李國和
（河南洛陽 471000）
1 前 言
精品鋼是現(xiàn)代工業(yè)所必須的關(guān)鍵材料，也是國家裝備制造業(yè)和國防工業(yè)所不可缺少的基礎材料，其生產(chǎn)和應用情況代表了一個國家鋼鐵工業(yè)及機械工業(yè)等的發(fā)展水平。精品鋼的冶煉、加工及品種開發(fā)是當今冶金學科最前沿的熱點研究方向之一，高潔凈度、高均勻性、高穩(wěn)定性、高尺寸精度以及優(yōu)良的綜合使用性能（五化）精品鋼生產(chǎn)集成技術(shù)方面的工程化研究及應用，對于促進我國從目前的鋼鐵大國向鋼鐵強國的轉(zhuǎn)變將起到重要的推動作用。
“五化”中的“高均勻性”、“高穩(wěn)定性”，泛指鋼材機械性能、工藝性能、質(zhì)量特性、成分等均勻、穩(wěn)定等，鋼的化學成分精確控制是精品鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是基礎，它的作用在于提升產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力，強化產(chǎn)品質(zhì)量控制能力，能體現(xiàn)一個企業(yè)的標準化操作和過程質(zhì)量管理與控制的水平。
所以，“高均勻性”、 “高穩(wěn)定性”已超越了產(chǎn)品僅是合格或符合相應標準要求的范疇，體現(xiàn)了供商最大程度滿足使用商更高質(zhì)量的要求及鋼材制造商自身水平的檔次。
2 精品鋼的化學成分窄帶精確控制基本原則
2.1 鋼的化學成分窄帶精確控制應作為一個企業(yè)實施精品戰(zhàn)略的關(guān)鍵技術(shù)之一加以重視。
2.2 在經(jīng)濟合理的前提下嚴格縮減各鋼種的各化學元素的成分控制上下限范圍，制定相應的化學成分窄帶精確控制的內(nèi)部控制標準。
2.3 從企業(yè)現(xiàn)行生產(chǎn)的幾個鋼種（品牌鋼、新產(chǎn)品）開始實施，然后擴展到企業(yè)所有國家標準、行業(yè)標準等涵蓋的所有鋼種（合同中用戶有特殊要求的除外）。
2.4 若用戶在訂貨時對化學成分有特殊要求的按合同或協(xié)議要求執(zhí)行，新開發(fā)的新產(chǎn)品，按該產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝工藝要求的內(nèi)控標準要求執(zhí)行。
3 精品鋼的化學成分窄帶精確控制目標
3.1 各化學元素的成分窄帶控制上下限范圍參考值見表1。
表 1 各化學元素的成分窄帶控制上下限范圍 （參考） 單位：%
|
元素 |
標準規(guī)定的化學成分上限值 |
上下限控制范圍 |
|
C |
≤0.65 |
低合金鋼△C=0.03、高合金鋼△C=0.04 |
|
＞0.65 |
△C=0.05 |
|
|
Mn |
≤1.00 |
△Mn=0.10（注：Mn鋼為0.15） |
|
＞1.00 |
△Mn=0.20 |
|
|
Si |
≤0.50 |
△Si=0.10 |
|
＞0.50 |
△Si=0.15 |
|
|
Ni |
≤1.00 |
△Ni=0.04 |
|
1.01～2.00、馬氏體不銹鋼 |
△Ni=0.10 |
|
|
＞2.00 |
△Ni=0.20 |
|
|
Cr |
≤0.90 |
△Cr=0.10 |
|
＞0.90～2.00 |
△Cr=0.20 |
|
|
2.01～5.00 |
△Cr=0.40 |
|
|
＞5 |
△Cr=0.50 |
|
|
Mo |
≤0.60 |
△Mo=0.04 |
|
＞0.60 |
△Mo=0.10 |
|
|
V |
≤0.50 |
△V=0.04 |
|
＞0.50 |
△V=0.10 |
|
|
W |
≤1.00 |
△W=0.04 |
|
＞1.00 |
△W=0.10 |
|
|
Ti |
|
△Ti=0.004 |
3.2 Al含量內(nèi)控范圍
