曹敏

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司高線廠 湖南湘潭 411101）

高速線材軋制工藝的進(jìn)步

曹敏

（湖南華菱湘潭鋼鐵集團(tuán)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(jì)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(jìn)步與技術(shù)的發(fā)展，高速線材軋制工藝不斷的進(jìn)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(jìn)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(kuò)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(jì)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(jī)的分類

按照軋制速度可將現(xiàn)代軋機(jī)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(jī)，其中高速無扭線材軋機(jī)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(jī)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(jī)近110套，其中復(fù)二重軋機(jī)占一半，橫列式線材軋機(jī)有近30套（將逐步被淘汰）；其余40多套屬于高速線材軋機(jī)，其中從國外引進(jìn)的高水平線材軋機(jī)有20多套，國產(chǎn)高速線材軋機(jī)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(jī)，高線比為零；線材自給率為60%。國內(nèi)線材缺口很大，每年進(jìn)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(dá)100%，進(jìn)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(jìn)口。

（3）1993～1994年，國產(chǎn)線材大幅增長，但滿足不了國民經(jīng)濟(jì)迅猛增長的需求，造成線材大量進(jìn)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(dá)46.7%，這又是一個可喜變化。

2.3 我國與國外線材生產(chǎn)強(qiáng)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(qiáng)國。目前我國還有部分線材品種仍然依靠進(jìn)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(dá)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(jìn)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(dá)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(dá)133μm，一般為≥50μm，進(jìn)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(jī)與其他先進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)，由粗軋及精軋兩列橫列式軋機(jī)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(jī)。粗軋及中軋采用連軋，精軋機(jī)組仍采用橫列式軋機(jī)（復(fù)二重軋機(jī)是半連續(xù)式軋機(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)行。因此，高速無扭精軋是高速線材軋機(jī)的一個基本特點。

盤重是線材軋機(jī)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(dá)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(jī)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(jī)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(dá)±0.lmm，個別的甚至可達(dá)± 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(qiáng)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)不可分割的組成部分，是高線軋機(jī)區(qū)別于老式線材軋機(jī)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(jìn)人精軋機(jī)的軋件偏差不大于±0.30mm。當(dāng)成品精度要求小于±0.15mm時，進(jìn)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(jī)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(jī)精度必須高，必須減少槽孔加工誤差和軋機(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)步促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)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。