超寬鋸片鋼研發與生產

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，為適應國內外建材、建筑市場對鋸片質量不斷提高的發展趨勢，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格板材切割；在荒料開采上，大大提高了生產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，在現行的生產模式下，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4820mm×4820mm×12mm（長×寬×厚）超寬鋸片鋼XG800的開發及交付使用，打破了以往超大直徑鋸片產品均由焊接而成的格局，并實現了批量生產。

圖1 部分鋸片產品

2 超寬鋸片鋼的成分及工藝性能

2.1 成分設計

常用鋸片材質有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，因此產生高碳馬氏體開裂的概率大。基于高碳鋼具有易產生裂紋的特性[4]，成分設計時應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，因此在開發過程中，以內部鋼種EE1PU100成分為基礎，采用調質工藝進行試驗。高強度鋸片用鋼化學成分見表1。

表1 高強度鋸片用鋼化學成分（質量分數） （%）

2.2 主要技術參數及性能指標

鋸片用鋼主要技術參數及性能指標見表2。

表2 EE1PU100鋸片用鋼主要技術參數及性能指標

2.3 工藝流程

生產工藝流程：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，因極限規格，基于一次成形軋制難度大，采用二火開坯軋制，經過預先評估軋后母板長度，開坯目標規格為：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 薄規格超寬高強板淬火處理板形控制是行業公認的技術難題，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難度大；在薄規格鋼板淬火過程中，因厚度方向各截面冷卻速度不同而產生溫度梯度，因此會發生不同的組織轉變。組織轉變的不均勻性及彈塑性變形的不一致，將導致產生淬火應力，如圖3所示。

圖3 薄板溫度變化引起的淬火應力變化情況

為解決上述問題，采用東北大學自主研發的超寬整體狹縫式噴嘴結構淬火機床，通過多重阻尼系統實現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，對薄規格鋼板淬火板形控制有顯著優勢。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 不同狀態下的組織

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

圖5 不同狀態下的組織

2.6 不同狀態下的力學性能

（1）軋態力學性能 見表3。

表3 軋態力學性能

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

（3）回火態力學性能 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℃。從兩種工藝生產的鋼板拉伸試驗結果可知，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，表面經手持式砂輪機修磨粗處理、再經紙砂輪片拋光后，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新點和意義

圖6所示為國內最大整板4820mm×12mm超寬高強度鋸片實物，我公司項目組陸續攻克了成分與性能問題，突破了材料尺寸設計、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，且成功實現組織性能、平直度控制在5mm/2m以內、一次軋制合格率達到100%的鋼板內外部質量優良的攻關目標，目前已實現厚11～13mm、寬4820mm超寬高強度鋸片鋼基板穩定供貨。

圖6 國內最大整板超寬高強度鋸片

該鋼種研發生產的主要創新點總結如下。

1）低碳低合金成分的開發，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，降低了產品的制造成本，整體性能超過國內市場上的同類產品，使用壽命大幅延長。

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

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。