劉春明，周春林，，高劍輝，王 健，戴云閣

（1.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，沈陽(yáng) 110819;2.承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067002）

我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展概述

劉春明1，周春林1，2，高劍輝2，王 健1，戴云閣1

（1.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，沈陽(yáng) 110819;2.承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067002）

介紹了我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展、分類(lèi)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)外對(duì)比情況.著重對(duì)非合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行了概述.

非合金結(jié)構(gòu)鋼;標(biāo)準(zhǔn);冶煉;精煉;連鑄

碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼均俗稱(chēng)為碳素鋼，屬于非合金鋼類(lèi).鋼中除含碳、錳、硅外不含其他有意加入的合金元素，鋼中磷、硫和其他有害雜質(zhì)含量較低，純潔度和化學(xué)成分均勻性較高.碳素結(jié)構(gòu)鋼以規(guī)定最低強(qiáng)度為主要特征，并具有一定的綜合力學(xué)性能和工藝性能，一般不要求進(jìn)行熱處理;優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼除要求保證化學(xué)成分外，還要保證力學(xué)性能，要按用途所需保證低倍組織和其他一些規(guī)定的要求［1，2］.

1 我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展概述

1.1 非合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展

碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是自煉鋼工業(yè)出現(xiàn)以來(lái)最先發(fā)展的基礎(chǔ)鋼類(lèi)，已有約200余年生產(chǎn)歷史.它用途廣泛、生產(chǎn)量大、品種規(guī)格多、價(jià)格便宜.隨著鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝不斷被廣泛采用.如今，像鐵水預(yù)處理、復(fù)吹轉(zhuǎn)爐、超高功率電弧爐、爐外精煉、連鑄等已成為其主要的生產(chǎn)工藝.

我國(guó)的碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)起步較晚，1952年分別制定第一個(gè)碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼部頒標(biāo)準(zhǔn).上世紀(jì)50年代可以說(shuō)是起步階段，60年代發(fā)展比較緩慢，70年代以后步入快速發(fā)展階段，逐步形成了品種、規(guī)格多樣化，產(chǎn)量、質(zhì)量和綜合成材率不斷提高，消耗不斷下降的多層次生產(chǎn)局面.產(chǎn)品基本上可以滿足國(guó)內(nèi)需要，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)已全面向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)看齊.

1.2 非合金結(jié)構(gòu)鋼的類(lèi)別和用途［3，4］

非合金結(jié)構(gòu)鋼是基礎(chǔ)鋼類(lèi)，既有通用鋼材，又有專(zhuān)用鋼材，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)必不可少的基礎(chǔ)材料.由于它具有良好的加工性能，適合熱軋、熱鍛、冷軋、冷拔、冷沖等各種壓力加工方式，因此品種規(guī)格包括各種型鋼、板帶、鋼管、線材、鋼絲及金屬制品等，產(chǎn)品規(guī)格已基本系列化.按質(zhì)量等級(jí)，有普通質(zhì)量非合金鋼和優(yōu)質(zhì)非合金鋼之分.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按成分、冶金質(zhì)量可分類(lèi)如下:低碳鋼—碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）小于0.25%;中碳鋼—碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）0.25% ～0.60%;高碳鋼—碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于0.60%;普通錳含量鋼—Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.25% ～0.50%、0.35% ～0.65%、0.50% ～0.80%;較高錳含量鋼—Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.70% ～1.00%、0.90% ～1.20%;優(yōu)質(zhì)鋼—硫、磷含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別不大于0.035%;高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼—硫、磷含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別不大于0.030%;特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼—硫含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不大于0.020%，磷含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不大于0.025%.

低碳鋼強(qiáng)度不高、塑性好，不同鋼號(hào)可分別用于制作包括深沖專(zhuān)用鋼板在內(nèi)的保證沖壓性能的各類(lèi)薄板、線材和鋼絲以及機(jī)械上的滲碳和（或）氮零件、沖壓件及無(wú)縫管等型材;中碳鋼（用量最大的是45#鋼）主要用于制作各種軸、輥、拉桿、齒輪等機(jī)器的運(yùn)動(dòng)零部件，其中厚板也可作為制作代替低合金模具鋼的塑料模具的材料;高碳鋼可作鋼絲、彈簧、墊圈、工具等高強(qiáng)度件.

