高速线材生产工艺技术

高线轧机的发展
目前世界上应用最广泛的摩根型高速无扭 轧机是美国摩根（ Morgan ）公司 1962 年开始研 制的， 1966 年首先应用于加拿大钢铁公司哈密 尔顿（ Hamilton ）厂，其轧制速度 43～ 50m/s。 同时摩根公司和加拿大斯太尔摩 (Stelmo ）公司 联合开发了线材轧后控制冷却系统，称之为斯 太尔摩线。 摩根新式精轧机发展经历了6个阶段，精轧 机 的 轧 制 速 度 从 第 I 代 的 43m/s ， 到 第 Ⅵ 代 的 100m/，提高了1.3倍。
高速线材轧机一出现就显示出极大 的优越性，继美国之后，其他一些国家 和公司也纷纷创新高速线材轧机，出现 了各种机型，目前基本上有四种： 1）侧交45º 的美国摩根型； 2 ） 15º /75º 的德国德马克（ Demak ） 型； 3）顶交45º 的英国阿希洛（Ashlow） 型； 4) 0º /90º平 － 立 布 臵 的 达 涅 利 （Danili）型。 各种机型各有优点，但基本工艺特 点差异不大，其中摩根机型应用最广泛。
坯重与盘重
盘重是线材轧机的基本工艺参数之一。近 年盘重随轧制速度的提高得到迅速增加。盘重 可 增 大 到 1000 ～ 2000kg ， 个 别 的 甚 至 达 到 2500kg。 随着连续铸钢技术的发展和轧制速度的提高， 轧机采用的坯料已从原来的边长为 80～ 100mm的 方坯逐步发展到边长为 110 ～ 130mm 的方坯，个 别轧机已采用了边长为 180 ～ 200mm 的方坯，为 满足增大盘重的需要，坯料断面还有继续增大 的趋势。
保证高速轧制的主要工艺条件
主要条件是保证原料质量、轧件精度、轧件温度。 应保证进人精轧机的轧件偏差不大于±0.30mm。当 成品精度要求小于±0.15mm时，进入精轧的轧件偏差不 应大于成品尺寸偏差的 2 倍。必须严格控制钢坯尺寸精 度，钢坯尺寸的波动对粗轧前几道影响较大。为此近几 年粗轧机组都采用单独传动，以便及时灵活地调节轧制 速度，保证微张力轧制。 要保证轧件精度，轧机精度必须高，必须减少槽孔 加工误差和轧机部件间不可控制的配合间隙等造成的偏 差误差。 要保障轧件精度，必须保证轧件温度均匀稳定， 要求加热温度均匀、控冷设施灵敏。
摩根公司 80 年代中期研制的高精度轧机是 高速线材轧机的又一突破。该高精度轧机是在 精轧机后面的水冷段之间或夹送辊之前再增加 一对或两对轧机。轧机型式如同现在的精轧机， 是顶交 45º 。原精轧机将轧制断面放大，高精度 轧机再精轧减径，每两道次减径lmm左右。既可 提高轧制速度又可提高轧件精度。 高精度轧机生产的成品尺寸精度皆可达到 ±0.15mm 。由于高精度轧机臵于水冷区之后， 轧制温度低（在奥氏体、铁素体两相区），可 以收到形变热处理的效果，能改善线材的力学 性能。
高线轧机的高质量控制要求
线材产品质量包括外形、尺寸精度、表面质量、化学 成分、金相组织及力学性能几个方面的内容。随着生产技 术的发展，用户对产品质量提出越来越高的要求。如： 目前φ5.5mm 线材的尺寸精度可达±0.lmm ，个别的甚 至可达±0.05mm。提高外形尺寸精度，一方面能减小超差 废品，提高收得率，另一方面，可为金属制品提供优质原 料，提高拉丝效率和拉模寿命，减少拉拔道次及动力消耗。 线材表面不得有裂缝、折叠、结疤、夹层等缺陷，允 许有轻微的划痕。对冷镦、高碳钢丝和琴钢丝用线材，表 面质量要求更加严格，一般必须作酸洗检查。 含碳量在0.3％以上的线材，应严格控制其表面脱碳， 否则脱碳后的线材表面变软，疲劳强度降低。
质量控制手段
各种高质量的线材在质量控制上需要各工序 都具备生产高质量线材的能力，即： ①保证原料质量。要求原料段具有原料检测、 检查与清理修磨的手段，使投入的原料具有生产 优质线材的条件； ②采用步进式加热炉，以保证灵活的加热制 度； ③在单线生产时粗轧采用平一立机组，减小 轧件刮伤； ④尽可能使用滚动导卫及硬面轧辊，保证轧 件表面质量。
