线材的专业化生产

马振国  吴立章  吴建国

（唐山钢铁股份有限公司）

摘要：通地究析国内线材生产现状，介绍了国外线材生产中提高产品竞争力的新工艺，为国内线材生产工艺发展适应线材制品行业的需求提供参考。

关键词：线材  斯太尔摩  DLP  双段冷却  不氧化冷却

我国现有高线轧机30余套，高线产量1500万t以上，从数量上基本满足了线材制品需求，但目前国内线材及制品质量和新产品开发能力，与世界先进水平有相当的差的差距，我国加入WTO，为线材制品的发展及参与国际竞争提供了机遇和挑战，也为我国线材制品和线材生产提出了新的课题。线材及线材制品已经历了量的扩张、质的提高两个阶段，将进入创新为主的竞争阶段，专业化生产线材既是制品生产的要求，也是线材生产本身发展的需要。

1、线材生产的现状及发展

我国线材及线材制品的发展是一个由短缺到相对过剩的逐步发展过程。改革开放以前，我国的线材及制品水平很低，处于市场短缺状态，基本谈不上对质量的要求，从20世纪80年代开始，我国进入线材及线材制品的数量扩张期。从国外引进高线轧机生产高速线材，使国内线材质量跳跃式发展，随着国内线材生产企业不断地对国外线材生产技术进行消化吸收、创新，当前国内生产的线材已经满足了绝大多数线材制品的需求，为我国线材制品的发展做出了重要贡献。

但是不可否认，我国线材产量的增加很大程度是普通产品数量的叠加，真正高质量线材很少，这也制约了高档线材制品的生产，造成制品生产企业效益下降，形成一方面能生产的产品相对过剩，甚至无市场，另一方面市场急需品种不能生产的局面。如：前几年市场很火爆的管桩PC钢棒目前已经大量过剩积压，很多生产企业停产。而要求质量较高的胎圈钢丝、钢帘线、高强度弹簧钢丝、钢绞线等，不论原料还是制品都在进口。

随着我国经济的发展和国际市场一体化，国内外对线材制品的需求不论从数量上、质量上、还是品种规格上正在发生重要变化，线材制品的应用范围在扩大，使用数量在增加，发达国家的生产和应用经验在向发展中国家传递，在技术设备输出的同时，高附加值产品向发展中国家出口，占领发展中国家的市场，这都对线材质量提出了更高的要求，因此，迫切需要线材及线材制品的质量升级。

只有使用相应工艺设备，确定合理的工艺技术，才能生产出用户满意的线材。

2、国内线材生产线的认识

我国80年代开始引进高速线材轧机，到目前国内在用高线轧机30余套，但这些轧机基本上都是采用斯太尔摩控冷生产线。由于当时国内线材市场主要以建筑市场为主，受当时市场需求，工艺技术发展水平及对硬线生产技术关键的认识的局限，造成国内高线设备配制雷同，无法实现现阶段及以后人们对线材组织、性能高质量要求所需的工艺，直接影响了国内高质量、新品种线材的开发使用。

斯太尔摩控冷线的出现已有几十年的历史，国内外在采用斯太尔摩控冷线给线材生产带来好处的同时，已经发现其在某些方面的不足，主要表现在以下方面：

（1）冷线控的距离过长。

（2）斯太尔摩控冷的钢材，在性能和组织上存在一定的差异，对高水平高质量的线材制品不能满足。

（3）以空气为冷却介质，冷却速度很低，难以获得更高要求的组织和强度性能，不利于深入挖掘材料的潜能。

（4）冷却后线材表面仍履有氧化铁层（3-8kg/t，随钢种而异），在下一步加工前须予以清除但清理作业有害于生态环境。

随着新型建筑结构的出现，为满足大跨度、大负荷建筑的要求，对预应力钢筋的强度要求越来越高。碳作为最廉价最高效的强化元素，提高其含量是强化线材的主要手段，80年代预应力钢材中，碳最高含量为0.82%，但目前最高含量已达到0.97%，碳的提高有利于提高强度，但如果不能通过合适方式得到理想组织，会降低塑性，使材料的潜能难以发挥。斯太尔摩控冷线已不能满足这种要求。

