外面的空氣進入加熱爐內。
(2)關閉前扉後打開中間扉把零件推入加熱室。
(3)關閉中間罪實施加熱。
(4)零件在預定溫度加熱預定的時間後，打開中間扉把零件移到前室的淬火用昇降器上。
(5)關閉中間扉後把零件放入淬火槽中使它急冷。
(6)淬火完了後零件再到前室，打開前扉取出零件。
  
用一般的分批作業式加熱爐實施上述的一循環之作業時多採用手動式，但是也有採用自動操作的加熱爐。
因為上面所述的熱處理作業都在控制爐氣中實施，所以能達到很好的輝面熱處理效果。這種的加熱室多採用輻射加熱管或者電熱式的加熱管加熱。
加熱室上方設有攪拌扇，以使爐的溫度分佈和控制爐氣的流動均勻。
  
用這種型式的爐實施熱處理時容易變更熱處理的作業條件，所以適於少量多種類的零件之熱處理。
（2）箱型（box type）熱處理爐
   
   
圖1.7表示箱型熱處理爐（直接加熱方式）的一例。這種爐用於中、小零件的回火。這種型式的爐也有退火用和淬火用的。處理時把零件放置加熱盤或加熱籃送入爐卷的滾子軌（roller rail）上。爐下部有燃燒器，燃燒生成氣体用熱風扇送入加熱室使它循環。為了使燃燒氣能均勻分佈，加熱室上有導板。
（3）坑型（pit type）熱處理爐
   
   
圖1.8表示坑型熱處理爐的一例。這種爐可用於退火、淬火、回火、滲碳、滲碳氮化等，用途相當廣。這種爐的構造和作業方法如下：
  
把處理件裝在耐熱鋼製夾具（fixture）上或者裝入加熱籃後放進爐中的耐熱鋼製加熱圓筒內。加熱圓筒上部有封閉用的溝槽。槽內放砂，使爐蓋的緣板（lip）插入砂內而形成砂封（sand seal），以防止控制爐氣的外洩。控制爐氣由爐蓋的進口（圖中沒有表示）送入加熱圓筒內，而由爐蓋上的出口排出。爐蓋設有風扇，以便加熱圓筒內的溫度分佈及控制爐氣流動均勻。爐的加熱方式採用輻射加熱管或者爐壁裝設電阻發熱体。爐蓋用空氣壓或油壓缸移到上方後，右旋或者左旋就可以打開，然後利用起重機或者吊車把熱處理零件裝入或者取出。另外一種爐沒有設耐熱鋼製加熱圓筒。這時不但爐體外殼的設計特別要留意能防止控制爐氣的外洩，而且加熱用的發熱體或者加熱管須要選用不和控制爐氣發生作用者才行。
  
這種爐另外要設置淬火槽，須把零件取出於空氣中後才實施淬火。因此這時零件的表面會發生輕後的氧化。
(4）鐘型（bell type）熱處理爐
   
   
圖1.9表示鐘型熱處理爐的一例。這種爐可用於鋼帶或鋼線的退火，由底盤（base）、內蓋（inner cover）和外蓋（outer cover）所構成。底盤上放置鋼帶，內蓋用來封閉控制爐氣，外蓋裝設加熱裝置。底盤設有風扇，可以使控制爐氣均勻循環在內蓋內。加熱裝置可以分為直接加熱式和輻射加熱管式。
被處理的鋼帶完成預定溫度的加熱後，取除外蓋使它冷卻。通常冷卻時間都比加熱時間長，所以一個外蓋配合2~3個底盤輪流使用。近年來採用各種方法縮短冷卻器和冷卻扇等。
（5）台車型（car-bottom type）熱處理爐
   
   
圖1.10表示直接加熱式台車爐的一例，用來加熱大形鑄造品、鋼棒等。一般，台車爐可用於各種零件的退火、淬火、回火等。處理件放置在台車上的支持架或耐火磚上。燃燒器設在爐側壁，從上下方加熱處理件。台車周圍有砂封，以防止冷空氣的侵入。爐外有台車驅動裝置，用馬達驅動鏈條使台車進出爐內。
（6）昇降型（elevator type）熱處理爐
   
