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1．1 传统切削液供给系统的构成及缺陷

切削液系统是切削加工系统的重要组成部分。切削液系统主要包括切削液供给系统和切削液。传统的压力供液式喷雾冷却系统通常由以下部分构成：①切削液泵（冷 却泵）：按要求的压力和流量向切削区供给切削液；②切削液箱：储存待用切削液及沉淀用过的切削液；③输送装置（管道、喷嘴等）：将切削液送达加工区；④净 化（过滤）装置：从切削液中去除切削过程中产生的切屑及其它机械杂质，使加工区使用的切削液保持清洁；⑤防护装置（防护罩、挡板等）：防止切削液四处飞溅 并
浸入机床部件内。

对照绿色制造理论的相关要求，传统的切削液供给系统存在以下缺陷

（1）使用成本高

据德国公司的统计资料，切削加工中使用切削液的费用约占制造总成本的7%～17%，其中切削液供给系统的使用成本（包括系统的清洗、维护费用及附属环保设备费用）占有较大比例。

（2）切削液用量不易控制

传统的切削液供液方法（如浇注法、压力喷射法、喷雾法等）是通过用较大压力和流量的切削液覆盖切削区来起到润滑、冷却、冲洗等作用。当加工条件发生变化时（如更换工件、刀具等），不易对切削液用量进行调整与控制。

（3）资源消耗大

传统切削液供给系统使用的冷却泵、液压阀、喷嘴等零部件精度不高，难以实现对切削液供给方式和供给量的精确控制，达不到微量、均匀、连续、精确供给润滑液的要求，从而需要消耗大量资源。

（4）环境污染严重

传统的切削液供给系统主要采用切削液内循环方式，其净化装置在切削加工过程中净化效率较低，废液和切屑造成的环境污染程度较严重，相应的治理费用较高。

（5）管路清洗难度大

传统切削液供给系统中的管线材料主要为不锈钢、铜、橡胶等，地沟则由水泥抹成，不适合进行化学清洗。切削液流经管线时间较长后会形成具有一定机械强度的黑色垢层，给清洗工作造成困难。1．2 切削液的构成及环境影响

切削液可分为水基和油基两大类。水基切削液具有较强的冷却能力，其主要成分为水、化学合成液或乳化液，通常添加有防锈剂、极压添加剂等；油基切削液具有较好的润滑性能，其主要成分为各种矿物油、动物油、植物油或复合油，可视需要添加极压添加剂、油性添加剂等。

切削液的环境影响主要表现在以下方面：

（1）对生态环境的影響

切削液对生态环境的危害主要表现为废切削液（废油、废液）对水资源的污染。在切削加工中产生的废油、废液如未经有效处理而直接排放，将会造成严重的水污 染。此外，切削加工中使用的切削液会或多或少存留在切屑上，大量堆积的切屑上带有的切削液会污染土壤；对切屑再生利用时切削液的有毒、有害成分也会污染环 境。

（2）对人体健康、安全、卫生的影响

切削液对人体的危害主要表现为：①切削液中的某些添加剂（如常用作杀菌添加剂的苯酚类物质）对人体具有毒性；②切削液中矿物油、表面活性剂的脱脂作用以及 防腐、杀菌添加剂的刺激性会使人体皮肤干燥、脱脂、开裂，甚至引起红肿、化脓等；③油基切削液中的矿物油、水基切削液中的碱性物质对人的呼吸器官具有一定 危害作用。

（3）对安全生产的影响

由于切削液中含有各种添加剂，在其使用过程中容易使设备产生腐蚀、生锈，油基切削液则易引发火灾等，对安全生产造成威胁。

2．切削液系统的优化策略

面向绿色制造的切削液系统应具备如下性能：①供液装置成本低、易安装，供液方式灵活；②供液方法先进，供液参数合理，供液量适当，冷却、润滑、防锈、清洗 功能强；③切削液无毒、无刺激性，对操作者无危害，具有生产安全性，对环境无污染或低污染；④系统通用性强，适用于多种切削加工方式和多种工件材料；⑤切 削液透明(或半透明)，便于观察加工状态；⑥具有相应的废液处理方法，废液处理方便、价廉；⑦具有高效的过滤、回收装置，可延长切削液的使用寿命和重复利 用率，同时可避免较大切屑随废液排出，造成环境污染。为了更好地改进切削液系统的使用性能，实现洁净化、高效化生产，可从供液系统和切削液两方面采取合理 措施对切削液系统进行优化。 2．1 切削液供给系统的优化设计

（1）合理使用多种型式、多个数量的喷嘴
传统的切削液供给系统由低压泵、管路系统和喷嘴组成。由泵送出的切削液经喷嘴流出浇注到刀具、工件和切屑上，然后对切屑进行过滤分离后又回到供液箱。为了 更有效地发挥切削液的润滑、冷却、冲洗作用，可同时使用多种型式、多个数量的喷嘴。如在车削加工中，安装一个喷嘴时，必须保证供液量充足，才可使切削液从 侧面渗入刀尖附近。若安装两个喷嘴，则可使切削液更容易渗入切削区，更好地发挥润滑、冷却作用。在铣削加工中也可设置两个喷嘴，右侧喷嘴的切削液对切削区 进行润滑、冷却，左侧喷嘴的切削液则用于冲洗切屑。当刀具宽度较窄时，可选用普通的圆形喷嘴；若刀具较宽时，则选用扇形喷嘴更为有效。

