淮鋼大棒材生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)及實踐*

許加陸 周 浩 王天尊

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司)

淮鋼大棒材生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)及實踐*

許加陸 周 浩 王天尊

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司)

介紹了江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼有限公司轉(zhuǎn)爐特鋼大棒材生產(chǎn)線的產(chǎn)品方案、生產(chǎn)工藝特點及技術(shù)裝備水平，近幾年淮鋼大棒材生產(chǎn)線生產(chǎn)優(yōu)特鋼的工藝實踐。

優(yōu)特鋼 棒材 技術(shù)裝備 工藝實踐

0 前言

江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼有限公司(以下簡稱淮鋼)轉(zhuǎn)爐特鋼大棒材生產(chǎn)線于2007年12月投產(chǎn)，關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)，如開坯機、連軋機、飛剪、圓盤鋸等設(shè)備從意大利達(dá)涅利公司引進(jìn);該生產(chǎn)線全長513 m，工藝布置合理，技術(shù)裝備先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量及自動化控制程度均達(dá)到國際先進(jìn)水平，2008年產(chǎn)量為35.65萬 t，2009 年產(chǎn)量為41.73 萬 t，2010 年產(chǎn)量為47.56 萬 t。

淮鋼轉(zhuǎn)爐特鋼大棒材生產(chǎn)線形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)特殊鋼棒材生產(chǎn)線，實現(xiàn)以彈簧鋼、軸承鋼、齒輪鋼、錨鏈鋼、鋼球用鋼、合金油井管坯鋼和合金高壓鍋爐管等候為代表的優(yōu)特鋼產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)。

1 原料及產(chǎn)品

1.2 原料

原料全部為轉(zhuǎn)爐連鑄大圓坯，規(guī)格有三種:380 mm×6000 mm、450 mm×6000 mm、500 mm×6000 mm。

1.2 產(chǎn)品

1)鋼種。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼:10、20、45、S45C、S45CB、65Mn 等;合金結(jié)構(gòu)鋼:40Cr、20CrMnTi、42CrMo、50CrMo等;油井管坯鋼:28Mn2、30Mn2、37Mn5、33Mn2V、36Mn2V 等;彈簧鋼:50CrVA、60Si2MnA、60Si2CrA、60Si2CrVAT 等;高壓鍋爐管坯鋼:SA210C、12Cr1MoVG、15CrMoG、P12、P22 等;齒輪鋼:20CrMnTiH、20CrMoH、SCM420H、8620RH 等;鋼球用鋼:LT－B2、LT－B3、LT－B4、LT－B5、LTB6 等;錨鏈鋼:CM490(AM2)、CM690(AM3);系泊鏈用鋼:HZR3、HZR3S、HZR4;車軸用鋼:LZ50、LZ45CrV等;軸承鋼:GCr15等。

2)規(guī)格。產(chǎn)品規(guī)格有 Φ70 mm～Φ280 mm圓鋼、管坯鋼;150 mm ×150 mm、200 mm ×200 mm、250 mm×250 mm等規(guī)格方鋼;定尺長度為4000mm～12000 mm。

3)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。GB/T700、GB/T699、GB/T1591、GB/T18669、《CCS 規(guī)范》、GB/T3077、GB/T5216、GB/T5137、GB/T5222、GB/T522 等及用戶的技術(shù)條件。

2 工藝流程與工藝技術(shù)特點

2.1 工藝流程

淮鋼特鋼大棒材生產(chǎn)線工藝流程為:轉(zhuǎn)爐連鑄坯上料(冷裝或熱裝)→稱重測長→加熱→高壓水除鱗→粗軋機開坯→(150 mm×150 mm等方鋼)→保溫輥道→液壓剪切頭→連軋軋機軋制→倍尺剪分段→橫移→鋸切定尺→步進(jìn)冷床冷卻→收集→一次打捆→入坑緩冷→精整處理→離線打捆→稱重→入庫，工藝布置簡圖如圖1所示。

圖1 工藝流程簡圖

2.2 主要工藝裝備

步進(jìn)梁式加熱爐一座、高壓水除鱗機一臺、1000 mm開坯機一架、線型翻鋼機、液壓剪、短應(yīng)力線無牌坊卡盤式軋機六架、固定及移動熱鋸、冷床及緩冷坑等。

