關于線材特殊鋼種軋制的發展趨勢

◎唐國棟

社會經濟的迅速發展推動了鋼鐵需求量的上漲，為了進一步滿足各行業對于鋼鐵的需求，就要加強對各類軋鋼技術工藝的有效應用，滿足社會的發展需求。高端特殊鋼是鋼鐵材料皇冠上的明珠，是重大裝備制造和國家重點工程需要的關鍵材料，廣泛應用于航天、航空、風電、高鐵等眾多領域。其生產和應用代表一個國家工業化發展水平和制造業的強弱，是立國之本、興國之基。

一、特殊鋼棒材軋制加工策略

1.鋼的均勻性控制。鋼的均勻性主要是指相同標準鋼種不同爐次之間的成分波動范圍要小，即要達到窄成分控制；且同一爐鋼的成分要均勻，即要減少同一爐鋼材的成分偏析。鋼的成分波動范圍大或偏析嚴重，會導致工件在滲碳淬火熱處理過程中變形嚴重，甚至出現開裂報廢，嚴重影響下游加工工序的連續性。

2.鋼材的純凈度控制。提高鋼的潔凈度主要從以下幾方面進行控制：降低低熔點有害元素的含量，減少非金屬夾雜物的含量，細化夾雜物尺寸并使其均勻分布。鋼中的非金屬夾雜物產生于冶煉過程，主要來源于脫氧產物、二次氧化、卷渣、耐材侵蝕剝落和連鑄水口粘接物等。改進冶煉工藝對于提高鋼的潔凈度具有重要意義。

3.鋼材的車削性控制。改善鋼材的車削性能需從這幾個方面進行控制：一是控制鋼種硫化物的形態分布；二是精確控制再加熱過程中的加熱工藝，控制硫化物在加熱過程中的形變和分布；三是控制鋼材的熱軋態組織，降低鋼材的硬度。

4.表面質量控制。下游制造業加工工藝的改進，對鋼材表面質量有了更高的要求，對表面微裂紋、劃傷、麻點、凹坑等零容忍，因此表面質量控制技術相繼開發出來。

（1）連鑄坯表面裂紋控制技術。①使用新型曲面結晶器銅管，實現了鑄坯澆鑄過程中上部快補償、中下部緩補償，避免鑄坯偏離角區域產生熱裂紋。另外，低碳和包晶鋼大方坯連鑄生產過程中，鑄坯表面易產生間歇性橫向凹陷缺陷，主要為保護渣膜在結晶器振動下間接性流入，并擠壓渣道形成。基于此，通過優化保護渣物性參數，使用新結晶器曲面銅管，以及調整結晶器振動參數，消除了低碳和包晶鋼大方坯表面間歇性橫向凹陷的產生。②采用大倒角結晶器技術，正常澆鑄條件下鑄坯角部溫度比原直角提高了60℃以上，使鑄坯角部避開了極易出現橫裂紋的溫度區間，角部受力狀況發生了根本變化，避免了角部裂紋的發生。③結合現場實際開展二冷配水工藝優化研究，形成了超弱冷二冷配水工藝。②軋制過程表面控制技術。軋制過程工藝控制不當易出現加熱裂紋、褶皺發紋、劃傷、折迭、麻點、凹坑等表面缺陷。①降低加熱爐預熱段的加熱速度，避免加熱過快造成加熱裂紋。）優化孔型設計，避免變形量過大或孔型過度不合理形成表面褶皺或發紋。③采用坯料或中間坯火焰清理工藝，消除鑄坯皮下缺陷，進一步提升產品表面質量。④全線采用滾動傳動方式，軋機進口采用滾動導衛，出口導衛安裝托輥，避免直接摩擦；冷床裙板安裝側立輥，保證軋件上冷床過程中不與裙板產生滑動摩擦。⑤冷床前的傳送輥道采用分體設計技術，軋件與輥道的接觸方式由一線接觸改為雙線接觸。

