特殊钢棒线材轧制工艺的发展趋势

2016-07-13宋琦

大科技 2016年8期

关键词：特殊钢孔型轧件

宋琦

（山西太钢不锈钢股份有限公司山西太原 030003）

特殊钢棒线材轧制工艺的发展趋势

宋琦

（山西太钢不锈钢股份有限公司山西太原 030003）

随着科学技术的不断发展，越来越多的新设备和新技术运用到特殊钢棒线的轧制作业中，特殊钢棒线材的轧制工艺技术得到了很大的发展。本文主要阐述了特殊钢棒线材轧制工艺的发展趋势。

特殊钢棒线；轧制；工艺

引言

特殊钢是具有特殊的化学成分（合金化）、采用特殊的工艺生产、具备特殊组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。与普通钢相比，特殊钢具有更高的强韧性、物理性能、化学性能、生物相容性和工艺性能。而在特殊钢的轧制工艺中，我国还存在很多的不足，需要向国外进行借鉴和学习。

1 特殊钢轧制目的

轧钢是指连铸坯、钢锭或钢坯被两个互逆转动的轧辊拉入变形区在轧辊的辗压下产生塑性变形以得到我们所需要的各种形状和尺寸的钢材的过程。特殊钢轧制一方面是通过成形，改变轧件形状和尺寸；以得到需要的形状如钢板、带钢、钢管、线材以及各种型钢等钢材产品。另一方面同时还要改善金属的组织结构和内部质量，并使之获得一定的机械和物理和化学性能。轧制加工的特点有：①成形效率高，适于规模化生产；②节约金属，材料的利用率高；③压力作用下的塑性成形，能获得更致密的内部组织结构来确保其获得更高的性能；④可获得较高的加工精度和工件强度。

2 特殊钢棒线材轧制发展历史

2.1 特殊钢棒轧制

在20世纪80、90年代，特殊钢棒材轧制领域已经比较普遍的装备了两辊式、三辊式和四辊式定径轧机，特殊钢棒的轧制可以说是实现了多周期、自由尺寸以及精密轧制。而到了20世纪90年代，为了节约能源，将加热炉燃料由传统的重油改成液化天然气，并且运用蓄热式燃烧技术。在2005年之后特殊钢棒的生产已经属于超负荷状态，所以只有通过强化对主轧机以后的精整、产品维修检查等一些制约作业线的能力进行强化的方式来对这种状态进行改变。为了满足降低成本、缩短交货时间以及生产量小的要求，在进行小批量的钢材棒轧制作业中，配备了改进扁钢形状的特殊定径机，并且运用直接热处理轧制工艺。

2.2 特殊钢线材轧制

在20世纪80年代初期，运用了无扭线材轧制机，实现了高速以及高生产率的“创量技术”。在20世纪90年代运用了棒材最佳尺寸轧制机，该轧制机的运用具有尺寸可调节、实现精密轧制的特点，至此，进入了“创形技术”。到了21世纪，进入了“创质技术”时代，该时代特点就是能够简化特殊钢线材轧制的工序，制作功能高的线材，省去了软质化、热处理以及酸洗等工序。所谓“创质技术”主要是指在运用控制轧制和控制冷却的同时，更新静轧无扭轧制机、线材最佳尺寸轧制机，对轧制机的负荷进行增加，并且对在线水冷能力进行增强。除此以外，对控制冷却的环形辊道进行延长，从70m延长到100m或以上。为了更加自由的对线材温度的下降速度进行控制，在保温罩上安装了补热装置。随着“创质技术”的普遍运用，产生了一套能够解析模拟技术方面的理论，以原本的三元FEM应力—应变分布解析为基础，融入组织控制因素。另外，还对模拟压力加工过程的热模拟装置进行广泛的应用。

目前，棒线材的轧制工艺主要采用的余热淬火工艺。也就是在钢筋（棒材）终轧后的组织仍处于奥氏体状态时，利用其本身的余热在轧钢作业线上直接进行热处理，首先进入高效冷却装置快冷使表面生成一定量的马氏体（<33%），然后利用心部余热和相变潜热使轧材表面形成的马氏体进行自回火，将热轧变形与热处理有机结合在一起，通过对工艺参数的控制，有效地挖掘出钢材性能的潜力，获得热强化的效果。余热淬火处理工艺特点如下：①可以在轧制作业线上，通过控制冷却工艺，强化钢筋，代替重新加热进行淬火、回火的调质钢筋。②选用碳素钢和低合金钢，采用轧后控制冷却工艺，可生产不同强度等级的钢。③设备简单，不用改动轧制设备，只需在精轧机后安装一套水冷设备。④在奥氏体未再结晶区终轧后快冷的余热强化钢筋在使用性能上存在一个缺点，即应力腐蚀开裂倾向较大。

