高速線材軋制工藝的進步

曹敏

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團有限公司高線廠 湖南湘潭 411101）

高速線材軋制工藝的進步

曹敏

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團有限公司高線廠 湖南湘潭 411101）

線材是一種極為重要的工業(yè)材料，在經(jīng)濟發(fā)展中起著十分重要的作用，我國每年都會消耗大量的線材，但是我國線材每年的生產(chǎn)量卻并不高。隨著科技的進步與技術(shù)的發(fā)展，高速線材軋制工藝不斷的進步，本文就此探討一下高速線材軋制工藝的發(fā)展歷程。

高速；線材；軋制；工藝；進步

1 線材簡介

線材一般是指直徑為5～16mm的熱軋圓鋼或相當(dāng)該斷面的異型鋼，因以盤卷狀態(tài)交貨，統(tǒng)稱為線材或盤條。國外線材規(guī)格已擴大到φ50mm。常見線材多為圓斷面，異型斷面線材有橢圓形、方形及螺紋形等，但生產(chǎn)數(shù)量很少。線材品種按化學(xué)成分分類，一般分為低碳線材（稱軟線）、中高碳線材（硬線），還有低合金與合金鋼線材、不銹鋼線材及特殊鋼線材（軸承、工具、精密等）幾大類。量大面廣的品種屬碳素鋼線材，占線材總量的80～90%。線材在國民經(jīng)濟中的作用與地位較重要，是不可或缺的重要品種。

2 高速線材軋制工藝發(fā)展?fàn)顩r

2.1 現(xiàn)代軋機的分類

按照軋制速度可將現(xiàn)代軋機分為如下幾代：

第一代，1966～1969年，軋制速度43～50m/s；

第二代，1970～1975年，軋制速度50～60m/s；

第三代，1976～1978年，軋制速度61～75m/s；

第四代，1979～1980年，軋制速度75～80m/s；

第五代，1981～1985年，軋制速度80～100m/s；

第六代，1986年以后，軋制速度100～120m/s。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界上有近300條高速線材軋機，其中高速無扭線材軋機約260套（摩根式占170套），年產(chǎn)線材約7000萬t。其中高線產(chǎn)量約占80%以上，線材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量9～10%。各國的輸出量與輸人量平均在20%左右。美國是世界上最大的線材輸人國，每年線材消費量約800萬t，而本國每年只生產(chǎn)400～450萬t，輸人量占40～50%；日本是世界上線材輸出量最大國，每年線材產(chǎn)量約750萬t，輸出量約200萬t；世界上線材產(chǎn)量最大的國家是中國，2004年線材實際產(chǎn)量為4940萬（t其中1/3以上的線材，是復(fù)二重軋機生產(chǎn)的）。

2.2 我國線材生產(chǎn)發(fā)展?fàn)顩r

目前我國擁有線材軋機近110套，其中復(fù)二重軋機占一半，橫列式線材軋機有近30套（將逐步被淘汰）；其余40多套屬于高速線材軋機，其中從國外引進的高水平線材軋機有20多套，國產(chǎn)高速線材軋機有近20套。2004年，全國線材生產(chǎn)中，高線比已經(jīng)超過55%；但優(yōu)質(zhì)硬線比約10%，精煉比不到30%。

（1）1986年前，無高速線材軋機，高線比為零；線材自給率為60%。國內(nèi)線材缺口很大，每年進口線材200～300萬t。國產(chǎn)線材質(zhì)量較差，盤重小、化學(xué)成分不穩(wěn)定、表面質(zhì)量差、尺寸公差大、性能也較差等。

（2）1988～1992年，國產(chǎn)線材有很大改觀，高線比近30%，線材自給率達100%，進口逐年減少，出口逐年增加，歷史性變化的1991年，線材出口大于進口。

（3）1993～1994年，國產(chǎn)線材大幅增長，但滿足不了國民經(jīng)濟迅猛增長的需求，造成線材大量進口，線材自給率降到歷史最低點57%。

（4）1995～1999年，國產(chǎn)線材年凈增長200萬t以上，高速線材產(chǎn)量逐年大幅度提高，到1999年高線比達46.7%，這又是一個可喜變化。

