关于线材特殊钢种轧制的发展趋势

◎唐国栋

社会经济的迅速发展推动了钢铁需求量的上涨，为了进一步满足各行业对于钢铁的需求，就要加强对各类轧钢技术工艺的有效应用，满足社会的发展需求。高端特殊钢是钢铁材料皇冠上的明珠，是重大装备制造和国家重点工程需要的关键材料，广泛应用于航天、航空、风电、高铁等众多领域。其生产和应用代表一个国家工业化发展水平和制造业的强弱，是立国之本、兴国之基。

一、特殊钢棒材轧制加工策略

1.钢的均匀性控制。钢的均匀性主要是指相同标准钢种不同炉次之间的成分波动范围要小，即要达到窄成分控制；且同一炉钢的成分要均匀，即要减少同一炉钢材的成分偏析。钢的成分波动范围大或偏析严重，会导致工件在渗碳淬火热处理过程中变形严重，甚至出现开裂报废，严重影响下游加工工序的连续性。

2.钢材的纯净度控制。提高钢的洁净度主要从以下几方面进行控制：降低低熔点有害元素的含量，减少非金属夹杂物的含量，细化夹杂物尺寸并使其均匀分布。钢中的非金属夹杂物产生于冶炼过程，主要来源于脱氧产物、二次氧化、卷渣、耐材侵蚀剥落和连铸水口粘接物等。改进冶炼工艺对于提高钢的洁净度具有重要意义。

3.钢材的车削性控制。改善钢材的车削性能需从这几个方面进行控制：一是控制钢种硫化物的形态分布；二是精确控制再加热过程中的加热工艺，控制硫化物在加热过程中的形变和分布；三是控制钢材的热轧态组织，降低钢材的硬度。

4.表面质量控制。下游制造业加工工艺的改进，对钢材表面质量有了更高的要求，对表面微裂纹、划伤、麻点、凹坑等零容忍，因此表面质量控制技术相继开发出来。

（1）连铸坯表面裂纹控制技术。①使用新型曲面结晶器铜管，实现了铸坯浇铸过程中上部快补偿、中下部缓补偿，避免铸坯偏离角区域产生热裂纹。另外，低碳和包晶钢大方坯连铸生产过程中，铸坯表面易产生间歇性横向凹陷缺陷，主要为保护渣膜在结晶器振动下间接性流入，并挤压渣道形成。基于此，通过优化保护渣物性参数，使用新结晶器曲面铜管，以及调整结晶器振动参数，消除了低碳和包晶钢大方坯表面间歇性横向凹陷的产生。②采用大倒角结晶器技术，正常浇铸条件下铸坯角部温度比原直角提高了60℃以上，使铸坯角部避开了极易出现横裂纹的温度区间，角部受力状况发生了根本变化，避免了角部裂纹的发生。③结合现场实际开展二冷配水工艺优化研究，形成了超弱冷二冷配水工艺。②轧制过程表面控制技术。轧制过程工艺控制不当易出现加热裂纹、褶皱发纹、划伤、折迭、麻点、凹坑等表面缺陷。①降低加热炉预热段的加热速度，避免加热过快造成加热裂纹。）优化孔型设计，避免变形量过大或孔型过度不合理形成表面褶皱或发纹。③采用坯料或中间坯火焰清理工艺，消除铸坯皮下缺陷，进一步提升产品表面质量。④全线采用滚动传动方式，轧机进口采用滚动导卫，出口导卫安装托辊，避免直接摩擦；冷床裙板安装侧立辊，保证轧件上冷床过程中不与裙板产生滑动摩擦。⑤冷床前的传送辊道采用分体设计技术，轧件与辊道的接触方式由一线接触改为双线接触。

5.热轧态组织控制。产品的显微组织对下游工序的影响较大，因此，为了应对锻造工艺的发展，根据组织的遗传性，将产品终态组织的控制前移到热轧工序，以满足用户的产品需求。

（1）组织遗传工艺技术。所谓钢的组织遗传，是指钢发生一种相变或组织转变时，转变产物保留了原始组织的某些宏观及显微特征。例如，轴承钢的网状组织能够遗传到后续退火或淬回火过程中，并影响寿命。

以圆环链钢23MnNiMoCr54为例说明组织的遗传性。当热轧态组织为珠光体时，在680℃退火10h后，珠光体区的碳化物发生了球化，但碳化物颗粒尺寸不均匀；而铁素体区中几乎没有碳化物，这样不均匀的组织对最终的热处理具有不利影响。当热轧态组织为贝氏体时，退火过程碳化物可以发生一定程度地球化，但微观组织、成分不均匀性仍然不能消除。当热轧态组织为马氏体时，对获得均匀的球状碳化物最有利，且退火前组织为马氏体时，退火时间可以缩短为8h。

（2）热轧态组织控制技术。为了精准控制热轧态组织，首先要对目标钢种进行CCT曲线测定，根据CCT曲线和用户要求设定冷却工艺，从而对最终组织进行控制。当冷却速度为0．1℃/s时，显微组织由珠光体和铁素体组成；当冷却速度为1℃/s时，显微组织以贝氏体为主，此时仍存在一些珠光体和铁素体；当冷却速度继续增大至3℃/s时，组织开始出现马氏体；冷速为3～10℃/s时，组织以贝氏体和马氏体为主；当冷速≥10℃/s时，组织均为马氏体。

（3）网状组织控制工艺。网状碳化物是高碳合金钢连续冷却转变的产物，其厚度和分布形态与冷却速度有着密切的联系。以轴承钢GCr15为例说明，在连续冷却过程中，由于C含量较高，随着温度的降低，C从过饱和奥氏体中析出，形成富铬的碳化物。这种先共析二次碳化物一般会优先在晶界上以仿晶界型网状形式排列形核长大。

二、我国轧钢工艺的节能发展方向

随着我国科技水平的迅速提高，轧钢自动化生产企业数量越来越多，随着轧钢加热炉应用范围的扩大，相应的自动化系统却仍然局限于预留系统，所以导致在应用过程中其能耗较高，不符合当前我国绿色可持续发展的观念，所以新时代就要提高轧钢工艺的节能化水平，适用于当前新时代节能环保的发展要求。

首先，环保型燃烧器，其可以有效地保证节能效果，尤其是在新环境保护法实施后，环保型燃烧器成为发展主流，其可以有效地保证燃料的燃烧效率，提升炉温的均匀性；其次，低成本换热器，该设备应用于轧钢加热炉时，可以有效地将烟气余热回收，降低对环境的污染；再次，高热阻水管爆炸技术，该技术由于有着较高的绝热效果，而且遮蔽效果、耐久性较为突出；最后，辐射传热技术，该技术的应用主要是将高温节能涂料涂抹于炉表面内，从而在有效地节约燃料的同时保护内壁。随着我国科技的快速发展，节能涂料技术愈发成熟，将其应用于加热炉中，可以有效地增强加热炉的节能效果，对我国的节能工作发展来说推动作用较为明显。

三、结束语

总而言之，轧钢工艺对我国钢铁企业发展起到了至关重要的作用，提高工艺节能化水平可以有效降低能源消耗量，提高能源利用率，对提高我国钢铁行业高速发展也有着较大的帮助作用。在轧钢工艺节能化发展过程中要注重对新技术的研发，提高我国的自主设计能力，推动我国轧钢工艺的节能化发展，促进我国钢铁行业迅速发展。