過共析鋼高速線材生產(chǎn)工藝淺析★

方軼琉， 高正源， 孫鵬飛， 白萬金

（重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院， 重慶 400074）

過共析鋼（w（C）＞0.77%）線材被廣泛用于巨型結(jié)構(gòu)（如建筑物、懸索橋和大型混凝土管）、混凝土軌枕、預(yù)應(yīng)力鋼絲等領(lǐng)域。均勻的索氏體組織被認(rèn)為是拉絲操作和控制索氏體綜合性能的最佳形態(tài)。對于過共析鋼而言，在抑制先共析滲碳體組織的條件下，珠光體片層間距的細(xì)化有利于進(jìn)一步提高鋼絲的成品力學(xué)性能。本文基于典型的高速線材裝配產(chǎn)線，淺談過共析鋼高速線材生產(chǎn)工藝。

自1980年以來，高速線材生產(chǎn)受到消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級及整體裝備水平提升的影響，消費(fèi)市場對小規(guī)格、大盤重線材需求量與日俱增。特別是近幾年來，為順應(yīng)這一發(fā)展并進(jìn)一步提升年產(chǎn)量，目前很多國內(nèi)新建產(chǎn)線均裝備了當(dāng)前最為先進(jìn)的主體設(shè)備。

高速線材生產(chǎn)線主要配備25～30機(jī)架，其中以30機(jī)架最為典型。該生產(chǎn)線共分5個(gè)機(jī)組，粗軋機(jī)組6架，中軋機(jī)組6架，預(yù)精軋機(jī)組6架，精軋機(jī)組8架，減定徑機(jī)組4架，共30個(gè)機(jī)架組成，呈單線全連續(xù)無扭布置[1]。這種高速線材在精軋機(jī)組前和減定徑機(jī)組前后均設(shè)有高效水冷裝置，全線采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，終軋速度最高可達(dá)112 m/s。

1 高速線材鋼坯質(zhì)量控制

鋼坯質(zhì)量是過共析鋼高速線材產(chǎn)品生產(chǎn)和使用的關(guān)鍵因素，避免產(chǎn)品出現(xiàn)成分偏析、非金屬夾雜及鋼種氣體含量超標(biāo)等質(zhì)量問題，近年來各鋼企均對鋼坯質(zhì)量引起高度重視。目前國內(nèi)大多采用鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐/電爐→LF→VD（RH）→模鑄/連鑄的工藝路線獲得優(yōu)質(zhì)的鋼坯。

通過制定合理的加熱制度，將合格的鋼坯通過裝置裝入加熱爐。就目前新上產(chǎn)線而言，鋼企普遍采用步進(jìn)式加熱爐，該加熱爐可有效控制表面脫碳及氧化燒損，并能確保鋼坯出爐溫度均勻，頭尾溫差在50℃范圍內(nèi)。在加熱爐中，過共析鋼鋼坯加熱至Accm溫度以上完成奧氏體化。奧氏體化過程對鋼鐵材料固態(tài)相變理論及實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義。對于過共析鋼，加熱溫度宜設(shè)在為950～1050℃范圍內(nèi)。大量研究結(jié)果表明初始奧氏體晶粒尺寸對后續(xù)成品組織和性能影響明顯[2]。過共析鋼在該溫度范圍內(nèi)，奧氏體化后晶粒尺寸變化較小。而當(dāng)加熱溫度設(shè)在1050℃以上時(shí)，奧氏體晶粒尺寸急劇增大。加熱時(shí)間的設(shè)定需綜合考慮奧氏體化后組織均勻性，對于碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）超過0.77%的過共析鋼，C在奧氏體內(nèi)的分布并非理想的均勻，存在明顯的富C區(qū)和貧C區(qū)。這種C含量梯度的存在對后續(xù)奧氏體向先共析滲碳體和珠光體的轉(zhuǎn)變影響很大。當(dāng)加熱溫度升高或延長可消弱C含量分布引起的不均勻性。另外，加熱時(shí)間與鋼坯尺寸存在一定的關(guān)系。因此，對于常見的尺寸規(guī)格為150 mm×150 mm過共析鋼坯而言，適當(dāng)?shù)募訜釡囟葹?50～1050℃，加熱溫度為1.5～2 h。

2 高速線材的軋制控制

目前越來越多的企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到優(yōu)化的熱機(jī)軋制可有效提升過共析鋼的成品的性能。由于高速線材軋制是在規(guī)定的孔型系統(tǒng)中完成，對于各道次之間的延伸率已基本確定，因此高速線材的熱機(jī)軋制更多是通過對軋制溫度的控制實(shí)現(xiàn)。對于提高線材的綜合力學(xué)性能，主要控制開軋溫度、進(jìn)精軋機(jī)組溫度和進(jìn)減定徑機(jī)組溫度。開軋溫度由加熱爐出鋼溫度確定，而進(jìn)精軋機(jī)組和進(jìn)減定徑機(jī)組溫度分別由精軋前和減定徑前強(qiáng)迫水冷實(shí)現(xiàn)。