   
圖1.11表示昇降型爐的一例，用於展性鑄鐵或特殊鑄鐵的退火。這型式的爐是上方的加熱爐之位置固定，而台車會昇降。
（7）壺型（pot type）熱處理爐
  
使用鹽浴來作業的爐大都採用壺型爐。
   
圖1.12表示外部加熱式鹽浴爐，從鋼製（軟鋼、耐熱鋼、耐熱鑄鋼等）壺的外部以燃料的燃燒氣，或者以金屬電阻体、非金屬電阻体加熱壺內的鹽浴。使用溫度為950℃以下，適於小零件的熱處理。
   
圖1.13表示電極式內部加熱鹽浴爐。這種爐是在鹽浴中直接插入電極，而利用浴的內部電阻來加熱鹽浴。電極式的最高溫度可以達到1400℃，用途很廣。鹽浴爐也可以把發熱體（輻射加熱管等）直接插入鹽浴內加熱，但是使用溫度一般在850℃以下。
鹽浴爐的利點有：
(1)設備低廉
(2)適於少量生產
(3)加熱速率快
(4)處理件的氧化少，它的表面狀態比以直接加熱式爐所處理者良好等。
電極鹽浴爐，適於須要高溫速加熱的高速鋼之熱處理。
（1） 連續爐的型式
  
連續爐依它的零件搬送方法，分為推進式（pusher type）、輸送機式（conveyer type）和繩式（strand type）等。
推進式連續爐，一般在加熱盤上放置處理件，而用推送機（pusher）連續推入爐內實施連續性的熱處理。
  
輸送機式連續爐可以分為兩種型式。
一種是輸送機（conveyer）的位置不移動而只有處理件會移動，
另一種是輸送機載運處理件在爐內移動。輸送機式爐和推進式爐相比較時，通常輸送機式的熱處理循環時間短，加熱溫度較低，爐床負荷小。
  
繩式連續爐是把鋼帶或鋼線，一面捲開一面作連續性的熱處理，所以熱處理後的材質之均勻性和表面狀態等方面，可以得到良好的結果。
表1.1有表示連續爐的型式。
(1) 淬火爐和回火爐
   
   
圖1.14表示汽車用小件鍛造素材的淬火、回火爐。淬火爐是推進式滾子爐床（roller hearth）型連續爐。爐側壁設有重油燃燒器，而採用直接加熱方式來加熱素材。回火爐是輸送機式鏈帶（link belt）型連續爐，而採用熱風循環方式來加熱。這些爐都不用控制爐氣。在淬火爐內加熱完成的零件連續落下汁火槽。冷卻後的零件以輸送機送到回火爐，而回火完了後落入水冷槽，完全處理。
   
   
圖1.15表示輸送機式搖動床（shaker hearth）型連續淬火爐，用於墊圈、板彈簧、螺栓、銷等小型零件的淬火。利用爐床的急促動作（snap motion）來搬送零件，而在爐內出料口端零件會落入淬火滑管實施淬火。變更單位時間內的急促動作次數時，就可以調整零件的輸送速度。處理時爐內送入吸熱型爐氣。
   
   
圖1.16表示輸送機式迴轉加熱圓筒（retort）型淬火爐，這種爐適於軸承用鋼球、座圈環（race）、銷等小零件的熱處理。這種爐在橫型圓筒加熱爐內有加熱圓筒，而這圓筒能以預定速度迴轉。圓筒內有螺旋狀板（spiral），被裝入圓筒內的零件隨著圓筒的迴轉，會沿著圓筒內的螺旋向前移動，而從另一端的出料口落入淬火槽。零件通過爐內的時間可由變更圓筒的正轉與逆轉的角度差來控制。採用這種處理方法時，零件會被均勻攪拌而得到均勻的加熱效果。控制爐氣被導入爐內和圓筒內，而從淬火滑管和圓筒入口排出爐外。這種爐也可以用來滲碳或滲碳氮化。
   
   
圖1.17表示迴轉爐床型淬火爐，用於機械零件的輝面淬火。爐氣是使用吸熱型氣体。處理件放在托盤上自動送入爐內，而在出料端自動淬火在油中。
(2) 退火爐（或正常化爐）
   
   
圖1.18表示輸送機式滾子爐床型退火爐，用於鋼管或鋼棒等長形處理件的退火或正常化。爐內的耐熱鋼製爐床滾子以鏈輪和鏈條轉動。要處理的材料放置裝料台上後，以適宜的速度通過爐內，而由出料端出爐。
  
