八鋼高線生產(chǎn)φ12.5mm 82B 工藝分析

李鋼，雷洪

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部）

1 前言

八鋼高速線材機(jī)組生產(chǎn)82B 的工藝路線為高爐鐵水→鐵水預(yù)處理→150t 轉(zhuǎn)爐→150t LF 精煉爐→連鑄→高速線材軋制→斯太爾摩風(fēng)冷線→成品檢驗(yàn)→打包→入庫。隨著市場(chǎng)對(duì)82B 需求量的增加、對(duì)產(chǎn)品拉拔性能要求有所提高。為保證82B 鋼材性能的穩(wěn)定，根據(jù)八鋼高線裝備的實(shí)際情況，結(jié)合φ12.5mm 82B 的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，形成了穩(wěn)定的工藝控制措施。

2 產(chǎn)品質(zhì)量控制要求

2.1 化學(xué)成分

82B 盤條主要用于生產(chǎn)鋼絲繩、輪胎鋼絲、鋼絞線、預(yù)應(yīng)力鋼絲和彈簧，它要求其產(chǎn)品要具有較高強(qiáng)度和塑性。為滿足1130-1280 MPa 級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線對(duì)盤條高強(qiáng)度、高塑性和高韌性的要求，成分設(shè)計(jì)依據(jù)JISG3506-2004《預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條》的SWRH82B 盤條的化學(xué)成分，參照國內(nèi)同類生產(chǎn)廠家要求，以及八鋼公司多年來生產(chǎn)優(yōu)鋼經(jīng)驗(yàn)，通過適當(dāng)添加微合金化元素Cr、V，減少有害元素P、S 含量，并且為均勻化學(xué)成分拉窄主控元素的控制范圍，經(jīng)優(yōu)化形成V 系的系列82B 產(chǎn)品。其主要化學(xué)成分見表1。

2.2 金相組織及性能

82B 盤條主要用于生產(chǎn)鋼絲繩、輪胎鋼絲、鋼絞線、預(yù)應(yīng)力鋼絲和彈簧，它要求其產(chǎn)品不僅具有較高強(qiáng)度和塑性，同時(shí)還具備優(yōu)良拉拔深加工性能，因此，其理想組織為索氏體，即為索氏體+微量珠光體+極少量滲碳體組織；同時(shí)還應(yīng)避免中心網(wǎng)狀滲碳體、馬氏體、貝氏體及有害的脆性組織。

表1 82B 高碳鋼盤條化學(xué)成分%

3 軋制工藝要求

3.1 加熱制度

加熱段溫度1150～1190℃；均熱段溫度1100～1030℃；頭尾溫差≤20℃；開軋溫度980～1040℃；并且出鋼間隙≥25s，以減少因偏析引起的缺陷，采用減少加熱時(shí)的空燃比，適當(dāng)延長(zhǎng)其在爐內(nèi)的停留時(shí)間，尤其鑄坯在高溫段時(shí)間是加熱關(guān)鍵。

3.2 精軋溫度控制

八鋼一高線冷卻水箱布置如圖1所示。

圖1 八鋼一高線冷卻水箱布置示意圖

1#、2#水箱主要是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)軋件入精軋BGV的溫度，若入精軋BGV 的溫度過高，奧氏體晶粒過分長(zhǎng)大；而溫度過低，變形抗力大，對(duì)精軋BGV 機(jī)組輥環(huán)、輥軸及其機(jī)電設(shè)備帶來的損傷;根據(jù)“鐵－碳”合金相圖及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，軋件進(jìn)精軋BGV 的溫度控制在860℃～910 ℃，此范圍內(nèi)其變形抗力小、塑性好，經(jīng)精軋BGV 高速軋制后，終軋溫度可以控制在890℃～940℃，有利于對(duì)奧氏體晶粒度的控制。由于BGV 精軋后溫度較高，奧氏體晶粒迅速再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大，所以必須采取強(qiáng)制快冷對(duì)線材進(jìn)行水冷控制，以抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，有效控制晶粒度大小，為線材吐絲成圈后的風(fēng)冷控制做準(zhǔn)備。但水冷速度不能太快，否則線材芯部與線材表面的溫差太大，不利于線材質(zhì)量。為了減少線材芯部和表面溫差，精軋BGV 后的3#、4#、5#、6#水箱采用順序間斷式布置方式，由于冷卻是間斷性的，線材熱量從中心向表面擴(kuò)散，為使線材表面溫度高于600℃，其安全溫度不低于生成MS 的臨界溫度，避免線材表面生成不利拉拔的異常MS 和貝氏體組織；線材芯部和線材表面溫差控制是關(guān)鍵。據(jù)D.Lewis 計(jì)算，0.1s 水冷時(shí)間線材芯部和表面的溫差可達(dá)300 ℃，當(dāng)線材出水冷管后其表面溫度回升，要使線材整個(gè)橫斷面溫度均勻至少需0.3s，這樣通過水冷段至少需0.4s[1]。φ12.5mm 線材通過水箱的時(shí)間約為0.162s，回復(fù)時(shí)間約為0.56s。理論上，線材穿過水箱后至吐絲時(shí)內(nèi)外溫差不會(huì)太大，約在50℃。