低溫開軋可有效控制奧氏體晶粒的尺寸。然而奧氏體晶粒尺寸對成品性能的影響較相變后細(xì)片層間距的珠光體組織的影響弱。除此之外，雖然粗、中軋過程是降溫的過程，但該過程溫降不明顯。而進(jìn)精軋和減定徑機(jī)組軋制過程是升溫過程，以8道次精軋機(jī)組為例，軋件通過精軋機(jī)組后溫升約為120～150℃。因此需對進(jìn)精軋溫度進(jìn)行有效控制，否則會(huì)引起吐絲溫度過高而導(dǎo)致最終成品韌性下降。為更好的達(dá)到熱機(jī)軋制的效果，在精軋機(jī)組前和減定徑機(jī)組前均設(shè)有冷卻水箱，從而獲得優(yōu)化的進(jìn)精軋機(jī)組和進(jìn)減定徑機(jī)組溫度。另外，線材延伸率與斷面收縮率均隨進(jìn)減定徑機(jī)組溫度升高而降低。由于規(guī)格不同，進(jìn)精軋機(jī)組及減定徑機(jī)組溫度存在差異。過共析鋼進(jìn)精軋機(jī)組和減定徑機(jī)組溫度建議分別設(shè)在940～980℃和920～960℃溫度范圍內(nèi)。

3 高速線材的冷卻控制

軋件出減定徑機(jī)組后的冷卻過程由水箱冷卻和風(fēng)冷線冷卻兩個(gè)部分構(gòu)成。水箱冷卻是在獲得適宜的吐絲溫度的同時(shí)可以很好的控制減定徑機(jī)組軋制后引起的溫升，避免奧氏體晶粒尺寸的軋后長大，為后續(xù)相變的發(fā)生奠定基礎(chǔ)。吐絲溫度過高，后續(xù)風(fēng)冷過程氧化強(qiáng)烈且不易實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷后相變的溫度控制。

目前鋼企普遍采用的是斯太爾摩風(fēng)冷線，軋件吐絲成圈后橫向布置于風(fēng)冷線上，該過程盡量使相變向細(xì)片層狀的珠光體組織（即索氏體）進(jìn)行。然而在斯太爾摩風(fēng)冷線運(yùn)輸冷卻的過程中，盤條邊部存在明顯的搭接導(dǎo)致重合處局部溫度過高，造成同圈性能波動(dòng)。該斯太爾摩風(fēng)冷線的軌道正下方配備有“佳靈”裝置，該裝置可有效分配邊部與中部的風(fēng)量。另外，斯太爾摩風(fēng)冷線上設(shè)置有跌落段，跌落段的設(shè)置和適當(dāng)?shù)恼{(diào)速可改善原搭接點(diǎn)，從而確保盤條同圈性能的穩(wěn)定性。近年來，風(fēng)冷線風(fēng)機(jī)風(fēng)量的設(shè)計(jì)呈逐年遞增態(tài)。對于過共析鋼而言，索氏體化對應(yīng)的鼻尖溫度約540～580℃，由于吐絲溫度及冷卻速度的不同，索氏體化相變溫度區(qū)間不同?？傮w而言，吐絲溫度在850～980℃范圍內(nèi)，隨著吐絲溫度的適當(dāng)增加，索氏體轉(zhuǎn)變溫度均出現(xiàn)下降趨勢,溫度增加幅度越大,轉(zhuǎn)變溫度越低,同時(shí)轉(zhuǎn)變區(qū)間擴(kuò)大。若溫度過高則在盤條表面出現(xiàn)馬氏體組織，而溫度過低則對應(yīng)的索氏體化率無法保證。

4 結(jié)語

我國高線產(chǎn)量很大，但主要仍以建筑結(jié)構(gòu)用線材為主。大部分企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)仍以摸索為主，缺乏理論指導(dǎo)。過共析鋼線材被廣泛用于用于巨型結(jié)構(gòu)、混凝土軌枕，預(yù)應(yīng)力鋼絲等領(lǐng)域。均勻的索氏體組織被認(rèn)為是拉絲操作和控制索氏體綜合性能的最佳形態(tài)。本文從鋼坯質(zhì)量控制、軋制控制和冷卻控制三個(gè)方面分析了過共析鋼高速線材生產(chǎn)過程工藝控制要點(diǎn)，為性能優(yōu)異的過共析鋼線材的生產(chǎn)提供思路。

[1]方針正，牛強(qiáng)，馬靳江，等.一條優(yōu)質(zhì)高速線材生產(chǎn)線的工藝特點(diǎn)[J].江西冶金，2014，34（3）：45.

[2]李俊杰，GodfreyAndrew，劉偉，等.奧氏體化與冷卻速率對過共析鋼組織的影響[J].金屬學(xué)報(bào)，2013，49（5）：583.