宋琦

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司 山西太原 030003）

特殊鋼棒線材軋制工藝的發(fā)展趨勢(shì)

宋琦

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司 山西太原 030003）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新設(shè)備和新技術(shù)運(yùn)用到特殊鋼棒線的軋制作業(yè)中，特殊鋼棒線材的軋制工藝技術(shù)得到了很大的發(fā)展。本文主要闡述了特殊鋼棒線材軋制工藝的發(fā)展趨勢(shì)。

特殊鋼棒線；軋制；工藝

引言

特殊鋼是具有特殊的化學(xué)成分（合金化）、采用特殊的工藝生產(chǎn)、具備特殊組織和性能、能夠滿足特殊需要的鋼類。與普通鋼相比，特殊鋼具有更高的強(qiáng)韌性、物理性能、化學(xué)性能、生物相容性和工藝性能。而在特殊鋼的軋制工藝中，我國還存在很多的不足，需要向國外進(jìn)行借鑒和學(xué)習(xí)。

1 特殊鋼軋制目的

軋鋼是指連鑄坯、鋼錠或鋼坯被兩個(gè)互逆轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥拉入變形區(qū)在軋輥的輾壓下產(chǎn)生塑性變形以得到我們所需要的各種形狀和尺寸的鋼材的過程。特殊鋼軋制一方面是通過成形，改變軋件形狀和尺寸；以得到需要的形狀如鋼板、帶鋼、鋼管、線材以及各種型鋼等鋼材產(chǎn)品。另一方面同時(shí)還要改善金屬的組織結(jié)構(gòu)和內(nèi)部質(zhì)量，并使之獲得一定的機(jī)械和物理和化學(xué)性能。軋制加工的特點(diǎn)有：①成形效率高，適于規(guī)?；a(chǎn)；②節(jié)約金屬，材料的利用率高；③壓力作用下的塑性成形，能獲得更致密的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)來確保其獲得更高的性能；④可獲得較高的加工精度和工件強(qiáng)度。

2 特殊鋼棒線材軋制發(fā)展歷史

2.1 特殊鋼棒軋制

在20世紀(jì)80、90年代，特殊鋼棒材軋制領(lǐng)域已經(jīng)比較普遍的裝備了兩輥式、三輥式和四輥式定徑軋機(jī)，特殊鋼棒的軋制可以說是實(shí)現(xiàn)了多周期、自由尺寸以及精密軋制。而到了20世紀(jì)90年代，為了節(jié)約能源，將加熱爐燃料由傳統(tǒng)的重油改成液化天然氣，并且運(yùn)用蓄熱式燃燒技術(shù)。在2005年之后特殊鋼棒的生產(chǎn)已經(jīng)屬于超負(fù)荷狀態(tài)，所以只有通過強(qiáng)化對(duì)主軋機(jī)以后的精整、產(chǎn)品維修檢查等一些制約作業(yè)線的能力進(jìn)行強(qiáng)化的方式來對(duì)這種狀態(tài)進(jìn)行改變。為了滿足降低成本、縮短交貨時(shí)間以及生產(chǎn)量小的要求，在進(jìn)行小批量的鋼材棒軋制作業(yè)中，配備了改進(jìn)扁鋼形狀的特殊定徑機(jī)，并且運(yùn)用直接熱處理軋制工藝。

2.2 特殊鋼線材軋制

在20世紀(jì)80年代初期，運(yùn)用了無扭線材軋制機(jī)，實(shí)現(xiàn)了高速以及高生產(chǎn)率的“創(chuàng)量技術(shù)”。在20世紀(jì)90年代運(yùn)用了棒材最佳尺寸軋制機(jī)，該軋制機(jī)的運(yùn)用具有尺寸可調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)精密軋制的特點(diǎn)，至此，進(jìn)入了“創(chuàng)形技術(shù)”。到了21世紀(jì)，進(jìn)入了“創(chuàng)質(zhì)技術(shù)”時(shí)代，該時(shí)代特點(diǎn)就是能夠簡(jiǎn)化特殊鋼線材軋制的工序，制作功能高的線材，省去了軟質(zhì)化、熱處理以及酸洗等工序。所謂“創(chuàng)質(zhì)技術(shù)”主要是指在運(yùn)用控制軋制和控制冷卻的同時(shí)，更新靜軋無扭軋制機(jī)、線材最佳尺寸軋制機(jī)，對(duì)軋制機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行增加，并且對(duì)在線水冷能力進(jìn)行增強(qiáng)。除此以外，對(duì)控制冷卻的環(huán)形輥道進(jìn)行延長(zhǎng)，從70m延長(zhǎng)到100m或以上。為了更加自由的對(duì)線材溫度的下降速度進(jìn)行控制，在保溫罩上安裝了補(bǔ)熱裝置。隨著“創(chuàng)質(zhì)技術(shù)”的普遍運(yùn)用，產(chǎn)生了一套能夠解析模擬技術(shù)方面的理論，以原本的三元FEM應(yīng)力—應(yīng)變分布解析為基礎(chǔ)，融入組織控制因素。另外，還對(duì)模擬壓力加工過程的熱模擬裝置進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。

