優質碳素鋼技術要求分析

張潔琳+阮小麗

摘 要：優質碳素鋼的生產質量和數量是一個國家鋼鐵行業發展程度的重要檢驗指標，優質碳素鋼的生產技術長期受到國外壟斷，我國優質碳素鋼的生產工藝和設備研發都還難以達到國際水平。本文主要以優質碳素鋼冷軋帶鋼為例，分析了當前世界范圍內優質碳素鋼的生產技術條件和主要存在的技術難題，并對退火工藝的改進提出了自己的建議。

關鍵詞：優質；碳素鋼；技術要求

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.045

1 優質碳素鋼加工工藝主要技術要求

（1）不同組織的帶材性能表現。帶材的組織材料是指帶材中鋼的類型，例如：奧氏體、珠光體等，其中珠光體又包括片狀珠光體、球狀珠光體等。帶鋼中組織結構多以珠光體為主，包括粗片狀珠光體、細片狀珠光體、球形珠光體等，主要影響材料的延展性。其中，粗片狀珠光體因片層間距較大，延展性較差，細片狀珠光體和粒徑較小的球形珠光體因間隙較小，延展性較好。實際生產中會根據對材料的力學性能的具體要求把各種珠光體進行混合來生產特定延展性強度的帶鋼材料。

（2）帶鋼半成品退火以后的組織要求。退火是指鋼材在經過高溫煅燒以后進行急劇降溫定型和定性的操作。退火的過程往往伴隨著材料的一定程度的形變，形變的同時也有一定量球化的碳化物產生，且形變量越大碳化物的球化效果越好。退火以后球狀珠光體的質量和含量不同直接影響到粗鋼的質量，因此，退火條件需要嚴格控制來控制粗鋼中金屬鐵、錳、鈦等的含量。

（3）球化退火工藝介紹。球化退火工藝即上文中提到的退火過程中的退火操作。要達到生產預先設定的組織結構條件要求，關鍵是要確定退火操作以后鋼材中的球形碳化物的含量和質量。目前使用最多的是罩式爐成卷退火技術，這項技術的主要原理是在低于臨界點的溫度下長時間處理以達到較好的球度，但是這項技術的一個重要問題是，能耗極高，大幅增加了生產成本。因此，球化工藝的改進主要從退火溫度入手，在以后的熱處理中只要采取更低溫度的再結晶退火處理就可以很好的提高球化級別和應力。

（4）冷軋壓下制度。冷軋主要參考數據為最后軋程壓下率?n。這個數據是根據最終產品要求決定的，一般選擇在35%-60%，對于部分冷態硬度較大的鋼材，即使?n達到70%其力學性能仍然合格，也可以正常使用。?n值提高可以降低粗品的退火次數，從而控制生產成本，所以一般?n值選擇在50%左右。不同組織的鋼材退火程序都不同，例如，組織結構為細片狀珠光體的材料首先需要進行一定量的形變，然后送退火程序，且第一軋程的壓下率以30%為宜，在確定了第一軋程的壓下率以后，其后的每一個軋程都可以按照50%來進行。

（5）鋼中碳的石墨化及其他問題。碳素鋼淬煉過程中會有部分碳轉化為石墨，鋼材中石墨含量高可能直接導致軋廢，且現代煉鋼原料中硅元素含量較多，硅元素的存在加劇了碳元素的石墨化。首先，鋼材冶煉首先需要控制材料中的化學成分，以降低石墨化程度，保證鋼材的基本性能。其次，粗鋼的退火和保溫時間也要嚴格控制，避免長時間高溫退火和高溫保溫導致的碳元素石墨化。應該嚴格按照相關技術參數和產品質量要求，設計生產工藝參數，如退火時間、退火溫度、壓下率等。

2 優質碳素鋼生產工藝中存在的主要問題

2.1 熱處理裝備有待改進

碳素鋼生產過程中的熱處理主要是指退火工藝，熱處理裝備主要集中使用在退火程序中。罩式爐成卷退火技術是當前我國鋼鐵行業普遍使用的退火技術，這項技術操作簡單，控制方便，但其最大的弊端是：退火實際溫度和在該溫度下停留時間與預設有一定差距，導致材料的球化程度不均一，因此鋼材的性能也不完全一致，這也是我國目前鋼材生產技術中遇到的一大技術瓶頸。要改善這種現象可以改進退火爐的結構，并在改進后推廣使用松卷退火等技術，或者使用可以進行連續溫度梯度退火程序的熱處理設備，使操作人員可以更加準確的控制退火時間和溫度，降低因為時間和溫度差帶來的成品質量問題。

2.2 坯料條件有待改善

碳素鋼冷鋼帶有較嚴格的質量要求，如表面平整度、厚度公差、碎邊程度、碳化物含量等。碳化物顆粒大小、及其石墨化程度與退火工藝技術和坯料質量都有關，而當前的碳素鋼行業生產工藝中普遍忽視了對原料的預處理。相關研究團隊在著手研究提高鋼材質量的同時，也應該考慮坯料組成對材料性能的影響，探究坯料中每一種常見元素對鋼材生產可能帶來的影響，并借助這部分研究成果，研發相關技術對坯料進行預處理，降低硅元素等的含量，以提高鋼材整體性能。

3 總結

優質碳素鋼在現代航天、航海、國防等高精尖技術領域有廣泛的應用，而我國目前優質碳素鋼的生產技術和產量都還不能達到國際水平。提高鋼材整體性能是一個很復雜的工藝，需要考慮原料、技術、設備、生產條件控制、成本控制等諸多因素。本文中詳細分析了現代優質碳素鋼的生產技術參數，指出了部分生產工藝中亟待改進的技術問題并提出了后續改進辦法，對未來鋼鐵行業整體改革有一定的參考意義。

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作者簡介：張潔琳（1972-），女，江蘇南通人，大專，主要研究方向：材料電器。