3.3 軋后控制冷卻工藝

3.3.1 控冷工藝分析

根據(jù)控制冷卻工藝參數(shù)設(shè)計(jì)原理，借鑒國內(nèi)成分相近、斯太爾摩線設(shè)備配置基本相同的國內(nèi)同類高線機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，如安陽、本鋼北營等高線機(jī)組生產(chǎn)φ12.5mm 82B 控冷工藝及梁皖倫等人采用Gleeble-2000 制定的82B 相變過程的CCT 曲線（見圖2），結(jié)合八鋼公司生產(chǎn)優(yōu)鋼經(jīng)驗(yàn)，制定了生產(chǎn)82B的控冷工藝制度。

圖2 82B 相變過程的CCT 曲線

由于82B 含碳量高，屬過共析鋼，因此軋后控制冷卻首先要避免盤條中出現(xiàn)二次滲碳體形成的中心網(wǎng)碳，同時(shí)盡量獲得較多的細(xì)層狀珠光體（索氏體含量不小于85%）。首先要避免有害的異常組織產(chǎn)生，即先共析鐵素體和二次滲碳體相，它們的形成除了與化學(xué)成分有關(guān)外，還有吐絲后82B 線材的奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的冷卻速度。為此八鋼公司在82B成分設(shè)計(jì)中添加了少量的Cr，使奧氏體更加穩(wěn)定，CCT 曲線右移，降低了相變溫度點(diǎn)，相變點(diǎn)在620～645℃。因此，為了得到較多量的索氏體，應(yīng)使盤條在稍小于630℃的某個(gè)溫度范圍內(nèi)完成奧氏體向珠光體相變的充分轉(zhuǎn)變，從而得到最大量的索氏體。符合金屬學(xué)有關(guān)在控制冷卻過程中，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w時(shí)，轉(zhuǎn)變溫度越低，珠光體片層間距越小，形成具有很好的強(qiáng)度及塑性索氏體，且過冷奧氏體首先在晶界處析出二次滲碳體，然后析出珠光體和鐵素體。因此，相變前奧氏體應(yīng)具有較大的過冷度和冷卻速度，不但可以提高相變動(dòng)力，還可以避免二次滲碳體的產(chǎn)生。達(dá)到相變點(diǎn)后，應(yīng)使盤條緩慢冷卻，相變能夠充分的完成，有利于提高索氏體比例[2]。

3.3.2 φ12.5mm 82B 控冷工藝實(shí)績(jī)

八鋼一高線機(jī)組冷卻線下方布置有27 臺(tái)風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)風(fēng)門設(shè)有2 檔, 輥道速度在0.15 ～ 1.20m/s 。φ12.5mm82B 線材采用標(biāo)準(zhǔn)型控冷方式, 1#-18#風(fēng)機(jī)全部開至100%;輥道速度選擇起步0.60m/s，速度按5%遞增。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)各段溫度,可計(jì)算各段平均冷卻速度，見圖3。

圖3 φ12.5mm 82B 線材在風(fēng)冷線冷卻曲線

由圖3 分析φ12.5mm 82B 線材在風(fēng)冷線冷卻曲線：（1）從吐絲機(jī)至1#風(fēng)機(jī),線材溫度從855℃降至815℃,此段因吐絲要求設(shè)置密集輥道，同時(shí)由于線材表面和芯部均溫要求，故冷卻速度較低；（2）1#-5#風(fēng)機(jī)間由于高溫?zé)彷椛浼按箫L(fēng)量風(fēng)機(jī)強(qiáng)冷的對(duì)流傳導(dǎo),溫度下降較快,最大冷卻速度達(dá)12.7℃/s;（3）5#-10#風(fēng)機(jī)，自5#風(fēng)機(jī)開始,溫降減慢,線材開始發(fā)生相變,這一轉(zhuǎn)變過程是一個(gè)發(fā)熱過程,因而減弱了風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻的降溫效果,冷卻速度下降;在9#風(fēng)機(jī)處即645 ℃這種相變過程最為激烈,相變的放熱稍大于風(fēng)機(jī)強(qiáng)冷的散熱，直至10#風(fēng)機(jī)；（4）10#-13#風(fēng)機(jī)，此區(qū)間運(yùn)行線材相變的放熱與風(fēng)機(jī)冷卻的散熱達(dá)到熱平衡,溫度約645℃，此時(shí)溫降與冷卻速度為0；（5）13#-16#隨后相變逐步減弱,而風(fēng)機(jī)不變,冷卻效果相對(duì)加強(qiáng),冷卻速度逐步上升;在16#風(fēng)機(jī)處達(dá)580℃；（6）16#- 集卷井，16#風(fēng)機(jī)前線材因風(fēng)強(qiáng)冷表面降溫較快,線材表面與芯部溫差增大,芯部向表面?zhèn)鳠嵩隹?16#之后使冷卻速度下降，因線材約580℃之后其散熱方式主要為對(duì)流傳熱。隨著線材溫度的降低,冷卻速度下降,此時(shí)線材仍為降溫過程。