（2）采用外部喷雾冷却润滑系统和细微喷淋技术

外部喷雾冷却润滑方式是将悬浮在空气中的细微切削液雾滴（尺寸仅为纳米级）连续不断地喷注到加工刀具上，对刀具起到冷却和润滑作用。该方法的切削液使用量 少于50ml/h，而传统的浇注法供液方式的切削液使用量则超过6000ml/min。细微喷淋技术是通过喷嘴将少量(10～100ml/h)高质量切削 液（如植物油、合成油）喷淋于刀具与工件接触处，该方法可有效延长刀具使用寿命。如对主轴结构进行一定改进，还可通过主轴或刀具中的孔道将气雾剂或润滑油 直接输送至切削刃，以获得更好的冷却润滑效果。

（3）设计最小润滑系统

最小润滑技术主要包括气雾外部润滑和气雾内部冷却两种方式：①气雾外部润滑方式：将切削液送入高压喷射系统并与气体混合雾化，然后通过一个多头喷嘴将雾滴 尺寸达毫微米级的气雾连续不断地喷射到加工刀具表面，对刀具进行冷却和润滑；②气雾内冷却方式：通过主轴和刀具中的孔道直接将冷却气雾送至切削区域，进行 冷却和润滑。
根据加工需要，可将两种冷却润滑方式配合使用，以获得最佳冷却润滑效果。最小润滑技术的最大优点是可使切削区域外的刀具、工件和切屑 保持干燥，并可避免处理大量切削废液的难题。最小润滑技术主要用于在铸铁、钢、铝合金等材料上进行钻孔、铰孔和攻丝加工，以及深孔钻削、铝合金端面铣削 等。由于切削液用量很小，因此切削液供给系统结构简单、体积小，易布局，可集成设计于主轴电机中，切削液流量由CNC程序控制。采用最小润滑系统的加工单 元可在6.5秒时间内钻削10个φ8mm、中心距为20mm的孔，加工1小时仅需一杯润滑液（大部分被蒸发消耗），切屑中的切削液含量很少，回收处理费用 大幅度下降。

2．2 绿色切削液的开发与应用

（1）改善切削液成分——替换矿物油
用植物油替代矿物油配制油基切削液是改善切削液绿色特性的重要途径之一。与矿物油不同，植物油属可再生资源，可完全自然降解，对人和自然环境无危害性。虽 然植物油在切削液中的应用受到氧化、水解性能不稳定、易老化等缺点的制约，但由于其挥发性低，加入一定添加剂（如抗氧化剂等）后能较好满足加工要求，因此 具有广阔的应用前景。此外，还可采用酯类油替代矿物油。目前国内外生产的各种酯类油的生物降解率已可达90％～100%，其缺点是成本较高。研制可完全降 解、价格低廉的酯类油产品已成为各国研究开发绿色切削液的重要内容。（2）研究开发新型切削液添加剂

开发新型添加剂是提高切削液质量和绿色水平的有效途径。为了增强切削液的环境友好性，面向绿色制造的切削液系统应重点开发应用以下几种高效无毒添加剂：① 硼酸酯类添加剂：有机硼酸酯作为新型减摩抗磨添加剂已受到广泛重视。硼酸酯易于合成，大部分硼酸酯均由带羟基的物质(如醇)与硼化剂(如硼酸)反应生成， 目前关于水溶性硼酸酯合成技术的研究已取得一定进展，通过在硼酸酯中引入硫、氮，可生成含硫硼酸酯和含氮硼酸酯，并已证实硼酸酯是一种多功能环保型添加 剂。②钼酸盐系缓蚀剂：钼酸盐属阳性缓蚀剂，添加到切削液中可在加工金属表面生成FeMoO4Fe2O3钝化膜，使工件获得良好的缓蚀效果。通常认为钼酸 盐是一种无毒、无污染的防锈剂，但其价格昂贵，影响了进一步推广应用。通过研究钼酸盐与其它有机、无机缓蚀剂配伍使用的协同效应，已合成出一种由钼酸盐、 硼酸盐、有机胺等组成的高效、价廉的防锈络合物。此外，钼酸盐还能提高切削液的极压抗磨性能。③新型防腐杀菌剂：切削液本身具有细菌等微生物滋生繁衍的条 件，容易腐败变质。通过添加防腐杀菌剂可抑制细菌、霉菌等的滋生，杀灭切削液中已存在的细菌，以延长切削液的使用寿命。新型防腐杀菌剂应具有高效、价廉、 无污染等绿色特性。

（3）开发传统切削液的替代品

氮气是大气中含量最多的成分，液氮作为制氧工业的副产品，资源丰富。以液氮作为切削液，使用后直接挥发为氮气返回大气中，不会产生任何污染物，从环保角度看，是一种极有发展前途的切削液替代品。液氮冷却方法之一是将液氮作为切削液直接喷射于切削区。
除上述研究课题外，还应进一步研究废液的回收利用和无害化处理技术，加强实用化技术、经济性评价以及适用范围等方面的研究。

3．应用实例

某机床厂在滚齿加工中采用传统的切削液冷却系统，资源浪费严重，加工噪音大；切削液采用32#机油，对工人健康及加工设备都有一定危害性，且废油较难处 理；为提高企业的绿色制造水平，该厂希望对该切削液冷却系统进行优化改造并采用新型绿色切削液替代传统切削油。为此，作者运用多级模糊评价方法，建立了面 向绿色制造的切削液综合选择模型，并据此对三种切削液系统优化方案（A1～A3）进行了综合评价和系统决策：方案A1为采用传统切削液32#机油；方案 A2为采用国产新型绿色合成切削液SG-3；方案A3仍采用32#机油，但将供液装置改为双喷嘴型式（主要比较其能耗与方案A1的区别）。有关决策目标体 系的建立、决策变量的分解、切削液选择模型的求解等问题已有详细论述，本文从略。方案A1～A3的综合评价目标体系分析及优化结果表明：方案A2、A3的 综合性能均优于方案A1，而方案A2的环保性能优势更明显，方案A3的节能、降噪性能更突出。考虑大规模批量生产的综合成本因素，该厂最后采用A2与A3 相结合的优化方案（即采用新型绿色合成切削液SG-3并对供液系统进行优化改造）。生产实践证明，该切削液系统优化方案效果明显，取得了良好的经济效益和 社会效益。