2 非合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)變遷及其對(duì)比

2.1 標(biāo)準(zhǔn)的變遷

我國(guó)最早的碳素結(jié)構(gòu)鋼［5］的標(biāo)準(zhǔn)是1952年制定的重工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)“4－52”—《普通碳素鋼鋼號(hào)和一般技術(shù)條件》.至今對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)已做了5次修訂.目前使用的標(biāo)準(zhǔn)為“GB/T 700－88”.標(biāo)準(zhǔn)的名稱(chēng)改為《碳素結(jié)構(gòu)鋼》，去掉了普通二字，意味著標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容有了根本變化.該標(biāo)準(zhǔn)為非等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO630.1987年，其他技術(shù)要求也有了很大改變，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本一致.

“GB/T700－88”標(biāo)準(zhǔn)有 Q195、Q215、Q235、Q255和Q275共5個(gè)牌號(hào)，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO630以鋼材屈服點(diǎn)（σs）表示強(qiáng)度級(jí)別的牌號(hào)表示法;取消歷來(lái)按甲類(lèi)鋼、乙類(lèi)鋼、特類(lèi)鋼的分類(lèi)方法，改為按質(zhì)量等級(jí)分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí).其中Q235有A、B、C、D 四個(gè)等級(jí)，Q215和Q255有A、B兩個(gè)等級(jí)，Q195和Q275不分等級(jí).A、B等級(jí)屬于普通質(zhì)量非合金鋼，C、D等級(jí)屬于優(yōu)質(zhì)非合金鋼.鋼材一般以熱軋狀態(tài)交貨，經(jīng)雙方協(xié)議也可以正火處理狀態(tài)交貨（A級(jí)鋼材除外）.

我國(guó)最早的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼［6］的標(biāo)準(zhǔn)為1952年制定的“重5－52”—《質(zhì)量結(jié)構(gòu)碳素?zé)彳埜鞣N條鋼分類(lèi)及技術(shù)條件》.隨后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了6次修改，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為“GB/T699－1999”.以前的標(biāo)準(zhǔn)都是參照原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)“ΓOCT1050”，最近的兩次修訂還參照了美國(guó)ASTM、日本JIS、德國(guó)DIN和英國(guó)BS等相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn).

“GB/T699－1999”標(biāo)準(zhǔn)包括31個(gè)牌號(hào).殘余元素鉻、鎳、銅要求為:w（Cr）≤0.25%、w（Ni）≤0.30%、w（Cu）≤0.25%;力學(xué)性能的變化范圍:抗拉強(qiáng)度（σb）由 295 MPa增大到1 130 MPa，屈服強(qiáng)度（σs）由 175 MPa增加到980 MPa;延伸率（δ5）由35%減小到6%，斷面收縮率（ψ）由60%減小到30%;低倍組織按鋼的質(zhì)量等級(jí)，一般疏松、中心疏松、偏析分別不大于3.0、2.5和2.0級(jí);取消了斷口檢驗(yàn)和非金屬夾雜物檢驗(yàn)的合格級(jí)別、改為按供需雙方協(xié)議.

2.2 標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

我國(guó)碳素結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)GB/T700與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO630比較，其適用范圍大致相同.在化學(xué)成分、殘余元素、力學(xué)性能等方面的差異見(jiàn)表1（表1中化學(xué)成分、殘余元素含量都用質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%表示）.比較可見(jiàn)，兩者水平相近，略有差異［7］.

我國(guó)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)、日本、德國(guó)和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比可參見(jiàn)文獻(xiàn)［8，9］，這里不作介紹.

表1 GB/T 700與ISO630標(biāo)準(zhǔn)中主要技術(shù)要求對(duì)比表Table 1 Comparison between main technical requests in two standards GB/T 700 and ISO630

續(xù)表1Tab le 1

3 非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步

3.1 生產(chǎn)工藝流程的完善和優(yōu)化

隨著對(duì)鋼質(zhì)量要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)水平的提高，以及生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)工藝流程不斷得到完善和優(yōu)化.目前，采用的先進(jìn)生產(chǎn)工藝流程為:

鐵水預(yù)處理—復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼—二次精煉—連鑄—連軋

超高功率電爐煉鋼—二次精煉—連鑄—連軋

上述流程都是以新技術(shù)、新工藝和新裝備為基礎(chǔ)的，而且實(shí)現(xiàn)了高度的連續(xù)化、自動(dòng)化、專(zhuān)業(yè)化和高效率，從而使鋼的純潔度、化學(xué)成分穩(wěn)定性和均勻性大幅度提高，相應(yīng)地提高了鋼的綜合性能.

