轧钢棒线材生产新技术探析

张凯

摘 要：钢铁工业的飞速发展，为用户提供了充足的钢铁产品，使得国内钢材市场逐渐由卖方市场向买方市场过渡。为了提高市场竞争能力，必须在提高产品质量的同时，降低生产成本 ，加大企业技术进步，大胆应用近年来出现的新技术、新设备、新工艺 ，这无疑是增强其 竞争能力的有效手段。棒线材生产已有 200 多年的历史。尽管板带钢产品比重迅速增加，其生产技术日趋完善 ，生产成本显著下降，但是棒线材产品仍然占据其独有而不可取代的地位。正是由于这个原因 ，其生产技术发展水平正日新月异地飞速发展。本文主要针对轧钢棒线材生产技术问题进行分析和讨论，望与同行之间交流探讨。

关键词：钢材生产;轧钢技術;棒线材;新技术

一、轧钢棒线材市场现状

目前我国棒线管材行业企业的技术装备水平得到较大提高，特别是二十世纪九十年代以来，我国钢铁工业获得了长足进步：新建的一大批具有世界先进水平的大型高炉、大型转炉和电炉、炉外精炼、连铸、热连轧、冷连轧、涂镀层生产线、冷轧硅钢生产线、高速线材轧机、连续小型棒材轧机的建成投产等，使我国棒线材管行业的装备水平有了显著提高。特别是我们正在进行的为配合我国家电、轿车、石油、建筑、造船等行业走向世界，钢铁行业“十五”技术改造完成后，再经过“十一五”的努力，我国整个棒线材管工业的工艺和装备水平将会发生新的质的飞跃。随着我国棒线材管工艺技术结构的改进，产品结构进一步优化，产品质量显著改善，国内市场占有率进一步提高。钢铁企业连铸比已达到95.53%，高于世界平均水平。而钢铁生产的板管比已达到45.3%，还将进一步提高。国民经济各行业所需的棒线材管品种大多数可以国内生产，特别是国民经济支柱产业所需的高性能高附加值品种的棒线材的产量和质量有了新的增长和改善。我国棒线材管的综合自给率已达99.06%。其中线材、棒材自给率已超过100%。然而，在看到线材行业发展的同时，还要看到我们存在的问题。我国的棒线材管工业在近十年来，通过技术改造和技术进步，素质大大提高，我国棒线材管产品的国际竞争力有了质的飞越，我国棒线材管工业正在从棒线材管大国向棒线材管强国迈进。

二、轧钢棒线材生产技术发展

1、无头轧制技术

传统的轧钢生产过程，相邻轧件间要有一定的间隔，以便给下游留出一定的缓冲时间。从而加大了因轧机频繁咬钢而出现堆钢的几率，咬入产生的冲击载荷也会导致设备使用寿命降低，辊耗增大，有效作业率降低等问题。无头轧制是一项适用于长材（包括板材）轧制的新技术。自从1998年3月在日本东京高松厂问世以来，有了快速的进展。该技术已经成功地服务在泰国、马来西亚、墨西哥等长材生产厂。继我国第一家采用该技术的唐钢棒材厂之后，新疆八一钢铁公司和涟源钢铁公司也订购了Danieli公司的设备。闪光焊机设在加热工序之后，焊接过程由计算机控制，并纳入了轧钢自动化系统，因而焊接过程的稳定性和可重复性极好。任意断面形状和钢种的钢坯均能对焊，最大可对焊规格达200mm×200mm。唐钢对焊165mm方坯所需周期约为37-40s，其中焊接时间约为10s。由于焊接技术的提高，焊口位置不但不存在内部缺陷，强度指标也不亚于轧件母体。

无头轧制与常规轧制相比，生产效率提高12%，棒线材车间布置形式经历了从单机架、棋盘式、跟踪式和半连轧式，发展到了目前广泛应用的全连续式。设备也从二辊、三辊式轧机发展到了悬臂式和平立可互换的短应力线轧机。