4．结语

为适应绿色制造技术的发展趋势，实现切削加工过程的洁净化，在研究开发干切削加工技术的同时，应重视传统切削液系统的优化改造，研制先进的切削液供给系统 以及有利于环境保护和人类健康、加工性能优越的新型绿色切削液。同时，通过改进供液方法，优化供液参数、加强使用管理等措施，可延长切削液使用寿命，减少 切削液使用量及废液排放量。

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低合金鋼由來

中 國鋼產量已突破1億噸，鋼材數量不再是主要矛盾，鋼材品種結構不合理的矛盾十分突出。當前行業的主要任務是努力提高產品的市場競爭力，站在可持 發展的新起點上，把大力開發低合金鋼列入發展戰略的重要內容。許多普鋼企業在鋼材品種結構調整和編製科技發展規劃中，已意識到低合金鋼生產是提高產品技術 含量和附加值的關鍵，對低合金鋼開發中碰到的種種問題心中無數，一些科技管理幹部覺得「成也低合金鋼，敗也低合金鋼」，迫切要求對低合金鋼有個全面的了 解。

按國際標準，把鋼區分為非合金鋼和合金鋼兩大類，非合金鋼是通常叫做碳素鋼的一大鋼類，鋼中除了鐵和碳以外，還含有爐料帶入的少量合 金元素Mn、 Si、Al，雜質元素P、S及氣體N、H、O等。合金鋼則是為了獲得某種物理、化學或力學特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，並對雜 質和有害元素加以控制的另一類鋼。

原則上講，合金鋼分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼，顧名思義，以含有合金元素的總量來加以區分，總量 低於3%稱為低合金鋼，5～10%為中合金 鋼，大於10%為高合金鋼。在國內習慣上又將特殊質量的碳素鋼和合金鋼稱為特殊鋼，全國31家特鋼企業專門生產這類鋼，如優質碳素結構鋼、合金結構鋼、碳 素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼、電工鋼，還包括高溫合金、耐蝕合金和精密合金等等。在鋼的分類上，近年雖努力向國際通用標準靠攏，但還有許多不同之處。

① 隨著特鋼向「特」、「精」、「高」發展，向深加工方向延伸，特鋼的領域越來越窄。美國特鋼協會將特鋼定位在工模具鋼、不銹鋼、電工鋼、高溫合金和鎳合金。日本把結構鋼和高強度鋼歸並在特鋼範疇。隨著我國普鋼企業的技術改造和工藝進步，特鋼企業的產品領域也在縮小，1999年普鋼廠已生產特鋼產品總量的34%。

② 國外的低合金鋼，實際上是我們所熟悉的低合金高強度鋼，屬於特殊鋼範疇，在美國叫做高強度低合金鋼（HSLA—Steel），俄羅斯及東歐各國稱為低合金 建築鋼，日本命名為高張力鋼。而在國內，首先是把低合金鋼劃入了普鋼範圍，概念上的區別導致在產品質量上的差異。在名稱上也幾經變化，如低合金建築鋼、普 通低合金鋼、低合金結構鋼，至1994年叫做低合金高強度結構鋼（GB/T1591—94）。到目前為止，從發表的資料文獻來看，低合金鋼的名稱仍然隨著 國家、企業和作者而異。

③ 低合金鋼與碳素鋼、低合金鋼與合金鋼之間，明確劃出的概念是不存在的。在國外，50年代曾給低合金鋼下過定義，總的意思是，凡是合金元素總量在3%以下， 屈服強度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蝕性，以型、帶、板、管等鋼材形狀，在熱軋狀態直接使用的軟鋼的替代品。當然，在技術發展進程中， 低合金鋼不論在合金含量、性能水平和交貨狀態，已經有了很大的變化。

在我國，低合金鋼是一個更加籠統的鋼類，鋼材品種不僅含有低合金焊接 高強度鋼，還包容了低合金沖壓鋼、低合金耐腐蝕鋼、低合金耐磨損鋼、低合金低 溫鋼、甚至還納入了低、中碳含量的低合金建築鋼和中、高碳含量的低合金鐵道軌鋼。具有中國特色，但帶來的一個問題是缺乏與國外統計數據的可比性。

1.2 早期低合金鋼的發展

低 合金鋼的出現可以追溯到19世紀的1870年，一種碳含量0.64～0.9%和鉻含量0.54～0.68%、抗拉強度685Mpa、彈性極限 410Mpa鋼，第一次被採用於工程結構，建造了跨度158.5m的拱形橋樑。但這種鋼不理想也是十分明顯的，需要軋後熱處理，難以機械加工，耐蝕性又不 良。隨後的1個多世紀的時間，世界各國不斷探索，大體上可以把低合金鋼區劃為三個不同特徵的發展階段，在20世紀20年代以前，20～60年代及60年代 以後。前兩個階段姑且合稱為傳統的低合金鋼發展階段，後一階段可以稱為現代低合金鋼發展階段（後面我們稱它為微合金鋼Microalloyed Steel）。

