煉鋼—精煉—連鑄工藝生產(chǎn)高碳鋼的質(zhì)量控制

范樹璐

摘 要：高碳鋼，是指碳含量約為0.60%到1.70%的特種鋼材，在工業(yè)生產(chǎn)體系中有著不可或缺的位置。因此，在智能化、自動化、機(jī)械化的高碳鋼連鑄過程中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制是鋼鐵企業(yè)求發(fā)展的重中之重。本文對高碳鋼的成分進(jìn)行詳述，在把握高碳鋼成分的基礎(chǔ)上對煉鋼過程的質(zhì)量控制進(jìn)行分析，以鋼鐵制造企業(yè)有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：煉鋼；精煉；連鑄；質(zhì)量管理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.001

高碳鋼廣泛用鑄造各種精密工具、刀具、機(jī)械，在工業(yè)生產(chǎn)體系中有著不可或缺的位置。所謂高碳鋼，是指碳含量約為0.60%到1.70%的特種鋼材。高碳鋼不僅堅(jiān)硬，還有良好的淬火和回火性能。日常生活中的大錘、撬棒就屬于高碳鋼鑄造工具的一種，鉆頭、鉸刀等切割工具也是由高碳鋼鑄造而成。所不同的是，前者碳含量約為0.75%，后者含碳量約為1%。

作為高碳鋼生產(chǎn)大國，國內(nèi)的大部分鋼鐵企業(yè)都把高碳鋼的質(zhì)量控制放在首位，尤其是連鑄技術(shù)出現(xiàn)以后，如果在智能化、自動化、機(jī)械化的生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制更是煉鋼工藝的重中之重。本文首先對高碳鋼的成分進(jìn)行詳述，在把握高碳鋼成分的基礎(chǔ)上對煉鋼過程的質(zhì)量控制進(jìn)行分析，以鋼鐵制造企業(yè)有一定的參考意義。

1 高碳鋼添加成分綜述

在煉鋼過程中，加入適量的碳元素固體而基本不加其他化合金屬，經(jīng)過熱處理與冷拔之后，經(jīng)過硬化而成形的鋼坯就是高碳鋼。這種鋼材無論是硬度還是強(qiáng)度都強(qiáng)于一般鋼種，且彈性較好，磨損及切口極限很高，還具有一定的削切性能，因此，被大范圍使用。要確保高碳鋼的質(zhì)量，首先須從高碳鋼的化學(xué)添加成分入手，各化學(xué)元素在高碳鋼中起到的性能俱不相同，常用添加化學(xué)元素具體性能如下：碳元素C（提高強(qiáng)度）、硅元素Si（提高強(qiáng)度）、錳元素Mn（提高強(qiáng)度）、硫元素S（增大脆性、降低韌性、熱脆性）、磷元素P（增大脆性、降低韌性、冷脆性）。

煉鋼過程是一系列物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)的綜合，因此，煉鋼過程中，除了要注意各種化學(xué)元素的配比，還要注意空氣中的主要?dú)怏w元素對高碳鋼性能的影響。空氣中主要?dú)怏w在煉鋼過程中的來源、存在形式及相應(yīng)的影響如下：氫元素（電離水可得，氫氣溶解于表皮，表面氣孔、增大脆性）、氮元素（電離空氣可得，氮化物溶解于鋼水，內(nèi)部晶核、增大脆性）、氧元素（電離、還原可得，氧化物溶解與鋼水、表皮，內(nèi)部氣孔、降低韌性）。

綜上分析可得，各種化學(xué)元素通過主動或被動添加與煉鋼過程中，都會對高碳鋼的性能有所影響，因此，高碳鋼質(zhì)量的控制首先是添加化學(xué)元素的控制，這就需要機(jī)械操作人員在實(shí)際工作過程中根據(jù)實(shí)際情況而定，不可盲目操作。

2 高碳鋼連鑄過程的質(zhì)量控制

鋼絲是四大鋼材中的一種，應(yīng)用極為廣泛。作為高碳鋼的一種，本文以鋼絲連鑄過程為例，簡述連鑄過程的質(zhì)量控制。

20世紀(jì)70年代，鋼絲鑄造技術(shù)以模鑄生產(chǎn)方式為主，這種方式操作較為簡單，但是生產(chǎn)效率不高；80年代后，鋼水預(yù)處理工藝開始逐步應(yīng)用，使得煉鋼效率大為提升。此后，連鑄小方坯技術(shù)逐漸問世，成熟的高碳鋼絲質(zhì)量也大為提高。