2.3 工藝技術(shù)特點

1)大棒材車間與轉(zhuǎn)爐連鑄車間之間采用輥道式直接連接的緊湊短流程布置方式，節(jié)約用地，減少物料周轉(zhuǎn)。軋鋼加熱爐上料輥道和連鑄出坯輥道直接相連，適合熱裝的連鑄坯可以直接熱送、熱裝入爐，節(jié)約能源，縮短生產(chǎn)周期。

2)鋼坯加熱采用蓄熱式步進(jìn)梁式加熱爐，步進(jìn)梁為兩段式。當(dāng)入庫坯料為冷熱坯交換時，第一段步進(jìn)梁可根據(jù)熱坯或冷坯獨立調(diào)整步進(jìn)周期，以穩(wěn)定加熱工藝操作。裝出料采用端進(jìn)端出料方式，雙排布料，熱質(zhì)量好，操作靈活，加熱效率高。

3)采用半連續(xù)式軋機，即粗軋機采用二輥可逆式開坯軋機，具有較大靈活性，可適應(yīng)三種坯料和產(chǎn)品規(guī)格范圍大的特點。

4)粗軋與液壓剪之間設(shè)置保溫輥道，減少軋件的溫降和頭尾溫差，提高產(chǎn)品全長尺寸和性能的均勻性;連軋機組軋機采用平－立交替布置，實現(xiàn)了無扭、微張力軋制，為提高產(chǎn)品尺寸精度和表面質(zhì)量提供了條件。連軋機組采用高剛度短應(yīng)力線軋機，可生產(chǎn)高精度的成品。

5)鋼材全部采用入坑緩冷工藝，以消除鋼材白點及應(yīng)力裂紋缺陷，保證特鋼大棒材質(zhì)量。

3 存在問題及改進(jìn)措施

3.1 熱鋸冷卻裝置對產(chǎn)品的影響

淮鋼大棒材生產(chǎn)線，在熱鋸鋸切定尺的過程中，由于熱鋸使用冷卻水，熱鋸在進(jìn)鋸過程中，有大量的鋸片冷卻水噴淋在700℃～800℃的紅熱棒材定尺的兩端(在端部約400 mm～500 mm處)，造成鋼材定尺兩端產(chǎn)生急冷，極易使鋼材定尺兩端產(chǎn)生白點及應(yīng)力裂紋缺陷，特別是高碳鋼、彈簧鋼、軸承鋼等白點、應(yīng)力裂紋敏感的特鋼產(chǎn)品，即使后續(xù)鋼材采用入坑緩冷，在鋼材定尺兩端仍然會產(chǎn)生白點、應(yīng)力裂紋缺陷，嚴(yán)重影響特鋼產(chǎn)品的質(zhì)量。

通過采用熱鋸冷卻裝置專利技術(shù)［1］，在熱鋸的固定鋸罩內(nèi)側(cè)加焊多塊擋水板，在鋸罩前端加兩個"U"型水槽，將從熱鋸片濺出的冷卻水，擋在鋸片垂直中心線的后側(cè)，此擋水板及水槽能將鋸片濺出約70%的冷卻水擋在鋸片中心線后側(cè)，并將冷卻水引流到鋸片垂直中心線的外端，這樣既保證鋸片有較好的冷卻效果，又使鋸齒上甩下來的水呈霧狀，并使極少量的冷卻水淋到熱條上，減少特鋼棒材在熱鋸過程中定尺兩端冷卻過快，而使鋼材產(chǎn)生白點及應(yīng)力裂紋缺陷，保證了特鋼產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量，并有效的降低鋼材端部的硬度，更好地保證了淮鋼轉(zhuǎn)爐特鋼大棒材的整體產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 軸承鋼“鳥巢”開裂［2］

淮鋼轉(zhuǎn)爐特鋼大棒材生產(chǎn)線調(diào)試初期，開發(fā)生產(chǎn)GCr15軸承鋼，由于連鑄及軋鋼工序未協(xié)調(diào)好，導(dǎo)致部分鋼坯未能一次性熱裝完，在冷裝GCr15軸承鋼380 mm連鑄大圓坯開150 mm×150 mm方坯時，發(fā)現(xiàn)約有20%～30%的鋼坯在加熱及軋制過程中出現(xiàn)裂紋或斷裂，裂紋形態(tài)如圖2、圖3所示。

圖2 軋制兩道次后裂口形態(tài)

圖3 單個裂口的形態(tài)