前一時期低合金鋼的重大發展有三個標誌：

① 由單一元素合金化向多元素合金化發展

1895 年曾採用0.40～0.56%C和3.5%Ni的鋼建造了俄國的「鷹」級驅逐艦，該鋼的加工性比初期的鉻鋼要好得多，屈服強度在 355Mpa。20世紀初還用8000多噸含鎳的鋼建造了跨度為448m的橋樑，美中不足的是這種鋼的合金資源有限，成本又高。此後開發了1.25%Si 的低合金鋼，建造了橫渡大西洋的船舶和跨度110m的橋樑，俄國利用鐵銅混生礦源，曾開發了0.7～1.1%Cu的低合金鋼用於造船、建橋，這種鋼導電性 好，抗腐蝕性優良。

長達30多年的生產和應用經驗的積累，發現多元合金化的低合金鋼綜合性能更佳，經濟上更划算，開發了二元合金化的Ni -Cr、Cr-Mn、Mn- V低合金鋼，和三元復合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金鋼。用途上也擴大到了鍋爐、容器、建築和鐵塔等方面。20世紀 20年代全世界的低合金鋼產量達到200萬噸。

② 賦予低合金鋼的第一特徵：低碳、可焊接

在工程結構廣泛採用焊接技術 之後，給低合金鋼發展帶來深遠的影響。為減小焊接熱影響區硬化和開裂、焊接接頭延性惡化，把低合金鋼的碳含量由 0.6%降到0.4%，隨後又降至0.2%，至60年代末再降至0.18%，提出了焊接碳當量的可焊性判據。為了獲得高強度鋼不斷增高的強度需求，出現了 兩條發展途徑，一個是提高合金含量，另一個是熱處理手段，各有利弊，至今屈服強度高於600Mpa的鋼仍採用熱處理，E級和F級船板仍規定正火狀態使用， 再如鐵路鋼軌仍有合金化軌和全長淬火軌的兩種生產方式。

③ 注意到鋼的冷脆傾向性和時效敏感性

二次世界大戰期間大量 「自由」輪在運行中斷裂及許多鍋爐、容器的失效，注意到了鋼冷脆傾向與鋼的粗晶結構和有害元素P、S的含量有關，而鋼的時效 傾向是由鋼中N所致，從而採取了降硫、鋁細晶化和控制終軋溫度等優化工藝。為了鋼結構的安全使用和壽命，同時還開發了低溫夏氏V型缺口衝擊、溫度梯度雙重 拉伸、零塑性轉折落錘及BDWTT落錘撕裂等試驗方法及制訂了相應的斷裂韌性判據。

20～60年代間，工業發達國家的低合金鋼開發帶來了經濟的繁榮和現代化。據不完全統計，全世界成熟的低合金鋼鋼種牌號有2000餘個，形成了5大合金成分系列：

(1) 以德國St52鋼為代表的C-Mn鋼系列，日本的SM400、我國的16Mn屬於這類鋼。

(2) 以美國Vanity鋼為代表的Mn-V-（Ti）鋼系列，構成了現代微合金化的先驅。

(3) 美國的含P-Cu鋼系列，代表鋼種有Corten和Mariner鋼，具有良好的耐大氣和海水腐蝕性。

(4) Ni-Cr-Mo-V鋼系列，如美國開發的淬火回火狀態T-1鋼板成功用於壓力容器的建造。

1.3 我國低合金鋼的發展

50 年代原冶金工業部鋼鐵研究院劉嘉禾為首的一批冶金學專家率先研製成功了16Mn鋼和15MnTi鋼，開創了中國低合金鋼領域，在此基礎上制定 了命名為低合金高強度鋼的第一個標準(YB13—58)，列入12個鋼種牌號。1963年易名為低合金結構鋼(YB13—63)，納入的鋼種牌號除Mn系 列外，包括了結合我國富產資源所開發的V、Ti、Nb及稀土的低合金鋼，並由此派生出了橋樑、造船、容器、汽車大梁、礦用等專用鋼標準。其後修改的 YB13—69，改為普通低合金鋼（簡稱普低鋼），強調「普通」的意思在說明生產低合金鋼就像生產普通碳素鋼一樣，不需要特別的生產手段，簡便容易，即可 取得1噸頂1.3～1.5噸的經濟效益，此後長達20年難以消除它的負面影響，至今全國行業鋼材品種結構調整時，還往往注意到低合金鋼高附加值的一面，而 忽視了低合金鋼的高技術含量一面。1988年升級為國標時（GB—1591—88），回歸到了低合金結構鋼的名稱，1994年頒布的現行標準更名為低合金 高強度結構鋼，（GB／T1591—94），包括了屈服強度295—460Mpa 5個強度等級和A～E 5個質量等級，新標準的積極意義在於努力向國際規範靠攏。由於我國低合金鋼基礎研究日趨深入和生產規模日益擴大，在北京已連續召開了4屆（1985、 1990、1995及2000年）國際低合金高強度鋼會議，無疑這是對中國低合金鋼領域科技進步的肯定。

我國低合金鋼發展歷程可以劃分為4個階段：

1957～1969年

是低合金鋼開發的初創階段，第一個低合金鋼16Mn鋼與普碳鋼相比，具有高強度、高韌性、抗衝擊、耐腐蝕等特性，它的開發適應了各行業產品大型化、輕型化的趨勢，採用16Mn鋼所建造的的「東風」萬噸輪，顯示了節省鋼材、節約能源和延長產品壽命的優越性。

1966年召開了全國規模的第一次低合金鋼推廣應用會議，在計劃經濟條件下宏觀指導低合金鋼的發展。當年低合金鋼產量為141萬噸，據不完全統計，研製鋼號達345個，其中有54個鋼號納入了11個有關標準中。

