高速线材生产中的质量控制策略

林日胜

（深圳市新业自动化科技有限公司，广东深圳 518000）

在过去数十年中，线材在各行业中得到了广泛应用，其产量在整体上保持着高精度的发展趋势。尤其是线材产品的规格越来越大，品种也日益增多，如高强度钢丝、镀锡板和镀锌钢板等。同时，随着科学技术的不断发展，对产品质量提出更高的要求。目前线材轧制速度已从20 世纪60 年代的40 m/s 提高到120 m/s，盘重也从过去的500 kg 提高到目前的2.0～2.5 t，直径范围也拓宽到5～25 mm。凡此种种，无不印证线材生产已获得日新月异的进步。但是与发达国家相比，我国在线材质量上仍然处于落后地位。究其原因，主要是由于我国的线材生产技术落后于国外水平，特别是一些粗糙型的设备和工艺严重制约了国内线材生产的发展，同时也造成了大量人力、物力的浪费。所以加强对国内高速线材制造工艺的研发是不可缺少的。

1 国内高线所使用先进技术

（1）原料工序。为获得优质钢水很多厂家都加大转炉容量以提高钢水纯度（图1）。钢坯在加热炉内加热后再进行探伤和打磨工序。目前我国生产的高速线材大多为连铸坯，连铸坯可以直接轧制成钢板，也可以将其送至轧钢厂后再制成成品钢材。热轧带材一般为热卷或冷卷取制，冷轧则多采用冷带连铸工艺。连铸坯是将钢水在连铸机上轧制成初轧坯后再进入初轧机轧制而成。与连铸坯相比，初轧坯的能耗要低很多，每生产80 kg 钢可以节省标煤用量约占总消耗量的一半以上，且金属获得率高达10%左右。

图1 原料工艺

（2）成材率高，可以达到99.5%以上，并且还能获得较好的表面质量和尺寸精度。因此，连铸坯被认为是一种最节能、最理想的材料。但是，其缺点也显而易见。采用先进的蓄热式燃烧技术和设备，由某大型工业炉公司生产出高质量的高速线材钢坯。该技术具有预热温度低、对低热值燃料适应性强和加热时间短等优点，同时还可以节约能耗。与现有技术相比，本发明采用了新型的“双道”式，是在传统的“单道式结构”基础上发展而来的，它将“双道”与“单道”相结合，既可以实现“双道”独立生产，又能实现“单道”单独生产，同时还可利用“双道”对钢坯进行加热。本技术具有以下有益效果：采用首尾相连共同轧制的方式，降低截断首尾的损耗，提高工作效率；降低堆钢过程中产生的浪费；增大成品尺寸，精度；钢材性能好；产品质量稳定、产量大、投资小、成本低、设备利用率高；自动化程度高；操作简便。

2 国内高速线材生产线质量问题分析

2.1 合金钢线材所占比例偏低

优质钢材中的合金钢线材和纯净钢线材在品种类别上有很大差别。随着国民经济发展和人民生活水平的提高，对高品质合金钢线材的需求量也越来越高。因此，必须大力发展优质合金钢线材。同时应加强研究开发优质钢种，以满足国内需求，增加出口数量。

2.2 影响线材生产企业产品质量的主要因素

原料、设备、工艺和技术等，其中原料是决定通条力学性能的最重要因素之一，而原料中的含碳量又直接影响到轧线堆钢及高速线材的质量。这些都是在生产工艺控制和管理等多方面因素共同作用下产生的结果。因此，要提高我国的高速线材生产技术就必须对这几方面进行研究。只有这样才能真正做到提高质量，降低成本。国内对线材质量水平的研究还不够深入。我国大部分企业都没有自己的生产线，导致产品质量参差不齐。目前国内对线材产品的研究还处于开发阶段。国内高速线材硬件设备老化，寿命相对较低，储备不充足，且故障频发，极大的影响高速线材高效生产。

2.3 改善高速线材制造质量的对策

针对性控制高速线材生产环节质量。在高速线材的生产过程当中，需要注意很多细节，如原料和设备、轧制工艺、轧辊以及冷却润滑系统都是影响产品质量的关键要素。所以为了提升产品的合格率，必须做好各个环节的把控工作。因为线材生产过程中涉及的环节很多，所以品质的提升还应该针对各个环节加以控制。坑坑洼洼是影响铸坯表面质量的主要因素之一，在铸坯表面存在大量的非金属夹杂物及气泡等缺陷，这些缺陷会造成导卫堵塞、导卫过高或过低以及氧化铁皮过厚和过薄等现象，严重时甚至会导致轧槽报废。通过针对不同环节采取应对措施控制高速线材质量，加强对岗位人员的管理。线材生产是一个复杂的过程，涉及很多方面。人员的技能水平直接影响着高速线材生产质量和产量。因此，要不断提升岗位人员的综合素质。线材公司应通过定期培训来提升岗位人员的理论知识和实践能力，同时建立科学有效的绩效评估制度，加强企业自身管理，促进堆钢与产品的发展。随着国家经济水平和科学技术的发展，人们生活水平不断提升，对于钢材的要求越来越严格，尤其是高品质钢种，而我国是世界上最大的钢铁生产国之一。目前，我国生产的优质钢品种单一、质量差、价格高，而国外产品具有较强的议价能力，所以国内生产的特种钢以进口为主，尤其是线材。目前，世界各国都在大力发展本国的高端产品。但是中国在高速线材方面还处于起步阶段，与发达国家相比差距较大。尤其是对于特殊钢种来说，国内还没有自主研发能力，所以增加投资生产中国产特种钢势在必行。

