高速线材生产工艺技术的难点解析

2019-01-03朱国俊

中国金属通报 2019年4期

朱国俊

（广东省阳春新钢铁有限责任公司，广东阳春 529600）

1 目前我国市场上存在的主要线材品种及用途

目前在我国市场流通较为广泛的线材种类，大致有15种。分别为低碳钢，光圆钢筋，带肋钢筋，优质碳素钢、合金结构钢，预应力钢丝及钢绞线，琴钢丝、钢帘线，易切割结构钢，冷镦钢，焊接用钢，弹簧钢，轴承钢，不锈钢工具钢。每一种线材都有其常用的规格和主要用途。我国作为工业大国，在日常生产过程中需要耗费大量的线材支撑相应的作业进行。在目前我国，线材中消耗品类最大的是中高碳钢线材，该型材料的含碳量一般大于0.45%，其主要用途包括制作钢绞线和钢丝。其中钢绞线和预应力钢丝的生产占比最大。钢绞线广泛应用于基础设施桥梁建设过程，而预应力钢则在各类型建设工程中都有广泛的应用，两种都是目前我国建筑行业，消耗较大的钢材。近几年由于社会经济的高速增长，建筑行业面临了巨大的发展期，在全国各地都兴建大型工程，在建设过程中需要消耗大量的钢绞线和预应力钢材，线材生产具有较为广泛的市场。但是也要注意到目前很多类型的钢材出现了供过于求，甚至产能过剩的情况，导致大量的同类型钢材价格下跌导致相应的生产企业遭遇了巨大的经济损失。这主要是由于企业在进行钢材生产时没有考虑到当前市场环境，我国作为世界第一产钢大国，每年的线材产量位居全球第一，但并不是所有的线材在现有市场上都有巨大的需求量，且相应的生产工艺更新也决定了企业的成本控制和市场销量。

2 高速线材轧机生产工艺特点

该型设备在进行线材生产过程中具备高速、连续、控冷等效果。生产成品，精度高，性能好，盘中大，整体生产质量要优于其他设备的生产效果[1]。

线材的使用相当广泛，能够应用于各类工业生产和建筑行业中。轧制速度是高速线材轧机发展水平的标志，截至目前，轧制技术以压制速度作为标志，已经经过了7代的发展。在第1代压制机器使用的过程中，其压制速度一般为43～50米每秒，到上世纪70.年代中期已经进入到第2代，第2代的轧制速度平均能够达到55米每秒。上世纪70年代后期压制机器进入了第3代发展阶段，此时轧制机器的平均轧制速度能够达到70米每秒。其后轧制速度不断发展到目前，相关设备的轧制速度已经能够超过120米每秒。

目前全世界有近400条高速线材压机，其中高速无扭线材压机约占其中的80%，年产线材规模能够超过1亿吨。高线产量约占80%，目前线材产量占钢材总产量的16%，各国的输出量和输入量平均在20%左右，目前美国是世界上最大的线材输入国，每年的消耗量约1000万吨，而每年生产的线材总量仅仅能达到700万吨。日本是目前世界线材输出量最大的国家，每年的产量能达到830万吨，向外输出220万吨。中国是目前世界上线材产量最大的国家，中国每年的线材产量能够超过8000万吨，其中30%以上的线材是由复二重轧机进行生产。目前我国拥有全世界近一半的线材压机数量，其中复二重轧机有占据我国拥有线材压机数量的一半。传统的横列式线材压机，正面临逐渐被社会生产所淘汰的局面，目前尚存的机器数量较少。剩余的机器为高速线材轧机，由于我国在高速线材轧机的研究工作方面投入的时间较晚，所以目前我国尚未掌握相关轧机器的全部生产技术，大部分高速线材轧机都要从国外进口，这导致相应材料的采购和生产成本较高，影响到了生产企业进行更加灵活的定位决策。在上世纪80年代之前，我国没有高速线材轧机，当时我国的高性比为0，线材自给率仅为60%，由于当时我国已经进入到了发展高速阶段，所以国内各行业都需要大量的线材，线材市场的缺口较大，每年需要通过进口相应线材，来补充国内市场需求，每年的进口量约为200～300万吨。与此同时，国内也开始进行相关线材的生产，但是由于设备质量较差，且缺乏相关经验，当时我国的国产线材质量与国外进口线材相比，具有较大的差距，集中表现在化学成分不稳定，表面质量差，盘重轻，尺寸公差较大。到了上世纪90年代，国产线材的生产质量和生产效果都得到了较大的改进，此时我国的高线比已经从原本的零提升到30%，线材自给率达100%，我国逐年减少对国外线材的进口，且开始进行对外出口贸易。到1991年，我国的线材出口量已经大于同年的线材进口量。到1994年，虽然当时我国的国产线材产能已经大幅度提升，但是由于当时在全国范围内经济的高速发展，各地区都开展了大量的建设工程，导致线材供应不足，于是在当年我国的线材进口量大幅度提升，一度导致我国的线材自给率跌破60%。自1995年以后国产现财年增长值平均为200万吨，高速线材的产量逐年提高，至1999年高线比已达到96.7%。