1970～1974年

全力進行了鋼種整頓工作，及時總結了開發中有益的經驗，收集了大量的試驗研究數據，合併和淘汰了一批無法組織批量生產或性能達不到預定指標的鋼號，化費四年時間的鋼種整頓工作是十分有益的，減少了開發盲目性和無序狀態，完善了富有中國特色的低合金鋼體系。

1975～1983年

我國低合金鋼開發生產和應用等各方面存在的問題很多，積重難返，顯示出了與客觀需求的不適應，合金資源優勢未能轉化為產品優勢，產品質量明顯低於國外同類同級產品的實物水平，16Mn、20MnSi、U71Mn 3個鋼號占低合金鋼總產量90%以上。

1984～2000年

這是一個中國低合金鋼的轉型期，從「六五」至「九五」期間，基本上實現了4個轉變。

(1) 按國外先進標準生產低合金鋼
(2) 引進國外發展成熟的低合金鋼鋼號
(3) 按國外低合金鋼基礎研究成果，改造我國原有的傳統觀念設計的低合金鋼鋼號
(4) 跟上新型低合金高強度鋼(微合金鋼)的發展趨勢。

我國低合金鋼發展面貌有了極大的變化，大大縮小了與國外低合鋼先進水平的差距。

1.4 現代低合金鋼的重大進展

自20 世紀70年代以來，世界範圍內低合金高強度鋼的發展進入了一個全新時期，以控制軋制技術和微合金化的冶金學為基礎，形成了現代低合金高強度 鋼即微合金化鋼的新概念。進入80年代，一個涉及廣泛工業領域和專用材料門類的品種開發，借助於冶金工藝技術方面的成就達到了頂峰。在鋼的化學成分—工藝 —組織—性能的四位一體的關係中，第一次突出了鋼的組織和微觀精細結構的主導地位，也表明低合金鋼的基礎研究已趨於成熟，以前所未有的新的概念進行合金設 計。

低合金鋼的現代進展有哪些呢？主要表現有：

(1) 微合金化鋼基礎研究的新成就。

首先，對微合金 化元素，尤其是Nb、V、Ti、及Al的溶解一析出行為的研究取得顯著的成果，這些元素的碳化物和氮化物的形成及其數量、尺寸、分 布取決於冷卻過程的形變溫度和形變量，而加熱過程中碳、氮化物的存在及其特性表現在回火的二次硬化、正火的晶粒重結晶細化、焊接熱循環作用下晶粒尺寸的控 制3個主要方面。

其二、重視含Nb微合金化鋼、Nb-V和Nb-Ti復合微合金鋼的開發，據統計幾乎佔有近20年來新開發微合金化鋼全部 牌號的75%和微合金化鋼 總產量的60%。近幾年注意到了微量Ti（0.015%）十分有益的作用，Ti的微處理不僅改變鋼中硫化物的形態，而且TiO2或Ti2O3成為奧氏體 晶內鐵素體晶粒生核的質點，Nb-Ti復合微合金化構成超深沖汽車板IF鋼的冶金基礎，還顯著改善了Nb鋼連鑄的裂紋敏感性。

其三，對低 碳鋼強化的Hall-Petch關係式進行了系統總結，對加速冷卻原理作了更深入的研究。人們十分有興趣採用分階段加速冷卻工藝的應 用，前期加速冷卻用於抑制鐵素體轉變，後期加速冷卻目的在於控制中、低溫產物的晶粒尺寸和精細結構的組成，從而達到在較寬範圍內調整鋼的強度和強度／韌性 匹配。

350MPa級高強度鋼：微合金化+熱機械處理，機制為晶粒細化+析出強度。

500MPa級高強度鋼：鐵素鐵+貝氏體、馬氏體，強化機制為晶粒細化、並晶界強化和位錯強化。

700MPa級高強度鋼：淬火回火組織，機制為相變強化+析出強化。

(2) 工藝技術的進步

頂底復吹轉爐冶煉，鋼的碳含量可控制在0.02～0.03%，精煉的應用可生產出碳含量在0.002～0.003%，雜質含量達到＜0.001%S、＜0.003%P、＜0.003%N，2～3ppm〔0〕和＜1ppm〔H〕的潔淨鋼。

連鑄的成功經驗是低的過熱度、緩流澆注和適宜的二次冷卻，採用低頻率、高質量的電磁攪拌，可以得到均勻的等軸的凝固區。

在再結晶控軋的基礎上，應變誘導相變和析出的非再結晶控軋，以及（g+a）兩相區形變，已成為目前控軋厚鋼板生產主要方向。薄板坯連鑄連軋流程和薄帶連鑄工藝的實用化，使低合金鋼生產進入了又一個新境界。

(3) 低合金鋼合金設計新觀點

首先是鋼的低碳化和超低碳趨勢，例如60年代X60級管線鋼碳含量為0.19%，70年代為0.10%，80年即使 X70和X80級管線鋼碳含量降至0.03%以下。

根據微合金化元素在鋼中的基本作用和次生作用，提出了「奧氏體調節」的概念，有意識地控制加入微合金化元素，使鋼適於一定的熱機械處理工藝，以發展新的性能更好的鋼種。

傳統控制軋制的合金設計：微合金化的重要目的是提高再結晶停止溫度，利用非再結晶區的形變誘導相變和析出，Nb是最理想的微合金化元素。

再 結晶控制軋制的合金設計：它的目的是盡量降低再結晶停止溫度，並形成阻礙晶粒粗化的系統。其中一種辦法是以TiN為晶粒粗化阻止劑，以V （CN）作為鐵素體強化。另一種方案是Nb-Mo的微合金化，具有較寬闊的可以加工的窗口。這種工藝特別適合於不能進行低溫軋制的低功率的老舊軋機生產。