（ l ） 1986 年前，无高速线材轧机，高线比为零；线 材自给率为 60 ％。国内线材缺口很大，每年进口线材 200 ～ 300 万吨。国产线材质量较差，盘重小、化学成分 不稳定、表面质量差、尺寸公差大、性能也较差等。 （ 2 ） 1988 ～ 1992 年，国产线材有很大改观，高线比 近30%，线材自给率达 100%，进口逐年减少，出口逐年增 加，历史性变化的1991年，线材出口大于进口。 （3）1993～1994年，国产线材大幅增长， 但满足不了国民经济迅猛增长的需求， 造成线材大量进口，线材自给率降到 历史最低点57％。 （4）1995～1999年，国产线 材年净增长200万吨以上，高速 线材产量逐年大幅度提高， 到1999年高线比达46.7%， 这又是一个可喜变化。
国内外线材生产现状
据不完全统计，目前世界上有近300条高速线材轧 机，其中高速无扭线材轧机约 260 套（摩根式占 170 套），年产线材约7000万吨。其中高线产量约占80％ 以上，线材产量占钢材总产量 9 ～ 10 ％。各国的输出 量与输人量平均在20％左右。美国是世界上最大的线 材输人国，每年线材消费量约 800 万吨，而本国每年 只生产 400 ～ 450 万吨，输人量占 40 ～ 50% ；日本是世 界上线材输出量最大国，每年线材产量约 750 万吨， 输出量约 200 万吨；世界上线材产量最大的国家是中 国， 2004 年线材实际产量为 4940 万吨（其中 1/3 以上 的线材，是复二重轧机生产的）
轧后切头及切尾
高速无扭线材精轧机组采用微张力轧制，轧件 头部及尾部失张段断面尺寸大于公称断面尺寸。失 张段长度和张力值大小、机架间距以及精轧延伸系 数成正比，同所要求公称断面尺寸偏差成反比。通 常要将此超偏差段切除后交货。超差段可以在散卷 空冷运输机上用人工切除，但在延迟型控制冷却过 程中因为无保温罩段过短操作困难，而且切除头部 时容易造成线圈拉乱变形，集卷困难。目前较合理 的切除超差段是在集卷后打捆前的运输过程中，采 用倒卷系统，由人工用液压便携剪先切去轧件尾部 的超差段，之后将盘倒卷，使轧件头部超差段露在 外面，再由人工用液压便携剪切去头部超差段。
轧制速度是高速线材轧机发展水平的标志， 按照轧制速度可将现代轧机分为如下几代： 第一代，1966～1969年，轧制速度43～50m/s； 第二代，1970～1975年，轧制速度50～60 m/s； 第三代，1976～1978年，轧制速度61～75m/s； 第四代，1979～1980年，轧制速度75～80m/s； 第五代，1981～1985年，轧制速度80～100m/s； 第六代，1986年以后，轧制速度100～120m/s。
控轧及轧后控制冷却
以高速连续、大盘重方式生产的高线产品，终轧温 度比普线轧机更高，必须采用轧后控制冷却工艺。 控制冷却是分阶段控制自精轧机轧出的成品轧件的冷 却速度，尽量降低轧件的二次氧化量，可根据钢的化学 成分和使用性能要求，使散卷状态下的轧件从高温奥氏 体组织转变成与所要求性能相对应的常温金相组织。 高线轧机问世后，大盘重自然冷却使产品质量恶化 极为突出，这就使轧后控制冷却工艺被广泛采用，并随 用户对产品日益提高的要求而逐渐完善。轧后控制冷却 工艺已成为高速线材轧机不可分割的组成部分，是高线 轧机区别于老式线材轧机的特点之一。
一般将轧制速度大于 40m/s 的线材轧机称为高 速线材轧机。 高速线材轧机的生产工艺特点：
连续、高速、无扭和控冷。其中高速轧制是最
主要的工艺特点（此外，单线、微张力、组合结构、
碳化钨辊环和自动化 ）。
高速线材产品特点： 盘重大、精度高、性能优。
线材在国民经济中的作用与地位较重要，是不 可或缺的重要品种。 首先，线材产量占钢材总产量的比例很大，一 般线材产量占钢材总产量的8～10%，而我国占20％以 上； 其次，线材用途遍布国民经济各个部门，除直接 用作建筑钢材外，线材的深加工产品用途更为广泛和 重要，例如各类商品钢丝及专用弹簧钢丝、焊丝、冷 激钢丝、镀锌钢丝、通讯线、轮胎钢丝及钢帘线、高 强度钢丝及钢绞线、轴承钢丝、工具钢丝、不锈钢丝、 各种钢丝绳、钢钉、标准件等等。发达国家线材加工 比在70％左右，我国为30％左右。
