82B盤(pán)條軋制的生產(chǎn)實(shí)踐

姜振峰

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

82B盤(pán)條是供給金屬制品行業(yè)，用于預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絲繩、鋼絞線、輪胎鋼絲及鋼窗簾等生產(chǎn)的原料。鑒于其抗拉強(qiáng)度高、塑性好的特點(diǎn)，被作為經(jīng)濟(jì)高效鋼材受到下游行業(yè)和各鋼廠的廣泛關(guān)注。八鋼于2009年開(kāi)始了82B產(chǎn)品的研究和軋制實(shí)踐。在開(kāi)發(fā)82B產(chǎn)品初期，借鑒成功開(kāi)發(fā)77MnA的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，僅在C、Si、Mn成分上做了微調(diào)，軋制工藝變化不大。82B與77MnA采用相同的軋制工藝，相近的軋制規(guī)格，可最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻大相徑庭。近幾年，通過(guò)不斷的摸索和工藝優(yōu)化，82B的開(kāi)發(fā)獲得成功，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，獲得市場(chǎng)認(rèn)可，并已批量生產(chǎn)。

1 82B產(chǎn)品的性能異常分析

82B成分初始設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

初始工藝路線：70t電爐→70tLF精煉→方坯連鑄→高線機(jī)組軋制→檢驗(yàn)、試驗(yàn)→標(biāo)識(shí)→入庫(kù)。

表1 82B初始的成分 %

初始的軋制工藝借鑒77MnA的經(jīng)驗(yàn)，82B與77MnA采用相同的軋制工藝，相近的軋制規(guī)格，可最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻大相徑庭。與77MnA有明顯不同的是，82B盤(pán)條同圈抗拉強(qiáng)度波動(dòng)非常大（最大超過(guò)了120MPa），拉伸試驗(yàn)后面縮情況不好(低于12的試樣居多)。在多數(shù)盤(pán)條拉伸試驗(yàn)后，可以明顯地看到黑心加白點(diǎn)現(xiàn)象（見(jiàn)圖1）。從盤(pán)條的金相分析看，盤(pán)條的索氏體含量在75%～85%，晶粒度大部分在8.0級(jí)，個(gè)別組織出現(xiàn)塊狀滲碳體。因?yàn)槊婵s波動(dòng)大，抗拉強(qiáng)度始終偏低。

盤(pán)條作為拉拔工序的原料，必須具有穩(wěn)定的化學(xué)成分、純凈的鋼質(zhì)、優(yōu)良的力學(xué)性能、均勻的金相組織以及較高的索氏體程度。分析的軋制工藝和產(chǎn)品試樣，初期開(kāi)發(fā)的82B產(chǎn)品存在三種常見(jiàn)的有害組織。

圖1 82B拉拔斷口

圖2 82B異常的滲碳體組織

（1）成片的馬氏體。82B強(qiáng)度很高，但因高碳馬氏體塑性差，在拉伸試驗(yàn)時(shí)，易產(chǎn)生應(yīng)力集中而提早斷裂，所以含有馬氏體組織的線材極易脆斷。盤(pán)條心部出現(xiàn)馬氏體表明成分偏析嚴(yán)重，局部過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增強(qiáng)，導(dǎo)致低溫轉(zhuǎn)變相-馬氏體的生成，通常建議嚴(yán)格控制連鑄過(guò)熱度和拉伸速度。

（2）心部網(wǎng)狀碳化物。心部網(wǎng)狀碳化物是硬脆相，會(huì)提高鋼的脆性，降低塑性。網(wǎng)狀碳化物的存在，將使鋼的機(jī)械性能顯著降低，脆性增大。心部網(wǎng)狀/半網(wǎng)狀滲碳體表明盤(pán)條軋后冷速較低，未能抑制盤(pán)條心部晶界先共析滲碳體的形成，需要進(jìn)一步優(yōu)化吐絲溫度、風(fēng)冷輥道速度以及風(fēng)機(jī)風(fēng)量，提高盤(pán)條索氏體含量到85%以上。

（3）粗片狀珠光體。因含粗片狀珠光體多的線材在第一道拉拔后的拉拔過(guò)程中易斷裂。產(chǎn)生粗片狀珠光體的原因有加熱溫度或保溫時(shí)間不足；裝爐量多,爐子均勻性差；原材料組織有帶狀、網(wǎng)狀碳化物。