退火可以採用rich發熱型爐氣來達到輝面熱處理的效果。
   
   
圖1.19表塔繩型（tower strand type）退火爐，用於鍍錫用薄鋼板的連續退火，這種爐的退火效果均勻，又可以高速處理薄鋼帶，其效率很高。鍍錫用薄鋼板的退火設備，除退火爐以外其前後裝設鋼帶的捲回、洗淨和捲取等裝置。爐本体從加熱、均熱、徐冷和急冷等的4個區域構成。最右邊另有空冷卻塔。爐內導入控制爐氣，爐的入口和出口的滾子可以兼作防止控制爐氣之逸出，以便減少控制爐氣的使用量。加熱區堿採用輻射加熱管加熱，均熱區堿採用電氣加熱方式。徐冷區堿是在冷卻管內通入冷風實施冷卻。急卻區堿採用噴流（jet）冷卻方式，而在短距離內就可以實施均勻的冷卻。鋼帶由左邊入口處的轉向滾子（deflector roll）進入退火爐內，依次經過加熱區堿、徐冷區堿、急冷區堿和冷卻塔從出口處的轉向滾子出爐。
  
這種爐所用的控制爐氣為lean氮氣型控制爐氣。
   
   
圖1.20表示（catenary type）退火爐，用於矽鋼帶的退火。被退火的矽鋼帶從左向右連續移動。在加熱室，矽鋼帶則用左右兩組支持滾子呈懸垂狀掛在爐內連續實施退火。這種爐的特點是在加熱室內實施退火的矽鋼帶，不會和任何機械部分相接觸。矽鋼帶退火後經由冷卻室出爐。
  
這種爐所用的控制爐氣有rich發熱型控制爐氣、純粹乾燥H2和NH3燃燒氣体等。
   
   
圖1.21表示輸送機式滾子爐床型展性鑄鐵用退火爐。這種爐有高溫退火室、第一冷卻室、低溫退火室和第二冷卻室。高溫退火室是用來實施展鑄鐵的第一段退，低溫退火室是用來實施第二段退火。白鑄鐵鑄件放置退火盤上，由左方送爐內，經過高溫退火、低溫退火後，白鑄鐵完全變為展性鑄鐵。再經冷卻後從右方出爐。
  
這種爐可採用lean氮氣型控制爐氣來實施退火作業。
(3) 滲碳爐
   
   
圖1.22表示推進式滑動軌（skid rail）型滲碳爐。實施大量零件的滲碳時，這種型式的爐最廣泛被採用，適於加熱溫度高，零件重量大，爐內滯留時間長的滲碳作業。爐內通常用拱牆（arch）分成幾個溫度區域和控制爐氣區域，一般如圖1.22所示分為加熱區域（昇溫區域）、滲碳區域、擴散區域（滲碳區域）和冷卻區域（降溫保持區域）的4個區域，而在各區域的溫度和控制爐氣各別加以控制。。熱處理零件放在加熱盤後依次推入爐內。其推送的時間之間隔可以支配零件的移動速度，所以應視熱處理作業的條件而適當決定。經過昇溫區域、滲碳區域和擴散區域的零件，最後在冷卻區域加以冷卻後取出爐外，或者在冷卻區域（降溫保持區域）降溫到淬火溫度而實施淬火。爐的右端設有門扉，可以從這門取出零件實施淬火。
  
這種爐，除了滲碳以外也可以用於復碳（carbon restoration）、滲碳氮化、球化退火、淬火、正常化和展性鑄鐵的退火等。
   
   
圖1.23表示比較新式的推進式連續作業滲碳爐。滲碳零件用自動裝料裝置送入加熱區域。零件經過滲碳區域、擴散區域和冷卻區域後施以淬火。然後把零件洗乾淨而施以回火。滲碳區域和擴散區域的爐体側面設有風扇，用來攪拌控制爐氣。這種爐在加熱區域、滲碳區域和擴散區域之間設有雙重拱牆（double drop arch）。這拱牆部分的控制爐氣具有遮幕的功用，可以使各鄰接區域的控制爐氣之混合機會儘量減少，以便準確地控制鋼料的表面含碳量。這種爐把降溫保持區域分離，以避免淬火用控制爐氣和滲碳用控制爐氣相混合。
  