連鑄、連軋、酸洗、精整、冷軋、熱處理等工序的連續(xù)化，不僅可以大大縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約能源、提高效益，而且也提高了鋼材質(zhì)量.控軋、控冷、高精度軋制、在線精整和在線檢測(cè)技術(shù)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的發(fā)展趨勢(shì)和強(qiáng)化手段，對(duì)提高鋼的性能、尺寸精度、改善表面質(zhì)量、提高收得率和生產(chǎn)效率都是至關(guān)重要的技術(shù).

3.2 部分工序的技術(shù)進(jìn)步概述

3.2.1 鐵水預(yù)處理［10，11］

采用鐵水預(yù)處理工藝，是現(xiàn)代化煉鋼廠的重要標(biāo)志.國(guó)外先進(jìn)鋼鐵廠一般均采用全量鐵水脫硫預(yù)處理，日本絕大多數(shù)鋼廠采用全量鐵水“三脫”（脫 Si、P、S）預(yù)處理.近年來(lái)，我國(guó)鐵水預(yù)處理迅速推廣，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，不少鋼廠已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平.如武鋼二煉鋼KR法脫硫，經(jīng)多年實(shí)踐，在粉劑消耗、攪拌頭壽命、處理溫降和處理成本等方面均已超過(guò)蒂森克虜伯鋼廠.表2列出了國(guó)內(nèi)典型鐵水預(yù)脫硫工藝方法及冶金效果情況［12］.

工藝方法 處理容器L脫硫劑脫硫劑消耗kg·t －1 min 處理溫降脫硫率ηS /%最低硫10－6 純處理時(shí)間℃鐵損kg·t －1注武鋼二煉CaO基噴吹法 280混鐵車(chē) CaO基 4.3 75 60 18.4 25.5 － 寶鋼一煉CaC2基噴吹法 280混鐵車(chē) CaC2基 10.8 76 50 20.9 37.4 － 寶鋼一煉CaC2+CaO機(jī)械攪拌法·KR法 100鐵水罐 CaO 4.69 92.5 ≤20 5 28 30 7.85 81.79 40 － 31 － 攀枝花Mg+CaO噴吹法 140鐵水罐 50%CaO+50%CaC2混合噴吹 350混鐵車(chē) 20%Mg+80%CaO 0.88 90 40 － － 10－13武鋼三煉Mg+CaO復(fù)合噴吹 300鐵水罐 Mg+CaO（1:3）Mg 0.31 CaO1.05 79.22 21.3 ＜10 － － 寶鋼Mg+CaC2復(fù)合噴吹 300鐵水罐 Mg+CaC2（1:3）Mg 0.32 CaC2 1.05 80 28 ＜10 － － 寶鋼復(fù)合噴吹 160鐵水罐 Mg+CaO（1:2－3）Mg+CaO Mg 0.447 CaO1.48 90 ≤50 7.55 8－14 － 本鋼純Mg噴吹 100鐵水罐 Mg 0.33 ≥95 ≤10 5－8 8.12 7.1武鋼一煉

3.2.2 轉(zhuǎn)爐冶煉［12，13］

近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵工業(yè)大力推進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，轉(zhuǎn)爐向高效率快節(jié)奏、進(jìn)一步提高鋼水純潔度、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和管理智能化、降低消耗和污染的方向發(fā)展.主要體現(xiàn)在:

（1）提高供氧強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)高效吹煉.如果供氧（以下氧氣體積是指標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的體積）強(qiáng)度從3.5 m3/（t·min）提高到 5.0 m3/（t·min），每爐鋼吹氧時(shí)間將會(huì)縮短3～4 min.例如，2002年10月太鋼轉(zhuǎn)爐改造氧槍?zhuān)繝t鋼吹氧時(shí)間從19 min縮短到了14 min，取得了明顯效果.本鋼150 t轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度從 2.3 m3/（t·min）提高到3.7 m3/（t·min），冶煉周期從 50 min 縮短到30 min.據(jù)唐鋼、南鋼和三明等鋼廠研究，將供氧強(qiáng)度提高到4.0 ～4.5 m3/（t·min），可縮短供氧時(shí)間1.6～3 min.