线材制品的质量受使用线材原料的影响极大，高质量的线材原料必将对线材制品的质量、效益带来良好的影响。线材制品的生产，是线材外形、组织、性能的加工变化过程。线材生产者应设法把某些有利于降低成本，提高制品质量的复杂工艺过程尽量转移到线材生产工艺上，简化线材加工工艺，减低线材制品的总成本。这就要求线材生产者采用适当的工艺设备和工艺技术生产线材。

3、线材生产专业化

随着各种新技术新工艺的普遍使用，通过减少钢的消耗、采用节能工艺及设备现代化降低生产成本的幅度极为有限，较为有前途的策略是提高线材的使用性能。通过线材生产工艺向线材制品生产工艺延伸，把原来传统上在线材制品生产中的某些工艺过程转移到线材生产上，充分利用好轧制线材时线材携带的热能、动能，进行余热热处理新工艺，实现线材组织、性能的理想化，国外开发和在研究的线材生产工艺设备，代表了线材生产的发展趋势。

3.1 斯太尔摩的工艺改进

目前国外较多线材生产企业使用斯太尔摩式双段冷却系统，此冷却系统与其他冷却法相比，冷却工艺调节范围广，且结构简单。其作法是在精轧机组后面对线材进行分段冷却，在分段冷却之间进行线材端面上的均热，及在辊式运输机上用空气对吐丝机吐出的线圈进行冷却。在辊式运输机上对低碳钢、低合金钢及特殊钢等钢种线材进行缓冷（运输机上复有隔热罩及可以切断空气的供给）。

许多国家正在就双段冷却作业线的进一步完善进行研究开发。比如瑞士开发出用亚音频（20Hz以下）往复脉动空气流对线材进行冷却的新技术。此项技术由于提高分散热系数，故可从根本上提高空气冷却速度。此外，亚音频脉动气游戏冷却法还可缩短运输机长度，减少建厂基建投资及降低生产用电消耗。该项冷却技术无需进行缓冷，因而生产线材的工效很高，但目前已建成的线材轧机都是以生产多钢种多品牌线材为宗旨，因而亚音频脉动气流冷却法末能广泛应用。

3.2 通用型双段冷却工艺

俄罗斯钢铁研究院与线材生产企业合作开发的一种通用型双段冷却工艺，并已创造出实施此项工艺所用的主体及辅助设备。

此种新型冷却作业线的突出特点是设有若干隧道式喷气冷却室，可在550-650℃下的等温静置后，在3-4min调整冷却强度，冷却强度可达50℃/s，最新推出的这项冷却工艺与斯太尔摩冷却作业线相比有以下优点：

（1）生产低碳钢材时，可加快水冷及强化隧道喷冷室头几段中的空气冷却，使现在线圈过冷到450℃。由此在650℃等温静置配合下可为最佳组织的形成创造有利条件；同时可避免用冷镦法生产紧固件当中对线材制品进行热处理；

（2）生产低合金钢线材时，可保证获得均匀的铁素体――马氏体组织以及屈服强度与抗拉强度的较低比值，使之符合线材制品加工中热处理后应有的金相组织；

（3）高碳素钢（钢绳用钢及结构钢）生产线材时可保证得到均匀的索氏体组织，其片间距离要比斯比尔摩冷却法的小。由于能在等温静置后在600-200℃这一过程中进行快速冷却，故可促使线材表面得到能够不脱离母体金属进行塑性变形的氧化铁层，在下一步加工中容易自行消逝；

（4）各种轴承钢生产线材时，高速空气冷却可保证组织细密及减少网状碳化物，而随后的等温静置可保证奥氏体完全分解成细晶珠光体及消除产生贝氏体及马氏体组织的可能性，等温静置用在奥氏体稳定性能高的钢种生产线材时同样有效。

