高速線材生產(chǎn)中的質(zhì)量控制策略

林日勝

（深圳市新業(yè)自動(dòng)化科技有限公司，廣東深圳 518000）

在過(guò)去數(shù)十年中，線材在各行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)量在整體上保持著高精度的發(fā)展趨勢(shì)。尤其是線材產(chǎn)品的規(guī)格越來(lái)越大，品種也日益增多，如高強(qiáng)度鋼絲、鍍錫板和鍍鋅鋼板等。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出更高的要求。目前線材軋制速度已從20 世紀(jì)60 年代的40 m/s 提高到120 m/s，盤(pán)重也從過(guò)去的500 kg 提高到目前的2.0～2.5 t，直徑范圍也拓寬到5～25 mm。凡此種種，無(wú)不印證線材生產(chǎn)已獲得日新月異的進(jìn)步。但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在線材質(zhì)量上仍然處于落后地位。究其原因，主要是由于我國(guó)的線材生產(chǎn)技術(shù)落后于國(guó)外水平，特別是一些粗糙型的設(shè)備和工藝嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)線材生產(chǎn)的發(fā)展，同時(shí)也造成了大量人力、物力的浪費(fèi)。所以加強(qiáng)對(duì)國(guó)內(nèi)高速線材制造工藝的研發(fā)是不可缺少的。

1 國(guó)內(nèi)高線所使用先進(jìn)技術(shù)

（1）原料工序。為獲得優(yōu)質(zhì)鋼水很多廠家都加大轉(zhuǎn)爐容量以提高鋼水純度（圖1）。鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱后再進(jìn)行探傷和打磨工序。目前我國(guó)生產(chǎn)的高速線材大多為連鑄坯，連鑄坯可以直接軋制成鋼板，也可以將其送至軋鋼廠后再制成成品鋼材。熱軋帶材一般為熱卷或冷卷取制，冷軋則多采用冷帶連鑄工藝。連鑄坯是將鋼水在連鑄機(jī)上軋制成初軋坯后再進(jìn)入初軋機(jī)軋制而成。與連鑄坯相比，初軋坯的能耗要低很多，每生產(chǎn)80 kg 鋼可以節(jié)省標(biāo)煤用量約占總消耗量的一半以上，且金屬獲得率高達(dá)10%左右。

圖1 原料工藝

（2）成材率高，可以達(dá)到99.5%以上，并且還能獲得較好的表面質(zhì)量和尺寸精度。因此，連鑄坯被認(rèn)為是一種最節(jié)能、最理想的材料。但是，其缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)。采用先進(jìn)的蓄熱式燃燒技術(shù)和設(shè)備，由某大型工業(yè)爐公司生產(chǎn)出高質(zhì)量的高速線材鋼坯。該技術(shù)具有預(yù)熱溫度低、對(duì)低熱值燃料適應(yīng)性強(qiáng)和加熱時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以節(jié)約能耗。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了新型的“雙道”式，是在傳統(tǒng)的“單道式結(jié)構(gòu)”基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它將“雙道”與“單道”相結(jié)合，既可以實(shí)現(xiàn)“雙道”獨(dú)立生產(chǎn)，又能實(shí)現(xiàn)“單道”單獨(dú)生產(chǎn)，同時(shí)還可利用“雙道”對(duì)鋼坯進(jìn)行加熱。本技術(shù)具有以下有益效果：采用首尾相連共同軋制的方式，降低截?cái)嗍孜驳膿p耗，提高工作效率；降低堆鋼過(guò)程中產(chǎn)生的浪費(fèi)；增大成品尺寸，精度；鋼材性能好；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)量大、投資小、成本低、設(shè)備利用率高；自動(dòng)化程度高；操作簡(jiǎn)便。

2 國(guó)內(nèi)高速線材生產(chǎn)線質(zhì)量問(wèn)題分析

2.1 合金鋼線材所占比例偏低

優(yōu)質(zhì)鋼材中的合金鋼線材和純凈鋼線材在品種類(lèi)別上有很大差別。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)高品質(zhì)合金鋼線材的需求量也越來(lái)越高。因此，必須大力發(fā)展優(yōu)質(zhì)合金鋼線材。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)研究開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)鋼種，以滿足國(guó)內(nèi)需求，增加出口數(shù)量。

