天鋼線材質(zhì)量問(wèn)題及改進(jìn)

謝廣平，孫 偉，吳 波

（1.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司高線廠，天津 300301；2.天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

1 引言

當(dāng)前我國(guó)線材產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，已經(jīng)取得了一定成果，但與世界先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的距離，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量方面均不能滿足市場(chǎng)需求，產(chǎn)能過(guò)剩和高附加值產(chǎn)品比例的缺失問(wèn)題日益突顯[1-4]。天鋼的高速線材軋機(jī)投產(chǎn)和引進(jìn)較晚，高速線材生產(chǎn)線兩條（軋制速度達(dá)到100 m/s），屬于第Ⅴ、Ⅵ代摩根軋機(jī)，裝備達(dá)到世界先進(jìn)水平。為了進(jìn)一步提高天鋼線材產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)高線生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中制約和影響線材產(chǎn)品質(zhì)量的因素進(jìn)行了探討，同時(shí)對(duì)現(xiàn)存的質(zhì)量問(wèn)題提出具體的應(yīng)對(duì)措施。

2 天鋼高線生產(chǎn)工藝流程（見(jiàn)圖1）

圖1 天鋼高線生產(chǎn)工藝流程圖

3 影響線材質(zhì)量的工藝因素

3.1 煉鋼

煉鋼目的是通過(guò)供氧、造渣、加合金、攪拌、升溫等手段冶煉出合格的鋼水，澆注成鑄坯[5]。煉鋼和連鑄工序是保證線材產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)線材鋼種自身特性選擇合理的冶煉和連鑄工藝，一方面要進(jìn)行窄成分控制，保證線材通條均勻性要求，另一方面通過(guò)終點(diǎn)控制、鎮(zhèn)靜時(shí)間和保護(hù)澆注等措施提高鋼水純凈度，降低線材產(chǎn)品的夾雜物；采用低過(guò)熱度和恒定拉速等措施減緩鑄坯偏析，提高內(nèi)部和表面質(zhì)量，以保證線材內(nèi)外組織均勻性，避免工藝不當(dāng)，出現(xiàn)的線材力學(xué)性能不穩(wěn)定、夾雜物超標(biāo)、偏析等缺陷。

3.2 軋制

3.2.1 加熱

鋼坯加熱的目的是提高塑性、降低變形抗力，同時(shí)減小和消除連鑄坯偏析等缺陷。加熱制度主要包括加熱溫度、加熱速度、加熱時(shí)間、加熱方式等幾個(gè)方面[6]。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要根據(jù)鋼種自身特性、鋼坯的形狀尺寸、裝爐條件以及加熱爐爐型等因素綜合考慮加熱工藝。如果加熱工藝不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)各種加熱缺陷，如氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒等[7-8]。

3.2.2 控制軋制和控制冷卻

軋制是通過(guò)軋制溫度、壓下量、軋制速度以及終軋溫度等工藝參數(shù)控制，調(diào)整奧氏體組織形態(tài)，達(dá)到細(xì)化組織，提高強(qiáng)度和韌性的目的。線材軋制過(guò)程對(duì)線材質(zhì)量至關(guān)重要，必須在軋制過(guò)程中采用嚴(yán)格的工藝制度進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制。軋制制度包括壓下量、軋制速度、軋制溫度、張力控制以及孔型等幾個(gè)方面[9-10]。在實(shí)際軋制生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)鋼種、使用要求、設(shè)備能力等方面綜合考慮制定合理的軋制制度，一般軋制過(guò)程中常見(jiàn)缺陷有：尺寸超差、耳子、折疊、結(jié)疤、劃痕、麻面等[11-12]。

冷卻是通過(guò)控制熱軋鋼材軋后冷卻條件來(lái)控制奧氏體組織狀態(tài)、相變條件、碳化物析出行為、相變后鋼的組織和性能。冷卻條件不同會(huì)得到不同的組織和性能，控制冷卻可以達(dá)到要求的性能，通過(guò)控制冷卻能夠在不降低韌性的前提下進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度[9-10]。本廠采用的斯太爾摩冷卻線冷卻，最大的特點(diǎn)是可以適應(yīng)不同鋼種的需要，具有3 種冷卻形式，分別為標(biāo)準(zhǔn)型、緩慢型和延遲型。與斯太爾摩冷卻速度相關(guān)的因素主要有：吐絲溫度、相變區(qū)冷卻速度（輥道速度和風(fēng)機(jī)開啟度）及集卷溫度等多個(gè)因素，而這幾個(gè)因素仍是綜合考慮冷卻速度的合理控制，如果冷卻過(guò)慢，就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度低及表面脫碳等質(zhì)量問(wèn)題；但如果冷速過(guò)快，尤其對(duì)于小規(guī)格產(chǎn)品，就會(huì)出異常組織、強(qiáng)度過(guò)高或時(shí)效效果不明顯等問(wèn)題[13]。