（2）穩(wěn)定終點(diǎn)操作、提高控制精度，降低鋼中氧含量.目前，轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)智能控制煉鋼技術(shù)發(fā)展很快，除副槍、聲納化渣、質(zhì)譜儀在線分析轉(zhuǎn)爐煙氣等手段外，在線對(duì)爐渣檢測(cè)、煙氣分析動(dòng)態(tài)控制技術(shù)發(fā)展也很快.對(duì)提高轉(zhuǎn)爐控制精度、實(shí)行全自動(dòng)吹煉都有幫助.我國(guó)馬鋼近年引進(jìn)的轉(zhuǎn)爐煙氣分析動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，由煙氣系統(tǒng)采集、處理和分析的LOMSA系統(tǒng)和二級(jí)動(dòng)態(tài)控制模型DYNACON兩部分組成，對(duì)中、小轉(zhuǎn)爐動(dòng)態(tài)控制起到推動(dòng)作用［14］.

（3）快速出鋼技術(shù).太鋼在轉(zhuǎn)爐上安裝了出鋼口氣動(dòng)擋渣系統(tǒng)，現(xiàn)在出鋼時(shí)間縮短在4 min左右.

（4）濺渣護(hù)爐、提高爐齡.由于采用濺渣護(hù)爐技術(shù)，爐齡大幅度提高，對(duì)降低生產(chǎn)成本、提高效率起到明顯作用.據(jù)報(bào)導(dǎo)，鞍鋼新鋼二煉鋼7號(hào)爐2004年3月?tīng)t齡達(dá)到21 050爐，爐齡突破2萬(wàn)次大關(guān).同期，武鋼二煉鋼廠1號(hào)轉(zhuǎn)爐爐齡創(chuàng)造30 368 爐的世界新記錄［15］.

3.2.3 爐外精煉

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)鋼廠增加了爐外精煉設(shè)備，掌握了 CAS、LF、VD、RH 等設(shè)備的精煉工藝［16，17］，并逐步形成了系統(tǒng)完整的純凈鋼生產(chǎn)工藝.以2002年為例，我國(guó)的鐵水預(yù)處理比達(dá)到26.3%，鋼水精煉比達(dá)到25.1%，鋼水吹氬喂絲比達(dá)到92%［18］.對(duì)于碳素鋼，采用深脫硫工藝（鐵水深脫硫—轉(zhuǎn)爐控硫—LF脫硫—RH脫氣—連鑄防止回硫），其成品硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到0.000 5%.對(duì)生產(chǎn)純凈鋼來(lái)說(shuō)［19］，國(guó)內(nèi)在優(yōu)化深度脫氧工藝、優(yōu)化鋼包吹氬、LF采用預(yù)熔渣并充分發(fā)揮渣的去夾雜能力、提高真空精煉效率、優(yōu)化Ca處理工藝等技術(shù)方面都取得很好效果和經(jīng)驗(yàn).

3.2.4 連鑄

據(jù)2002年底統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有連鑄機(jī)年生產(chǎn)能力可達(dá)2.9億t，合計(jì)有連鑄機(jī)551臺(tái).表3為國(guó)內(nèi)各種類(lèi)型連鑄機(jī)統(tǒng)計(jì).2002年我國(guó)連鑄比為93.7%，超過(guò)世界89.7%的平均連鑄比水平，達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平［20］.

表3 國(guó)內(nèi)連鑄機(jī)統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistic of domestic continuous casting machine

“九五”期間我國(guó)把發(fā)展高效連鑄技術(shù)作為主要科技攻關(guān)內(nèi)容，并取得了顯著成績(jī).所謂高效連鑄技術(shù)，通常是指以高拉速為核心技術(shù)，以高質(zhì)量、無(wú)缺陷高溫鑄坯為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率的連鑄系統(tǒng)技術(shù)［21］.