3 完善高速线材制造的具体技术

3.1 全线无扭轧制

轧机全线平立相间排列，实现了全轧线轧件不扭转轧制，是目前高速线材制造公认的发展方向。钢坯在无扭轧制过程中对轧机机架间距要求较低，而对扭转轧制机架间距则有很高的要求，这就需要较大的车间总长度和较多的厂房投资。在相同的设备和工艺条件下，采用较低转速（低于200 r/min）时，其生产率可提高一倍以上，同时也减少了轧辊磨损及润滑等方面的问题。机架间距较小时，也有利于在粗中轧机组的机架之间使用微张力控制轧制技术。使用无扭轧制工艺，可大幅度降低轧件扭转引起的表面与内部组织缺陷，降低卡钢事故，提高成材率与轧机作业率，并能确保得到表面质量最优的线材。

3.2 增加轧制速度

如果把全连轧作为提高线材盘有效的工艺措施的话，提高轧制速度就是对连轧线的现实要求。大家都知道，大段连铸坯既利于连铸生产，确保连铸坯的质量，又利于线材的品质。但如果终轧线的长度过长，会引起产品表面温度过高而发生热裂纹。反之则容易造成冷裂纹，否则会出现热裂。因此，在连轧线中，坯料及成品的规格尺寸确定后，它的终轧速度便相应地确定下来。

3.3 连铸坯热装工艺

近年出现的电炉炼钢—连铸—连轧短流程热装工艺（图2），是在线材生产中起到了节能降耗作用的一项重大举措，该技术是在炼钢、连铸技术不断进步，钢水、连铸坯品质日益改善的情况下开发的。热送热装就是将连铸机产出的热坯，通过保温辊道和其他运输机械，直接送入线材车间，经过缓冲保温炉或者台架，然后送入钢坯加热炉，升温到开轧温度，入炉后钢坯温度高于开轧温度。连铸坯热送热装既能大大降低燃料消耗，又能因热装坯芯部的温度均一，有利于塑性变形，因而也能减少电能消耗。还可以增加加热炉的产量，缩短生产周期，减少金属损耗，减小钢坯堆放面积，提高产品质量及钢材的收得率，从而较大幅度地降低了线材产品的综合成本。因为高速线材轧机坯料的规格比较单一，所以比较容易实现热装过程。目前，国内外许多厂家在开发热轧带材时都将连铸坯直接轧制成所需的钢卷产品，从而简化了生产工艺流程，提高了成材率和设备利用率，同时还能节约大量钢材。这种新技术不仅在国外高速线材厂得到了广泛的应用，而且在我国新建成的高线厂（如江苏沙钢集团）中，连铸坯热送热装的新技术得到了日益广泛的应用。

图2 生产工艺

3.4 低温轧制技术

低温轧制工艺作为高速线材调控轧制过程中的一部分，通过机械与冶金共同操作，可得到具有细晶粒金属内部结构线材。由于近代高速线材轧机坯料断面的逐渐增大，目前单线坯料断面已达到要求，粗、中轧机轧制过程中，温降也相应降低，精轧机组中轧件温度会因终轧速度升高而大幅升高，造成晶粒过大，碳化物析出，晶界熔化，从而直接影响线材内在质量。另外，随着线材规格和品种多样化发展，对线材成品组织均匀性也提出了更高要求。如果不适当地增加热轧终温，则很难获得优良产品。所以，进精轧机组轧件一定要控制好上限温度，也就是说，开轧温度的下降是由当代线材轧制的特点决定。

3.5 控制冷却技术

高速线材控制冷却技术又称为在线热处理技术，它是直接影响线材产品力学性能及通条均匀性至关重要的技术。现代高速线材轧制速度非常快，其变形热导致轧件剧烈加热，给产品力学性能造成不良影响，为克服这一缺点，控制冷却工艺被广泛应用于高速线材轧制中。文中介绍了国内外控冷技术的发展概况，分析了目前我国高速线材生产中所采用的几种控冷方式及各自特点。其中包括：一次水冷与三次水冷、二段水冷以及三段水冷等。控冷工艺主要包括：一次水冷和二次风冷两部分组成，前者由水冷箱及预精轧机组构成，后者由精轧机组或精轧机来实现，它是通过调节吐丝温度达到所需的相变温度。二次风冷线，又称斯太尔摩线，位于吐丝机后方，针对不同钢种，通过控制不同冷却速率，使得分散于输送机内的线卷冷却时完成相变，从而获得通条力学性能优良的高质量线材。利用控冷技术，可减少二次氧化铁皮生成量，提高线材表面质量，减少金属损耗，节约产品在后续处理之前的酸洗时间及损耗。控冷工艺包括在拉拔过程中控制冷却速度，以达到较好的珠光体转变温度，控制冷却水量和保持合适的润滑条件等。文中着重介绍了控冷的原理及其应用情况。控冷能防止马氏体，贝氏体的出现，并能使金相组织索氏体化，进而改善其力学性能及变形系数，能得到强度高，塑性好，再加工性好的线材，对于钢丝绳，钢帘线，预应力钢绞线，高强度螺栓及一些冷徽用线材等更为明显。

4 结束语

在经济飞速发展的今天，中国线材生产也得到了飞速的进步。目前，我国在高速线材方面已经达到了世界一流水平，并且拥有很多先进的技术工艺。在引进国外先进技术的同时，也开发出了自己特有的产品——线材。但是与发达国家相比，我国在高速线材方面还存在一定差距，缺乏竞争力。文中分析了当前我国线材生产中存在的问题和不足，并提出了一些对策建议，希望能够对我国线材生产起到一定帮助作用。同时，可以推动我国线材产业向更高水平迈进，为了提升中国高速线材核心竞争力，国内相关行业人员要不断努力确保该行业有一个质的进步。