高速线材低温轧制工艺技术及其工程应用

王永平

摘要：随着高速线材装备技术的迅速发展，特别是以高刚度短应力线轧机、超重型Ｖ型顶交４５°线材轧机、大倾角吐丝机及其动平衡技术、低温大压下线材减定径技术、闭环精确控温水冷装置与模型、大功率交直交中压变频调速装置等为代表的关键技术和核心装备的不断升级和成熟运用，为低温轧制技术在高速线材工程上的推广应用提供了强有力的机械和电气设备保障。

与此同时，关于低温轧制基础理论的研究和生产实践的结合，也为低温轧制技术的应用提供了坚实的理论支撑。除部分需要高温扩散退火的钢种外，大部分钢种可以较大幅度地降低钢坯加热温度，采用低温出炉、低温轧制；需要高温扩散退火的钢种，可以少量适当地降低钢坯出炉温度，采用低温精轧。对于带肋钢筋产品，不仅可以节省生产线综合能耗，还可以减少合金元素的使用，降低生产成本；对于优特钢产品，不仅可以节省生产线综合能耗，还可以节省下游用户的热处理成本。

关键词：低温轧制；工艺技术；综合能耗；典型布置；设备选型；综合性能

引言

轧后控制冷却的优点在于在一定的程度上能降低盘条的网状碳化物，但其对轴承钢塑性指标的提高有限。二者的缺点为:低温轧制对轧机功率的要求较高，而轧后控制冷却对轧后产线水冷设备要求较高，两者均需要一定的产线装备支撑。本文主要研究低温轧制时变形温度对轴承钢组织的影响规律，探讨低温轧制对网状碳化物形貌、珠光体形貌及减免退火等的影响，为研究低温轧制改善轴承钢组织性能提供依据。

1低温轧制工艺技术特点

1.1不同线材产品的低温轧制

①低碳钢（ｗ（Ｃ）≤０．２５％）系列产品。要求带肋钢筋线材产品具有较高的强度、良好的塑性和焊接性能，需要控制Ｃ当量、Ｍｎ等合金元素的含量。采用低温轧制工艺，可得到较高位错密度的形变态奥氏体组织，为先共析铁素体提供更多的形核位置，并以较低的吐丝温度和散卷冷却运输线的中速风冷，获得较细的铁素体晶粒＋较多的细片层间距珠光体组织，达到强韧化要求的同时降低了合金元素的含量。低温轧制不仅可防止由于粗大的奥氏体晶粒在快速冷却过程中形成魏氏体组织，也可避免使用轧后强穿水冷却工艺生成马氏体组织，进而严重影响产品塑性。此外，还可添加少量的Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等微合金元素，扩大低温轧制的加工温度窗口，通过细晶强化和沉淀强化等作用，提高了采用较低合金成分生产４级带肋钢筋的工艺稳定性。

与Ｈ０８Ａ等普通焊条钢低温轧制主要为了减少氧化铁皮生成的目的不同，ＥＲ５０－６／ＥＲ７０Ｓ－６等焊丝钢由于Ｍｎ、Ｓｉ含量较高，提高了奥氏体的淬透性，若工艺参数控制不当，即便采用延迟型散卷冷却工艺，也容易产生马氏体等硬化组织，而焊线钢产品即使只有体积分数略大于５％的马氏体组织，也将严重影响其拉拔性能。低温轧制形成的形变态奥氏体组织或细小静态再结晶奥氏体晶粒，可降低过冷奥氏体的稳定性，促进其在较高温度下发生转变，并以较高的吐丝温度和延迟型散卷冷却工艺，获得较粗的铁素体晶粒＋少量均匀分布的珠光体组织，即软化的组织状态，同时有效避免了低碳马氏体等组织的生成。由此，改善了焊丝钢线材产品的拉拔性能，可将5.5ｍｍ盘条一次拉拔至1.2ｍｍ甚至0.8ｍｍ。另外，适当提高吐丝温度，还有利于改善线材表面氧化铁皮的成分和结构，抑制低碳焊线钢产品的表面红锈。

②中碳钢（ｗ（Ｃ）＝０．２５％～０．６０％）系列产品。以中碳冷镦钢为代表的优质冷镦钢对产品表面脱碳层有严格控制，采用低温出炉工艺，可有效减少坯料在加热过程中的表面脱碳。以ＳＣＭ４３５为代表的高强度冷镦钢，结合后续低温轧制工艺，可得到较高位错密度的形变态奥氏体组织，为先共析铁素体提供更多的形核位置，并以较低的吐丝温度和延迟型散卷冷却工艺，获得较细的铁素体晶粒＋细片状珠光体组织，同时抑制马氏体等有害组织的形成，可满足高强度螺栓、螺母等紧固件的生产需求。

1.2工艺优势分析

①采用低温加热、低温轧制，可显著减少坯料在加热过程中的一次氧化烧损和轧制、冷却过程中轧件二次氧化铁皮的生成，提高了金属收得率，减少了产品表面划伤，提高了产品表面质量，同时可节省下游用户酸洗除鳞时间。

②采用低温加热，对于中、高碳钢可显著减少加热过程中钢坯的表面脱碳，结合低温轧制工艺，可减少轧制和冷却过程中轧件的表面脱碳，对生产弹簧钢、冷镦钢、硬线钢等产品非常有利；此外，可节省后续制品加工的热处理时间和成本。

2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。

3主要设备选型

低温轧制工艺对高速线材核心装备提出了更高要求，其关键机械和电气设备选型主要具有如下特点：

①步进梁式加热炉采用全自动控制系统，具有生产操作灵活、钢坯加热温度均匀、氧化烧损少和节能等优点，为低温出炉、低温开轧创造有利条件。

②低速区轧机采用高刚度短应力线轧机，不仅生产操作灵活，而且系列化轧机充分满足低温开轧轧制力能选型要求。

③高速区轧机采用超重型Ｖ型顶交４５°悬臂辊环轧机，结合低温大压下线材减定径技术，成为低温轧制最为核心和关键的设备。

4改进措施

4.1调整佳灵角度

高线每台风机设置有佳灵装置，佳灵装置通过分区域控制风速等手段来缩小温差。佳灵装置打开的角度对截面的风场有很大影响，一般来说，佳灵装置的作用在于减少中部非搭接点的风量，增加两边搭接点位置的风量，从而使搭接点的冷速增大，非搭接点的冷速减小。通过多次尝试调整佳灵装置的角度，最终确定生产盘螺时将佳灵角度调整至15°~20°，确保两侧风量占比80%~85%，能够有效降低盘条性能的同圈差。

4.2对散冷区散热环境进行改造

对厂房顶部进行改造，在散冷辊道上方、两侧开天窗，加快热空气排出，降低散冷区温度，较未优化之前，散冷区平均温降6~13℃，6、7月份环境气温最高时，散冷区温降较往年最高温度低13℃，有效地促进了夏季盘条在散冷区的温降。

结语

低温轧制工艺技术对于降低高速线材生产线的综合能耗、改善线材产品的表面质量和综合性能、节省下游用户的热处理成本等均有明显优势，具有较高的经济效益与社会效益。高速线材装备技术的迅速发展，更为低温轧制工艺技术在高速线材工程上的推广应用提供了强有力保障。

近年来，在国家高端装备制造产业政策的支持下，线材高速区轧机模块化机组、独立传动技术逐步实现了国产化应用，有助于解放工艺布置限制，可促进低温轧制工艺技术的进一步推广应用。与此同时，工艺和装备技术迭代不断加速，相信低温轧制核心装备的全国产化之路将不再遥远。

参考文献

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