3 我国特殊钢棒线材轧制发展

3.1 产品品种从多种类型向同类型发展

在以前，我们通常认识一条特殊钢棒线材的生产线都是一机多用的，不仅能够生产出弹簧钢、结构钢，还能够生产出模具钢、不锈钢、轴承钢；不仅能够生产大小棒材，还能够生产线材等。目前，这种生产方式依然萦绕在我们的思想中，影响着我们对特殊钢棒线材轧制工艺的改进和创造。但是，在一些其他国家，在20世纪80年代开始，尤其是近十年来，已经大规模的对生产线进行改造。主要有三个类型：①一条生产线向简化生产流程和适当集中的同类型产品品种方向进行改造；②同一种公司内部的专业化改造；③不同公司之间的专业化改造。随着社会经济的快速发展，特殊钢棒线材轧制生产行业竞争不断加大，我国想要在激烈的市场竞争中获得一席之地，也必须加紧进行改造。特殊钢棒材轧制生产企业应该以本企业的产品为基础，对市场进行确定，对企业内部的各个生产线进行合理的分工，对工艺设备结构进行合理的调整，保证工艺技术设备做到优势互补，并且平衡生产能力，避免出现万能生产线，走向同类产品的专业化生产，降低成本，提高企业经济效益。

3.2 轧制机械设备的发展

近年来，国外新建的棒材轧机大都采用平、立交替布置的全线无扭轧机。同时在粗轧机组采用易于操作和换辊的机架，中轧机组采用短应力线的高刚度轧机，电气传动采用直流单独传动或交流变频传动。采用微张力和无张力控制，配合于合理的孔型设计，使轧制速度提高，严品的精度提高，表面质量改善。在设备上，进行机架整体更换和孔型导卫的预调整并配备快速换辊装置，使换辊时间缩短5～10min，轧机的作业率大为提高。棒线材短流程节能型轧机是当今型、棒材一体化轧机发展的重要趋势。在这方面意大利、德国等均开展了大量的研制工作。棒材一体化轧机、它采用了直接热装的短流程节能型轧机的设备布置。这种型、棒材一体化节能型轧机在生产中具有设备先进，自动化程度高，在一台轧机上可以生产质量高的多种产品，金属的收得率高，生产率高，生产周期短，操作人员少。

3.3 轧制工艺的发展

3.3.1 连铸坯热装热送或直接轧制

目前，高档材也可以连铸坯生产，但不能提供无缺陷坯料；发展连铸无缺陷坯技术、坯料热状态表面缺陷和内部质量技术；连铸坯以650～800℃热装热送，提高加热炉能力30～45%，同时减少钢坯的库存量，减少设备和操作人员，缩短生产周期，加快资金周转，有巨大的经济效益。

3.3.2 直接轧制

直接轧制是连铸坯不经过再加热而直接送至成品轧机轧制成材的一种方法；直接轧制可省掉钢坯冷却和清理仓库存放及中间加热工序；前提保证无缺陷钢坯，在线检查和在线清理；保证轧制温度。

3.3.3 柔性轧制技术

对于小批量、多品种的生产，改变规格和品种时，轧机停机时间增加。为了减少停机，采用无孔型轧制、共用孔型等迅速改变轧制规程，改变品种规格。

3.3.4 高精度轧制

影响轧件尺寸的因素有用户要求越来越高、宽度上的尺寸以及机架间的张力和轧件的头尾温差。提高轧件尺寸精度的办法有采用真园孔型和三辊孔型控制轧件的高和宽；在成品孔型后设置专门的定径机组（规园机）；采用尺寸自动控制AGC系统，保证棒线材尺寸精度达到±0.10mm。

3.3.5 切分轧制

切分轧制就是轧制过程中把一根轧件利用孔型的作用轧成两个或两个以上形状相同的并联轧件，再利用切分设备或轧辊环将并联轧件沿纵向切分成两个或两个以上的单根轧件。将单条轧制变为多条轧制。切分方法有轮切法、辊切法、园盘剪法、火焰切分法。切分轧制优点有大幅度提高产量、扩大产品规格范围、能耗、轧辊消耗减低。

3.3.6 低温轧制