??? Ф15mmSWRH82B-1SG屬于高碳鋼，主要應(yīng)用于橋梁鋼絞線(xiàn)，產(chǎn)品具有內(nèi)在質(zhì)量高、表面質(zhì)量好、尺寸精度高、綜合性能優(yōu)良的特點(diǎn)。為了滿(mǎn)足用戶(hù)需求，拓寬銷(xiāo)售渠道，進(jìn)一步鞏固精品線(xiàn)材在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的地位，一線(xiàn)材廠(chǎng)加大了新品開(kāi)發(fā)力度。

?Ф15mmSWRH82B-1SG屬于大規(guī)格的新產(chǎn)品，軋制難度較大。該廠(chǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員查閱了大量資料，制定了技術(shù)方案，落實(shí)了多項(xiàng)技術(shù)措施。線(xiàn)二作業(yè)區(qū)域提前組織操作崗位職工學(xué)習(xí)、掌握軋制工藝、技術(shù)參數(shù)、各架紅坯尺寸及試軋工藝要點(diǎn)等。經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化工藝，不斷提高創(chuàng)新能力，保證了Ф15mmSWRH82B-1SG無(wú)軋廢，一次試軋成功。Ф15mmSWRH82B-1SG的成功開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步增強(qiáng)了一線(xiàn)材廠(chǎng)在國(guó)內(nèi)高線(xiàn)市場(chǎng)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，為首鋼精線(xiàn)產(chǎn)品擴(kuò)大市場(chǎng)份額拓寬了道路。

?

1??? 前言

???? 由于高碳盤(pán)條，尤其是大規(guī)格（＞φ10.0mm）82B優(yōu)質(zhì)盤(pán)條，目前的市場(chǎng)售價(jià)遠(yuǎn)高于普通低碳盤(pán)條，且市場(chǎng)需求量在40萬(wàn)t左右。因此，國(guó)內(nèi)許多冶金企業(yè)都將82B列為重點(diǎn)新品種開(kāi)發(fā)計(jì)劃，并陸續(xù)將產(chǎn)品投放市場(chǎng)，希望能爭(zhēng)得一席之地，但現(xiàn)實(shí)與愿望有較大差距，即大部門(mén)企業(yè)生產(chǎn)的高碳盤(pán)條并沒(méi)有得到國(guó)內(nèi)線(xiàn)材制品廠(chǎng)家的認(rèn)可，主要表現(xiàn)在質(zhì)量水平滿(mǎn)足不了線(xiàn)材制品廠(chǎng)家先進(jìn)的裝備和高檔產(chǎn)品的要求，最終造成煉鋼廠(chǎng)與線(xiàn)材制品廠(chǎng)之間質(zhì)量異議不斷或盤(pán)條降級(jí)使用，經(jīng)濟(jì)效益難于體現(xiàn)。造成這一問(wèn)題的原因何在？客觀(guān)地說(shuō)，近年來(lái)，這些煉鋼廠(chǎng)家在提高鋼水的純凈度方面做了大量的工作，基本都配置了爐外精煉裝置，鋼水質(zhì)量水平確實(shí)有了明顯提高。因此分析，問(wèn)題可能出在連鑄方面，即與大部分煉鋼廠(chǎng)采用的是小方坯連鑄生產(chǎn)高碳鋼工藝、相關(guān)的配套技術(shù)沒(méi)有采用或應(yīng)用不到位有關(guān)。

2??? 線(xiàn)材制品行業(yè)對(duì)優(yōu)質(zhì)高碳盤(pán)條的質(zhì)量要求

??? 目前，國(guó)內(nèi)線(xiàn)材制品企業(yè)使用大規(guī)格優(yōu)質(zhì)高碳盤(pán)條主要用于生產(chǎn)高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲和絞線(xiàn)等高檔產(chǎn)品，生產(chǎn)過(guò)程中要求原料盤(pán)條不經(jīng)熱處理直接高速、連續(xù)、大壓縮比冷拉拔成材，而且，這些高檔產(chǎn)品大部分應(yīng)用于高架（速）公路、大跨度橋梁、高層建筑、機(jī)場(chǎng)、隧道、水壩、電站等大呢感重要建設(shè)工程，因此，線(xiàn)材制品廠(chǎng)家對(duì)生產(chǎn)這類(lèi)高檔產(chǎn)品今的原料――高碳盤(pán)條的質(zhì)量要求相當(dāng)苛刻，具體要求：