為消除三種有害組織，2011～2012年對(duì)冶煉、連鑄和軋制工藝上進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化。

2 82B工藝的優(yōu)化

82B工藝控制的重點(diǎn)主要是：煉鋼連鑄過(guò)熱度和拉速，軋鋼加熱溫度均勻性及保溫時(shí)間，吐絲溫度、風(fēng)冷輥道速度以及風(fēng)機(jī)風(fēng)量配比等方面。

分析現(xiàn)行工裝和工藝條件,大規(guī)格硬線相變區(qū)的位置在3#～5#風(fēng)機(jī)，6#風(fēng)機(jī)在硬線完成相變過(guò)程中未得到充分利用。可適當(dāng)提高輥速,使相變區(qū)位置后移,即可使6#風(fēng)機(jī)發(fā)揮作用。由于輥速的提高，環(huán)間距增大，搭接點(diǎn)密度下降，有利于提高相變前冷速和冷卻均勻性。

風(fēng)冷工藝影響硬線性能均勻性的主要因素有：環(huán)間距大小、圈徑、佳靈裝置風(fēng)板開(kāi)啟位置、輥道速度及各段匹配、吐絲溫度等。

硬線性能不均勻主要受組織不均勻的影響。高碳鋼特別是連鑄坯，因碳和其他合金元素偏析在相變前和相變間冷速不當(dāng)時(shí)，易產(chǎn)生先共析滲碳體和低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，如貝氏體、馬氏體；當(dāng)相變前冷卻速率較低，易形成先共析滲碳體；相變間冷卻速率較高，易發(fā)生貝氏體或馬氏體轉(zhuǎn)變。由于線圈搭接點(diǎn)冷速慢而形成熱斑，極易形成先共析滲碳體，導(dǎo)致盤(pán)條抗拉強(qiáng)度的不均勻，因此，高線軋制過(guò)程要圍繞提高線圈搭接點(diǎn)冷卻強(qiáng)度，將搭接點(diǎn)的熱斑減至最小，反映在工藝上主要有兩個(gè)參數(shù)：增大高線線圈直徑，增大圈與圈之間的距離，從而減少搭接點(diǎn)熱斑的形成。

按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圈與圈的間距應(yīng)不少于40mm，風(fēng)冷輥道速度提高5m/min，相變開(kāi)始點(diǎn)在輥道上向后移3m，到達(dá)3#風(fēng)機(jī)后部，相變結(jié)束點(diǎn)在6#風(fēng)機(jī)后部。相變開(kāi)始溫度620℃,結(jié)束溫度550℃。輥道提速使相變區(qū)向集卷方向移動(dòng),以提高風(fēng)冷效率。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐，根據(jù)高線機(jī)組現(xiàn)有風(fēng)機(jī)風(fēng)量和冷卻能力，軋制過(guò)程重點(diǎn)放在提高加熱段溫度，保證加熱爐停留時(shí)間和均勻加熱，降低風(fēng)冷輥道初始速度，使相變區(qū)位置后移,提高風(fēng)冷輥道遞增速度，增加圈與圈之間的間距。

經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，加熱段溫度控制在一定范圍，開(kāi)軋溫度穩(wěn)定，吐絲溫度穩(wěn)定，風(fēng)冷輥道起步速度勻速遞增，控制合適的冷卻速度，最終82B產(chǎn)品的性能相對(duì)比較穩(wěn)定，取得了較好的效果，見(jiàn)表2。

表2 改進(jìn)前后82B強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)比

2011、2012年實(shí)踐表明，增開(kāi)風(fēng)機(jī)，提高風(fēng)冷線輥道遞增速度，拉開(kāi)圈與圈之間的距離對(duì)于提高抗拉強(qiáng)度比較明顯。提高加熱段溫度，放慢軋制節(jié)奏，保證加熱均勻性，對(duì)于面縮和拉拔的貢獻(xiàn)較大。此階段出現(xiàn)脆性斷口多發(fā)生在夾具夾傷部位，因?yàn)樵跓掍摵蛙堜摴ば蜻M(jìn)行了同步控制，黑心加白點(diǎn)現(xiàn)象有明顯改善。這階段的產(chǎn)品軋制量未完全放開(kāi)，從用戶(hù)使用看，拉拔情況較前期有明顯改善。

