论西宁特钢棒材轧制工艺和设备选择

王长春
（中冶东方工程有限公司，内蒙古包头　014010）

　　摘　要：通过对西宁特钢的轧制工艺和设备选择进行了阐述，使读者对合金钢棒材生产工艺和设备选择有一定了解。
　　关键词：合金钢棒材；合金钢生产工艺；工艺设计
　　1　工艺布置方案的选择
　　对于热轧棒材来说工艺布置方案主要分为连轧（中间一般设置脱头区）和半连轧布置。
　　1.1半连轧
　　布置方式一般为一架二辊可逆轧机+连轧机（6架或者8架）布置。二辊轧机一般带机前机后翻钢和推床，连轧机一般为平/立布置，或者也有立/平布置。采用立/平布置主要考虑为来料为矩形坯时不必翻钢。
　　1.2连轧
　　布置方式一般为粗轧机组（4架或者6架轧机，一般优选4架轧机）、中轧机组、第二中轧机组、精轧机组、减定径机组布置。
　　2　坯料的选择
　　合金钢棒材生产坯料主要选用为锻坯、轧坯、连铸坯、钢锭、电轧锭。坯料选择主要根据钢种、压缩比等要求。
　　2.1钢种对坯料的要求
　　锻、轧坯：（莱氏体及马氏体）、高工、合工（冷模具）、不锈（马氏体、双相钢）。
　　连铸坯：碳结、合结、（碳工）、弹簧、轴承（圈）、不锈（奥氏作、铁素体）。
　　钢锭（或电渣）：轴承（珠）、合金模具（莱氏体及马氏体）。
　　2.2压缩比对坯料的要求
　　压缩比大小对轧材产品影响方面主要包括：中心疏松、疲劳性质、表面质量。
　　连铸坯Z小断面应根据钢种的Z小压缩比和生产的产品的Z大断面来选择，如果产品规格范围比较大，连铸坯可多选用几个断面规格。
　　2.3坯料断面形状选择
　　对轴承钢优选矩形坯，对中心疏松有利，但是对轧钢孔形设计不利。其它钢种主要以有利孔型设计为主以及连铸过程中尽可能减少疏松的断面为主。
　　3　轧线工艺设备选择
　　3.1轧机的选择
　　（1）平均延伸系数和轧制道次。
　　轧制道次在选择过程中主要受到压缩比和平均延伸系数的限制，根据压缩比Z大的轧件计算平均延伸系数，根据计算出的平均延伸系数来选择轧机数量。其它压缩比较小的在设计轧制道次的过程中也需要考虑品均延伸系数。平均延伸系数要求如下：高工、不锈、合工（模具）共用孔型μcp≤1.26（一般1.25）；
　　碳结、合结、碳工、弹簧、轴承共用孔型μcp≤1.28～1.29；
　　特别精轧孔延伸系数不易大，便于孔型调整。
　　（2）轧机大小。
　　一般来说轧机尽可能机型（轧机大小型号）选择少一点，使备件数量减少。通常情况下一个机组选择一种轧机。轧机大小选择主要根据本机组Z大通过轧件，Z大轧件咬入方便为原则，但是不能选择过大避免浪费，同时也要预留一定富于量便于将来发展。轧机选择也不能过大主要在于大轧机轧制小规格轧件尺寸精度不好保证。
　　（3）轧辊长度。
　　轧机轧辊长度一般考虑两个方面：，辊身刚度。辊身太长影响轧辊钢度，对轧件尺寸精度不利。第二，配辊。轧辊长可以多配轧槽数量，有利于降低轧辊吨钢消耗，节约轧辊。
　　（4）轧机布置。
　　轧机布置要考虑剪切头尾、脱头区、热机轧制、无张力活套控制，半连轧还要考虑可逆轧制过程中Z大轧件长度等因素。
　　由于轧件在连轧过程中超过6道次以后很容易产生劈头、鱼尾等不利于轧机轧制的因素，否则容易卡入口导卫、不易咬入以及卡出口导位造成轧制事故的发生。为了避免轧制事故的发生一般连轧线每6架轧机后要设置一台飞剪用来切头、切尾以及事故时碎断轧件防止事故进一步扩大。对于半连轧轧线在进连轧前也要切掉轧件头、尾。所以轧机布置要考虑剪机得布置。
　　中小型合金钢棒材连轧线一般在粗轧机组后设置一段脱头区，所以轧机布置过程中要考虑脱头区的布置。连轧脱头区设置主要是为了保证连轧机咬入速度和精轧轧出速度，咬入速度和精轧Z大轧出速度如下：
　　咬入速度：高工、不锈、合工（模具）≥0.3m/s（轧件温降）；
　　碳结、合结、碳工、弹簧、轴承≥0.1m/s（烫辊速度）；
　　精轧Z高速度：高工、不锈、合工（模具）≤10m/s（轧制升温，晶界熔化）；
　　缓冷材≤8m/s（方便装缓冷箱）；
