过共析钢高速线材生产工艺浅析★

方轶琉， 高正源， 孙鹏飞， 白万金

（重庆交通大学机电与车辆工程学院， 重庆 400074）

过共析钢（w（C）＞0.77%）线材被广泛用于巨型结构（如建筑物、悬索桥和大型混凝土管）、混凝土轨枕、预应力钢丝等领域。均匀的索氏体组织被认为是拉丝操作和控制索氏体综合性能的最佳形态。对于过共析钢而言，在抑制先共析渗碳体组织的条件下，珠光体片层间距的细化有利于进一步提高钢丝的成品力学性能。本文基于典型的高速线材装配产线，浅谈过共析钢高速线材生产工艺。

自1980年以来，高速线材生产受到消费结构升级及整体装备水平提升的影响，消费市场对小规格、大盘重线材需求量与日俱增。特别是近几年来，为顺应这一发展并进一步提升年产量，目前很多国内新建产线均装备了当前最为先进的主体设备。

高速线材生产线主要配备25～30机架，其中以30机架最为典型。该生产线共分5个机组，粗轧机组6架，中轧机组6架，预精轧机组6架，精轧机组8架，减定径机组4架，共30个机架组成，呈单线全连续无扭布置[1]。这种高速线材在精轧机组前和减定径机组前后均设有高效水冷装置，全线采用闭环控制系统，终轧速度最高可达112 m/s。

1 高速线材钢坯质量控制

钢坯质量是过共析钢高速线材产品生产和使用的关键因素，避免产品出现成分偏析、非金属夹杂及钢种气体含量超标等质量问题，近年来各钢企均对钢坯质量引起高度重视。目前国内大多采用铁水脱硫→转炉/电炉→LF→VD（RH）→模铸/连铸的工艺路线获得优质的钢坯。

通过制定合理的加热制度，将合格的钢坯通过装置装入加热炉。就目前新上产线而言，钢企普遍采用步进式加热炉，该加热炉可有效控制表面脱碳及氧化烧损，并能确保钢坯出炉温度均匀，头尾温差在50℃范围内。在加热炉中，过共析钢钢坯加热至Accm温度以上完成奥氏体化。奥氏体化过程对钢铁材料固态相变理论及实际工业生产具有重要的意义。对于过共析钢，加热温度宜设在为950～1050℃范围内。大量研究结果表明初始奥氏体晶粒尺寸对后续成品组织和性能影响明显[2]。过共析钢在该温度范围内，奥氏体化后晶粒尺寸变化较小。而当加热温度设在1050℃以上时，奥氏体晶粒尺寸急剧增大。加热时间的设定需综合考虑奥氏体化后组织均匀性，对于碳含量（质量分数）超过0.77%的过共析钢，C在奥氏体内的分布并非理想的均匀，存在明显的富C区和贫C区。这种C含量梯度的存在对后续奥氏体向先共析渗碳体和珠光体的转变影响很大。当加热温度升高或延长可消弱C含量分布引起的不均匀性。另外，加热时间与钢坯尺寸存在一定的关系。因此，对于常见的尺寸规格为150 mm×150 mm过共析钢坯而言，适当的加热温度为950～1050℃，加热温度为1.5～2 h。

2 高速线材的轧制控制

目前越来越多的企业已经意识到优化的热机轧制可有效提升过共析钢的成品的性能。由于高速线材轧制是在规定的孔型系统中完成，对于各道次之间的延伸率已基本确定，因此高速线材的热机轧制更多是通过对轧制温度的控制实现。对于提高线材的综合力学性能，主要控制开轧温度、进精轧机组温度和进减定径机组温度。开轧温度由加热炉出钢温度确定，而进精轧机组和进减定径机组温度分别由精轧前和减定径前强迫水冷实现。

低温开轧可有效控制奥氏体晶粒的尺寸。然而奥氏体晶粒尺寸对成品性能的影响较相变后细片层间距的珠光体组织的影响弱。除此之外，虽然粗、中轧过程是降温的过程，但该过程温降不明显。而进精轧和减定径机组轧制过程是升温过程，以8道次精轧机组为例，轧件通过精轧机组后温升约为120～150℃。因此需对进精轧温度进行有效控制，否则会引起吐丝温度过高而导致最终成品韧性下降。为更好的达到热机轧制的效果，在精轧机组前和减定径机组前均设有冷却水箱，从而获得优化的进精轧机组和进减定径机组温度。另外，线材延伸率与断面收缩率均随进减定径机组温度升高而降低。由于规格不同，进精轧机组及减定径机组温度存在差异。过共析钢进精轧机组和减定径机组温度建议分别设在940～980℃和920～960℃温度范围内。

3 高速线材的冷却控制

轧件出减定径机组后的冷却过程由水箱冷却和风冷线冷却两个部分构成。水箱冷却是在获得适宜的吐丝温度的同时可以很好的控制减定径机组轧制后引起的温升，避免奥氏体晶粒尺寸的轧后长大，为后续相变的发生奠定基础。吐丝温度过高，后续风冷过程氧化强烈且不易实现风冷后相变的温度控制。

目前钢企普遍采用的是斯太尔摩风冷线，轧件吐丝成圈后横向布置于风冷线上，该过程尽量使相变向细片层状的珠光体组织（即索氏体）进行。然而在斯太尔摩风冷线运输冷却的过程中，盘条边部存在明显的搭接导致重合处局部温度过高，造成同圈性能波动。该斯太尔摩风冷线的轨道正下方配备有“佳灵”装置，该装置可有效分配边部与中部的风量。另外，斯太尔摩风冷线上设置有跌落段，跌落段的设置和适当的调速可改善原搭接点，从而确保盘条同圈性能的稳定性。近年来，风冷线风机风量的设计呈逐年递增态。对于过共析钢而言，索氏体化对应的鼻尖温度约540～580℃，由于吐丝温度及冷却速度的不同，索氏体化相变温度区间不同。总体而言，吐丝温度在850～980℃范围内，随着吐丝温度的适当增加，索氏体转变温度均出现下降趋势,温度增加幅度越大,转变温度越低,同时转变区间扩大。若温度过高则在盘条表面出现马氏体组织，而温度过低则对应的索氏体化率无法保证。

4 结语

我国高线产量很大，但主要仍以建筑结构用线材为主。大部分企业的新产品开发仍以摸索为主，缺乏理论指导。过共析钢线材被广泛用于用于巨型结构、混凝土轨枕，预应力钢丝等领域。均匀的索氏体组织被认为是拉丝操作和控制索氏体综合性能的最佳形态。本文从钢坯质量控制、轧制控制和冷却控制三个方面分析了过共析钢高速线材生产过程工艺控制要点，为性能优异的过共析钢线材的生产提供思路。

[1]方针正，牛强，马靳江，等.一条优质高速线材生产线的工艺特点[J].江西冶金，2014，34（3）：45.

[2]李俊杰，GodfreyAndrew，刘伟，等.奥氏体化与冷却速率对过共析钢组织的影响[J].金属学报，2013，49（5）：583.