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相圖只適用於緩慢冷卻，而實際熱處理則是以一定的冷卻速度來進行的，所以出現C曲線。

一、A冷卻C曲線 轉變溫度與轉變時間之間關係的曲線。

1. 等溫冷卻C曲線 將鋼急冷到臨界溫度以下某一溫度，在此溫度等溫轉變，在冷卻過程中測繪出過冷A等溫轉變圖。

2.連續冷卻C曲線 將鋼在連續冷卻的條件下轉變，此時測繪出的冷卻

共析碳鋼等溫轉變圖（C曲線）

以 V1冷卻,相當於爐冷,轉變產物為 P
以 V2冷卻,相當於空冷,轉變產物為 S
以 V3冷卻,相當於油冷,轉變產物為 T+M+A′
以 V4冷卻,相當於水冷,轉變產物為 M+A′

四、C曲線應用

1. 用來研究鋼熱處理後所獲得的組織及機械性能,從而合理選用鋼材
2. 制訂合理的熱處理工藝,選擇等溫退火,等溫淬火的溫度等
3. 用來估計鋼的淬透性及臨界冷卻速度,選擇適當的淬火介質

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（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）

生物系統中甲烷控制性的活化

（化學所助研究員）、陳長謙（特聘研究員）
前言：

甲 烷分子的基本物理化學特性、在能源上的利用與對環境的影響 甲烷分子是存在最小的有機分子，屬於最輕質的碳能源，就熱力學的觀點而言，其還原性的碳氫鍵與氫分子的氫原子—氫原子共價鍵具備類似的能量，但由於其 1 個分子即具備了 4 個碳氫鍵，如果能將甲烷分子一口氣氧化至二氧化碳，所具備的能量效能，自然比氫能源來的更有效率。然而，甲烷的化學反應性很低，在常溫常壓下要將烷類化合 物進行羥化反應等活化反應是相當困難的，尤其在碳－氫鍵能高達 438.8 kJ/mol 狀況下，以目前所熟知的合成方法而言，則需要在適當的催化劑及特殊條件下作用，才能將甲烷氧化成甲醇，例如利用親電子試劑 Pt(II)、Pd(II)、Co(III)等催化劑來活化甲烷分子進行氧化反應，不過產率卻不盡理想，直到後來利用 Hg(II)在 180℃濃硫酸下與甲烷進行反應(式(1)(4))，可將甲醇產率提高至約43%，但卻產生大量二氧化碳副產物的缺點，缺乏應用價值。

Step1： CH4＋ 2 H2SO4 →Hg(II)CH3OSO3H ＋ 2H2O ＋ SO2(1)Step2：CH3OSO3H ＋ H2O →CH3OH ＋ H2SO4(2)Step3：SO2＋ 1/2 O2＋ H2O→H2SO4 (3)Net：CH4＋ 1/2 O2 →CH3OH(4)因此，如何將甲烷有效率地活化，已成為科學與化學領域裡一個極其重要的問題。在自然界中，普遍存在以甲烷為主要碳源的利用細菌—嗜 甲烷菌，這個細菌具備甲烷單氧化酶，可將甲烷選擇性地氧化成相對應的甲醇後，進行所謂的碳壹代謝（C1 metabolism)。由於這些細菌可以分解甲烷成為高氧化態的分子—二氧化碳，因此，我們可以想像，舉凡可能產生大量甲烷的區域，如沼澤、動物的排遺 堆肥以及植物生長廣氾區域（如森林或稻田）之地表上下各 10 公分處，均可能有這些細菌存在，它們擔負著自然界中甲烷循環的使命，最重要的，大氣中的甲烷和二氧化碳一樣，是溫室效應的氣體，會吸收太陽輻射所產生的紅 外光，藉由振動的模式將能量吸收，以熱的形式釋放出來，而嗜甲烷菌則擔負著全球百分之十左右甲烷循環的調節，不致使地球大氣因過多的甲烷，導致全球溫度上 升，因而衍生極端氣候及海平面上升所帶來的危害。嗜甲烷菌與微粒體型甲烷單氧化酶嗜甲烷菌利用甲烷單氧化酶將甲烷活化成為甲醇，一般而言，這些菌系可產生 兩種截然不同的甲烷單氧化酶，一種稱為溶解型甲烷單氧化酵素，其活性中心為雙鐵、鑽石核心型態、非 heme 的雙羥基架橋雙鐵原子化合物（bis-µ-hydroxo-bridged binuclear iron)，主要分布於細菌細胞的細胞質中。另一種甲烷單氧化酶則為微粒體型甲烷單氧化酵素，這為含銅酵素，分布於細菌的細胞內膜上，為膜蛋白。這兩種蛋 白的表現和細胞內銅離子的濃度有極大的關係，在低銅離子濃度的狀態下，嗜甲烷菌主要是以溶解型的甲烷單氧化酵素來做甲烷的利用，在高銅離子的濃度狀態下， 則以微粒體型的甲烷單氧化酵素作表現。本院化學所的部分研究群，積極從事了解甲烷單氧化酵素是如何將甲烷轉化成為甲醇等這方面的工作，並期望能夠利用合成 的方式重建酵素活性，架構所謂的模擬分子，我們對嗜甲烷菌系內微粒體甲烷單氧化酶內的銅離子之功能角色有極大的興趣，畢竟，了解化性相對於鐵離子更為惰性 的銅離子如何能夠催化相關反應的發生.