??? （1）[P]?[S]≤0.015%

??? （2）∑[0]≤40ppm

??? （3）非金屬夾雜物尺寸＜20μm，且不能富集

??? （4）盤(pán)條索氏化程度而且不能存在非正常組織

??? 否則，容易發(fā)生貨盤(pán)條本身的力學(xué)性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求（主要是面縮或伸長(zhǎng)）或盤(pán)條在連續(xù)拉拔過(guò)程中發(fā)生脆斷或預(yù)應(yīng)力鋼絲和絞線(xiàn)產(chǎn)品的力學(xué)性能不符合標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)現(xiàn)象，最終引發(fā)質(zhì)量異議。

3??? 通常高碳鋼小方坯存在的主要缺陷及影響

??? 普通小方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)的高碳鋼存在的致命缺陷主要是鑄坯中心的碳偏析、疏松和縮孔以及非金屬夾雜物富集，這是鋼的凝固特性、鋼種和鑄機(jī)的條件所決定的。

3.1? 中心碳偏析

??? 鋼在凝固過(guò)程中，由于溶質(zhì)中的各元素在固相和液相中溶解度不同，從而伴隨凝固進(jìn)行，固相中溶質(zhì)的析出，使固液界面處液相中，溶質(zhì)的濃度高于原來(lái)液相的溶質(zhì)濃度，而伴隨凝固過(guò)程的體積收縮促使?jié)庖合嘞蛑行牧鲃?dòng)，最終形成中心偏析。高碳鋼的中心碳偏析便是其突出的質(zhì)量問(wèn)題。

??? 同時(shí)，實(shí)踐證明，連鑄坯的斷面形狀、尺寸對(duì)鑄坯中心的碳偏析有著較大的影響。一般鑄坯中心有一正偏析區(qū)，而其周?chē)幸回?fù)偏析區(qū)，假設(shè)正負(fù)偏析區(qū)達(dá)到平衡，則可導(dǎo)出

??? C₀/C=1+（A_n?B_n/A_c?B_c-1）×（1-C_n/C₀）????? （1）

式中：A?B―試樣尺寸（mm）

???? C_n――鑄坯正常區(qū)域取樣分析的碳含量（%）

???? Cc――鑄坯中心區(qū)域取樣分析的碳含量（%）

???? C――原始碳成分（%）

??? 有關(guān)冶金專(zhuān)家由（1）式計(jì)算出：

??? 高碳矩型坯（160×250mm）??? C_o/C=1.14

??? 高碳小方坯（160×160mm）??? C_o/C=1.45

??? 試驗(yàn)證：以上計(jì)算結(jié)果與實(shí)際解析結(jié)果基本一致，而且就一般而言，鑄坯斷面越小，碳偏析程度越大。

??? 從鐵――碳相圖中可以看出，過(guò)共析鋼（C＞0.77%）在軋后緩冷過(guò)程中，沿奧氏體晶界將析出滲碳體，而滲碳體是一種硬而脆的相，如果盤(pán)條存在這種組織，重者盤(pán)條本身便沒(méi)有塑性，輕者，盤(pán)條在拉拔受力過(guò)程中，由于此區(qū)域不變形將產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，滲碳體由此將提前斷裂形成微裂紋，隨著盤(pán)條連續(xù)受力變形，裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，最終導(dǎo)致拉拔過(guò)程斷絲。

??? 清除高碳盤(pán)條非正常組織――滲碳體的途徑有兩條。一是傳統(tǒng)的方法，即盤(pán)條在拉拔前經(jīng)熱處理再結(jié)晶消除；二是目前普遍采用的方法，即通過(guò)軋后控冷技術(shù)控制滲碳體的析出。毫無(wú)疑問(wèn)，傳統(tǒng)的方法對(duì)于線(xiàn)材制品廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)是難于接受的。然而，根據(jù)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鋼的含碳量超過(guò)0.90%時(shí)，在現(xiàn)有的軋機(jī)軋后控冷能力下，要完全控制滲碳體不從奧氏體晶界析出幾乎是不可能的，因此，要求高碳鑄坯的中心碳偏析系數(shù)C₀/C＜1.10。