對(duì)于板坯、大方坯和小方坯連鑄而言，其高效化的技術(shù)內(nèi)容各有特點(diǎn).以板坯為例，其高效化技術(shù)包括:提高鋼水質(zhì)量技術(shù)，低過(guò)熱度恒溫澆鑄工藝技術(shù)，高拉速結(jié)晶器關(guān)鍵技術(shù)，高效連鑄機(jī)二冷技術(shù)，提高鑄坯質(zhì)量技術(shù)，振動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，中間包熱噴涂技術(shù)，高拉速連鑄保護(hù)渣及其空心顆粒制造技術(shù)，自動(dòng)控制和檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)等.

又如小方坯高效化改造技術(shù)，按技術(shù)集成的觀點(diǎn)，它包括核心技術(shù)和重要技術(shù)二方面:（1）高效連鑄的核心技術(shù)——結(jié)晶器及其相關(guān)技術(shù).包括增加結(jié)晶器長(zhǎng)度，提高冷卻強(qiáng)度，采用連續(xù)錐度/多錐度結(jié)晶器，結(jié)晶器液面有效控制技術(shù)，結(jié)晶器冷卻技術(shù)，鑄坯支撐和強(qiáng)化冷卻技術(shù)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)類(lèi)型及液壓振動(dòng)技術(shù)等.（2）高效連鑄的重要技術(shù).包括鋼包技術(shù)，中間包技術(shù)，二次冷卻技術(shù)，連續(xù)矯直技術(shù)，保護(hù)渣技術(shù)，低過(guò)熱度澆鑄技術(shù)，系統(tǒng)物流管制技術(shù)等.

高效連鑄是一項(xiàng)系統(tǒng)的整體技術(shù)，它不僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，也是鋼鐵工業(yè)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高效率、提高質(zhì)量和降低成本的手段，是增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施.

4 我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)實(shí)踐

4.1 中高碳鋼生產(chǎn)

4.1.1 鋼的化學(xué)成分與性能的關(guān)系

鋼的性能與成分密切相關(guān)，這在生產(chǎn)實(shí)踐中也有體驗(yàn).據(jù)介紹，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)45#鋼斷面收縮率（ψ）偏低，ψ 一次合格率僅為93%［22］.對(duì)76 爐鋼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、回歸分析，得出性能與C、Mn間有如下關(guān)系:

從上述關(guān)系式可見(jiàn)，若碳增加或下降0.01%，則ψ下降或提高0.67%.實(shí)踐證明，45#鋼最佳碳含量范圍控制在0.43%～0.46%，出鋼時(shí)盡量少加碳粉、多加生鐵塊或礦石作為調(diào)節(jié)碳的手段，可使性能平均合格率提高到98%以上.其他廠對(duì)45#鋼性能異常原因進(jìn)行化學(xué)和金相檢驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)45#鋼強(qiáng)度偏高、斷面收縮率偏低的主要原因是鋼中碳含量偏高［23］.

某廠對(duì)45#鋼數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到了機(jī)械性能與化學(xué)成分的多元回歸模型［24］.采用該模型進(jìn)行操作控制和性能預(yù)測(cè)，對(duì)提高生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量起到很大作用.性能與成分 C、Mn、Si、S、P間的回歸關(guān)系如式（3、4、5）所示.控制化學(xué)成分可使機(jī)械性能 σb、σs、δ5的平均值分別比標(biāo)準(zhǔn)約提高15.2%、5.4%和16%.

式（3）、（4）和（5）中的 C%，Mn%，Si%，S%，P%均為質(zhì)量分?jǐn)?shù).

長(zhǎng)治鋼廠探討了45#鋼在不同熱處理工藝制度下對(duì)力學(xué)性能的影響，并著重對(duì)機(jī)械性能與化學(xué)成分的關(guān)系進(jìn)行了多元回歸分析.研究顯示［25］，45#鋼在 850 ±30 ℃ 內(nèi)，保溫時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)性能無(wú)多大影響，決定45#鋼機(jī)械性能的主要因素是化學(xué)成分，特別是碳含量.研究還得出了化學(xué)成分 C、Si、Mn、P、S 與 σb、σs、δ5%、ψ%的多元回歸方程式，用于指導(dǎo)生產(chǎn)操作和性能預(yù)測(cè).