使用這種爐實施滲碳時可以正確地控制滲碳零件的滲碳層之滲碳厚度面含碳量。
(4) 燒結爐
   
   
圖1.24表示輸送機式網帶型燒結爐。這種爐用於鋼鐵、黃銅和青銅的燒結，有預熱室、加熱室和水冷冷卻室。燒結零件放在裝料台的輸送帶上後送入預熱室加以昇溫。被燒結的零件在預熱室時，其內其含的黏結劑（binder）或者附著於表面的潤滑油會蒸發。蒸發出來的氣体可以從預熱室排出爐外，以避免侵入加熱室污染燒結用控制爐氣。在預熱室以適當速率昇溫後，零件進入加熱室實施燒結。燒結完了後進入冷卻室，最後從爐的右端出爐。
燒結用的控制爐氣有各種各樣。例如rich和lean吸熱型爐氣用於鋼料的燒結，純粹乾燥H2、NH3分解氣体和NH3燃燒氣体等用於不銹鋼的燒結，NH3分解氣体用於銅、黃銅和青銅等的燒結。
（1） 真空爐
  
真空爐可以在10-2~10-5mmHg程度的減壓下實施零件的熱處理，它的用途愈來愈廣。在真空中加熱時，不但可以防止鋼料的氧化和脫碳，也有清淨的作用，所以可以省去酸洗、研磨等的後處理。加熱方式有外熱和內熱。外熱式，因為要使用英高鎳（inconel），不銹鋼等加熱筒（或匣），所以使用溫度有限制，又有溫和冷卻速率慢等缺點。內熱式是發熱体、遮熱板、處理件等在真空室內，而外殼用水冷卻。
   
圖1.25表示內熱式氣体冷卻真空爐，要冷卻處理品時使用惰性氣体。
   
   
圖1.26表示內熱式油淬火真空爐。真空爐可用於淬火、退火、滲碳、硬焊、燒結等。
（2） 流動床加熱爐（fluidized bed furnace）
  
流動床加熱爐是由粉体和瓦斯所構成的流動床中放入處理品實施加熱的一種比較特殊的爐
   
圖1.27表示流動床電爐的一例，爐體底部有多孔板，爐体內放粉体。從多孔板下方的通氣管送入空氣或氣体時，爐体內的粉体會和氣体均勻混合，形成流動相。這種流動相叫做流動床，多孔板叫做分配盤。粉体採用碳黑粉（carbon black）時，以直接通電方式就可以發熱，而能用為處理件的加熱介質。電極板為石墨板。
  
粉体內送入空氣，使它流動時，隨著溫度上昇流動床內的氣氛會變化，而只含N2、CO、CO2，不含O2。這種氣氛適於鋼料的熱處理。
[$#8226]  6.加熱爐的有效加熱帶  
  
加熱爐的目的，是要把處理件加熱於預定的溫度，而保持預定的時間。一般的加熱爐，爐內各部位的溫度分佈無法達到完瓶均勻，因此零件的裝入量或裝入部位不妥當時，爐內的零件會因裝入部位不同而產生加熱溫度不均勻的現象。通常用熱電溫度計測定爐內的溫度時，它的測溫部不直接放在零件上，而放置在由燃燒所生成的熱氣体，爐內的控制爐氣，或熱浴中的數個地方，所以所測出的溫度，不直接表示零件的溫度而只能代表爐內加熱區域的小部分溫度。因為熱處理時，實際上所要知道的溫度是處理件本身的溫度，所以能用溫度計測定材料各部位（包括材料的心部）的溫度最為理想，但是實際上無法作到這種要求。因此熱處理作業上必須了解，把正常量的處理零件裝入熱處理爐而到達設定的溫度時，在設定溫下的爐內各部位的溫度分佈究竟如何。假如，此時零件的某一部位或者爐內某一部位的零不在設定溫度的範圍內力（溫度過高或過低），處理後的零件就無法達到所規定的性質。這表示，加熱期間放置在溫度分佈不在設定圍內的零件，就無法有效地實施加熱，而達成熱處理的目的。在爐內把零件加熱時，能使零件的溫度保持在所設定的溫度之加熱區域叫做「有效加熱區」。也就是，假如加熱期間不放在有效加熱區內的零件，就無法達到有效的加熱。
  