通過分析得知，“鳥巢”開裂是連鑄大圓坯在加熱過程中產(chǎn)生的，即鋼坯入爐后在預(yù)熱段由于升溫過快導(dǎo)致鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。高碳鉻軸承鋼含碳量很高，冷坯在加熱過程中，熱量的傳導(dǎo)是由表及里的，從鋼坯的表面到中心存在著溫度梯度，在鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力作用的結(jié)果，使鋼坯的表層受到壓應(yīng)力，而鋼坯中心會受到拉應(yīng)力，由于鋼坯中心部位是低溶點組分和雜質(zhì)富集的地方，強度最低，如果芯部已形成裂紋或形成較大的應(yīng)力，鋼坯在加熱及軋制過程中就會出現(xiàn)斷裂和裂紋現(xiàn)象，在大壓下量開坯時，鋼坯芯部裂紋會由內(nèi)擴展到表面，最后形成“鳥巢”裂口或直接斷裂。

軸承鋼生產(chǎn)必須保證100%的熱裝軋制，特殊情況下掉隊的鋼坯在冷裝時，加熱爐預(yù)熱段爐氣溫度必須≤580℃，并且要有足夠的預(yù)熱保溫時間，使鋼坯得到完全奧氏體化后，再快速升溫加熱。

3.3 大棒材白點缺陷

白點是特殊鋼中最可怕的一種缺陷，也是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼標(biāo)準(zhǔn)中都明確規(guī)定不允許存在的缺陷，含碳量≥0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，Cr鋼、CrMo鋼、CrSi鋼、CrMn 鋼、CrNi鋼、CrMnSi鋼、CrNi-Mo鋼等合結(jié)鋼，彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼、模具鋼等特鋼均易產(chǎn)生白點缺陷?；翠撧D(zhuǎn)爐特鋼大棒材生產(chǎn)線調(diào)試初期，由于緩冷坑未及時建成，導(dǎo)致大棒材生產(chǎn)線調(diào)試期間部分鋼種、部分規(guī)格鋼材出現(xiàn)白點缺陷。

根據(jù)分析采取以下改進(jìn)措施:①優(yōu)化大棒材的轉(zhuǎn)爐真空處理－鑄坯冷/熱裝－鋼材堆/坑冷等工藝路線和相關(guān)工藝參數(shù)，提高特鋼產(chǎn)品的質(zhì)量保證系數(shù)。②優(yōu)化大棒材入坑溫度、揭蓋時間、揭蓋溫度、出坑時間及出坑溫度，保證大棒材有足夠的緩冷效果。③特鋼大棒材全部采用超聲波探傷檢驗出廠，進(jìn)一步保證特鋼棒材產(chǎn)品質(zhì)量。

3.4 大棒材皮下微裂紋

淮鋼大棒材生產(chǎn)線調(diào)試期間生產(chǎn)的GCr15、LTB5、40Mn2H 等 鋼 種，規(guī) 格 為 Φ95mm、Φ115mm、Φ130mm及Φ125mm等，經(jīng)酸洗檢查發(fā)現(xiàn)鋼材表面有通長樹皮狀裂紋，嚴(yán)重影響特鋼大棒材的質(zhì)量，GCr15軸承鋼酸洗后表面樹皮狀裂紋形態(tài)如圖4所示。

圖4 裂紋形態(tài)

通過對大棒材生產(chǎn)線開坯機及連軋機軋輥表面磨損情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)開坯機Φ380 mm規(guī)格系列軋輥，第一、二、三道孔型表面磨損嚴(yán)重，孔型表面有眾多的細(xì)小凸塊，鋼坯在開坯過程中表面形成細(xì)小的凹坑，在其后的軋制延伸過程中小凹坑被拉長，在鋼材表面形成通長的樹皮狀裂紋，由于鋼材表面有一層氧化鐵皮覆蓋，黑皮材表面看不到裂紋，但經(jīng)酸洗后裂紋就完全暴露出來。

根據(jù)分析采取以下改進(jìn)措施:加大開坯機軋輥冷卻水流量，保證軋輥有較好的冷卻效果，延長軋輥使用壽命，生產(chǎn)過程中勤檢查軋件中間料型及成品鋼材的表面質(zhì)量情況，加強對開坯機、連軋機孔型磨損情況檢查，發(fā)現(xiàn)孔型磨損嚴(yán)重的要求及時更換軋輥或孔型。

3.5 大棒材硬度高原因分析與改進(jìn)措施

淮鋼大棒材生產(chǎn)線調(diào)試期間生產(chǎn)42CrMo、40MnBH、40Cr和45#等鋼種，用戶普遍反映鋼材硬度比其他廠偏高，造成用戶使用困難，刀具車削磨損嚴(yán)重，加工時間延長，影響生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。另外，有客戶要求42CrMo熱軋棒材表面硬度不得大于255HB，而實際硬度在300HB左右，造成質(zhì)量異議。

