超寬鋸片鋼研發(fā)與生產(chǎn)

陳敏俠

湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司 湖南湘潭 411101

1 序言

近年來，為適應(yīng)國內(nèi)外建材、建筑市場對鋸片質(zhì)量不斷提高的發(fā)展趨勢，鋸片制造商不斷向超大鋸片加工方向突破，其中φ2300～φ4800mm超大型掏空鋸片基體主要用于礦山開采和大規(guī)格板材切割；在荒料開采上，大大提高了生產(chǎn)效率和荒料資源利用率，降低了礦山荒料開采的成本，減少了對礦山的污染。部分鋸片產(chǎn)品如圖1所示。鋸片加工用鋼板主要是薄板，目前交付的鋸片產(chǎn)品中，φ2000mm以下寬度的采用卷板；φ2000mm以上的采用寬厚板。然而，在現(xiàn)行的生產(chǎn)模式下，φ4200mm以上鋸片鋼暫無整板加工先例，均采用2塊以上鋼板焊接而成。本文利用5000mm寬厚板軋機成功實現(xiàn)4820mm×4820mm×12mm（長×寬×厚）超寬鋸片鋼XG800的開發(fā)及交付使用，打破了以往超大直徑鋸片產(chǎn)品均由焊接而成的格局，并實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

圖1 部分鋸片產(chǎn)品

2 超寬鋸片鋼的成分及工藝性能

2.1 成分設(shè)計

常用鋸片材質(zhì)有75Cr1鋼、65Mn鋼、52Mn2V鋼等，碳含量與合金含量高，雖滿足強度與硬度要求[1-3]，但由于高碳鋼焊后冷卻過快，因此產(chǎn)生高碳馬氏體開裂的概率大。基于高碳鋼具有易產(chǎn)生裂紋的特性[4]，成分設(shè)計時應(yīng)考慮在保障性能要求的前提下適當降低碳含量，添加少量的Cr、B、V、Ti等元素。Cr、B可以強烈地推遲珠光體與貝氏體相變，提高淬火性能，防止淬火軟點，同時也有利于提高耐蝕性[5]；V、Ti既可以細化晶粒，又可以提高鋼的硬度與耐磨性能，因此在開發(fā)過程中，以內(nèi)部鋼種EE1PU100成分為基礎(chǔ)，采用調(diào)質(zhì)工藝進行試驗。高強度鋸片用鋼化學(xué)成分見表1。

表1 高強度鋸片用鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

2.2 主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

鋸片用鋼主要技術(shù)參數(shù)及性能指標見表2。

表2 EE1PU100鋸片用鋼主要技術(shù)參數(shù)及性能指標

2.3 工藝流程

生產(chǎn)工藝流程：板坯檢查→加熱→軋制→熱矯直→鋼板表面檢查→淬火→回火→精整（檢驗）→入庫。

2.4 軋制及淬火板形控制

（1）軋制板形控制 超寬鋸片鋼X G800，板坯采用2270m m×300m m斷面，因極限規(guī)格，基于一次成形軋制難度大，采用二火開坯軋制，經(jīng)過預(yù)先評估軋后母板長度，開坯目標規(guī)格為：3200mm×2250mm×150mm（長×寬×厚），3倍尺組板，大板尺寸為18000mm×4875mm×12mm。二火板坯加熱出爐溫度1200℃，雙機架模式全熱軋，中間坯：70mm；精軋階段9道次完成。軋制后板形如圖2所示。

圖2 軋制后板形

（2）淬火處理板形控制 薄規(guī)格超寬高強板淬火處理板形控制是行業(yè)公認的技術(shù)難題，文中列舉的4800mm以上超寬鋸片鋼板寬厚比大、淬火敏感性強、不平度要求高、組織性能均勻性挑戰(zhàn)難度大；在薄規(guī)格鋼板淬火過程中，因厚度方向各截面冷卻速度不同而產(chǎn)生溫度梯度，因此會發(fā)生不同的組織轉(zhuǎn)變。組織轉(zhuǎn)變的不均勻性及彈塑性變形的不一致，將導(dǎo)致產(chǎn)生淬火應(yīng)力，如圖3所示。