目前我国拥有线材轧机近 110套， 其中复二重轧机占一半，横列式线材 轧机有近30套（将逐步被淘汰）；其 余40多套属于高速线材轧机，其中从
国外引进的高水平线材轧机有 20多套，
国产高速线材轧机有近 20套。2004年，
全国线材生产中 ，高线比已经超过
55%；但优质硬线比约 10%，精炼比不 到30％ 。
品种质量差距
我国虽然是线材生产大国，但还 不能说是线材生产强国。目前我国还 有部分线材品种仍然依靠进口维持生 产、如钢帘线、高应力弹簧钢、不锈 钢、冷镦钢等线材。在重要用途线材 实物质量方面，与发达国家仍有较大 差距。
理化性能差距
差距主要表现在以下方面： （l）化学成分。国外线材波动小且稳定，[C]%一般波动在3 个范围；国内在6～8个范围，头尾偏析更严重。 （2）表面质量主要表现在脱碳层深度方面，国产一般为 0.023～0.14mm，最深为0.23～0.35mm；国外一般0.02～0.05mm。 (3）金相组织。进口线材实测奥氏体晶粒度为5～6级，很均 匀，索氏体一般85％以上。国产线材奥氏晶粒度2～7级，很不均 匀，索氏体一般达不到85%， (4）非金属夹杂。国产线材夹杂多且颗粒很大，尤其是A12O3 颗粒最长达133μm，一般为≥50μm，进口国外线材最大≥30μm， 一般8μm左右。 (5）钢中气体含量也普遍比国外线材高，〔H〕、〔O〕、 （N〕一般比国外线材高1～2倍甚至更高。
现代高线轧机技术新进展
(l ）无扭精轧机组。其发展趋势如下： 降低机组重心，降低传动轴高度，减少 机组的震动；强化轧机，增加精轧机组 的大辊径轧机的数量；改进轧机调整性 能。 （2）采用控温轧制与低温轧制。 （3）高精度轧制设备。 （4）粗轧机组的改进。
三、高线轧机生产工艺
高速无扭精轧工艺
高速无扭精轧工艺是现代线材生产的核 心技术之一，它是针对以往各种线材轧机存 在诸多问题，综合解决产品多品种规格、高 断面尺寸精度、大盘卷和高生产率的有效手 段。唯精轧高速度才能有高生产率。才能解 决大盘重线材轧制过程的温降问题。精轧的 高速度要求轧制过程中轧件无扭转，否则事 故频发，轧制根本无法进行。因此，高速无 扭精轧是高速线材轧机的一个基本特点。
【轧钢厂培训资料】
高速线材生Biblioteka Baidu工艺技术
主讲：***
钢铁公司轧钢厂培训部 2008年1月
一、线材生产发展历程
概
述
线材一般是指直径为5～16mm的热轧圆钢或相 当该断面的异型钢，因以盘卷状态交货，统称为线 材或盘条。国外线材规格已扩大到Φ50mm。常见线 材多为圆断面，异型断面线材有椭圆形、方形及螺 纹形等，但生产数量很少。 线材品种按化学成分分类，一般分为低碳线材 （称软线）、中高碳线材（硬线），还有低合金与 合金钢线材、不锈钢线材及特殊钢线材（轴承、工 具、精密等）几大类。量大面广的品种属碳素钢线 材，占线材总量的80～90％。
20世纪60年代是线材生产技术发展的 兴盛与创新时期，最高轧制速度达到了 35m/s ，盘重达到了 550kg ，精度达到了 ±0.25mm 。 在轧制速度不断提高的同时也解决了 大盘重线材的控制冷却问题，因此从根本 上解决了盘重增大后，内层的线材长时间 在高温下停留生成粗大的晶粒，使内外圈 线材的力学性能差别很大、表面氧化铁皮 厚等问题。
其它差距
主要表现为线材在钢材中的比例、控 冷线材比、硬线比、合金线材比、制品用 线材比、线材直径、大规格盘条、盘重、 减面率、氧化铁皮量、散捆率、尺寸偏差、 不圆度、通条屈服应力差、含碳量、含磷 量、含硫量等方面。
二、高速线材轧机的发展
高线轧机的诞生
高速线材轧机与其他先进技术一样也是时代的产物， 是冶金技术、电传电控技术、机械制造技术的综合产物。 据记载，世界上第一台线材轧机问世于17世纪，当时 是用锻坯轧制线材。18世纪中期出现了比较正规的线材轧 机，由粗轧及精轧两列横列式轧机组成，其轧速不超过 8m/s。 20 世纪初，开发了半连续式轧机。粗轧及中轧采用 连轧，精轧机组仍采用横列式轧机（复二重轧机是半连续 式轧机的一个特例）。轧制速度提高到 16m/s ，盘重增加 到 100kg 左右，尺寸精度较横列式为好，但品种及质量未 有根本好转。