4 線材產(chǎn)品存在的質(zhì)量問(wèn)題及對(duì)策

目前天鋼高線廠在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，品種鋼占有率達(dá)70%以上。然而在實(shí)際生產(chǎn)中軋制速度太快，通過(guò)的機(jī)架較多，出現(xiàn)問(wèn)題的隨機(jī)性強(qiáng)，仍然存在由各個(gè)工藝因素產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

4.1 表面裂紋和脫碳

表面裂紋主要特征為：存在于表面，深度大小不同，有平直、彎曲和折曲的形狀，以一定角度向線材內(nèi)部滲透，如圖2 所示。

圖2 表面裂紋和脫碳

為減少盤條表面裂紋，采取了如下措施：

（1）提高鑄坯質(zhì)量，防止非金屬夾雜物、氣泡、偏析等缺陷產(chǎn)生，同時(shí)加強(qiáng)堆冷效果；

（2）定期檢查導(dǎo)衛(wèi)是否對(duì)中，導(dǎo)衛(wèi)中有否存在氧化鐵皮堵塞；

（3）定期檢查軋槽是否過(guò)度磨損或因處理堆鋼事故時(shí)損傷了軋槽。

脫碳是線材常見(jiàn)缺陷，是線材生產(chǎn)關(guān)鍵問(wèn)題之一。脫碳會(huì)使鋼的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、使用壽命等方面性能顯著下降，工具鋼、滾珠軸承鋼、彈簧鋼、高碳鋼等特殊鋼均對(duì)脫碳有嚴(yán)格要求。減緩脫碳的主要措施：進(jìn)行快速加熱，縮短鋼在高溫區(qū)域停留時(shí)間，正確選擇加熱溫度，避開易脫碳鋼的脫碳峰值范圍；適當(dāng)調(diào)節(jié)和控制爐內(nèi)氣氛，對(duì)易脫碳鋼使?fàn)t內(nèi)保持氧化氣氛，使氧化速度大于脫碳速度等。設(shè)定合理的吐絲溫度，盡快完成相變，減少在高溫停留時(shí)間。

4.2 劃傷

劃傷是盤條軋制后存在的表面缺陷，其主要特征為沿軋制方向上呈現(xiàn)直線形溝狀且可見(jiàn)溝底的缺陷，在線材全長(zhǎng)上呈現(xiàn)連續(xù)或不連續(xù)的分布，如圖3所示。劃傷的出現(xiàn)主要是由于成品通過(guò)有缺陷的設(shè)備，如導(dǎo)衛(wèi)、活套、水冷箱、夾送輥、吐絲機(jī)、散卷輸送線、集卷器及打捆機(jī)等造成的。主要預(yù)防的措施為及時(shí)檢查和維護(hù)設(shè)備損耗情況，及時(shí)調(diào)整和更換配件。如定期檢查導(dǎo)衛(wèi)，調(diào)整孔型和導(dǎo)衛(wèi)的對(duì)中性等。

圖3 表面劃傷

4.3 表面凹凸不平

表面凹凸不平是線材表面上有許多細(xì)小凹點(diǎn)組成的片狀粗糙面，也叫麻面。在線材的全長(zhǎng)連續(xù)或周期出現(xiàn)，如圖4 所示。產(chǎn)生麻面缺陷主要是軋槽冷卻不當(dāng)或嚴(yán)重磨損，應(yīng)及時(shí)檢查軋輥冷卻和軋槽表面磨損及銹蝕情況，并按計(jì)劃更換軋槽。

4.4 折疊和結(jié)疤

折疊和結(jié)疤是線材常見(jiàn)的缺陷。折疊是指線材表面沿軋制方向平直或彎曲的細(xì)線，通常與盤條表面呈某一角度分布，很長(zhǎng)且形狀相似，如圖5 所示。產(chǎn)生折疊的相關(guān)因素有：孔型過(guò)充滿或欠充滿，軋制張力不穩(wěn)以及導(dǎo)衛(wèi)不對(duì)中或磨損嚴(yán)重等，認(rèn)真檢查輥環(huán)、軋槽的使用情況，定期檢查紅坯尺寸和導(dǎo)衛(wèi)，如有問(wèn)題及時(shí)更換。