圖3 薄板溫度變化引起的淬火應(yīng)力變化情況

為解決上述問題，采用東北大學(xué)自主研發(fā)的超寬整體狹縫式噴嘴結(jié)構(gòu)淬火機床，通過多重阻尼系統(tǒng)實現(xiàn)鋼板寬度方向射流速度的高均勻性分布，保證沿鋼板寬度方向上噴水射流速度均勻，無淬火軟點和冷卻盲點，對薄規(guī)格鋼板淬火板形控制有顯著優(yōu)勢。圖4所示為厚12mm、寬4820mm超寬鋸片鋼板淬火和回火板形。

圖4 超寬鋸片鋼板熱處理后板形

2.5 不同狀態(tài)下的組織

軋態(tài)組織為多邊形鐵素體+貝氏體，如圖5a所示；淬火態(tài)組織為淬火馬氏體，如圖5b所示；回火態(tài)組織為很細的回火索氏體組織，如圖5c所示。

圖5 不同狀態(tài)下的組織

2.6 不同狀態(tài)下的力學(xué)性能

（1）軋態(tài)力學(xué)性能 見表3。

表3 軋態(tài)力學(xué)性能

（2）淬火態(tài)力學(xué)性能 軋后將鋼板880℃離線淬火，在爐時間1 5 m i n。淬火態(tài)屈服強度為1100MPa，抗拉強度為1400MPa。

（3）回火態(tài)力學(xué)性能 淬火后鋼板分別采用280℃、440℃進入車底爐回火。280℃目標工藝下，爐膛溫度110℃進爐，升溫時間1h，保溫1h，采用小火加熱，實際出爐溫度274～285℃；440℃目標工藝下，爐膛溫度70℃進爐，升溫時間160min，保溫45min，采用小火加熱，實際出爐溫度440～449℃。從兩種工藝生產(chǎn)的鋼板拉伸試驗結(jié)果可知，280℃工藝下，抗拉強度為1370MPa；440℃工藝下，抗拉強度為1240MPa。鋼板板形和入爐前一致，變形沒有惡化。

（4）硬度分布情況 兩塊已淬火鋼板首批入臺車爐回火，回火溫度分別為440℃、280℃；保溫時間分別為50min、60min，出爐后鋼板頭、中、尾各選3個位置，表面經(jīng)手持式砂輪機修磨粗處理、再經(jīng)紙砂輪片拋光后，利用彈力式硬度計實測洛氏硬度值為32.3～36.8HRC，不同回火工藝下的各點硬度實測值見表4。

表4 不同回火工藝下的硬度值 （HRC）

3 超寬高強度鋸片鋼主要創(chuàng)新點和意義

圖6所示為國內(nèi)最大整板4820mm×12mm超寬高強度鋸片實物，我公司項目組陸續(xù)攻克了成分與性能問題，突破了材料尺寸設(shè)計、高精度尺寸控制工藝、軋制板形控制工藝、淬火板形控制工藝、低溫回火以及冷矯等工藝瓶頸，成功改寫了直徑4500mm以上鋸片鋼需由多張鋼板拼焊而成的歷史，且成功實現(xiàn)組織性能、平直度控制在5mm/2m以內(nèi)、一次軋制合格率達到100%的鋼板內(nèi)外部質(zhì)量優(yōu)良的攻關(guān)目標，目前已實現(xiàn)厚11～13mm、寬4820mm超寬高強度鋸片鋼基板穩(wěn)定供貨。

圖6 國內(nèi)最大整板超寬高強度鋸片

該鋼種研發(fā)生產(chǎn)的主要創(chuàng)新點總結(jié)如下。

1）低碳低合金成分的開發(fā)，既保證了基板具備良好的強度、硬度、熱硬性等性能，又顯著提高了焊接性能，降低了產(chǎn)品的制造成本，整體性能超過國內(nèi)市場上的同類產(chǎn)品，使用壽命大幅延長。

2）成功實現(xiàn)熱態(tài)尺寸4950mm×（11～14）mm超薄、超寬、高強度鋼5mm/2m以內(nèi)的板形不平度控制，以及高效率軋制工藝開發(fā)。該工藝適用于所有高強超寬薄板的生產(chǎn)，具有極為深遠的應(yīng)用推廣意義。

3）單片免拼焊鋸片切割尺寸和切割效率大幅提升，在減少焊接加工工序、降低加工成本的同時，還可有效降低礦山開采、建材切割成本，減少污染物排放量，具有顯著的市場價值和社會價值。