李国和
（河南洛阳 471000）
1 前 言
精品钢是现代工业所必须的关键材料，也是国家装备制造业和国防工业所不可缺少的基础材料，其生产和应用情况代表了一个国家钢铁工业及机械工业等的发展水平。精品钢的冶炼、加工及品种开发是当今冶金学科最前沿的热点研究方向之一，高洁净度、高均匀性、高稳定性、高尺寸精度以及优良的综合使用性能（五化）精品钢生产集成技术方面的工程化研究及应用，对于促进我国从目前的钢铁大国向钢铁强国的转变将起到重要的推动作用。
“五化”中的“高均匀性”、“高稳定性”，泛指钢材机械性能、工艺性能、质量特性、成分等均匀、稳定等，钢的化学成分精确控制是精品钢生产的关键技术之一，是基础，它的作用在于提升产品质量和市场竞争力，强化产品质量控制能力，能体现一个企业的标准化操作和过程质量管理与控制的水平。
所以，“高均匀性”、 “高稳定性”已超越了产品仅是合格或符合相应标准要求的范畴，体现了供商最大程度满足使用商更高质量的要求及钢材制造商自身水平的档次。
2 精品钢的化学成分窄带精确控制基本原则
2.1 钢的化学成分窄带精确控制应作为一个企业实施精品战略的关键技术之一加以重视。
2.2 在经济合理的前提下严格缩减各钢种的各化学元素的成分控制上下限范围，制定相应的化学成分窄带精确控制的内部控制标准。
2.3 从企业现行生产的几个钢种（品牌钢、新产品）开始实施，然后扩展到企业所有国家标准、行业标准等涵盖的所有钢种（合同中用户有特殊要求的除外）。
2.4 若用户在订货时对化学成分有特殊要求的按合同或协议要求执行，新开发的新产品，按该产品的生产工艺工艺要求的内控标准要求执行。
3 精品钢的化学成分窄带精确控制目标
3.1 各化学元素的成分窄带控制上下限范围参考值见表1。
表 1 各化学元素的成分窄带控制上下限范围 （参考） 单位：%
|
元素 |
标准规定的化学成分上限值 |
上下限控制范围 |
|
C |
≤0.65 |
低合金钢△C=0.03、高合金钢△C=0.04 |
|
＞0.65 |
△C=0.05 |
|
|
Mn |
≤1.00 |
△Mn=0.10（注：Mn钢为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、马氏体不锈钢 |
△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含量内控范围
3.2.1标准要求检验奥氏体晶粒度的钢种， Al元素含量控制范围0.020～0.050%。
注：对Al元素有特殊要求的，执行附表相关规定或按工艺控制要求执行。
3.2.2 不检验奥氏体晶粒度的钢种，低碳钢（C≤0.25%，）的Al含量控制在≥0.015%，中高碳钢Al含量应≥0.008%（有特殊要求的，按工艺控制要求执行），上限原则应≤0.050%；但部分高Si、高Mn等晶粒易粗化的钢，按单独规定执行。
3.3 Si含量内控范围
标准要求Si元素0.15%～0.35%或0.17%～0.37%的，Si元素控制范围规定为0.20%～0.30%。
3.4 未注明的元素按标准或相关工艺要求执行；钢中残余元素控制执行相关标准。
4 精品钢的化学成分窄带精确控制管理及工艺保证
4.1 管理保证
4.1.1实施化学成分窄带精确控制前，制定相应的化学成分窄带精确控制的内部控制标准和内部考核指标，在下达生产计划时，要求在质量信息导入单（或通知）中导入所生产钢的化学成分窄带控制目标。
4.1.2 根据窄控完成率等运行情况及市场反馈信息，对钢的化学成分窄带精确控制结果及时评价并进行优化和修订，不定时进行动态调整。
4.2 工艺保证
4.2.1 实施化学成分窄带精确控制前，对精炼包、中间包流场进行模拟，确认是否优化透气砖位置、方式、数量、氩气流量、压力及包壁保温耐材等，为后续连铸“三恒”及低过热度操作提供条件，避免铸坯 “小钢锭结构”带来的成分偏析过大超限。对高位料仓中的合金进行烘烤。
4.2.2 尽可能使结晶器保护渣、钢包及精炼包覆盖剂实行“专渣专用”， “不污染”已进行成分窄带控制好的钢液。
4.2.3 严格控制初炼炉下渣量，增上下渣检测装置；保证转炉或电炉作业过程处于“可控、在控”状态，使钢水在进入精炼钢包时不过氧化。
4.2.4 根据不同钢种，配制低碳钢、中高碳钢、控Si钢、控N、S钢等精炼顶渣系（设计好渣碱度、粘度等），保证精炼过程按设定成分准确控制。
5 精品钢的化学成分窄带精确控制效果评价
据某钢企对国内9个钢企生产20CrMnTiH齿轮钢对标报告显示，实施化学成分窄带精确控制的G厂效果明显，尤其是Si、Mn、Cr、Ti元素控制较好(见表2、表3)。
表2 国内部分钢企20CrMnTiH齿轮钢对标报告
|
|
|
C，% |
Si，% |
Mn，% |
P，% |
S，% |
Cr，% |
Ti，% |
Ni，% |
Cu，% |
|
数量 |
国标 |
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厂 |
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厂 |
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厂 |
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厂 |
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厂 |
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厂 |
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厂 |
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厂 |
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厂 |
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 国内部分钢企20CrMnTiH齿轮钢各成分极差
|
|
|
极 差 ， % |
||||||||
|
|
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ti |
Ni |
Cu |
|
100 |
A厂 |
0.04 |
0.09 |
0.13 |
0.013 |
0.016 |
0.13 |
0.024 |
0.030 |
0.009 |
|
3 |
I厂 |
0 |
0.04 |
0.05 |
0.007 |
0.002 |
0.03 |
0.004 |
0.009 |
0.016 |
|
6 |
G厂 |
0.04 |
0.07 |
0.04 |
0.008 |
0.009 |
0.06 |
0.003 |
0.005 |
0.008 |
|
6 |
H厂 |
0.04 |
0.07 |
0.17 |
0.013 |
0.011 |
0.13 |
0.029 |
0.012 |
0.051 |
|
8 |
D厂 |
0.05 |
0.06 |
0.06 |
0.006 |
0.012 |
0.17 |
0.015 |
0.009 |
0.018 |
|
7 |
F厂 |
0.04 |
0.07 |
0.16 |
0.008 |
0.010 |
0.16 |
0.029 |
0.029 |
0.079 |
|
7 |
E厂 |
0.03 |
0.08 |
0.14 |
0.003 |
0.016 |
0.15 |
0.030 |
0.030 |
0.079 |
|
17 |
B厂 |
0.06 |
0.12 |
0.29 |
0.016 |
0.021 |
0.25 |
0.036 |
0.021 |
0.055 |
|
16 |
C厂 |
0.07 |
0.09 |
0.17 |
0.010 |
0.020 |
0.15 |
0.024 |
0.010 |
0.017 |