美軍規格MIL．H．6895B（1958年）是規定熱處理用加熱設備的有效加熱區之試驗方法。1969年日本金屬熱處理工業會，參考美軍規格制定「熱處理用加熱設備的有效加熱區試驗方法」，而在1974年加以修改後沿用到現在。這規格的主要內容，是規定如何來判定有效加熱區，就是規定把零件放在所設定的有效加熱區內實施熱處理時，如何測定這時的加熱溫度，而和目標的加熱溫度相比較，來判定在所設定的有效加熱區內，各部分的保持溫度是否符合目標的保持溫度精度。
  
保持溫度的測定位置，實際上無法包括爐內廣大材料裝入區域的每一部位，所以為了要了解材料裝入區域的溫度分佈，只選定代表性的部位來測定其保持溫度。
  
要測定保持溫度時，首先須設定加熱爐內的有效加熱區（作業區域），而在這區域內裝設熱電偶。其次要決定在這有效加熱區內需配置的熱電偶數目和位置。
   
圖1.28表示箱形和圓筒形加熱設備的保持溫度測定位置之例。各圖中的1、2、3、……數字表示溫度測定位置。
測定溫度時，以常用的昇溫速率加熱，而尚未到達保持溫度的最低點以前，每適當間隔時間（約15分）測定各位置的溫度，以便確實測定各位置到達保持溫度的時間。以後，以5~10分的相同間隔繼續測定6次以上。
  
由以上的試驗結果，判定各位置的溫度指示值之變動是否符合表1.4所示的溫度精度。假如由無負荷和負荷試驗所示的保持溫度指示值，其一部分或全部未達到目標的保持溫度精度時，把未達到溫度精度要求的位置加以修正，再做試驗。就各種熱處理作來講，其熱處理爐的溫度精度，最低限度須達到表1.4的標準。
  
對各種加熱爐本身的保持溫度精度來講，例如保持在淬火溫度力[$#63224]每一個處理件本身的各部分，以及爐內同一批的每一個處理件，其保持溫度的變動不可以超過某一規定範圍。假如溫度的變動超過這範圍時，有時會產生沃斯田鐵化不均勻而導致不完全的淬火效果，或有時因過熱引起晶粒粗大，致使淬火後所得的零件之性質不均勻，或產生不良品，所以保持溫度的變動成為最重要的因素。回火時，保持溫度對處理後的硬度或機械性質有密切的關係，所以為了確保零件品質的均一性，回火溫度精也要保持在規定數值以內。
  
加熱設備的有效加熱區，雖然可以依照上述的方法來測定，但是實際作業時，還要考慮有效加熱區的經濟性。對熱處理爐來講，有效加熱區的容積對爐內總容積的比率愈小，其經濟性和生產性愈低。因此為了減低成本，省能源，以及增加生產性，必須致力增加有效加熱區的容積。
不銹鋼的選用
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Reference : 中工高雄會刊 第7卷 第3期  
作者 : 魏豊義
  
不同不銹鋼纖維含量及層數對不織布體積電阻的影響
賴鴻儀* 劉幸雪 黃書賢 林佳弘* 呂秋光* 姚興川**
逢甲大學紡織工程學系
*逢甲大學紡織工程研究所
**中國紡織工業研究中心
摘要
  
在導電或抗靜電鞋材中，依作業及活動環境的不同，對於鞋材本身的體積電阻值的控制具有相當嚴格的規範。在目前已開發的眾多鞋材中，於經濟成本或加工效果上都存在一些問題。因此，在本實驗中，我們嚐試使用不銹鋼不織布來取代抗靜電鞋材中的結構元件，並討論製成元件組合後的變化。結果發現，利用數層不銹鋼不織布，經熱壓後某些力學性質能夠合乎工業需求，在體積電阻方面，不論是熱壓前後或是疊層數的增加，都會有明顯影響體積電阻的表現。另外，由實驗中我們發現，整體體積電阻的變化除了和單層不銹鋼不織布的體積電阻有關外，不織布間的表面傳導亦扮演著重要的角色。
  