2014年，經(jīng)過(guò)多方努力和用戶(hù)的試用試驗(yàn)，試制的82B產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。從穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、降低設(shè)備事故、精細(xì)化操作幾個(gè)方面入手，幫助生產(chǎn)工藝人員提高普遍認(rèn)知和操作過(guò)程的控制，并反復(fù)訓(xùn)練，2014年 82B 產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度 80%穩(wěn)定在1150～1200MPa，當(dāng)日面縮穩(wěn)定在18～26，具備了批量化生產(chǎn)的條件。2014年1～12月，八鋼共生產(chǎn)82B產(chǎn)品35679t，較2013年大幅增加。

3 82B生產(chǎn)中的關(guān)鍵點(diǎn)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

通過(guò)近幾年八鋼82B試驗(yàn)及批量生產(chǎn)的實(shí)踐，針對(duì)82B生產(chǎn)過(guò)程控制及質(zhì)量控制的重點(diǎn)分述如下。

3.1 加熱段溫度控制

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，加熱溫度不足或時(shí)間不夠，加熱溫度過(guò)高，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)均會(huì)對(duì)成品性能產(chǎn)生影響。加熱時(shí)間不夠或加熱段溫度不能滿(mǎn)足，軋制時(shí)會(huì)出現(xiàn)延伸不均現(xiàn)象；加熱溫度高或加熱時(shí)間長(zhǎng)會(huì)使鋼坯開(kāi)軋前奧氏體晶粒粗大化,導(dǎo)致軋制后高溫線材再結(jié)晶晶粒較大，直接影響軋后組織和性能。另外,鋼坯的加熱溫度高、加熱時(shí)間長(zhǎng),引起鋼坯脫碳加劇。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索，加熱段溫度控制在要求的范圍，對(duì)于不能滿(mǎn)足此要求的鋼坯，在均熱段必須停留待溫。

3.2 軋后冷卻過(guò)程控制

鋼在不同的冷卻條件下會(huì)得到不同的組織結(jié)構(gòu)和性能，生產(chǎn)中常利用控制軋制和冷卻來(lái)控制鋼材所需的組織性能。線材軋制后由奧氏體急冷到索氏體相變溫度下進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變可獲得索氏體組織。由于線材內(nèi)外溫度不可能和冷卻裝置的溫度一致，故實(shí)際組織內(nèi)就有先共析鐵素體殘余和部分稍大的珠光體。一般來(lái)說(shuō)，隨著冷卻速度的增加，由奧氏體轉(zhuǎn)變而來(lái)的鐵素體-滲碳體混合物也變得愈來(lái)愈細(xì)，即索氏體含量增多。但對(duì)于塑性和導(dǎo)熱性較差的鋼種，冷卻速度過(guò)大易產(chǎn)生冷卻裂紋和白點(diǎn)。故應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求和鋼種特性，采用不同的冷卻制度，同時(shí)力求冷卻均勻。在82B控制冷卻工藝中需要控制的參數(shù)主要是吐絲溫度、相變區(qū)冷卻速度以及集卷溫度等,這些參數(shù)是決定產(chǎn)品最終質(zhì)量的關(guān)鍵。

（1）吐絲溫度是控制。吐絲溫度影響奧氏體的晶粒尺寸和最終強(qiáng)度。為確定合適的吐絲溫度，進(jìn)行了大量試驗(yàn)，風(fēng)冷模式基本固定。試驗(yàn)結(jié)果表明:索氏體化率同吐絲溫度關(guān)系不大，而與吐絲后的冷卻速率有關(guān)；隨著吐絲溫度的升高，強(qiáng)度指標(biāo)上升，塑性指標(biāo)下降；相反吐絲溫度下降，塑性指標(biāo)上升。

（2）風(fēng)冷輥道速度控制。在快速冷卻時(shí),輥道速度應(yīng)能使相鄰線圈拉開(kāi)間距。傳統(tǒng)高線為保證獲得細(xì)珠光體，強(qiáng)冷模式線圈間距通常大于40mm。這時(shí)相鄰線圈熱量互相影響很小,冷卻速度主要由風(fēng)量和風(fēng)冷輥道速度控制。風(fēng)冷輥道各段速度應(yīng)逐漸增加,使線圈邊緣搭結(jié)點(diǎn)錯(cuò)開(kāi),提高同圈強(qiáng)度的均勻性。試驗(yàn)采用＜0.7m/s的起步速度，5%的遞增，對(duì)改善同圈性能有一定效果。

