李國和
（河南洛陽 471000）
1 前 言
精品鋼是現代工業所必須的關鍵材料，也是國家裝備制造業和國防工業所不可缺少的基礎材料，其生產和應用情況代表了一個國家鋼鐵工業及機械工業等的發展水平。精品鋼的冶煉、加工及品種開發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、高穩定性、高尺寸精度以及優良的綜合使用性能（五化）精品鋼生產集成技術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變將起到重要的推動作用。
“五化”中的“高均勻性”、“高穩定性”，泛指鋼材機械性能、工藝性能、質量特性、成分等均勻、穩定等，鋼的化學成分精確控制是精品鋼生產的關鍵技術之一，是基礎，它的作用在于提升產品質量和市場競爭力，強化產品質量控制能力，能體現一個企業的標準化操作和過程質量管理與控制的水平。
所以，“高均勻性”、 “高穩定性”已超越了產品僅是合格或符合相應標準要求的范疇，體現了供商最大程度滿足使用商更高質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實施精品戰略的關鍵技術之一加以重視。
2.2 在經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部控制標準。
2.3 從企業現行生產的幾個鋼種（品牌鋼、新產品）開始實施，然后擴展到企業所有國家標準、行業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議要求執行，新開發的新產品，按該產品的生產工藝工藝要求的內控標準要求執行。
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，執行附表相關規定或按工藝控制要求執行。
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，按單獨規定執行。
3.3 Si含量內控范圍
標準要求Si元素0.15%～0.35%或0.17%～0.37%的，Si元素控制范圍規定為0.20%～0.30%。
3.4 未注明的元素按標準或相關工藝要求執行；鋼中殘余元素控制執行相關標準。
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部控制標準和內部考核指標，在下達生產計劃時，要求在質量信息導入單（或通知）中導入所生產鋼的化學成分窄帶控制目標。
4.1.2 根據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果及時評價并進行優化和修訂，不定時進行動態調整。
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，確認是否優化透氣磚位置、方式、數量、氬氣流量、壓力及包壁保溫耐材等，為后續連鑄“三恒”及低過熱度操作提供條件，避免鑄坯 “小鋼錠結構”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；保證轉爐或電爐作業過程處于“可控、在控”狀態，使鋼水在進入精煉鋼包時不過氧化。
4.2.4 根據不同鋼種，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
據某鋼企對國內9個鋼企生產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 國內部分鋼企20CrMnTiH齒輪鋼對標報告
|
|
|
C，% |
Si，% |
Mn，% |
P，% |
S，% |
Cr，% |
Ti，% |
Ni，% |
Cu，% |
|
數量 |
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 |