欧洲盘条与高强度钢丝研发现状简介
2004-06-18 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
“从盘条到钢丝及钢丝制品”国际会议2003年10月19～22日在意大利Stresa召开。会议主要内容涉及热轧盘条的生产和深加工，即盘条的冷拔、钢丝热处理及涂层、钢丝制品等。
这次会议交流论文的内容涉及盘条生产、钢丝冷拔及涂层的各个方面。其中，ISPAT汉堡钢铁厂用连铸坯生产钢帘线、欧洲盘条和高强度钢丝研究现状、HICON退火技术、球化退火技术改进和Zn Al Mg合金涂层的开发几篇论文尤其值得注意，它们反映了当前高品质钢丝生产的热点问题。以下重点介绍欧洲盘条和高强度钢丝研究现状。
欧洲高强度盘条、冷拔钢丝及相关工艺的研究是在欧洲煤钢联营支持下进行的。主要目的在于：
（1）在保持高强度水平的前提下，通过微观组织设计与控制改善冷拔性能及韧性，同时还降低能耗和环境污染；
（2）研发新技术和改进已有技术，以便经济、清洁和安全地生产高使用性能的钢铁产品，使得用户满意、服役寿命长、易于回收及再循环使用。
为此，开展了生产流程和产品的研发工作。
一、在生产流程方面的主要工作如下：
1、精炼：
改善钢的洁净度和精确调整成分（主合金元素及微量元素）一直是近10年以来的工作重点。因为，微小的性能波动和个别残留缺陷都会给生产率和最终产品的质量水平带来非常有害的影响。在夹杂物控制方面取得了重大进展：除减少大块夹杂物的数量外，还通过夹杂物变性使氧化物和硫化物的危害程度降到最小，并借助“氧化物冶金”细化钢的组织。通过钢渣平衡精确调节Ca、Mg、Al的含量是关键技术。
此外，借助对耐火材料传热过程的研究表明，计算机模型在钢温预报等方面的重要性，现在已经能够比较准确地预报终点成分及温度。
2、连铸：
连铸方面的工作分为以下三方面：
（1）改善产品质量；
（2）过程自动化；
（3）偏析控制。其研发对象集中在中、高碳钢方面。
为降低连铸坯芯部的偏析，采用了强冷及凝固末端的轻压下技术。
采用强冷技术时，其水量为常规冷却时的2．5倍。统计结果表明，对于0.73%～0.75%C、110 mm方的连铸坯而言，其偏析指数可由约3.7降低到约2.5。相应 C／C0由 1.3降至1．07，成分的标准离差σ则由0．35降至0．15。
轻压下减轻中心偏析的有利效果已经在高碳钢、Cr-Ni-Mo钢、低合金表面硬化钢、淬火-回火钢的生产中得到证实。
3、控轧控冷：
主要致力于开发为实现自动化的过程模型和物理冶金模型。该项工作往往从用于现有扁平材生产的模型开始，逐渐扩展到适用于长型材生产的模型。
目前，各道次表面温度的预报相对误差已经小于5%；对奥氏体晶粒尺寸预报的标准离差为10%。
当前采用的几项重要技术为：在坯料加热阶段进行以提高温度均匀性和减轻脱碳、易于除鳞为目标的控制；采用高压（达 400 bar）水除鳞；通过机架间冷却降低及控制精轧温度；以细化奥氏体晶粒为目的的轧后控冷技术。
对于轧后控冷，除Stelmor技术外，还有在 Morgan专利上的改进技术 EDC（Easy Drawing Conveyor），它能根据需要提供从延迟冷却（隔热罩）到直接淬火的各种冷却方式、能提供更高的冷速、获得更为均匀的组织。虽然EDC技术的推广应用远不如Stelmor技术，但它已经用低碳低合金钢不经热处理而直接生产8.8级紧固件用钢，值得重视。
4、氧化皮的形成及除鳞特性：
酸洗仍然是最主要的除鳞方法，但是机械除鳞在环保、成本和防止氢脆方面的优点使其日渐进入工业规模的应用。为配合机械除鳞的推广应用，开展了氧化皮厚度、氧化层的组成、金属-氧化皮界面形貌、氧化皮中的残余应力和氧化皮破裂的研究。这些研究将为确定吐丝温度、吐丝后的冷却制度提供依据。
二、在产品开发方面的主要研究工作如下：
1、大规格高强度盘条：
如直径≥13 mm的高碳（0.80%～0．82%C）钢盘条，冷拔后可获得直径为4～7mm的高强度钢丝。目前，通过Si、Cr、V合金化已经能生产规格为4.8～5.2 mm、强度为1850 MPa的钢丝。
