過共析鋼高速線材生產工藝淺析★

方軼琉， 高正源， 孫鵬飛， 白萬金

（重慶交通大學機電與車輛工程學院， 重慶 400074）

過共析鋼（w（C）＞0.77%）線材被廣泛用于巨型結構（如建筑物、懸索橋和大型混凝土管）、混凝土軌枕、預應力鋼絲等領域。均勻的索氏體組織被認為是拉絲操作和控制索氏體綜合性能的最佳形態。對于過共析鋼而言，在抑制先共析滲碳體組織的條件下，珠光體片層間距的細化有利于進一步提高鋼絲的成品力學性能。本文基于典型的高速線材裝配產線，淺談過共析鋼高速線材生產工藝。

自1980年以來，高速線材生產受到消費結構升級及整體裝備水平提升的影響，消費市場對小規格、大盤重線材需求量與日俱增。特別是近幾年來，為順應這一發展并進一步提升年產量，目前很多國內新建產線均裝備了當前最為先進的主體設備。

高速線材生產線主要配備25～30機架，其中以30機架最為典型。該生產線共分5個機組，粗軋機組6架，中軋機組6架，預精軋機組6架，精軋機組8架，減定徑機組4架，共30個機架組成，呈單線全連續無扭布置[1]。這種高速線材在精軋機組前和減定徑機組前后均設有高效水冷裝置，全線采用閉環控制系統，終軋速度最高可達112 m/s。

1 高速線材鋼坯質量控制

鋼坯質量是過共析鋼高速線材產品生產和使用的關鍵因素，避免產品出現成分偏析、非金屬夾雜及鋼種氣體含量超標等質量問題，近年來各鋼企均對鋼坯質量引起高度重視。目前國內大多采用鐵水脫硫→轉爐/電爐→LF→VD（RH）→模鑄/連鑄的工藝路線獲得優質的鋼坯。

通過制定合理的加熱制度，將合格的鋼坯通過裝置裝入加熱爐。就目前新上產線而言，鋼企普遍采用步進式加熱爐，該加熱爐可有效控制表面脫碳及氧化燒損，并能確保鋼坯出爐溫度均勻，頭尾溫差在50℃范圍內。在加熱爐中，過共析鋼鋼坯加熱至Accm溫度以上完成奧氏體化。奧氏體化過程對鋼鐵材料固態相變理論及實際工業生產具有重要的意義。對于過共析鋼，加熱溫度宜設在為950～1050℃范圍內。大量研究結果表明初始奧氏體晶粒尺寸對后續成品組織和性能影響明顯[2]。過共析鋼在該溫度范圍內，奧氏體化后晶粒尺寸變化較小。而當加熱溫度設在1050℃以上時，奧氏體晶粒尺寸急劇增大。加熱時間的設定需綜合考慮奧氏體化后組織均勻性，對于碳含量（質量分數）超過0.77%的過共析鋼，C在奧氏體內的分布并非理想的均勻，存在明顯的富C區和貧C區。這種C含量梯度的存在對后續奧氏體向先共析滲碳體和珠光體的轉變影響很大。當加熱溫度升高或延長可消弱C含量分布引起的不均勻性。另外，加熱時間與鋼坯尺寸存在一定的關系。因此，對于常見的尺寸規格為150 mm×150 mm過共析鋼坯而言，適當的加熱溫度為950～1050℃，加熱溫度為1.5～2 h。

2 高速線材的軋制控制

目前越來越多的企業已經意識到優化的熱機軋制可有效提升過共析鋼的成品的性能。由于高速線材軋制是在規定的孔型系統中完成，對于各道次之間的延伸率已基本確定，因此高速線材的熱機軋制更多是通過對軋制溫度的控制實現。對于提高線材的綜合力學性能，主要控制開軋溫度、進精軋機組溫度和進減定徑機組溫度。開軋溫度由加熱爐出鋼溫度確定，而進精軋機組和進減定徑機組溫度分別由精軋前和減定徑前強迫水冷實現。

低溫開軋可有效控制奧氏體晶粒的尺寸。然而奧氏體晶粒尺寸對成品性能的影響較相變后細片層間距的珠光體組織的影響弱。除此之外，雖然粗、中軋過程是降溫的過程，但該過程溫降不明顯。而進精軋和減定徑機組軋制過程是升溫過程，以8道次精軋機組為例，軋件通過精軋機組后溫升約為120～150℃。因此需對進精軋溫度進行有效控制，否則會引起吐絲溫度過高而導致最終成品韌性下降。為更好的達到熱機軋制的效果，在精軋機組前和減定徑機組前均設有冷卻水箱，從而獲得優化的進精軋機組和進減定徑機組溫度。另外，線材延伸率與斷面收縮率均隨進減定徑機組溫度升高而降低。由于規格不同，進精軋機組及減定徑機組溫度存在差異。過共析鋼進精軋機組和減定徑機組溫度建議分別設在940～980℃和920～960℃溫度范圍內。

3 高速線材的冷卻控制

軋件出減定徑機組后的冷卻過程由水箱冷卻和風冷線冷卻兩個部分構成。水箱冷卻是在獲得適宜的吐絲溫度的同時可以很好的控制減定徑機組軋制后引起的溫升，避免奧氏體晶粒尺寸的軋后長大，為后續相變的發生奠定基礎。吐絲溫度過高，后續風冷過程氧化強烈且不易實現風冷后相變的溫度控制。

目前鋼企普遍采用的是斯太爾摩風冷線，軋件吐絲成圈后橫向布置于風冷線上，該過程盡量使相變向細片層狀的珠光體組織（即索氏體）進行。然而在斯太爾摩風冷線運輸冷卻的過程中，盤條邊部存在明顯的搭接導致重合處局部溫度過高，造成同圈性能波動。該斯太爾摩風冷線的軌道正下方配備有“佳靈”裝置，該裝置可有效分配邊部與中部的風量。另外，斯太爾摩風冷線上設置有跌落段，跌落段的設置和適當的調速可改善原搭接點，從而確保盤條同圈性能的穩定性。近年來，風冷線風機風量的設計呈逐年遞增態。對于過共析鋼而言，索氏體化對應的鼻尖溫度約540～580℃，由于吐絲溫度及冷卻速度的不同，索氏體化相變溫度區間不同。總體而言，吐絲溫度在850～980℃范圍內，隨著吐絲溫度的適當增加，索氏體轉變溫度均出現下降趨勢,溫度增加幅度越大,轉變溫度越低,同時轉變區間擴大。若溫度過高則在盤條表面出現馬氏體組織，而溫度過低則對應的索氏體化率無法保證。

4 結語

我國高線產量很大，但主要仍以建筑結構用線材為主。大部分企業的新產品開發仍以摸索為主，缺乏理論指導。過共析鋼線材被廣泛用于用于巨型結構、混凝土軌枕，預應力鋼絲等領域。均勻的索氏體組織被認為是拉絲操作和控制索氏體綜合性能的最佳形態。本文從鋼坯質量控制、軋制控制和冷卻控制三個方面分析了過共析鋼高速線材生產過程工藝控制要點，為性能優異的過共析鋼線材的生產提供思路。

[1]方針正，牛強，馬靳江，等.一條優質高速線材生產線的工藝特點[J].江西冶金，2014，34（3）：45.

[2]李俊杰，GodfreyAndrew，劉偉，等.奧氏體化與冷卻速率對過共析鋼組織的影響[J].金屬學報，2013，49（5）：583.