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週 報　第 1052 期極有趣的課題，所以我們選擇了一個在攝氏 45 度生長、重複時間約兩個小時、在兩天左右即可生長至穩定期的嗜甲烷菌 Methylococcus capsulatus (Bath)作為研究的主要材料。甲烷單氧化酶是由參個次單元體所組成，分別為 α 4a (PmoB)、β 27 kDa (PmoA) 及 γ 23 kDa (PmoC)，純化後的膜蛋白，由元素分析鑑定出單一蛋白約含有 12 至 15 個銅離子，再配合其他如 X 射線吸收或 X 射線螢光光譜的測量，得知甲烷單氧化酶僅含有銅離子，不具備鐵或鋅等其他過渡金屬，並由這些結果推論微粒體甲烷單氧化酵素是含銅蛋白。微粒體型甲烷單氧化 酶內的電子聚銅離子簇與催化聚銅離子簇 銅離子為生物體中所存在第 2 高含量的過渡金屬，第 1 高含量的過渡金屬是鐵離子，但一般的觀念認為銅離子的化性不及鐵離子錯化物，所以一開始鑑定出微粒體甲烷氧化酵素是含銅蛋白時，許多相關的研究學者，均抱 持懷疑的態度，但光譜數據分析的結果卻顯示，12-15 個銅離子中，存在著某種特殊的機制，使得甲烷能在這樣的架構下氧化。其中，約有 6 至 9 個銅離子是屬於氧氣無法氧化的亞銅離子，扮演著電子儲存與運送的角色，基於它們做為電子儲存庫的功能，我們稱這些亞銅離子為「電子聚銅離子簇」（E- cluster)，而剩下約 6 個銅離子，則以 3 個銅離子為一組做排列，形成兩組參銅離子簇，在光譜上，我們可以很明顯地區分出其中一組為 3 個互相耦合、順磁二價的參銅離子簇，而另外一組，則為單一的二價銅離子與一個逆磁的雙銅金屬對。這些可以被氧氣氧化的銅離子，因為很明顯地直接參與氧氣的 利用及甲烷的活化，所以，我們將它們命名為「催化聚銅離子簇」（C-cluster）。何以甲烷的氧化酵素需要 6 個可氧化的催化性銅離子，並以 3 個銅離子為群組做排列呢？我們可以很簡單地由化學定量的觀點來加以描述（CH4+ 2O2+ 6H++ 6e-→ CH3OH + 3H2O )，甲烷氧化成為甲醇，可提供兩個電子給氧原子，但氧分子的另外一個氧原子，則可再配合兩個電子及質子的參與，產生另一個水分子，若再額外加入1 個氧分子，則其 2 個氧原子可再外加 4 個電子來完成 2 個水分子的還原，總而言之，為了要達成甲烷的活化及氧分子的還原，總共需要 8 個電子才能完成，其中 6 個電子由還原性的「催化聚銅離子簇」提供，各生成 1 個二價銅離子、耦合雙銅離子對及耦合參銅離子簇，產生 3 個水分子，而甲烷則提供額外的 2 個電子，將分子極化生成甲醇。基於化學計量所衍生出的結果，我們可以推論，其中一個參銅離子簇的催化角色為甲烷的活化，然而，另外一個參銅離子簇的功能則 為氧化酵素，目的在轉化氧氣產生 2 個水分子。Cluster ACluster Btype 2 Cu(II) EPRtrinuclear Cu(II) cluster EPRCopperOxygen耦合參銅離子簇 耦合雙銅離子對圖一、微粒體甲烷單氧化酵素其催化活性中心中之參銅離子簇 A 與 B

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週 報　第 1052 期可活化甲烷的聚銅中間體 在過去，我們一直試圖以分子設計的角度，來探討甲烷在微粒體甲烷單氧化酵素裡真正催化甲烷的中間體架構，為了比較各種可能的含銅中間體對甲烷活化的影響， 我們以理論計算(1)bis(µ-oxo)Cu(III)2、(2)混合價數的bis(µ-oxo)Cu(II)Cu(III)複合物，及(3)參銅離子 簇為主的 bis(µ3-oxo)Cu(II)Cu(II)Cu(III)等三種可能情形，評估何種中間體對羥基化反應的速率最快，我們發現以參銅離子簇為主的 bis(µ3-oxo)Cu(II)Cu(II)Cu(III)，反應速率可達107-108s-1，和另外其他兩種中間體其速率的差異，更達到 4 至 5 的數量級，因此，我們推斷，在甲烷活化的參銅離子簇，其 3 個還原態的亞銅離子可以藉由 4 個電子與氧氣配位鍵結，以生成 Cu(II)Cu(II)Cu(III)的中間體，此中間體可以直接採用較具活性的單譜線氧原子，以同步型態的方式，造成氫氧鍵與碳氧鍵形成、碳氫鍵的斷 裂並生成甲醇。目前，我們根據理論計算所獲得的結果，設計與合成了一系列的 Cu(II)Cu(II)Cu(III)的中間體，這些中間體在與氧氣共價鍵結後，存在極高的氧化活性，目前我們正積極的嘗試以這些錯化物為架構，設計適 當的催化劑，測試是否可..