（3）風(fēng)機(jī)的控制。對(duì)大直徑高碳鋼,為了增加冷卻速度,風(fēng)機(jī)必須開(kāi)滿(mǎn)風(fēng)。線材由吐絲機(jī)吐出散布在斯太爾摩風(fēng)冷線上時(shí),兩邊存在搭接點(diǎn)，搭接點(diǎn)部位冷卻速率與其他部位不同。雖然通過(guò)風(fēng)機(jī)佳靈裝置調(diào)整，可以使兩側(cè)冷卻能力加強(qiáng),但為了使同圈性能離散達(dá)到最小,還須借助風(fēng)量調(diào)整。風(fēng)機(jī)的啟用臺(tái)數(shù)應(yīng)考慮吐絲溫度、輥道速度和環(huán)境溫度的影響。針對(duì)不同規(guī)格,對(duì)應(yīng)不同的軋制速度、吐絲溫度,應(yīng)確定關(guān)鍵的幾臺(tái)風(fēng)機(jī),即發(fā)生相變時(shí)所用的幾臺(tái)風(fēng)機(jī)。

3.3 生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定及設(shè)備保障

從最初的試驗(yàn)到目前的批量生產(chǎn)，影響82B產(chǎn)品性能的因素除了工藝穩(wěn)定外，最主要的是設(shè)備工裝的狀態(tài)。多次的試驗(yàn)表明，在設(shè)備出現(xiàn)故障或生產(chǎn)發(fā)生停頓，即使加熱爐的參數(shù)及時(shí)做調(diào)整，產(chǎn)品性能均會(huì)或多或少地出現(xiàn)波動(dòng)。所以從2014年的接單開(kāi)始，要求每次生產(chǎn)前對(duì)高線機(jī)組設(shè)備工裝做全面的檢查和準(zhǔn)備，同時(shí)安排設(shè)備人員和生產(chǎn)工藝人員跟班，及時(shí)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的突發(fā)狀況。基于全員的重視，2014年82B的生產(chǎn)和銷(xiāo)售打開(kāi)了局面。設(shè)備運(yùn)行狀況良好才是正常生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

3.4 管理措施的細(xì)化

82B的試制過(guò)程，包裝質(zhì)量、存儲(chǔ)、吊運(yùn)、頭尾修剪、尺寸控制等環(huán)節(jié)都應(yīng)該作為關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)。頭尾耳子或其他缺陷會(huì)增加后續(xù)拉拔工序的難度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞模具或?qū)е吕螖嗔眩l(fā)用戶(hù)抱怨或異議。因?yàn)?2B產(chǎn)品強(qiáng)度高、內(nèi)應(yīng)力大，存儲(chǔ)過(guò)程存在應(yīng)力釋放，在倒運(yùn)過(guò)程難免發(fā)生碰撞，而且運(yùn)距遠(yuǎn)，應(yīng)考慮雙道打包。對(duì)于82B產(chǎn)品，環(huán)境對(duì)于性能和后續(xù)使用的影響非常大，存儲(chǔ)過(guò)程必須避免雨水浸泡，當(dāng)特別是熱態(tài)下必須嚴(yán)禁被雨雪浸泡，環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)，必須在室內(nèi)存放至應(yīng)力完全消除、鋼材溫度至常溫方可倒運(yùn)。吊裝過(guò)程也必須避免擦傷，以免在后續(xù)的拉拔過(guò)程造成脆斷。因此82B產(chǎn)品整個(gè)工序過(guò)程的控制都必須細(xì)化、規(guī)范。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)努力，近年來(lái)八鋼的硬線及預(yù)應(yīng)力鋼絲產(chǎn)品表面質(zhì)量及通條性均比前期有所改善。但是隨著新增產(chǎn)線和產(chǎn)能規(guī)模的提升、訂單量的增加，單一產(chǎn)線產(chǎn)量不能完全滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。生產(chǎn)的82B產(chǎn)品性能與與內(nèi)地部分廠家相比還存在差異。因此必須不斷優(yōu)化軋制冷卻工藝參數(shù)和冶煉、連鑄工藝,才能生產(chǎn)出滿(mǎn)足不同用戶(hù)要求的優(yōu)質(zhì)線材。