4.1.2 生產(chǎn)流程

對(duì)于中高碳鋼特別是45#鋼，國(guó)內(nèi)企業(yè)積累了豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn).邯鋼一煉鋼20 t轉(zhuǎn)爐對(duì)45#鋼試驗(yàn)了3種生產(chǎn)流程:1）雙渣法—連鑄敞開(kāi)澆鑄—軋鋼;2）轉(zhuǎn)爐單渣法—LF精煉、喂絲—連鑄敞開(kāi)澆鑄—軋鋼;3）鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐單渣法—LF精煉—連鑄全封閉保護(hù)澆鑄—軋鋼.生產(chǎn)實(shí)踐表明，第3種生產(chǎn)流程可以確保45#鋼生產(chǎn)命中率，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量［26，27］.

長(zhǎng)治鋼廠 20 t轉(zhuǎn)爐經(jīng)驗(yàn)表明［28，29］，采用LD—脫氧合金化（增碳）—鋼包喂絲、底吹氬精煉—連鑄全保護(hù)澆鑄流程生產(chǎn)45#鋼方案可行.生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)冶煉操作、確保終點(diǎn)控制，確保增碳劑回收率.

合肥第二煉鋼廠采用20 t LD—30 t鋼包（增碳）—頂吹氬—喂線（Si－Ca線）—連鑄流程生產(chǎn)45#鋼，產(chǎn)品完全滿足 GB/T699 －88 要求［30］.工藝上要確保轉(zhuǎn)爐中拉碳（0.20% ～0.35%）、鋼包內(nèi)適量增碳、喂C線微調(diào)碳操作，可使45#鋼成分命中要求范圍.此外，保證鋼水質(zhì)量、嚴(yán)格控制澆鑄溫度、拉速和冷卻強(qiáng)度是保證獲得優(yōu)質(zhì)鑄坯的關(guān)鍵.

25 t轉(zhuǎn)爐實(shí)踐表明，采用轉(zhuǎn)爐—LF—連鑄流程生產(chǎn)45#鋼，應(yīng)盡量降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度.對(duì)108爐鋼統(tǒng)計(jì)，45#鋼成分命中率達(dá)到99.1%，鑄坯合格率達(dá)到99.31%，力學(xué)性能符合要求［31］.

4.1.3 生產(chǎn)工藝

新鋼100 t轉(zhuǎn)爐采用“復(fù)吹轉(zhuǎn)爐—鋼包底吹氬、喂絲—LF精煉—方坯連鑄”生產(chǎn)流程生產(chǎn)45#鋼.生產(chǎn)中采用的技術(shù)措施包括:轉(zhuǎn)爐雙渣法和高拉補(bǔ)吹法冶煉、爐外增碳、擋渣出鋼;連鑄結(jié)晶器采用45#號(hào)鋼專(zhuān)用保護(hù)渣、二冷配水冷卻強(qiáng)度為0.8 L/kg，要求水霧化良好.拉速為2.5 m/min，鋼水目標(biāo)溫度控制在1 515℃.采用這些措施后，45#鋼成分命中率達(dá)到100%，力學(xué)性能符合要求，鑄坯質(zhì)量較好［32］.根據(jù)鞍鋼的經(jīng)驗(yàn)，復(fù)吹轉(zhuǎn)爐只要掌握好中高碳鋼操作要點(diǎn)，控制好降碳、升溫速度，造出具有一定氧化性和流動(dòng)性的高堿度爐渣，就一定能夠煉好中高碳鋼［33］.

馬鋼實(shí)踐表明，轉(zhuǎn)爐增碳法連鑄生產(chǎn)45#鋼高線，冶煉采用深吹加爐后增碳，通過(guò)優(yōu)化操作工藝和脫氧制度，可以生產(chǎn)出滿足連鑄要求的鋼水，最終產(chǎn)品成分均勻、通條性能穩(wěn)定.冶煉工藝關(guān)鍵是早、中期造渣脫磷，中、后期造渣脫硫，控制好終點(diǎn)碳和脫氧操作，控制好終點(diǎn)溫度、增碳劑加入量及其回收率［34］.