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潤滑脂=基礎油+增稠劑+添加劑

基礎油具有潤滑作用，並決定潤滑脂的溫度限制

起潤滑作用的是油，即便是在潤滑脂中也是如此。因此，針對您的產品設計EccoGreaseR潤滑脂時，首先要選擇一種合適的合成油，或者配製出一種特殊的合成油混合物。由於某些油會弱化或損壞金屬、塑料或合成橡膠， 我們建議僅選取與您的產品有成功配合使用記錄的油。我們按照您的產品的工作溫度範圍配製油的含量，防止它在低溫時變得過稠，或在高溫時變得過稀，或發生氧 化作用，留下膠質殘留物，從而影響產品的性能和壽命。另外，我們在設計時還盡量降低成本。比如說合成碳氫(PAO)是一種價格最低油的合成油，但在許多實 際應用中卻表現非凡。但是，如果您的產品是用在溫度極高或極低、接觸腐蝕性化學品、高真空、強輻射的環境中或其它特殊工作條件下我們可能會建議您選用更好 的油類。最重要的是，無論哪一種合成油最適合您的產品，埃科公司都能為您提供。

添加劑增強潤滑脂的性能

添 加劑可改變潤滑脂的工作方式。一些添加劑通過化學反應改變潤滑脂的性能。它們能延長油的壽命、減少結膠和氧化、延緩銹蝕、增加抗磨性、抑制粘 結，或提高潤滑脂對活動部件的附著能力。化學活動性弱的添加劑可改變潤滑脂的物理特性，如耐水性粘度、抗剪切性及溫度限制。往潤滑脂中添加著色劑和紫外線 染色劑有助於裝配和質量檢查。有時，使用添加劑還能降低潤滑脂的成本。例如，在較便宜的油中添加抗氧化劑，能使其適應較高的溫度條件，從而替代成本較高的 油。重要的是，使用適當的添加劑能使潤滑脂整體上起到的作用遠遠超過其各種成份所起作用的總和。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、BW捨棄式鑽石V卡刀’BW捨棄式金屬圓鋸片、木工捨棄式金屬圓鋸片、PCD木工圓鋸片、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、全鎢鋼V卡刀-電路版專用’全鎢鋼鋸片、焊刃式側銑刀、焊刃式千鳥側銑刀、焊刃式T型銑刀、焊刃式千鳥T型銑刀、焊刃式螺旋機械鉸刀、全鎢鋼斜邊刀電路版專用、鎢鋼焊刃式高速鉸刀、超微粒鎢鋼機械鉸刀、超微粒鎢鋼定點鑽、焊刃式帶柄角度銑刀、焊刃式螺旋立銑刀、焊刃式帶柄倒角銑刀、焊刃式角度銑刀、焊刃式筒型平面銑刀、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool..com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’Edge modifying knife’Solid carbide saw blade-V type’V-type locking-special use for PC board’Metal Slitting Sawa’Carbide Side milling Cutters’Carbide Side Milling Cutters With Staggered Teeth’Carbide T-Slot Milling Cutters’Carbide T-Slot Milling Cutters With Staggered Teeth’Carbide Machine Reamers’High speed reamer-standard type’High speed reamer-long type’’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘V-type locking-special use for PC board ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド

大多數的工廠，尤其是使用或大或小冷卻液系統的工廠，都希望冷卻液能夠無限期使用，並且減少冷卻液浪費和維護費用。為了達到這個目的，不僅要正確選擇適合工廠的冷卻液，還需要明白為什麼有的配方的冷卻液容易變質，注意冷卻液過濾和循環使用的限制。

切削液有三種基本類型：

◆ 溶解油切削液，成分有石油，乳化劑和其他添加劑，例如用於特壓潤滑，防腐蝕，生物控制，濕潤和消泡的添加劑。
◆ 半合成切削液，成分有溶解油與合成劑，且一般含有少於30%的礦物油。
◆ 合成切削液，不含油，但是含有化學潤滑劑和其它添加劑，以提供防腐蝕，生物控制，濕潤和消泡等性能。

無 論哪種類型的切削液，所必須定期進行的最重要的維護項目是測量切削液的濃度。切削液濃度必須定期記錄並且經常維護。切削液濃度通常為容積的3% -10%。大部分切削液都可以通過預混合或者通過使用比例調節器與水或是現有的溶液進行混合。自動的切削液比例調節器可以保證濃度的一致。不論使用哪種方 法，都可以使切削液保持最佳水平，並且如果細緻的記錄了切削液和水的添加劑量，就可以跟蹤所消耗的成本。

然而，通過持續的使用與循環，一些冷卻液會選擇性損失添加劑，這會引起一些嚴重的問題，例如，腐蝕，潤滑性降低，起泡，微生物生長引起的氣味和刀具磨損加劇。含有多種功能成分的切削液配方一般所損失添加劑會少一些。

含油切削液的特性

含 油產品的性能傾向於不穩定，因為油必須被正確地乳化而且不同尺寸的油滴顆粒的分佈在經過一段時間後變的不平衡。含油量越多的切削液，經過一段時 間後越難以保持穩定性，影響因素如下：切削液會被硬水中的礦物質，微生物或系統中的雜質油所污染。含油的產品很難和工業用水混合和乳化，尤其是水質硬的時 候。在某些情況下，需要利用混合設備或所用時間的技巧來達成令人滿意的混合。

半合成和合成切削液更容易溶於水並且更容易在水中分散。

由於含油的產品必須使用大量的乳化劑，其易於吸收雜質油。一些剔除雜質油的循環系統也去掉了部分應該留在冷卻液中的油。因此，在循環使用包含溶解油或者半合成混合切削液時，由於在去除雜質油的同時也去掉了有用的油性成分，而人為地增加了成本。

blue synthetic coolant圖說明：
雜質油很容易從合成切削液中分離

撇除器可以從切削液去除大部分油性物質

本文摘自：American Machinist 雜誌

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