针对悬索桥用钢缆的损伤及使用寿命问题，优先研究的内容是：钢缆的标准、取样及检验方法；在钢丝不同损伤程度时钢缆强度的预测模型；环境对钢缆强度影响的机理；疲劳与腐蚀对钢缆完整性的影响和钢缆腐蚀系统的评价。
2、中小规格高强度盘条：
该研究与新工艺的开发并行，旨在既减少或取消热处理而直接获得高加工硬化且能进行多道次冷成形、冷拔和冷挤压的新材料，其具体用途为制造紧固件、弹簧、预应力钢筋。其中，双相及多相钢受到关注，对钢的Nb、V合金化、相组成、马氏体碳含量对力学行为的影响及生产工艺进行了细致研究。一般而言，为达到此目的，均需在Ar3附近精轧。来用Si合金化提高Ar3的方法，使现有生产线得以执行上述工艺。
3、钢帘线
为获得细小、片层间距为60～80nm的珠光体、无贝氏体的铅淬火组织，在TTT图的基础上研究高碳钢铅淬火相变动力学预报技术，包括相变的起始和终了时间、微观组织的种类及数量和奥氏体-珠光体的相变潜热。
除铅淬火外，为得到更高的冷速，对流化床的“淬火”技术也进行了研究。
三、今后工作
今后工作将围绕盘条生产的新技术，如机架间冷却、减定径机组、强化冷却装置等的出现，开发盘条生产中的TMCP和精密轧制技术。
初步目标是以下几类钢的盘条将不经退火而直接冷成形和冷拔：
（l）低C、低合金、高Si、高Mn冷拔及冷顶锻钢丝；
（2）用于生产8．8级紧固件的中碳低合金及Mn-Cr-B高强钢；
（3）高碳、Cr-Si、Cr-V和Cr-Mo-Nb弹簧钢；
（4）高碳冷拔钢。
现有的经验和理论模型因其局限性而难以直接用于以上目的，必须针对上述新技术和新装备建立新的模型。然而这需要以模拟实验数据和实验轧机的验证结果作为支撑，目前最缺乏的是应变速率≥50s-1和 750～900℃范围内变形时奥氏体再结晶动力学方面的知识。
欧洲钢铁工业的形势与我国差别显著，本次会议的内容并非一定能够为我国盘条、钢丝及钢丝制品领域的发展提供重要的启示。但是，提高质量、降低成本、走可持续发展的道路，却是经济全球化今天的共同方向。由此出发，结合中国的特点，参考国外的现状及今后的发展，加快我们技术进步的步伐，是完全必要的。
这次会议交流论文的内容涉及盘条生产、钢丝冷拔及涂层的各个方面。其中，ISPAT汉堡钢铁厂用连铸坯生产钢帘线、欧洲盘条和高强度钢丝研究现状、HICON退火技术、球化退火技术改进和Zn Al Mg合金涂层的开发几篇论文尤其值得注意，它们反映了当前高品质钢丝生产的热点问题。以下重点介绍欧洲盘条和高强度钢丝研究现状。
欧洲高强度盘条、冷拔钢丝及相关工艺的研究是在欧洲煤钢联营支持下进行的。主要目的在于：
（1）在保持高强度水平的前提下，通过微观组织设计与控制改善冷拔性能及韧性，同时还降低能耗和环境污染；
（2）研发新技术和改进已有技术，以便经济、清洁和安全地生产高使用性能的钢铁产品，使得用户满意、服役寿命长、易于回收及再循环使用。
为此，开展了生产流程和产品的研发工作。
一、在生产流程方面的主要工作如下：
1、精炼：
改善钢的洁净度和精确调整成分（主合金元素及微量元素）一直是近10年以来的工作重点。因为，微小的性能波动和个别残留缺陷都会给生产率和最终产品的质量水平带来非常有害的影响。在夹杂物控制方面取得了重大进展：除减少大块夹杂物的数量外，还通过夹杂物变性使氧化物和硫化物的危害程度降到最小，并借助“氧化物冶金”细化钢的组织。通过钢渣平衡精确调节Ca、Mg、Al的含量是关键技术。
此外，借助对耐火材料传热过程的研究表明，计算机模型在钢温预报等方面的重要性，现在已经能够比较准确地预报终点成分及温度。
2、连铸：
连铸方面的工作分为以下三方面：
（1）改善产品质量；
（2）过程自动化；
（3）偏析控制。其研发对象集中在中、高碳钢方面。
为降低连铸坯芯部的偏析，采用了强冷及凝固末端的轻压下技术。
采用强冷技术时，其水量为常规冷却时的2．5倍。统计结果表明，对于0.73%～0.75%C、110 mm方的连铸坯而言，其偏析指数可由约3.7降低到约2.5。相应 C／C0由 1.3降至1．07，成分的标准离差σ则由0．35降至0．15。