關鍵詞：抗靜電鞋、體積電阻、不銹鋼不織布  
  
1. 前言  
在導電及抗靜電鞋材加工方面，由於橡膠鞋材需考慮其實用性能，因此在橡膠之中一般會加入硫化藥劑，使得橡膠在成形時同時產生硫化交鏈，提高橡膠之物理性能。也因為如此，使得橡膠不易混拌，增加加工上的困難。目前使用的橡膠鞋材加工方法及缺點我們如表一所示：  
一般而言，鞋材結構大致上可分為鞋墊、中底及大底部分。由於導電及抗靜電鞋材在體積電阻需控制在104-106Ω間，因此了解各個元件組合後的體積電阻是相當重要。在鞋墊部分，由於鞋墊直接和腳部接觸，因此鞋墊的舒適性要求極高。  
表1 橡膠抗靜電鞋的製造原理及缺點
種類 製造原理 缺點  
加入導電材料 加入導電液 具時效性  
加入導電粉體 分佈不均  
加入導電纖維 價格昂貴  
鞋材加工 結構改良 加工不便  
目前市面上之鞋墊有部分是使用不織布所製成。在中底部分，其主要功用在於提供製作過程中鞋材型態的固定，因此中底的撓曲性質相當重要。一般常用的中底材料多為特製的厚紙板製成。而大底的作用則提供鞋材的耐摩性。鞋材結構及功能如下所示(如表2)[1-2]  
在本實驗中，我們希望能夠使用導電不織布來取代鞋墊及中底，因此主要探討不同不銹鋼含量的不織布及疊層數對於體積電阻的影響。另外，我們也希望了解電流傳導的途徑。
表2 鞋材結構
結構 功用
鞋墊 提供穿著時之舒適感  
中底 固定鞋材形狀  
大底 提供鞋材之耐摩性  
  
2.實驗儀器及方法  
2-1 實驗儀器  
體積電阻計(ACL 800 meter)  
2-2 實驗方法  
測量不同層數及含量不銹鋼不織布的體積電阻（R）  
↓  
熱壓
↓  
將單層不銹鋼不織布舖疊至所需之層數  
↓  
測量不同層數及含量不銹鋼不織布的體積電阻（R）
↓  
在不銹鋼不織布間夾入100%不銹鋼不織布  
↓  
測量不同層數及含量不銹鋼不織布的體積電阻（R）
  
2-3 實驗參數
（1）不織布成分：
聚酯纖維 75%-71%
低熔點聚酯纖維 25%
不銹鋼纖維 0%-4%
（2）基重：200g/m2  
（3）針軋密度：40.5針次/cm2  
（4）熱壓溫度：160℃  
（5）熱壓時間：385sec  
（6）疊層層數：1-5層  
（7）不織布規格：7cm * 7cm  
3.結果與討論  
  
圖1 100% PET疊層不織布的體積電阻值變化
由實驗結果我們可以發現，100% PET不織布在熱壓之後，整體的電阻值有明顯的增加趨勢，而隨著堆疊的層數增加時，電阻值亦呈現類似線性遞增的趨勢(圖1)。而在夾入100%不銹鋼不織布後，夾層織物的體積電阻則介於二者之間。這個現象可能是因為100%不銹鋼不織布提供了介面間良好的傳導所造成。  
  
圖2 1%不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
在1%不銹鋼不織布方面(圖2)，我們發現由於不銹鋼纖維的加入，使得體積電阻有大幅的降低。而熱壓後織物的體積電阻亦有增加的趨勢。另外，隨著疊層數的增加，體積電阻也有上升的趨勢，不過此時增加的電阻並不像100%PET不織布呈現類似線性遞增的趨勢。為了了解此現象的原因，我們在層間加入100%不銹鋼不織布。結果發現，體積電阻馬上大幅的降低，而隨著疊層數的增加，體積電阻亦呈現類似線性遞增的趨勢。由此我們可以推測，電流在未加入不銹鋼疊層織物中傳導時，除了受到織物體積電阻的影響外，大部分的電阻增加主要來自織物的體積電阻部分影響。  
圖3為不銹鋼疊層織物中電流傳導的示意圖，在未加入不銹鋼織物時，電流傳導需經過體積傳導及表面傳導。而加入不銹鋼不織布後，電流僅需經過體積傳導，因此體積電阻和疊層數呈現正比之關係。在2%不銹鋼不織布方面(圖4)則表現出和1%不銹鋼不織布相同的趨勢。僅在電阻值有些微的降低。  
  
圖3 不銹鋼疊層織物中電流傳導示意圖
  
圖4 2% 不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
  
在3%不銹鋼不織布方面，我們可以發現和前面三種不銹鋼含量的不織布比較起來，體積電阻明顯大幅降低。而隨著疊層數的增加，體積電阻開始呈現線性的趨勢。另外和加入100%不銹鋼不織布後的體積電阻趨勢比較起來，無論在體積電阻或是上升趨勢都十分接近。這可能是因為不銹鋼含量增加後，除了降低體積傳導的阻礙外，更提供了良好的介面傳導所造成(圖4)。在4%不銹鋼不織布中，這個現象更加明顯(圖5)。  
  