目前我国是世界上唯一具有全部工业门类的生产大国，但是在线材生产方面仍然是存在一些短板，尤其是对于一些特种线材，仍然是需要通过进口来维持相应的生产，如高应力弹簧钢，不锈钢，冷镦钢，钢帘线。虽然我国相关企业在相应产品的生产中也投入了大量的资源，但是由于起步较晚，所以目前与国外先进企业相比，仍然存在较大的差距，且在短时间内仍然无法追平。

3 理化性能差距

在化学成分方面，国外线材波动较少，整体稳定，国内的头围偏析较为严重，表面质量，国产的脱碳层深度一般为0.023至0.16毫米，最深可以达到0.35毫米。而国外同类型产品一般能达到0.3毫米。在组织对比中进口线材的实测奥氏体晶粒度为5～6级，整体分布较为均匀，索氏体达85%以上，而国产线材的奥氏体晶粒度为2～7级，分布较为分散，且索氏体只有少数能够达到85%的标准。

4 高速无扭精轧工艺

高速无扭精轧工艺对于现代线材生产来说有非常重要的作用，针对各类型线材轧机存在的问题，综合解决了诸多品种带来的规格不同、高断面尺寸精度，高生产率等问题。在现代线材生产中只有采用精轧高速，才能够保证较高的生产率，同时解决在过去进行线材轧制过程中遭遇的温降问题。再进行轧制过程中，必须要保证硬件不出现扭转情况，否则就会出现相应的事故，并导致设备无法进行正常的轧制工作。

对线材压机工艺参数进行判定的因素包括盘重和坯重，近些年盘中随轧制速度提高，也得到了相应的增加，盘中的平均增长达到了1500千克，个别甚至可以达到2.5吨。随着连续铸钢技术的发展和轧制速度的提升，压机采用的坯料尺寸越来越大，目前已经可以容纳边长为200毫米的方坯。

5 高线轧机的控制要求

线材产品质量包括生产精度，表面质量，外形，化学成分，力学性能等几方面。目前在生产直径达5.5毫米线材尺寸时，相关机械已经能够将生产精度控制在±0.1毫米之间，个别高精度生产设备甚至能够达到，±0.05毫米范围内。对外形尺寸精度的严格控制，一方面可以减少出现的废料，另一方面提高得收率，生产金属制品的质量提升有助于为金属制品提供更多的优质原料，并提高拉膜寿命和拉丝效率，减少在拉拔过程中造成的动力消耗。面对含碳量高于0.3%的线材，要对其表面脱碳情况进行控制，否则在脱碳之后就会出现表面变软疲劳强度降低等情况，影响线材的使用寿命。

6 相关控制手段

为了保证线材质量能够达到标准，首先要对线材的原料质量进行检查，要求原料在进入生产阶段之前，首先由技术人员对其进行原料检测，并对其表面杂质进行检查和清理，使投入生产的原料能够具有生产优质线材的先决条件。采用步进式加热炉，以更加灵活的方式来调整加热模式，适应不同线材的生产需求。在单线生产过程中出要采用平一立机组，以减少生产过程中出现的轧件刮伤情况。在生产过程中要尽可能采用滚动导卫及硬面轧辊，提高表面生产质量。