結(jié)疤是指線材表面黏結(jié)金屬片而形成的疤皮，一般呈舌頭形或指甲形，其空而厚的一端與線材基體相連，如圖6 所示。在軋制中產(chǎn)生結(jié)疤的原因有：軋槽嚴(yán)重磨損；外界金屬物落在軋件表面；輥環(huán)“掉肉”或?qū)l(wèi)有毛刺等。因此在軋制前認(rèn)真檢查軋槽是否有缺陷，定期更換軋槽；認(rèn)真清理導(dǎo)衛(wèi)間的金屬碎屑。

圖6 結(jié)疤缺陷形貌

總的來(lái)說(shuō)，從提高線材產(chǎn)品質(zhì)量和表面質(zhì)量穩(wěn)定性角度，在以后應(yīng)當(dāng)開展如下工作：

（1）從鋼水冶煉起，嚴(yán)格執(zhí)行高效冶煉操作，提高鋼水純凈度，精煉時(shí)強(qiáng)化鋼中成分波動(dòng)的控制，同時(shí)嚴(yán)格控制夾雜物產(chǎn)生的數(shù)量和形態(tài)，連鑄選擇合理的冷卻制度，采取首末端電磁攪拌，保證連鑄坯的冷卻凝固效果，降低鑄坯的中心疏松和偏析。

（2）在軋制過(guò)程中采用合適的控軋控冷工藝制度，控制各機(jī)架進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)的安裝精度和對(duì)中度，合理設(shè)定微張力及活套高度，保證線材的表面質(zhì)量和尺寸精度。通過(guò)軋制溫度和冷速的合理控制，保證線材產(chǎn)品的組織和性能均勻性和穩(wěn)定性。

（3）制定嚴(yán)格的軋制作業(yè)制度，避免人為因素影響產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢和過(guò)程控制，嚴(yán)格檢查在線使用的備品備件，減少設(shè)備因素的影響。

（4）對(duì)成品線材采取有效的防護(hù)措施，最大限度地保護(hù)線材不被擠壓、擦傷、碰傷，盡量消除盤條輕微缺陷對(duì)線材質(zhì)量的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

天鋼高線廠自投產(chǎn)以來(lái)，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量控制方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)各工藝環(huán)節(jié)影響因素的嚴(yán)格控制，產(chǎn)品力學(xué)性能和表面質(zhì)量趨于穩(wěn)定，工藝操作水平不斷提高。

[1]張?jiān)迄i.我國(guó)高速線材生產(chǎn)的現(xiàn)狀及新技術(shù)的應(yīng)用[J].包鋼科技，2008，34（2）：4-6.

[2]何軍.我國(guó)線材生產(chǎn)消費(fèi)狀況和發(fā)展趨勢(shì)[J].鋼鐵技術(shù)，2009（5）：23-27.

[3]羅安智，龍莉，王興連，等.我國(guó)線材生產(chǎn)需求現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].冶金信息導(dǎo)刊，2010（5）：13-16.

[4]韓方君，曹貴有，苑士學(xué)，等.我國(guó)線材生產(chǎn)的現(xiàn)狀[J].黑龍江冶金，2006（3）：41-42.

[5]王雅貞，張巖，張紅文.氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝與設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[6]戚翠芬.加熱爐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[7]付國(guó)平，閆和平.高速線材加熱爐與鋼坯加熱[J].冶金能源，2009，28（3）：32-35.

[8]楊建斌，薛白，任德勁，等.影響鋼氧化的因素及改進(jìn)措施[J].工業(yè)爐，2011，33（6）：53-55.

[9]王有銘，李曼云，韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[10]孫慎宏.控軋控冷及其作用分析[J].特殊鋼技術(shù)，2005（4）：24-27.

[11]羅德信，蔣躍東，朱敏.熱軋線材表面缺陷分析與改進(jìn)措施[J].鋼鐵研究，2011，39（增1）：149-151.

[12]卿俊峰，余萬(wàn)華，王紹斌，等.高速線材控冷工藝研究與應(yīng)用[J].重鋼技術(shù)，2008，51（4）：40-48.