2.2 影響線材生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素

原料、設(shè)備、工藝和技術(shù)等，其中原料是決定通條力學(xué)性能的最重要因素之一，而原料中的含碳量又直接影響到軋線堆鋼及高速線材的質(zhì)量。這些都是在生產(chǎn)工藝控制和管理等多方面因素共同作用下產(chǎn)生的結(jié)果。因此，要提高我國(guó)的高速線材生產(chǎn)技術(shù)就必須對(duì)這幾方面進(jìn)行研究。只有這樣才能真正做到提高質(zhì)量，降低成本。國(guó)內(nèi)對(duì)線材質(zhì)量水平的研究還不夠深入。我國(guó)大部分企業(yè)都沒(méi)有自己的生產(chǎn)線，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。目前國(guó)內(nèi)對(duì)線材產(chǎn)品的研究還處于開(kāi)發(fā)階段。國(guó)內(nèi)高速線材硬件設(shè)備老化，壽命相對(duì)較低，儲(chǔ)備不充足，且故障頻發(fā)，極大的影響高速線材高效生產(chǎn)。

2.3 改善高速線材制造質(zhì)量的對(duì)策

針對(duì)性控制高速線材生產(chǎn)環(huán)節(jié)質(zhì)量。在高速線材的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，需要注意很多細(xì)節(jié)，如原料和設(shè)備、軋制工藝、軋輥以及冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵要素。所以為了提升產(chǎn)品的合格率，必須做好各個(gè)環(huán)節(jié)的把控工作。因?yàn)榫€材生產(chǎn)過(guò)程中涉及的環(huán)節(jié)很多，所以品質(zhì)的提升還應(yīng)該針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制?？涌油萃菔怯绊戣T坯表面質(zhì)量的主要因素之一，在鑄坯表面存在大量的非金屬夾雜物及氣泡等缺陷，這些缺陷會(huì)造成導(dǎo)衛(wèi)堵塞、導(dǎo)衛(wèi)過(guò)高或過(guò)低以及氧化鐵皮過(guò)厚和過(guò)薄等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致軋槽報(bào)廢。通過(guò)針對(duì)不同環(huán)節(jié)采取應(yīng)對(duì)措施控制高速線材質(zhì)量，加強(qiáng)對(duì)崗位人員的管理。線材生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及很多方面。人員的技能水平直接影響著高速線材生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，要不斷提升崗位人員的綜合素質(zhì)。線材公司應(yīng)通過(guò)定期培訓(xùn)來(lái)提升崗位人員的理論知識(shí)和實(shí)踐能力，同時(shí)建立科學(xué)有效的績(jī)效評(píng)估制度，加強(qiáng)企業(yè)自身管理，促進(jìn)堆鋼與產(chǎn)品的發(fā)展。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平不斷提升，對(duì)于鋼材的要求越來(lái)越嚴(yán)格，尤其是高品質(zhì)鋼種，而我國(guó)是世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)之一。目前，我國(guó)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鋼品種單一、質(zhì)量差、價(jià)格高，而國(guó)外產(chǎn)品具有較強(qiáng)的議價(jià)能力，所以國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的特種鋼以進(jìn)口為主，尤其是線材。目前，世界各國(guó)都在大力發(fā)展本國(guó)的高端產(chǎn)品。但是中國(guó)在高速線材方面還處于起步階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。尤其是對(duì)于特殊鋼種來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有自主研發(fā)能力，所以增加投資生產(chǎn)中國(guó)產(chǎn)特種鋼勢(shì)在必行。

3 完善高速線材制造的具體技術(shù)