目前，棒線材的軋制工藝主要采用的余熱淬火工藝。也就是在鋼筋（棒材）終軋后的組織仍處于奧氏體狀態(tài)時(shí)，利用其本身的余熱在軋鋼作業(yè)線上直接進(jìn)行熱處理，首先進(jìn)入高效冷卻裝置快冷使表面生成一定量的馬氏體（<33%），然后利用心部余熱和相變潛熱使軋材表面形成的馬氏體進(jìn)行自回火，將熱軋變形與熱處理有機(jī)結(jié)合在一起，通過對(duì)工藝參數(shù)的控制，有效地挖掘出鋼材性能的潛力，獲得熱強(qiáng)化的效果。余熱淬火處理工藝特點(diǎn)如下：①可以在軋制作業(yè)線上，通過控制冷卻工藝，強(qiáng)化鋼筋，代替重新加熱進(jìn)行淬火、回火的調(diào)質(zhì)鋼筋。②選用碳素鋼和低合金鋼，采用軋后控制冷卻工藝，可生產(chǎn)不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼。③設(shè)備簡(jiǎn)單，不用改動(dòng)軋制設(shè)備，只需在精軋機(jī)后安裝一套水冷設(shè)備。④在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)終軋后快冷的余熱強(qiáng)化鋼筋在使用性能上存在一個(gè)缺點(diǎn)，即應(yīng)力腐蝕開裂傾向較大。

3 我國特殊鋼棒線材軋制發(fā)展

3.1 產(chǎn)品品種從多種類型向同類型發(fā)展

在以前，我們通常認(rèn)識(shí)一條特殊鋼棒線材的生產(chǎn)線都是一機(jī)多用的，不僅能夠生產(chǎn)出彈簧鋼、結(jié)構(gòu)鋼，還能夠生產(chǎn)出模具鋼、不銹鋼、軸承鋼；不僅能夠生產(chǎn)大小棒材，還能夠生產(chǎn)線材等。目前，這種生產(chǎn)方式依然縈繞在我們的思想中，影響著我們對(duì)特殊鋼棒線材軋制工藝的改進(jìn)和創(chuàng)造。但是，在一些其他國家，在20世紀(jì)80年代開始，尤其是近十年來，已經(jīng)大規(guī)模的對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改造。主要有三個(gè)類型：①一條生產(chǎn)線向簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程和適當(dāng)集中的同類型產(chǎn)品品種方向進(jìn)行改造；②同一種公司內(nèi)部的專業(yè)化改造；③不同公司之間的專業(yè)化改造。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特殊鋼棒線材軋制生產(chǎn)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)不斷加大，我國想要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得一席之地，也必須加緊進(jìn)行改造。特殊鋼棒材軋制生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該以本企業(yè)的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行確定，對(duì)企業(yè)內(nèi)部的各個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行合理的分工，對(duì)工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的調(diào)整，保證工藝技術(shù)設(shè)備做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并且平衡生產(chǎn)能力，避免出現(xiàn)萬能生產(chǎn)線，走向同類產(chǎn)品的專業(yè)化生產(chǎn)，降低成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 軋制機(jī)械設(shè)備的發(fā)展