2.3 我國與國外線材生產(chǎn)強國在線材生產(chǎn)方面的差距

我國雖然是線材生產(chǎn)大國，但還不能說是線材生產(chǎn)強國。目前我國還有部分線材品種仍然依靠進口維持生產(chǎn)、如鋼簾線、高應(yīng)力彈簧鋼、不銹鋼、冷鐓鋼等線材。在重要用途線材實物質(zhì)量方面，與發(fā)達國家仍有較大差距。

（1）化學(xué)成分。國外線材波動小且穩(wěn)定，一般波動在3個范圍；國內(nèi)在6～8個范圍，頭尾偏析更嚴(yán)重。

（2）表面質(zhì)量主要表現(xiàn)在脫碳層深度方面，國產(chǎn)一般為0.023～0.14mm，最深為0.23～0.35mm；國外一般0.02～0.05mm。

（3）金相組織。進口線材實測奧氏體晶粒度為5～6級，很均勻，索氏體一般85%以上。國產(chǎn)線材奧氏晶粒度2～7級，很不均勻，索氏體一般達不到85%，

（4）非金屬夾雜。國產(chǎn)線材夾雜多且顆粒很大，尤其是A12O3顆粒最長達133μm，一般為≥50μm，進口國外線材最大≥30μm，一般8μm左右。

（5）鋼中氣體含量也普遍比國外線材高，〔H〕、〔O〕、（N〕一般比國外線材高1～2倍甚至更高。

主要表現(xiàn)為線材在鋼材中的比例、控冷線材比、硬線比、合金線材比、制品用線材比、線材直徑、大規(guī)格盤條、盤重、減面率、氧化鐵皮量、散捆率、尺寸偏差、不圓度、通條屈服應(yīng)力差、含碳量、含磷量、含硫量等方面。

高速線材軋機與其他先進技術(shù)一樣也是時代的產(chǎn)物，是冶金技術(shù)、電傳電控技術(shù)、機械制造技術(shù)的綜合產(chǎn)物。

據(jù)記載，世界上第一臺線材軋機問世于17世紀(jì)，當(dāng)時是用鍛坯軋制線材。18世紀(jì)中期出現(xiàn)了比較正規(guī)的線材軋機，由粗軋及精軋兩列橫列式軋機組成，其軋速不超過8m/s。

20世紀(jì)初，開發(fā)了半連續(xù)式軋機。粗軋及中軋采用連軋，精軋機組仍采用橫列式軋機（復(fù)二重軋機是半連續(xù)式軋機的一個特例）。軋制速度提高到16m/s，盤重增加到100kg左右，尺寸精度較橫列式為好，但品種及質(zhì)量未有根本好轉(zhuǎn)。

3 高速線材軋制工藝的發(fā)展與進步

高速無扭精軋工藝是現(xiàn)代線材生產(chǎn)的核心技術(shù)之一，它是針對以往各種線材軋機存在諸多問題，綜合解決產(chǎn)品多品種規(guī)格、高斷面尺寸精度、大盤卷和高生產(chǎn)率的有效手段。唯精軋高速度才能有高生產(chǎn)率。才能解決大盤重線材軋制過程的溫降問題。精軋的高速度要求軋制過程中軋件無扭轉(zhuǎn)，否則事故頻發(fā)，軋制根本無法進行。因此，高速無扭精軋是高速線材軋機的一個基本特點。

盤重是線材軋機的基本工藝參數(shù)之一。近年盤重隨軋制速度的提高得到迅速增加。盤重可增大到1000～2000kg，個別的甚至達到2500kg。

隨著連續(xù)鑄鋼技術(shù)的發(fā)展和軋制速度的提高，軋機采用的坯料已從原來的邊長為80～100mm的方坯逐步發(fā)展到邊長為110～130mm的方坯，個別軋機已采用了邊長為180～200mm的方坯，為滿足增大盤重的需要，坯料斷面還有繼續(xù)增大的趨勢。