轻压下减轻中心偏析的有利效果已经在高碳钢、Cr-Ni-Mo钢、低合金表面硬化钢、淬火-回火钢的生产中得到证实。
3、控轧控冷：
主要致力于开发为实现自动化的过程模型和物理冶金模型。该项工作往往从用于现有扁平材生产的模型开始，逐渐扩展到适用于长型材生产的模型。
目前，各道次表面温度的预报相对误差已经小于5%；对奥氏体晶粒尺寸预报的标准离差为10%。
当前采用的几项重要技术为：在坯料加热阶段进行以提高温度均匀性和减轻脱碳、易于除鳞为目标的控制；采用高压（达 400 bar）水除鳞；通过机架间冷却降低及控制精轧温度；以细化奥氏体晶粒为目的的轧后控冷技术。
对于轧后控冷，除Stelmor技术外，还有在 Morgan专利上的改进技术 EDC（Easy Drawing Conveyor），它能根据需要提供从延迟冷却（隔热罩）到直接淬火的各种冷却方式、能提供更高的冷速、获得更为均匀的组织。虽然EDC技术的推广应用远不如Stelmor技术，但它已经用低碳低合金钢不经热处理而直接生产8.8级紧固件用钢，值得重视。
4、氧化皮的形成及除鳞特性：
酸洗仍然是最主要的除鳞方法，但是机械除鳞在环保、成本和防止氢脆方面的优点使其日渐进入工业规模的应用。为配合机械除鳞的推广应用，开展了氧化皮厚度、氧化层的组成、金属-氧化皮界面形貌、氧化皮中的残余应力和氧化皮破裂的研究。这些研究将为确定吐丝温度、吐丝后的冷却制度提供依据。
二、在产品开发方面的主要研究工作如下：
1、大规格高强度盘条：
如直径≥13 mm的高碳（0.80%～0．82%C）钢盘条，冷拔后可获得直径为4～7mm的高强度钢丝。目前，通过Si、Cr、V合金化已经能生产规格为4.8～5.2 mm、强度为1850 MPa的钢丝。
针对悬索桥用钢缆的损伤及使用寿命问题，优先研究的内容是：钢缆的标准、取样及检验方法；在钢丝不同损伤程度时钢缆强度的预测模型；环境对钢缆强度影响的机理；疲劳与腐蚀对钢缆完整性的影响和钢缆腐蚀系统的评价。
2、中小规格高强度盘条：
该研究与新工艺的开发并行，旨在既减少或取消热处理而直接获得高加工硬化且能进行多道次冷成形、冷拔和冷挤压的新材料，其具体用途为制造紧固件、弹簧、预应力钢筋。其中，双相及多相钢受到关注，对钢的Nb、V合金化、相组成、马氏体碳含量对力学行为的影响及生产工艺进行了细致研究。一般而言，为达到此目的，均需在Ar3附近精轧。来用Si合金化提高Ar3的方法，使现有生产线得以执行上述工艺。
3、钢帘线
为获得细小、片层间距为60～80nm的珠光体、无贝氏体的铅淬火组织，在TTT图的基础上研究高碳钢铅淬火相变动力学预报技术，包括相变的起始和终了时间、微观组织的种类及数量和奥氏体-珠光体的相变潜热。
除铅淬火外，为得到更高的冷速，对流化床的“淬火”技术也进行了研究。
三、今后工作
今后工作将围绕盘条生产的新技术，如机架间冷却、减定径机组、强化冷却装置等的出现，开发盘条生产中的TMCP和精密轧制技术。
初步目标是以下几类钢的盘条将不经退火而直接冷成形和冷拔：
（l）低C、低合金、高Si、高Mn冷拔及冷顶锻钢丝；
（2）用于生产8．8级紧固件的中碳低合金及Mn-Cr-B高强钢；
（3）高碳、Cr-Si、Cr-V和Cr-Mo-Nb弹簧钢；
（4）高碳冷拔钢。
现有的经验和理论模型因其局限性而难以直接用于以上目的，必须针对上述新技术和新装备建立新的模型。然而这需要以模拟实验数据和实验轧机的验证结果作为支撑，目前最缺乏的是应变速率≥50s-1和 750～900℃范围内变形时奥氏体再结晶动力学方面的知识。
欧洲钢铁工业的形势与我国差别显著，本次会议的内容并非一定能够为我国盘条、钢丝及钢丝制品领域的发展提供重要的启示。但是，提高质量、降低成本、走可持续发展的道路，却是经济全球化今天的共同方向。由此出发，结合中国的特点，参考国外的现状及今后的发展，加快我们技术进步的步伐，是完全必要的。