近年來，國外新建的棒材軋機(jī)大都采用平、立交替布置的全線無扭軋機(jī)。同時(shí)在粗軋機(jī)組采用易于操作和換輥的機(jī)架，中軋機(jī)組采用短應(yīng)力線的高剛度軋機(jī)，電氣傳動(dòng)采用直流單獨(dú)傳動(dòng)或交流變頻傳動(dòng)。采用微張力和無張力控制，配合于合理的孔型設(shè)計(jì)，使軋制速度提高，嚴(yán)品的精度提高，表面質(zhì)量改善。在設(shè)備上，進(jìn)行機(jī)架整體更換和孔型導(dǎo)衛(wèi)的預(yù)調(diào)整并配備快速換輥裝置，使換輥時(shí)間縮短5～10min，軋機(jī)的作業(yè)率大為提高。棒線材短流程節(jié)能型軋機(jī)是當(dāng)今型、棒材一體化軋機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)。在這方面意大利、德國等均開展了大量的研制工作。棒材一體化軋機(jī)、它采用了直接熱裝的短流程節(jié)能型軋機(jī)的設(shè)備布置。這種型、棒材一體化節(jié)能型軋機(jī)在生產(chǎn)中具有設(shè)備先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，在一臺(tái)軋機(jī)上可以生產(chǎn)質(zhì)量高的多種產(chǎn)品，金屬的收得率高，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，操作人員少。

3.3 軋制工藝的發(fā)展

3.3.1 連鑄坯熱裝熱送或直接軋制

目前，高檔材也可以連鑄坯生產(chǎn)，但不能提供無缺陷坯料；發(fā)展連鑄無缺陷坯技術(shù)、坯料熱狀態(tài)表面缺陷和內(nèi)部質(zhì)量技術(shù)；連鑄坯以650～800℃熱裝熱送，提高加熱爐能力30～45%，同時(shí)減少鋼坯的庫存量，減少設(shè)備和操作人員，縮短生產(chǎn)周期，加快資金周轉(zhuǎn)，有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3.2 直接軋制

直接軋制是連鑄坯不經(jīng)過再加熱而直接送至成品軋機(jī)軋制成材的一種方法；直接軋制可省掉鋼坯冷卻和清理倉庫存放及中間加熱工序；前提保證無缺陷鋼坯，在線檢查和在線清理；保證軋制溫度。

3.3.3 柔性軋制技術(shù)

對(duì)于小批量、多品種的生產(chǎn)，改變規(guī)格和品種時(shí)，軋機(jī)停機(jī)時(shí)間增加。為了減少停機(jī)，采用無孔型軋制、共用孔型等迅速改變軋制規(guī)程，改變品種規(guī)格。

3.3.4 高精度軋制

影響軋件尺寸的因素有用戶要求越來越高、寬度上的尺寸以及機(jī)架間的張力和軋件的頭尾溫差。提高軋件尺寸精度的辦法有采用真園孔型和三輥孔型控制軋件的高和寬；在成品孔型后設(shè)置專門的定徑機(jī)組（規(guī)園機(jī)）；采用尺寸自動(dòng)控制AGC系統(tǒng)，保證棒線材尺寸精度達(dá)到±0.10mm。

3.3.5 切分軋制

切分軋制就是軋制過程中把一根軋件利用孔型的作用軋成兩個(gè)或兩個(gè)以上形狀相同的并聯(lián)軋件，再利用切分設(shè)備或軋輥環(huán)將并聯(lián)軋件沿縱向切分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的單根軋件。將單條軋制變?yōu)槎鄺l軋制。切分方法有輪切法、輥切法、園盤剪法、火焰切分法。切分軋制優(yōu)點(diǎn)有大幅度提高產(chǎn)量、擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格范圍、能耗、軋輥消耗減低。

3.3.6 低溫軋制

低溫軋制具有軋制中溫降小，甚至升溫，可以低溫軋制；可以降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益等好處。①降低開軋溫度；②降低開軋溫度，同時(shí)降低終軋溫度至再結(jié)晶溫度以下。

4 結(jié)語

為了能夠不斷適應(yīng)全球化經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國特殊鋼棒材行業(yè)必須加強(qiáng)對(duì)軋制工藝的研究，選擇合理的軋制設(shè)備和工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量和精度，促進(jìn)我國特殊鋼棒線行業(yè)的良好發(fā)展。

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TG335.6

A

1004-7344（2016）08-0255-02

2016-3-2

宋 琦（1989-），男，助理工程師，本科，主要從事設(shè)備點(diǎn)檢工作。