線材產(chǎn)品質(zhì)量包括外形、尺寸精度、表面質(zhì)量、化學(xué)成分、金相組織及力學(xué)性能幾個方面的內(nèi)容。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，用戶對產(chǎn)品質(zhì)量提出越來越高的要求。如：

目前φ5.5mm線材的尺寸精度可達±0.lmm，個別的甚至可達± 0.05mm。提高外形尺寸精度，一方面能減小超差廢品，提高收得率，另一方面，可為金屬制品提供優(yōu)質(zhì)原料，提高拉絲效率和拉模壽命，減少拉拔道次及動力消耗。

線材表面不得有裂縫、折疊、結(jié)疤、夾層等缺陷，允許有輕微的劃痕。對冷鐓、高碳鋼絲和琴鋼絲用線材，表面質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，一般必須作酸洗檢查。

含碳量在0.3%以上的線材，應(yīng)嚴(yán)格控制其表面脫碳，否則脫碳后的線材表面變軟，疲勞強度降低。

各種高質(zhì)量的線材在質(zhì)量控制上需要各工序都具備生產(chǎn)高質(zhì)量線材的能力，即：

（1）保證原料質(zhì)量。要求原料段具有原料檢測、檢查與清理修磨的手段，使投入的原料具有生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)線材的條件；

（2）采用步進式加熱爐，以保證靈活的加熱制度；

（3）在單線生產(chǎn)時粗軋采用平一立機組，減小軋件刮傷；

（4）盡可能使用滾動導(dǎo)衛(wèi)及硬面軋輥，保證軋件表面質(zhì)量。

以高速連續(xù)、大盤重方式生產(chǎn)的高線產(chǎn)品，終軋溫度比普線軋機更高，必須采用軋后控制冷卻工藝。

控制冷卻是分階段控制自精軋機軋出的成品軋件的冷卻速度，盡量降低軋件的二次氧化量，可根據(jù)鋼的化學(xué)成分和使用性能要求，使散卷狀態(tài)下的軋件從高溫奧氏體組織轉(zhuǎn)變成與所要求性能相對應(yīng)的常溫金相組織。

高線軋機問世后，大盤重自然冷卻使產(chǎn)品質(zhì)量惡化極為突出，這就使軋后控制冷卻工藝被廣泛采用，并隨用戶對產(chǎn)品日益提高的要求而逐漸完善。軋后控制冷卻工藝已成為高速線材軋機不可分割的組成部分，是高線軋機區(qū)別于老式線材軋機的特點之一。

主要條件是保證原料質(zhì)量、軋件精度、軋件溫度。應(yīng)保證進人精軋機的軋件偏差不大于±0.30mm。當(dāng)成品精度要求小于±0.15mm時，進入精軋的軋件偏差不應(yīng)大于成品尺寸偏差的2倍。必須嚴(yán)格控制鋼坯尺寸精度，鋼坯尺寸的波動對粗軋前幾道影響較大。為此近幾年粗軋機組都采用單獨傳動，以便及時靈活地調(diào)節(jié)軋制速度，保證微張力軋制。要保證軋件精度，軋機精度必須高，必須減少槽孔加工誤差和軋機部件間不可控制的配合間隙等造成的偏差誤差。要保障軋件精度，必須保證軋件溫度均勻穩(wěn)定，要求加熱溫度均勻、控冷設(shè)施靈敏。

4 結(jié)語

隨著材料的發(fā)展與進步，各種新的技術(shù)不斷的出現(xiàn)，得到了極為廣泛的應(yīng)用，其中不銹鋼線材以其良好的耐蝕性、耐高溫性、耐低溫性、耐磨性、抗磁性及外觀精美等特性，用途非常廣泛，在宇航、原子能、石油化工、海洋開發(fā)、醫(yī)療機械、輕工、食品、建筑及家用電器等方面占有重要地位。高速線材軋制工藝的進步促進了工業(yè)的發(fā)展與進步，促進了我國經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。

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TG335

A

1004-7344（2016）26-0229-02

2016-9-2

曹敏（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事高速線材軋制工藝工作。