圖4 3% 不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
  
圖5 4% 不銹鋼疊層不織布的體積電阻值變化
  
4.結論  
在實驗中我們發現，由於100% PET不織布為均質物質，因此體積電阻隨著疊層數的增加呈現線性的增加趨勢。此現象和1%及2%不銹鋼不織布的趨勢不同，其原因可能是因為不銹鋼的加入，使得不銹鋼不織布成為非均質物質所造成。而在3%及4% 不銹鋼不織布則無此現象產生。另外，由實驗中我們可得知疊層織物的體積電阻的增加，和層間的表面傳導極有關係。  
參考文獻  
1.賴鴻儀、林佳瀅、林心梅、林佳弘、呂秋光、姚興川，利用不銹鋼不織布導入橡膠製成抗靜電鞋之評估，第十五屆纖維紡織科技研討會論文集，346-350（1999）  
2.竹內由美子、岩崎謙次、大泉幸乃，衣料用新素材的帶電評定方法，纖維加工，50， No.5，36-43(1998)  
不銹鋼採集空氣中VOC之濕化技巧
以不銹鋼採樣筒（Canister）採集空氣中捙發性有機化合物（VOC）為目前環境空氣污染檢測最常用採樣方法之一，其相關標準方法有USEPA TO14、TO15 及 NIEA A715.10A。
　　一般而言Canister內壁經特殊鍍鎳磨光處理，其目的在防止部分氣體樣品吸附在器壁上，影響分析結果。然而由實驗結果顯示，對於屬較高分子量或屬極性較強之VOC，其回收率仍不理想。遂有濕化步驟，藉由高極性水分子先佔據採樣筒器壁，防止採樣時氣體分子吸附在器壁上，以提高檢測準確度。然而此種處理方式仍有缺點，例如器內水分過多對分析儀器造成干擾，並大大降低極性（或微極性）化合物分析準確度；又如器內水分太少則去吸附效果將減低。如此，如何恰到好處做Canister濕化處理，將是彩響空氣中VOC檢測方法準確度之重要因子。
　　事實上如何解決濕化問題，亦即如何決定真空狀態下Can-ister採樣器內應存在多少水分，本文將以基礎物理化學概念，嘗試推算出理論含水量。基於上述概念，我們希望Canister器壁上僅吸附單層（Mono Layer）水量即可，亦即假設單層覆蓋器壁。
　　首先要推算容器內壁表面積，以容積為6L之Canister採樣器為例，假設為球
狀容器，則可由下式推算出容器半徑（R）：4/3πR3=6000CM3求得容器半徑為11.27cm，則容器內表面積（Ai）：Ai=4πR2=1596cm3
　　水分子半徑可由文獻查得或本文估算。對水分子三相而言，以 4℃ 液態下其密度最大（1.000g/cm3）亦即分子間距最小，1.000g水相當於水分子數目（Nw）為：Nw=(1/18.02)(6.1023=3.34x1022若忽略此狀態下水分子間距，則水分子體積（Vw）為：Vw=(1.000cm3)/Nw=2.99x10-23cm3
而水分子相當半徑（Rw）及表面積（Aw）可由下面式子估算出：
　 4/3πRw3=2.99x10-23cm3
Rw=1.93x10-8cm
Aw=πRw2=1.10-15cm2
同樣地假設忽略水分子排列間之空隙，則填滿Canister採樣器內表面所需分子個數N為：N=Ai/Aw=1.36x1018
化成水分含量（Mw）：
　Mw = (N/6.1023)(18.02g) = 4.10-5g
　 亦即在考慮單層吸附及忽略水分子間空隙條件下，容量 6L Canister 棌樣器濕化過程中，其理論水注射量應有0.04μL。
　　對於濕化步驟也許文獻上有許多不同作法，無論濕化用溶劑之選擇或真空條件之差異，但其目的防止樣品吸附以提高檢測準確度。實驗分析者可根據使用濕化用溶劑之物性及採樣容器大小，應用上述方法估計所須溶劑使用量。　　　　　　　　　

Website：https://www.chinasteelsinfo.com/web/news/type.asp?typeid=钢铁知识

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