4.1.4 連鑄工藝

50 t轉(zhuǎn)爐增碳法連鑄生產(chǎn)45#鋼高線，連鑄為R6 m六機(jī)六流全弧形鑄機(jī)，鑄坯斷面為140 mm×140 mm，軋成φ6.5線材.45#鋼連鑄工藝關(guān)鍵技術(shù)為［35］:1）二冷采用兩段法冷卻制度，即早期強(qiáng)冷后期回溫的冷卻制度，有利于控制鑄坯偏析和防止矯直裂紋及改善鑄坯質(zhì)量;2）合適的二冷比水量為0.8～0.9 L/kg;3）選用合適的低熔點(diǎn)保護(hù)渣;4）鋼水低過(guò)熱度有利于改善鑄坯質(zhì)量，控制目標(biāo)過(guò)熱度為10～15℃.

4.2 低碳鋼生產(chǎn)

低碳鋼生產(chǎn)容易產(chǎn)生脫氧不良、夾雜物排除不力問(wèn)題.根據(jù)小方坯生產(chǎn)Q195實(shí)踐，應(yīng)嚴(yán)格以下關(guān)鍵操作［36］:1）轉(zhuǎn)爐減少和控制下渣量，終脫氧劑用量控制在2.5～3.0 kg/t鋼;2）精煉終點(diǎn)鋼中酸溶Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.005% ～0.020%之間，控制［S］≤0.01%;3）硅鈣絲的喂入量控制在200 m/爐，軟吹時(shí)間≥15 min，鎮(zhèn)靜時(shí)間≥10 min.采取上述措施后，低碳鋼脫氧不良和純凈性低的問(wèn)題得到了較好解決.

南鋼煉鋼廠方坯連鑄澆鑄過(guò)程存在水口堵塞現(xiàn)象，據(jù)研究是高熔點(diǎn)純SiO2脫氧產(chǎn)物固結(jié)在水口造成的.改變鋼水化學(xué)成分，適當(dāng)提高w（Mn）/w（Si）比，有利于改善鋼水流動(dòng)性，減少了連鑄堵水口現(xiàn)象，其內(nèi)控成分見(jiàn)表4［37］.

表4 鋼水控制成分及Mn/Si比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 4 Controlling contents and ratio of Mn and Si in molten steel（mass fraction）%

5 結(jié)語(yǔ)

（1）我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼）經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)和發(fā)展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)全面向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)看齊，產(chǎn)品基本上可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要.

（2）目前，我國(guó)非合金結(jié)構(gòu)鋼生產(chǎn)是以新技術(shù)、新工藝和新裝備為基礎(chǔ)，而且在連續(xù)化、自動(dòng)化、專(zhuān)業(yè)化和高效率方面取得了飛速發(fā)展，從而使鋼的純凈性、化學(xué)成分穩(wěn)定性和均勻性大幅度提高，相應(yīng)地提高了鋼的綜合性能.

（3）由于設(shè)備和技術(shù)水平的差異，國(guó)內(nèi)企業(yè)之間以及與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)相比非合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)品種和質(zhì)量還有差距，一些企業(yè)還有待進(jìn)一步改進(jìn)和提高.

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Summarizing of development of domestic non－alloy structural steel

LIU Chun － m ing1，ZHOU Chun-lin1，2，GAO Jian-hui2，WANG Jian1，DAIYun-ge1
（1.School of Materialsand Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China;2.Chengde Iron and Steel Group Co.，Ltd，Chengde 067002，China）

This review introduces the development，the sorting and the technical standard of domestic non －alloy structural steel，and the comparison of domestic and overseas technical standard.And it greatly summarizes the progress of production technology and production practice.

non－alloy structural steel;standard;smelting;refining;continuous casting

TG 142.41

A

1671-6620（2011）04-0260-08

2011-09-13.

劉春明 （1961—），男，陜西渭南人，東北大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，E－mail:cmliu@mail.neu.edu.cn;周春林（1963—），男，安徽桐城人，承德鋼鐵集團(tuán)有限公司高級(jí)工程師.