5.熱軋態組織控制。產品的顯微組織對下游工序的影響較大，因此，為了應對鍛造工藝的發展，根據組織的遺傳性，將產品終態組織的控制前移到熱軋工序，以滿足用戶的產品需求。

（1）組織遺傳工藝技術。所謂鋼的組織遺傳，是指鋼發生一種相變或組織轉變時，轉變產物保留了原始組織的某些宏觀及顯微特征。例如，軸承鋼的網狀組織能夠遺傳到后續退火或淬回火過程中，并影響壽命。

以圓環鏈鋼23MnNiMoCr54為例說明組織的遺傳性。當熱軋態組織為珠光體時，在680℃退火10h后，珠光體區的碳化物發生了球化，但碳化物顆粒尺寸不均勻；而鐵素體區中幾乎沒有碳化物，這樣不均勻的組織對最終的熱處理具有不利影響。當熱軋態組織為貝氏體時，退火過程碳化物可以發生一定程度地球化，但微觀組織、成分不均勻性仍然不能消除。當熱軋態組織為馬氏體時，對獲得均勻的球狀碳化物最有利，且退火前組織為馬氏體時，退火時間可以縮短為8h。

（2）熱軋態組織控制技術。為了精準控制熱軋態組織，首先要對目標鋼種進行CCT曲線測定，根據CCT曲線和用戶要求設定冷卻工藝，從而對最終組織進行控制。當冷卻速度為0．1℃/s時，顯微組織由珠光體和鐵素體組成；當冷卻速度為1℃/s時，顯微組織以貝氏體為主，此時仍存在一些珠光體和鐵素體；當冷卻速度繼續增大至3℃/s時，組織開始出現馬氏體；冷速為3～10℃/s時，組織以貝氏體和馬氏體為主；當冷速≥10℃/s時，組織均為馬氏體。

（3）網狀組織控制工藝。網狀碳化物是高碳合金鋼連續冷卻轉變的產物，其厚度和分布形態與冷卻速度有著密切的聯系。以軸承鋼GCr15為例說明，在連續冷卻過程中，由于C含量較高，隨著溫度的降低，C從過飽和奧氏體中析出，形成富鉻的碳化物。這種先共析二次碳化物一般會優先在晶界上以仿晶界型網狀形式排列形核長大。

二、我國軋鋼工藝的節能發展方向

隨著我國科技水平的迅速提高，軋鋼自動化生產企業數量越來越多，隨著軋鋼加熱爐應用范圍的擴大，相應的自動化系統卻仍然局限于預留系統，所以導致在應用過程中其能耗較高，不符合當前我國綠色可持續發展的觀念，所以新時代就要提高軋鋼工藝的節能化水平，適用于當前新時代節能環保的發展要求。

首先，環保型燃燒器，其可以有效地保證節能效果，尤其是在新環境保護法實施后，環保型燃燒器成為發展主流，其可以有效地保證燃料的燃燒效率，提升爐溫的均勻性；其次，低成本換熱器，該設備應用于軋鋼加熱爐時，可以有效地將煙氣余熱回收，降低對環境的污染；再次，高熱阻水管爆炸技術，該技術由于有著較高的絕熱效果，而且遮蔽效果、耐久性較為突出；最后，輻射傳熱技術，該技術的應用主要是將高溫節能涂料涂抹于爐表面內，從而在有效地節約燃料的同時保護內壁。隨著我國科技的快速發展，節能涂料技術愈發成熟，將其應用于加熱爐中，可以有效地增強加熱爐的節能效果，對我國的節能工作發展來說推動作用較為明顯。

三、結束語

總而言之，軋鋼工藝對我國鋼鐵企業發展起到了至關重要的作用，提高工藝節能化水平可以有效降低能源消耗量，提高能源利用率，對提高我國鋼鐵行業高速發展也有著較大的幫助作用。在軋鋼工藝節能化發展過程中要注重對新技術的研發，提高我國的自主設計能力，推動我國軋鋼工藝的節能化發展，促進我國鋼鐵行業迅速發展。