對用戶使用淮鋼及其他鋼廠生產(chǎn)的相同規(guī)格的42CrMo取樣進(jìn)行硬度、成分、組織、珠光體以及顯微硬度的分析對比，發(fā)現(xiàn)淮鋼與其他鋼廠生產(chǎn)的42CrMo化學(xué)成分沒有大的區(qū)別，但淮鋼熱軋材珠光體片層間距細(xì)小(如圖5所示)，其它鋼廠生產(chǎn)的42CrMo珠光體片層間距粗大(如圖6所示)?；翠撲摬挠捕雀叩脑蚴菬彳埡罄鋮s速度太快，生成了珠光體片層間距細(xì)小的索氏體組織。

圖5 淮鋼 圖6 其他鋼廠

通過控制軋后鋼材上第一段冷床的冷卻速度，將冷床的第一段下部夾層封閉，冷床上面加保溫罩，四周加圍板，減少空氣對流，降低軋材冷卻速度，鋼材出第一段冷床后可以正?？焖倮鋮s，并保證鋼材在400℃～450℃入坑緩冷，避免了鋼材彎曲而產(chǎn)生矯直成本。

4 改進(jìn)效果

1)通過對熱鋸擋水板及水槽的技改，以及大棒材白點缺陷的預(yù)防措施的實施，淮鋼生產(chǎn)的GCr15軸承鋼、60Si2CrVAT彈簧鋼、LT－B6鋼球用鋼以及CrMo鋼、CrSi鋼、CrMn鋼、CrNi鋼、CrNiMo鋼等合結(jié)鋼，經(jīng)低倍檢驗和超聲波探傷檢驗，未發(fā)生一起鋼的白點或內(nèi)裂紋缺陷的質(zhì)量事問題。

2)通過大棒材皮下微裂紋的預(yù)防措施的實施，淮鋼大棒材皮下的樹皮狀裂紋問題得到徹底解決，減少了鋼材的修磨量，約80%的鋼種實現(xiàn)了黑皮交貨，有效的減低生產(chǎn)成本。

3)通過控制大棒材表面硬度的措施，淮鋼42CrMo、40MnBH、45#等大棒材的表面硬度得到有效的控制，特別是42CrMo鋼的表面硬度能夠控制在250HB以下，滿足用戶的使用要求，未發(fā)生一起因硬度高產(chǎn)生的質(zhì)量異議。

4)通過對高碳鉻軸承鋼的冷裝和熱裝加熱工藝的改進(jìn)，已經(jīng)徹底解決軸承鋼連鑄大圓坯的"鳥巢"開裂問題，淮鋼生產(chǎn)約20萬t的GCr15軸承鋼，沒有出現(xiàn)一起連鑄大圓坯"鳥巢"開裂問題。

5 結(jié)語

淮鋼轉(zhuǎn)爐特鋼大棒材生產(chǎn)線，通過采用熱鋸冷卻裝置及一種大棒生產(chǎn)工藝等專利技術(shù)，在生產(chǎn)過

程中不斷優(yōu)化優(yōu)特鋼的加熱制度、軋制及緩冷等工藝制度和技術(shù)手段，既保證了淮鋼轉(zhuǎn)爐特鋼大棒材產(chǎn)品的表面及內(nèi)部質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率?；翠撧D(zhuǎn)爐特鋼大棒材產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、鐵路、船舶、石油、海洋、工程機械等領(lǐng)域，目前已生產(chǎn)優(yōu)特鋼大棒材150多萬噸，為淮鋼創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］國家實用新型專利，熱鋸冷卻裝置，專利號:ZL 2009 2 0041424.7

［2］許加陸，袁文軍，袁敏，等.高碳鉻軸承鋼連鑄圓坯冷裝加熱工藝分析.現(xiàn)代冶金，2010(4):31－33.

DISCUSSION ON THE IMPROVEMENT PRACTICE OF PRODUCT QUALITY IN BIG BAR PRODUCTION LINE

Xu Jialu Zhou Hao Wang Tianzun
(Zhongtian Iron and Steel Group.Co.，Ltd)

The following items of the large sized bar production line with converter in Huaigang are introduced in this paper:product mix，characteristics of production process，technical equipment level and the process practice of quality and special steel process practice in recent years.

quality and special steel bar technical equipment process practice

2011—12—29