由φ12.5mmSWRH82B 在風(fēng)冷線的冷卻行為得出：（1）φ12.5mmSWRH82B 線材的相變溫度為645℃,相變主要發(fā)生在10#～ 14#風(fēng)機(jī)輥道區(qū)域附近,其中在12#風(fēng)機(jī)輥道處相變最激烈。

（2）因風(fēng)冷線線材溫降曲線測(cè)試是在夏季,氣溫在32℃,在此情況下，盤卷散熱與相變放熱在12#風(fēng)機(jī)輥道處達(dá)到平衡。夏季氣溫高,冷卻速度變慢，相變溫度將升高，由于相變放熱可能大于散熱量，線材出現(xiàn)升溫過程，相變時(shí)間延長(zhǎng),相變后珠光體晶粒長(zhǎng)大，片間距增大，導(dǎo)致強(qiáng)度及塑性下降，這就是夏季與冬季線材性能有差別的原因。

（3）在冬季線材冷卻速度快,相變發(fā)生在較低溫度,為了使轉(zhuǎn)變更充分,適當(dāng)延長(zhǎng)等溫時(shí)間。為使奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變更完全,由殘余奧氏體引起中心偏析進(jìn)而導(dǎo)致脆斷的現(xiàn)象將大為減少。

82B 盤條斯太爾摩風(fēng)冷線上的珠光體轉(zhuǎn)變是在連續(xù)冷卻過程中在一定溫度范圍內(nèi)完成的。因此要使斯太爾摩線上的控制冷卻操作盡可能模擬鉛浴淬火條件，通過奧氏體相變控制，確保通過運(yùn)輸機(jī)風(fēng)冷經(jīng)相變來得到精確的顯微組織。

4 工藝優(yōu)化

（1）由于八鋼一高線斯太摩散卷運(yùn)輸機(jī)的風(fēng)機(jī)冷卻能力偏弱，在生產(chǎn)φ12.5mm 82B 時(shí)，φ12.5mm 82B 盤卷在散卷運(yùn)輸機(jī)的冷卻速度較低，僅為8.75℃/S 盤條中偶爾會(huì)出現(xiàn)了明顯的先共析二次中心滲碳體，如圖4（a）由于該組織的產(chǎn)生惡化了其拉拔性能，造成廢品，通過加熱制度優(yōu)化和精軋BGV 入、出溫度控制形成（b）無先共析滲碳體的索氏體組織。

（2）由于新疆冬、夏季生產(chǎn)環(huán)境的氣溫的變化劇烈，溫差達(dá)約60℃；冬季12月～3月對(duì)82B 性能及組織變化影響較大，因此在冬季的生產(chǎn)中要進(jìn)一步加強(qiáng)控冷控軋工藝的控制。

圖4 工藝改進(jìn)前后82B 金相組織

（3）八鋼公司高線精軋BGV 機(jī)組前水箱、吐絲前水箱均采用開環(huán)控制，且精軋機(jī)組入口溫度為860～910℃，吐絲溫度為850～880℃，工藝窗口小、影響其變化的因素多、控制調(diào)整滯后，開環(huán)控制受經(jīng)驗(yàn)和人為因素影響大。生產(chǎn)φ12.5mm82B 規(guī)格產(chǎn)品，受斯太爾摩線相變前冷卻風(fēng)機(jī)冷卻能力制約，對(duì)線材組織、性能和質(zhì)量較難控制，建議對(duì)精軋BGV機(jī)組前水箱和吐絲前水箱的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)改造，使線材進(jìn)精軋BGV 溫度和吐絲溫度的控制具備閉環(huán)控制功能，以確保BGV 入口溫度和吐絲溫度的設(shè)定溫度與實(shí)際溫度的偏差在±15℃以內(nèi)；同時(shí)考慮改造斯太摩冷卻線快冷風(fēng)機(jī)，通過風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變頻調(diào)速和增大快冷風(fēng)機(jī)功率和風(fēng)量。提高吐絲后奧氏體冷卻速度，使奧氏體冷卻速度工藝調(diào)整窗口變大，以確保φ12.5mm 82B 性能穩(wěn)定、可靠。

5 結(jié)束語

因八鋼一高線斯太爾摩散卷運(yùn)輸機(jī)的風(fēng)機(jī)冷卻能力受限，在生產(chǎn)φ12.5mm82B 時(shí)對(duì)控溫、控制冷卻工藝的控制提出了更高要求。建議對(duì)精軋BGV 和減定徑入口溫度的閉環(huán)控制的系統(tǒng)、斯太爾摩風(fēng)冷系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高溫控精度和風(fēng)冷線奧氏體冷卻速度，不斷完善冷卻工藝，從根本上消除82B 金相顯微組織出現(xiàn)中心網(wǎng)碳、貝氏體、馬氏體異常組織問題，提高產(chǎn)品組織及性能的穩(wěn)定性。