　　碳结、碳工、合结、弹簧、轴承≤16m/s。
　　热机轧制（TMCP，又称“温度-形变控制轧制”），是指在调整或不调整钢的化学成分基础上，通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等参数，来控制奥氏体状态和相变产物的组织状态；通过控制钢材热轧后的冷却条件来控制奥氏体状态、控制相变条件、控制碳化物析出、控制相变后的组织和性能。被普遍应用于现代中小型合金钢棒材生产线中。通过热机轧制可以达到：（1）碳结、合结钢可省掉离线热处理、降低成本。（2）轴承钢等，可缩短离线热处理周期。（3）晶粒度可达7～8级提高产品性能。（4）坯料出炉温度降低，节省燃料消耗。控制轧制温度一般在精轧、减定径机组前增加控温水箱，控温后为了保证轧件内外温度一致，要留一段恢复段再进轧机轧制。所以连轧线布置也要设计热机轧制的位置。
　　为了保证产品尺寸精度小棒精轧机组间需要设置一定数量的活套来保证无张力自由轧制，在布置轧机时也要考虑活套的布置。为了保证产品质量，避免扭转轧制轧机一般采用立/平或者平/立交替布置。
　　3.2剪机的选择
　　剪机一般根据轧件断面和机组布置来选择，对于半连轧线在粗轧机后选择固定剪，对于连轧线一般选择飞剪，在连轧的脱头区处也可选择固定剪。
　　对于棒材飞剪主要根据剪切断面来选择，飞剪剪切断面要求如下：
　　摆剪≥Φ80mm　V≤2m/s；
　　曲柄剪≥Φ40mm　V≤4～3.5m/s；
　　组合剪Φ10～80mm　V≤16～18m/s；
　　回转剪Φ10～40mm　V≤16～18m/s。
　　3.3在线测径
　　一般轧线在线测径为开环，仅监视作用，目前SMS公司生产带有AGC大棒轧机可实现闭环控制产品精度。SMS公司正在开发小棒三辊减定径闭环控制。闭环控制可提高产品精度，在将来可能是一个发展趋势。
　　3.4定尺
　　合金钢棒材为了提高定尺产品端部质量一般采用锯切，小规格（Φ10～40mm）产品如满足用户要求和提高产量也可剪切定尺。合金钢棒材根据定尺温度一般分为热定尺和冷定尺。热定尺采用钢锯，冷定尺采用砂轮锯。钢锯锯切成本低、噪音大，锯切产品一般带有毛刺需要倒棱处理；砂轮锯锯切成本高有烟尘需要除尘，锯切产品端部质量好。
　　3.5冷却
　　合金钢棒材中的合工、弹簧、高工、滚珠轴承、不锈钢等需要缓冷钢种在冷床上冷却过程要求下冷床温度≥700℃，以满足装缓冷坑或者装缓冷箱要求。这要求冷床在根据生产的要求下既能满足一般冷却下冷床要求，又要能满足缓冷材快速通过下线要求。
　　根据产品规格大棒和小棒在冷却上选用也不同，因大棒规格大，快速移钢装置一次可以移动重量大，能满足生产节奏，且冷却速度低。故一般大棒冷床选用冷床带有快速移钢装置的多功能冷床来保证缓冷材快速下冷床，小规格棒材由于规格小冷却快且须成排下冷床，所以小棒冷床一侧设置快速输送链以满足缓冷材下线要求。
　　为了避免钢号互相混淆在棒材端部进行标识，小规格棒材目前无法在线标识（＜Φ80mm产品）。大棒冷床上可在线标识，目前国内标识分为：人工打标和机械打标，机械打标又可分为一次冲压式，逐字冲印式、针式、高能等离子体标识。其中高能等离子体标识为非接触性标识，不受温度影响。接触性标识受温度影响，温度太高整个字符会凹陷进去，温度太低又会冲压不清晰，根据生产厂经验一般800℃左右比较理想。根据棒材产品规格可选择不同的标识设备，接触性标识Z小字高达8mm，非接触性标识字高Z小18mm。
　　3.6热轧下线收集
　　热轧下线收集分两种收集方式，一种是堆冷材，另一种是缓冷材，对于堆冷材下线收集只要进行捆扎后用吊车吊离轧线即可。对于缓冷材大小棒收集方式也不一样，大棒一般采用链条或者钢圈吊入缓冷坑进行缓冷，小棒则设置缓冷箱直接进行在线装箱。大小棒缓冷收集不一样的原因主要是：缓冷箱容量有限大棒一般产量较高不满足生产节奏；小棒直接热吊装易弯曲增加矫直负荷。
　　4　结语
　　西宁特钢轧制工艺是根据多方论证而制定的，既考虑到当前市场的主流工艺布置，又考虑了将来发展的可能。