3.2.1標準要求檢驗奧氏體晶粒度的鋼種， Al元素含量控制范圍0.020～0.050%。
注：對Al元素有特殊要求的，執(zhí)行附表相關(guān)規(guī)定或按工藝控制要求執(zhí)行。
3.2.2 不檢驗奧氏體晶粒度的鋼種，低碳鋼（C≤0.25%，）的Al含量控制在≥0.015%，中高碳鋼Al含量應≥0.008%（有特殊要求的，按工藝控制要求執(zhí)行），上限原則應≤0.050%；但部分高Si、高Mn等晶粒易粗化的鋼，按單獨規(guī)定執(zhí)行。
3.3 Si含量內(nèi)控范圍
標準要求Si元素0.15%～0.35%或0.17%～0.37%的，Si元素控制范圍規(guī)定為0.20%～0.30%。
3.4 未注明的元素按標準或相關(guān)工藝要求執(zhí)行；鋼中殘余元素控制執(zhí)行相關(guān)標準。
4 精品鋼的化學成分窄帶精確控制管理及工藝保證
4.1 管理保證
4.1.1實施化學成分窄帶精確控制前，制定相應的化學成分窄帶精確控制的內(nèi)部控制標準和內(nèi)部考核指標，在下達生產(chǎn)計劃時，要求在質(zhì)量信息導入單（或通知）中導入所生產(chǎn)鋼的化學成分窄帶控制目標。
4.1.2 根據(jù)窄控完成率等運行情況及市場反饋信息，對鋼的化學成分窄帶精確控制結(jié)果及時評價并進行優(yōu)化和修訂，不定時進行動態(tài)調(diào)整。
4.2 工藝保證
4.2.1 實施化學成分窄帶精確控制前，對精煉包、中間包流場進行模擬，確認是否優(yōu)化透氣磚位置、方式、數(shù)量、氬氣流量、壓力及包壁保溫耐材等，為后續(xù)連鑄“三恒”及低過熱度操作提供條件，避免鑄坯 “小鋼錠結(jié)構(gòu)”帶來的成分偏析過大超限。對高位料倉中的合金進行烘烤。
4.2.2 盡可能使結(jié)晶器保護渣、鋼包及精煉包覆蓋劑實行“專渣專用”， “不污染”已進行成分窄帶控制好的鋼液。
4.2.3 嚴格控制初煉爐下渣量，增上下渣檢測裝置；保證轉(zhuǎn)爐或電爐作業(yè)過程處于“可控、在控”狀態(tài)，使鋼水在進入精煉鋼包時不過氧化。
4.2.4 根據(jù)不同鋼種，配制低碳鋼、中高碳鋼、控Si鋼、控N、S鋼等精煉頂渣系（設計好渣堿度、粘度等），保證精煉過程按設定成分準確控制。
5 精品鋼的化學成分窄帶精確控制效果評價
據(jù)某鋼企對國內(nèi)9個鋼企生產(chǎn)20CrMnTiH齒輪鋼對標報告顯示，實施化學成分窄帶精確控制的G廠效果明顯，尤其是Si、Mn、Cr、Ti元素控制較好(見表2、表3)。
表2 國內(nèi)部分鋼企20CrMnTiH齒輪鋼對標報告
|
|
|
C，% |
Si，% |
Mn，% |
P，% |
S，% |
Cr，% |
Ti，% |
Ni，% |
Cu，% |
|
數(shù)量 |
國標 |
0.17~ 0.23 |
0.17~ 0.37 |
0.80~ 1.10 |
≤0.035 |
≤0.035 |
1.00~ 1.30 |
0.04~ 0.10 |
≤0.30 |
≤0.30 |
|
100 |
A廠 |
0.19~0.22 |
0.25~0.33 |
0.86~0.98 |
0.013~ 0.025 |
0.005~ 0.020 |
1.05~ 1.17 |
0.052~0.075 |
0.015~0.044 |
0.019~0.027 |
|
17 |
B廠 |
0.18~ 0.23 |
0.21~ 0.32 |
0.80~ 1.08 |
0.003~ 0.018 |
0.003~ 0.023 |
1.00~ 1.24 |
0.047~ 0.082 |
0.010~ 0.030 |
0.010~ 0.064 |
|
16 |
C廠 |
0.18~ 0.24 |
0.23~ 0.31 |
0.80~ 0.96 |
0.011~ 0.020 |
0.010~ 0.029 |
1.00~ 1.14 |