3.1 全線無(wú)扭軋制

軋機(jī)全線平立相間排列，實(shí)現(xiàn)了全軋線軋件不扭轉(zhuǎn)軋制，是目前高速線材制造公認(rèn)的發(fā)展方向。鋼坯在無(wú)扭軋制過(guò)程中對(duì)軋機(jī)機(jī)架間距要求較低，而對(duì)扭轉(zhuǎn)軋制機(jī)架間距則有很高的要求，這就需要較大的車(chē)間總長(zhǎng)度和較多的廠房投資。在相同的設(shè)備和工藝條件下，采用較低轉(zhuǎn)速（低于200 r/min）時(shí)，其生產(chǎn)率可提高一倍以上，同時(shí)也減少了軋輥磨損及潤(rùn)滑等方面的問(wèn)題。機(jī)架間距較小時(shí)，也有利于在粗中軋機(jī)組的機(jī)架之間使用微張力控制軋制技術(shù)。使用無(wú)扭軋制工藝，可大幅度降低軋件扭轉(zhuǎn)引起的表面與內(nèi)部組織缺陷，降低卡鋼事故，提高成材率與軋機(jī)作業(yè)率，并能確保得到表面質(zhì)量最優(yōu)的線材。

3.2 增加軋制速度

如果把全連軋作為提高線材盤(pán)有效的工藝措施的話，提高軋制速度就是對(duì)連軋線的現(xiàn)實(shí)要求。大家都知道，大段連鑄坯既利于連鑄生產(chǎn)，確保連鑄坯的質(zhì)量，又利于線材的品質(zhì)。但如果終軋線的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起產(chǎn)品表面溫度過(guò)高而發(fā)生熱裂紋。反之則容易造成冷裂紋，否則會(huì)出現(xiàn)熱裂。因此，在連軋線中，坯料及成品的規(guī)格尺寸確定后，它的終軋速度便相應(yīng)地確定下來(lái)。

3.3 連鑄坯熱裝工藝

近年出現(xiàn)的電爐煉鋼—連鑄—連軋短流程熱裝工藝（圖2），是在線材生產(chǎn)中起到了節(jié)能降耗作用的一項(xiàng)重大舉措，該技術(shù)是在煉鋼、連鑄技術(shù)不斷進(jìn)步，鋼水、連鑄坯品質(zhì)日益改善的情況下開(kāi)發(fā)的。熱送熱裝就是將連鑄機(jī)產(chǎn)出的熱坯，通過(guò)保溫輥道和其他運(yùn)輸機(jī)械，直接送入線材車(chē)間，經(jīng)過(guò)緩沖保溫爐或者臺(tái)架，然后送入鋼坯加熱爐，升溫到開(kāi)軋溫度，入爐后鋼坯溫度高于開(kāi)軋溫度。連鑄坯熱送熱裝既能大大降低燃料消耗，又能因熱裝坯芯部的溫度均一，有利于塑性變形，因而也能減少電能消耗。還可以增加加熱爐的產(chǎn)量，縮短生產(chǎn)周期，減少金屬損耗，減小鋼坯堆放面積，提高產(chǎn)品質(zhì)量及鋼材的收得率，從而較大幅度地降低了線材產(chǎn)品的綜合成本。因?yàn)楦咚倬€材軋機(jī)坯料的規(guī)格比較單一，所以比較容易實(shí)現(xiàn)熱裝過(guò)程。目前，國(guó)內(nèi)外許多廠家在開(kāi)發(fā)熱軋帶材時(shí)都將連鑄坯直接軋制成所需的鋼卷產(chǎn)品，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，提高了成材率和設(shè)備利用率，同時(shí)還能節(jié)約大量鋼材。這種新技術(shù)不僅在國(guó)外高速線材廠得到了廣泛的應(yīng)用，而且在我國(guó)新建成的高線廠（如江蘇沙鋼集團(tuán)）中，連鑄坯熱送熱裝的新技術(shù)得到了日益廣泛的應(yīng)用。

圖2 生產(chǎn)工藝

3.4 低溫軋制技術(shù)