这种新的线材双段冷却工艺及其所用的设备可适用于各种各样的线材，具有广阔的冷却灵活性，与斯太尔摩冷却作业线相比，可以采取各种不同的冷却方案，而且有充足的条件提高线圈纵向性能及组织的均一性。

3.3 DLP工艺

日本开发使用的DLP工艺是在轧机后面安装一种均热炉，用于使线材断面及长度两个方向上温度均衡。然后在550℃及450-500℃的两座盐浴池里对线材进行冷却，最后将线材送到冲洗槽并使盐得到再生。

这种工艺处理的DLP线材索氏体含量高，加工工艺性能好，同时具有高强度韧性，线材的性能、组织及二者的均匀性都符合要求。是生产PC钢丝、钢绞线的理想材料。

3.4 不氧化冷却工艺

提高线材市场竞争力的另一途径是采用不氧化冷却工艺，生产出表面已为拔丝作好准备的线材。据专家预测，这种线材将享有巨大需求。目前，日本、法国、英国的一些厂家正在开发这项工艺。

针对斯太尔摩冷却后线材表面仍覆有氧化铁层的问题，俄罗斯钢铁研究专家同有关企业正在开发碳素钢及低合金钢（包括钢绳用钢）不氧化冷却工艺及其在现代线材轧机具体应用研究，已完成一整套科研及试验和设计工作。此工艺设备有两种方案：一种是先用吸热性气体型还原氛围然后用保护气体的双段冷却；另一种是只用保护性气体的单段冷却。

当采用双段冷却，从精轧机架出来的线材不进行水冷，由吐丝机置放在辊式运输机上，表面覆有5μm（达2kg/t）厚的氧化物层；然后送往处于还原气体介质中的等温静置室。此后已平卧的螺旋线圈进行可调温的不氧化冷却室，用氮保护气体高速气流冷却到150-180℃。然后使线材经受最后的水――空气雾化冷却，在线圈边面上形成防蚀层，此防腐蚀层同时又可作为预润滑层。线圈归整成线盘，压实和捆扎作业与一般斯太尔摩作业线的作法相同。线材表面形成与母体金属牢固结合的海绵铁层（厚达5μm）在拔丝当中会均匀分布在钢丝表面上，有利于挂住润滑物。

采用单段冷却时，从连续式线材轧机精轧机架出来的线材立即进入氮气保护气体介质中。在此介质中进行线圈的成型及变温冷却至200-250℃。此后的操作与线材从喷流冷却室出来后的各项作业相同。线材表面覆有厚1.5-2.0μm的氧化铁层。此氧化铁层具有不脱离母体金属进行塑性变形的特性。

上述两项工艺还有一点与现有各种工艺不同，即避免了线材的水冷，可提高钢的塑性及拉丝时的可变形性。

喷流冷却部件既然使用保护气体，也能使用保护还原――气体及空气进行冷却。因此采用这种标准化部件可缩短控制冷却工艺作业线的长度35-40m（与斯太尔摩冷却作业线相比）。而这种分段组合法可保证极高的灵活性，可在广泛范围内控制线材的力学性能。安装不氧化冷却作业线的费用及用此作业线进行生产的日常费用据初步估算不会超过斯太尔摩系统的费用水平。使用线材的不氧化冷却与其他方法相比，能达到本行业的最高效益，特别适合于生产低碳拉拔时的线材生产企业。

4、对今后国内线材发展的建议

线材制品需求将成为今后线材的主导市场，激烈的市场竞争使线材与线材制品更加紧密的结合在一起。对于线材生产企业来说，深入研究、把握线材制品的发展趋势，对提高竞争力有着极其重要的意义。与国外相比，我国目前的线材生产及制品的主要差距在创新及可持续发展能力上，线材制品只有不断适应其他行业的需求，线材生产只有不断的适应线材制品的需求，才能在今后竞争中立于不败之地，相互适应、共同发展是线材生产与线材制品企业今后的新课题。

作者简介：

马振国，高级工程师，唐钢钢研所深加工室。

吴立章，工学硕士，高级工程师，唐钢钢研所深加工室主任。

吴建国，助理工程师，唐钢钢研所深加工室。