3.2? 中心疏松和縮孔

??? 由于小方坯的凝固速度快、柱狀晶發(fā)達(dá)，甚至往往出現(xiàn)穿晶結(jié)構(gòu)，凝固前沿之間彼此搭接產(chǎn)出所謂的“搭橋”，從而組織或阻礙鋼液進(jìn)入，填充收縮，從而產(chǎn)生中心疏松或縮孔，而且經(jīng)驗(yàn)表明，隨著碳含量的增加，中心疏松程度也加重。

??? 相對(duì)而言，小方坯成材過(guò)程中變形量是小的，但在正常情況下，普遍認(rèn)為小方坯在軋制過(guò)程中，中心疏松是能壓合的，如果中心疏松嚴(yán)重甚至出現(xiàn)縮孔，加之若中心非金屬夾雜物富集也嚴(yán)，中心疏松或縮孔是難于壓合的。在盤(pán)條中體現(xiàn)內(nèi)的是顯微裂紋，這必將影響盤(pán)條的力學(xué)性能以及其隨后的冷加工性能，即在受力過(guò)程中，裂紋將擴(kuò)展，造成盤(pán)條或鋼絲斷裂。因此，要求優(yōu)質(zhì)高碳小方坯不能出現(xiàn)中心縮孔，而中心疏松≤0.5級(jí)。

3.3??? 非金屬夾雜物富集

??? 客觀(guān)地說(shuō)，由于近年來(lái)大部分冶金企業(yè)重現(xiàn)了潔凈鋼的生產(chǎn)，相繼增設(shè)了鋼水爐外精煉裝置，并采用全程保護(hù)澆注，但并不能完全消除，同時(shí)，如上所述，由于小方坯的凝固特性，很容易產(chǎn)生中心偏析，當(dāng)然這也包括非金屬夾雜物的偏析即富集，由于夾雜物嚴(yán)重破壞了鋼基體的連續(xù)性，一旦受力將成為裂紋的發(fā)生源，這對(duì)盤(pán)條的拉拔性能來(lái)說(shuō)是致命的。因此，線(xiàn)材制品企業(yè)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲或鋼絞線(xiàn)生產(chǎn)用盤(pán)條中存在的非金屬夾雜物尺寸要求小于20μm，且不允許其富集。

4??? 歐洲主要煉鋼廠(chǎng)提高高碳小方坯質(zhì)量所采用的相關(guān)技術(shù)極其效果

??? 小方坯中心的碳片次問(wèn)題、疏松和縮孔問(wèn)題、非金屬夾雜物富集問(wèn)題，完全消除是不可能的，但如果采用合理的相關(guān)技術(shù)，將這些問(wèn)題減徑是可能的。例如：目前歐洲許多煉鋼廠(chǎng)采用的鑄坯強(qiáng)冷技術(shù)、電磁攪拌技術(shù)及凝固終端輕壓技術(shù)等等，實(shí)踐證明是有效的。

4.1? 強(qiáng)冷技術(shù)

??? 小方坯連鑄機(jī)二冷采用強(qiáng)冷，可以使鑄坯形成較好的中心等軸晶區(qū)，有利于控制中心偏析、疏松和夾雜物富集，據(jù)Coucast公司介紹，采用二冷強(qiáng)冷技術(shù)（2.5L/kg），小方坯可以做到：

??? 目前，電磁攪拌技術(shù)已經(jīng)成為一種控制鑄坯 凝固組織，改善鑄坯質(zhì)量的常規(guī)手段而廣為采用，電磁攪拌的最有益作用主要表現(xiàn)在降低中心偏析（包括夾雜物富集）和中心疏松方面，而根據(jù)電磁攪拌位置不同，發(fā)揮不同作用，目前電磁攪拌的位置可分為三段：