0.049~ 0.072 |
0.009~ 0.018 |
0.010~ 0.026 |
|
8 |
D廠 |
0.17~ 0.21 |
0.24~ 0.29 |
0.96~ 1.01 |
0.013~ 0.018 |
0.003~ 0.014 |
1.06~ 1.22 |
0.056~ 0.077 |
0.016~ 0.024 |
0.026~ 0.043 |
|
7 |
E廠 |
0.19~ 0.21 |
0.22~ 0.29 |
0.87~ 1.00 |
0.010~ 0.012 |
0.003~ 0.018 |
1.06~ 1.20 |
0.050~ 0.079 |
0.010~ 0.039 |
0.017~ 0.095 |
|
7 |
F廠 |
0.20~ 0.23 |
0.25~ 0.31 |
0.89~ 1.04 |
0.010~ 0.017 |
0.003~ 0.012 |
1.09~ 1.24 |
0.045~ 0.073 |
0.010~ 0.038 |
0.028~ 0.106 |
|
6 |
G廠 |
0.18~ 0.21 |
0.26~ 0.32 |
0.87~ 0.90 |
0.016~ 0.023 |
0.003~ 0.011 |
1.07~ 1.12 |
0.058~ 0.060 |
0.010~ 0.014 |
0.020~ 0.027 |
|
6 |
H廠 |
0.18~ 0.21 |
0.21~ 0.27 |
0.88~ 1.04 |
0.008~ 0.020 |
0.006~ 0.016 |
1.08~ 1.20 |
0.046~ 0.078 |
0.020~ 0.031 |
0.066~ 0.116 |
|
3 |
I廠 |
0.20 |
0.23~ 0.26 |
0.94~ 0.98 |
0.009~ 0.015 |
0.010~ 0.011 |
1.12~ 1.14 |
0.050~ 0.053 |
0.023~ 0.031 |
0.059~ 0.074 |
表3 國內(nèi)部分鋼企20CrMnTiH齒輪鋼各成分極差
|
|
|
極 差 ， % |
||||||||
|
|
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ti |
Ni |
Cu |
|
100 |
A廠 |
0.04 |
0.09 |
0.13 |
0.013 |
0.016 |
0.13 |
0.024 |
0.030 |
0.009 |
|
3 |
I廠 |
0 |
0.04 |
0.05 |
0.007 |
0.002 |
0.03 |
0.004 |
0.009 |
0.016 |
|
6 |
G廠 |
0.04 |
0.07 |
0.04 |
0.008 |
0.009 |
0.06 |
0.003 |
0.005 |
0.008 |
|
6 |
H廠 |
0.04 |
0.07 |
0.17 |
0.013 |
0.011 |
0.13 |
0.029 |
0.012 |
0.051 |
|
8 |
D廠 |
0.05 |
0.06 |
0.06 |
0.006 |
0.012 |
0.17 |
0.015 |
0.009 |
0.018 |
|
7 |
F廠 |
0.04 |
0.07 |
0.16 |
0.008 |
0.010 |
0.16 |
0.029 |
0.029 |
0.079 |
|
7 |
E廠 |
0.03 |
0.08 |
0.14 |
0.003 |
0.016 |
0.15 |
0.030 |
0.030 |
0.079 |
|
17 |
B廠 |
0.06 |
0.12 |
0.29 |
0.016 |
0.021 |
0.25 |
0.036 |
0.021 |
0.055 |
|
16 |
C廠 |
0.07 |
0.09 |
0.17 |
0.010 |
0.020 |
0.15 |
0.024 |
0.010 |
0.017 |