2、低温轧制技术

低温轧制技术的目的是利用变形在再结晶温度以下能使晶粒得到细化的原理，生产出具有更好的性能，更高的表面质量和更优越工艺性（含冷成型性）的轧件，同时可以避免传统的离线热处理工序。因低温轧制技术的要点是在最后几道次施以一定量的变形量 ，而轧制温度的高低则取决于轧机能力，以及对钢材的性能要求 ，或者采用常化轧制，或者采用机械热处理轧制 （ 简称热机轧制）。由于晶粒变形时被拉长 ，使得轧件的晶粒得到细化 ，进而改变了最终成品机械性能。在低温轧制工艺中，加热温度和粗轧工序仍沿用传统的工艺制度，但是经过粗轧变形之后得到的必须是完全再结晶组织。在采用低温轧制的生产线，中轧机组与精轧机组之间必须设有水冷箱，以便准确控制轧件的精轧温度，因此要求这两个机组之间留有足够的距离，以确保轧件进入精轧机之前，其断面温度分布均匀。

随着计算机技术的发展，自动控制学科也呈现出高速发展的势头，其中以工业自动化技术的发展尤甚。为了保证工艺的稳定性，进而确保产品质量，轧件在水冷箱内的冷却强度必须能在计算机控制下完成。其关键是根据在线实测的轧件温度值来实时调节水的流量，以使轧件在进入精轧机时，其温度在设定的范围内。实现这一过程的关键是找到一个反映冷却水流速、压力与轧件断面上温度变化规律的数学模型 。

3、斯太尔摩控冷技术（棒材表面中淬火及自回火技术）

为了解决传统轧制工艺中由于线材盘卷在终轧后温度1000℃高温下自然冷却盘卷的内外卷温差大，而导致的线材表面严重氧化、内部组织不合要求、机械性能低和拉拔性能差等问题，1964年加拿大Steleo公司与美国摩根Morgan公司联合开发了该技术，因此称为Stelmor（斯太尔摩）法，该技术又称为棒材表面淬火及自回火工艺。棒材表面中淬火及自回火技术是利用终轧后轧件自身的热量，使之通过专门的穿水冷却水箱和风冷环节，准确控制轧件的冷却速度，从而获得所需要的组织和性能的一种工艺方法。此工艺可以利用普通低碳钢来替代微合金钢及低合金钢，且轧件具有较高的强度、较好的韧性和可焊性及较满意的低温韧性，近年来被广泛用于热轧带肋钢筋生产，经过该工艺处理的钢筋，其屈服强度可以提高150～230 MPa。此工艺包括三个热处理阶段：（1）淬火阶段。精轧机组后设置一套水冷系统，使带肋钢筋表面淬火形成马氏体，而芯部保持奥氏体组织，当表层下形成一定深度的马氏体后，便停止淬火处理;（2）回火阶段。淬火后，再在空气中冷却，由于棒线材各截面内外温度梯度较大，热量从芯部传到表层，使表层马氏体回火形成回火马氏体组织或回火索氏体;（3）最终冷却阶段。棒线材在冷床上缓慢冷却时芯部的奥氏体转变成铁素体和珠光体组织，或铁素体、索氏体和贝氏体组织，使得碳和合金元素含量较低的钢获得较高的综合力学性能，降低钢材成本。

结束语

随着我国国民经济恢复到平稳发展阶段，线材行业也在迅速发展，目前，除个别品种外（钢帘线用钢、汽车弹簧钢、高级冷镦钢、超低碳钢等），基本都能满足用户需求，自给率不断上升。而社会多样化需求和市场竞争对棒线材生产提出了越来越高的要求。在当前形势下，不断引进和开发轧钢棒线材生产新技术，对于改善轧制工艺、提高产品品质及降低生产成本都具有重要的意义。

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