??? （1）潔凈器內(nèi)安裝電磁攪拌裝置（M-Stirrer）

??? 晶界內(nèi)安裝電磁攪拌裝置，其主要目的是促進(jìn)鋼液中夾雜物上浮，可以被保護(hù)渣吸收或易被撈除，從而進(jìn)一步改善鋼的清潔性。

??? （2）二冷段安裝電磁攪拌裝置（S-Stirrer）

??? 二冷段安裝電磁攪拌裝置，其主要目的是改善凝固組織，即擴(kuò)大鑄坯中心等軸晶區(qū)域，從而減輕中心疏松和中心偏析。其基本原理是，在凝固過(guò)程中，通過(guò)攪拌鋼水，使先期生長(zhǎng)的柱狀樹(shù)狀晶被破碎，與鋼液混合在一起，隨后將成為后期凝固的等軸晶的核心。同時(shí)，由于攪拌，將促進(jìn)未凝固鋼液流動(dòng)，加強(qiáng)了對(duì)流作用，提高了固液相間的熱傳導(dǎo)，有利于消除殘余過(guò)熱度，這就減輕了凝固前沿的溫度梯度，抑制了晶體的定向增長(zhǎng)，從而有利于等軸晶的增長(zhǎng)。

??? （3）凝固終端安裝電磁攪拌裝置（F-Stirrer）

??? 凝固中斷安裝電磁攪拌裝置，其目的主要是通過(guò)攪拌液心，促進(jìn)高濃度鋼液的對(duì)流，消除晶間的搭橋，從而減輕鑄坯中心偏析和疏松。

??? 據(jù)意大利達(dá)涅利公司有關(guān)專(zhuān)家介紹，采用潔凈器和凝固終端電磁攪拌，可減輕高碳小方坯中心偏析和疏松，例如在140-160mm²方坯連鑄機(jī)上采用（M+F）攪拌可得到如下結(jié)果：

??? （1）中心疏松減少80%

??? （2）中心等軸結(jié)晶區(qū)＞40%

??? （3）中心碳偏析系數(shù) C_o/C≤1.10

4.3??? 凝固終端輕壓下技術(shù)（Soft Reduction）

??? 所謂凝固終端輕壓下，就是通過(guò)外加壓力，將鑄坯中心末期凝固前高濃度鋼液擠出，從而減輕中心偏析的技術(shù)。

??? 對(duì)凝固終端輕壓下技術(shù)的應(yīng)用，尤其是小方坯連鑄采用輕壓下技術(shù)是否有效，目前仍看法不一，主要因?yàn)椋阂皇切》脚鬟B鑄正確測(cè)出其終端凝固位置是很難的；二是壓下良的設(shè)計(jì)也有相當(dāng)難度。例如DMG公司有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，一般大方坯可采用電磁攪拌加輕壓下技術(shù)能有效地控制中心偏析，而對(duì)100-160mm²的小方坯，采用電磁攪拌和強(qiáng)化冷卻技術(shù)即可將中心偏析控制在較好水平。

??? 據(jù)德國(guó)蒂森RUHRORT鋼廠(chǎng)的煉鋼專(zhuān)家介紹，該廠(chǎng)大方坯（265×385mm）使用電磁攪拌（M+S）和輕壓下裝置，在130mm²初軋坯取樣分析表明，可減輕中心碳偏析。

? ? 但據(jù)意大利ABS鋼廠(chǎng)的煉鋼專(zhuān)家介紹，對(duì)高碳鋼小方坯連鑄采用電磁攪拌和輕壓下技術(shù)，對(duì)減輕中心碳偏析均是有效的。例如從130-160mm²方坯上取樣分析結(jié)果，不同條件下，其中心碳偏析情況為：

5??? 結(jié)束語(yǔ)

??? 綜合以上所述，普遍小方坯連鑄機(jī)要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高碳硬線(xiàn)鋼鑄坯是很困難的，但根據(jù)歐洲的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，小方坯連鑄機(jī)如果采用如下技術(shù)：

??? （1）二冷段強(qiáng)化冷卻

??? （2）潔凈器、二冷段和凝固終點(diǎn)設(shè)置電磁攪拌裝置

??? （3）凝固終端輕壓下

??? 高碳小方坯的主要缺陷――中心偏析和中心疏松均能得到有效控制，由此生產(chǎn)出來(lái)的高碳盤(pán)條，能夠滿(mǎn)足線(xiàn)材制品企業(yè)生產(chǎn)高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲或鋼絞線(xiàn)的要求。此外，還需指出，在配置先進(jìn)的技術(shù)裝備的同時(shí)，還需配備一批高素質(zhì)的管理者和操作者，才能真正生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高碳鑄坯。

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