2.1 鋼水預(yù)處理質(zhì)量控制

鋼水成分對鋼絲質(zhì)量影響巨大，對鐵水進(jìn)行預(yù)處理就是為了提高成品鋼絲質(zhì)量。鋼水預(yù)處理工作的核心為脫硫，提高鋼絲韌性。當(dāng)前企業(yè)廣泛采用的脫硫方法為噴吹法，通過嚴(yán)格噴水而后的鋼水質(zhì)量極高，可使含硫量降低至0.01%以下。

2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉質(zhì)量控制

轉(zhuǎn)爐冶煉過程其實(shí)就是煉鋼過程的主體，目前國內(nèi)企業(yè)主要通過以下兩種方法進(jìn)行該過程質(zhì)量控制。

（1）高拉碳補(bǔ)吹法。這種方法主要對鋼絲中的碳元素和硫元素、磷元素進(jìn)行控制，從而取得最佳的煉鋼效果。生產(chǎn)過程的前期材料可用高純度鐵水或者鐵水與專業(yè)廢鋼的結(jié)合物，主要注意吹煉過程中的碳含量。碳含量的多寡通過道爐測溫進(jìn)行取樣而判斷，為了使碳含量的配比最為科學(xué)化，需要進(jìn)行多次倒?fàn)t多次取樣。值得注意的是，這種方法雖然可以保證碳含量科學(xué)化，卻因?yàn)槎啻蔚範(fàn)t導(dǎo)致溫度損失很大，提高了生產(chǎn)成本。另外，在多次倒?fàn)t后不利于溫度控制，且氧化鐵含量低，使出爐后的精煉工序開展困難。

（2）低拉碳增碳法。相比于高拉碳控制過程，低拉碳過程較為簡單。低拉碳增碳法放碳過程只有兩次，即在鋼水注入前一次性加入所需碳量，一般約為0.07%-0.15%，連鑄后再次加入碳粉。這種方法操作簡單，要求爐溫較高，脫磷效果較好，且對后期的精煉有較大的促進(jìn)作用。不足的是這種方法是成品剛韌性受到影響，所以要求操作人員有極高的操作水平、觀測水平。

2.3 脫氧過程質(zhì)量控制

鋼水凝固后，鋼水中經(jīng)過電離反應(yīng)產(chǎn)生的氧元素會以氧化鐵的形式分布在成品晶界上，使陳品高碳鋼的可塑性受到影響。此外，氧化鐵和伴生物硫化鐵共同作用于成品高碳鋼會發(fā)生熱脆現(xiàn)象，因此，脫氧過程也是高碳鋼連鑄工藝質(zhì)量控制必不可少的步驟。

一般鋼鐵企業(yè)都通過化學(xué)方式進(jìn)行脫氧，所不同的是有鋁脫氧和無鋁脫氧。有鋁脫氧是指通過硅鐵，錳鐵，和少量鋁熱劑進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到脫氧效果。無鋁脫氧是指只用硅鐵和錳鐵進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到脫氧效果。在具體操作過程中，究竟用那種方式脫氧還需視具體情況而定。

2.4 精煉過程質(zhì)量控制

精煉是高碳鋼連鑄過程的最后一步，通過精煉，高碳鋼的性能進(jìn)一步優(yōu)化并固定，此過程進(jìn)行質(zhì)量控制同樣必不可少。

一般的精煉或者二次精煉都才用鋼包吹爐法，目的在于控制爐渣堿度。一般的低堿度數(shù)值為1，高堿度數(shù)值為2-3，主要依據(jù)為檢測爐渣中氧化鈣、二氧化鋅等堿性物質(zhì)的含堿度。

3 結(jié)語

高碳鋼連鑄過程中的質(zhì)量控制是涉及的步驟比較多，本文僅僅列舉其中較為重要的幾步，除以上列出的部分之外，硬線鋼絲的拔拉過程中的斷口分析、鋼質(zhì)分析、化學(xué)成分分析也需要操作人員仔細(xì)注意；鐵水雜物處理工藝及用來提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的電磁攪拌技術(shù)等過程也需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

總而言之，高碳鋼連鑄過程的質(zhì)量控制是一個多多益善、精益求精的過程，在這個過程中，不僅要做到事無巨細(xì)，還要求合理重視成本因素，不能顧此失彼，在提高質(zhì)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本優(yōu)化，確保過程中無安全事故，以促進(jìn)合理生產(chǎn)，提高效率。