低溫軋制工藝作為高速線材調(diào)控軋制過(guò)程中的一部分，通過(guò)機(jī)械與冶金共同操作，可得到具有細(xì)晶粒金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)線材。由于近代高速線材軋機(jī)坯料斷面的逐漸增大，目前單線坯料斷面已達(dá)到要求，粗、中軋機(jī)軋制過(guò)程中，溫降也相應(yīng)降低，精軋機(jī)組中軋件溫度會(huì)因終軋速度升高而大幅升高，造成晶粒過(guò)大，碳化物析出，晶界熔化，從而直接影響線材內(nèi)在質(zhì)量。另外，隨著線材規(guī)格和品種多樣化發(fā)展，對(duì)線材成品組織均勻性也提出了更高要求。如果不適當(dāng)?shù)卦黾訜彳埥K溫，則很難獲得優(yōu)良產(chǎn)品。所以，進(jìn)精軋機(jī)組軋件一定要控制好上限溫度，也就是說(shuō)，開(kāi)軋溫度的下降是由當(dāng)代線材軋制的特點(diǎn)決定。

3.5 控制冷卻技術(shù)

高速線材控制冷卻技術(shù)又稱為在線熱處理技術(shù)，它是直接影響線材產(chǎn)品力學(xué)性能及通條均勻性至關(guān)重要的技術(shù)。現(xiàn)代高速線材軋制速度非?？?，其變形熱導(dǎo)致軋件劇烈加熱，給產(chǎn)品力學(xué)性能造成不良影響，為克服這一缺點(diǎn)，控制冷卻工藝被廣泛應(yīng)用于高速線材軋制中。文中介紹了國(guó)內(nèi)外控冷技術(shù)的發(fā)展概況，分析了目前我國(guó)高速線材生產(chǎn)中所采用的幾種控冷方式及各自特點(diǎn)。其中包括：一次水冷與三次水冷、二段水冷以及三段水冷等。控冷工藝主要包括：一次水冷和二次風(fēng)冷兩部分組成，前者由水冷箱及預(yù)精軋機(jī)組構(gòu)成，后者由精軋機(jī)組或精軋機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，它是通過(guò)調(diào)節(jié)吐絲溫度達(dá)到所需的相變溫度。二次風(fēng)冷線，又稱斯太爾摩線，位于吐絲機(jī)后方，針對(duì)不同鋼種，通過(guò)控制不同冷卻速率，使得分散于輸送機(jī)內(nèi)的線卷冷卻時(shí)完成相變，從而獲得通條力學(xué)性能優(yōu)良的高質(zhì)量線材。利用控冷技術(shù)，可減少二次氧化鐵皮生成量，提高線材表面質(zhì)量，減少金屬損耗，節(jié)約產(chǎn)品在后續(xù)處理之前的酸洗時(shí)間及損耗?？乩涔に嚢ㄔ诶芜^(guò)程中控制冷卻速度，以達(dá)到較好的珠光體轉(zhuǎn)變溫度，控制冷卻水量和保持合適的潤(rùn)滑條件等。文中著重介紹了控冷的原理及其應(yīng)用情況。控冷能防止馬氏體，貝氏體的出現(xiàn)，并能使金相組織索氏體化，進(jìn)而改善其力學(xué)性能及變形系數(shù)，能得到強(qiáng)度高，塑性好，再加工性好的線材，對(duì)于鋼絲繩，鋼簾線，預(yù)應(yīng)力鋼絞線，高強(qiáng)度螺栓及一些冷徽用線材等更為明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，中國(guó)線材生產(chǎn)也得到了飛速的進(jìn)步。目前，我國(guó)在高速線材方面已經(jīng)達(dá)到了世界一流水平，并且擁有很多先進(jìn)的技術(shù)工藝。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，也開(kāi)發(fā)出了自己特有的產(chǎn)品——線材。但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在高速線材方面還存在一定差距，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。文中分析了當(dāng)前我國(guó)線材生產(chǎn)中存在的問(wèn)題和不足，并提出了一些對(duì)策建議，希望能夠?qū)ξ覈?guó)線材生產(chǎn)起到一定幫助作用。同時(shí)，可以推動(dòng)我國(guó)線材產(chǎn)業(yè)向更高水平邁進(jìn)，為了提升中國(guó)高速線材核心競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)人員要不斷努力確保該行業(yè)有一個(gè)質(zhì)的進(jìn)步。