李國(guó)和
（河南洛陽(yáng) 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(guó)家裝備制造業(yè)和國(guó)防工業(yè)所不可缺少的基礎(chǔ)材料，其生產(chǎn)和應(yīng)用情況代表了一個(gè)國(guó)家鋼鐵工業(yè)及機(jī)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(dāng)今冶金學(xué)科最前沿的熱點(diǎn)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(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)從目前的鋼鐵大國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變將起到重要的推動(dòng)作用。
“五化”中的“高均勻性”、“高穩(wěn)定性”，泛指鋼材機(jī)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(xué)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(chǔ)，它的作用在于提升產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量控制能力，能體現(xiàn)一個(gè)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)成分窄帶精確控制基本原則
2.1 鋼的化學(xué)成分窄帶精確控制應(yīng)作為一個(gè)企業(yè)實(shí)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(jì)合理的前提下嚴(yán)格縮減各鋼種的各化學(xué)元素的成分控制上下限范圍，制定相應(yīng)的化學(xué)成分窄帶精確控制的內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 從企業(yè)現(xiàn)行生產(chǎn)的幾個(gè)鋼種（品牌鋼、新產(chǎn)品）開始實(shí)施，然后擴(kuò)展到企業(yè)所有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)對(duì)化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。
3 精品鋼的化學(xué)成分窄帶精確控制目標(biāo)
3.1 各化學(xué)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(xué)元素的成分窄帶控制上下限范圍 （參考） 單位：%
|
元素 |
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的化學(xué)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?jī)?nèi)控范圍
3.2.1標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)奧氏體晶粒度的鋼種， Al元素含量控制范圍0.020～0.050%。
注：對(duì)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(yàn)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(yīng)≥0.008%（有特殊要求的，按工藝控制要求執(zhí)行），上限原則應(yīng)≤0.050%；但部分高Si、高M(jìn)n等晶粒易粗化的鋼，按單獨(dú)規(guī)定執(zhí)行。
3.3 Si含量?jī)?nèi)控范圍
標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。
4 精品鋼的化學(xué)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(shí)施化學(xué)成分窄帶精確控制前，制定相應(yīng)的化學(xué)成分窄帶精確控制的內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)部考核指標(biāo)，在下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，要求在質(zhì)量信息導(dǎo)入單（或通知）中導(dǎo)入所生產(chǎn)鋼的化學(xué)成分窄帶控制目標(biāo)。
4.1.2 根據(jù)窄控完成率等運(yùn)行情況及市場(chǎng)反饋信息，對(duì)鋼的化學(xué)成分窄帶精確控制結(jié)果及時(shí)評(píng)價(jià)并進(jìn)行優(yōu)化和修訂，不定時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
4.2 工藝保證
4.2.1 實(shí)施化學(xué)成分窄帶精確控制前，對(duì)精煉包、中間包流場(chǎng)進(jìn)行模擬，確認(rèn)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(duì)高位料倉(cāng)中的合金進(jìn)行烘烤。
4.2.2 盡可能使結(jié)晶器保護(hù)渣、鋼包及精煉包覆蓋劑實(shí)行“專渣專用”， “不污染”已進(jìn)行成分窄帶控制好的鋼液。
4.2.3 嚴(yán)格控制初煉爐下渣量，增上下渣檢測(cè)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(jìn)入精煉鋼包時(shí)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(shè)計(jì)好渣堿度、粘度等），保證精煉過程按設(shè)定成分準(zhǔn)確控制。
5 精品鋼的化學(xué)成分窄帶精確控制效果評(píng)價(jià)
據(jù)某鋼企對(duì)國(guó)內(nèi)9個(gè)鋼企生產(chǎn)20CrMnTiH齒輪鋼對(duì)標(biāo)報(bào)告顯示，實(shí)施化學(xué)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(guó)內(nèi)部分鋼企20CrMnTiH齒輪鋼對(duì)標(biāo)報(bào)告
|
|
|
C，% |
Si，% |
Mn，% |
P，% |
S，% |
Cr，% |
Ti，% |
Ni，% |
Cu，% |
|
數(shù)量 |
國(guó)標(biāo) |
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(guó)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 |