??? Ф15mmSWRH82B-1SG屬于高碳鋼，主要應用于橋梁鋼絞線，產品具有內在質量高、表面質量好、尺寸精度高、綜合性能優良的特點。為了滿足用戶需求，拓寬銷售渠道，進一步鞏固精品線材在國內市場的地位，一線材廠加大了新品開發力度。

?Ф15mmSWRH82B-1SG屬于大規格的新產品，軋制難度較大。該廠專業技術人員查閱了大量資料，制定了技術方案，落實了多項技術措施。線二作業區域提前組織操作崗位職工學習、掌握軋制工藝、技術參數、各架紅坯尺寸及試軋工藝要點等。經過技術攻關，優化工藝，不斷提高創新能力，保證了Ф15mmSWRH82B-1SG無軋廢，一次試軋成功。Ф15mmSWRH82B-1SG的成功開發，進一步增強了一線材廠在國內高線市場領域的競爭實力，為首鋼精線產品擴大市場份額拓寬了道路。

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1??? 前言

???? 由于高碳盤條，尤其是大規格（＞φ10.0mm）82B優質盤條，目前的市場售價遠高于普通低碳盤條，且市場需求量在40萬t左右。因此，國內許多冶金企業都將82B列為重點新品種開發計劃，并陸續將產品投放市場，希望能爭得一席之地，但現實與愿望有較大差距，即大部門企業生產的高碳盤條并沒有得到國內線材制品廠家的認可，主要表現在質量水平滿足不了線材制品廠家先進的裝備和高檔產品的要求，最終造成煉鋼廠與線材制品廠之間質量異議不斷或盤條降級使用，經濟效益難于體現。造成這一問題的原因何在？客觀地說，近年來，這些煉鋼廠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，鋼水質量水平確實有了明顯提高。因此分析，問題可能出在連鑄方面，即與大部分煉鋼廠采用的是小方坯連鑄生產高碳鋼工藝、相關的配套技術沒有采用或應用不到位有關。

2??? 線材制品行業對優質高碳盤條的質量要求

??? 目前，國內線材制品企業使用大規格優質高碳盤條主要用于生產高強度、低松弛預應力鋼絲和絞線等高檔產品，生產過程中要求原料盤條不經熱處理直接高速、連續、大壓縮比冷拉拔成材，而且，這些高檔產品大部分應用于高架（速）公路、大跨度橋梁、高層建筑、機場、隧道、水壩、電站等大呢感重要建設工程，因此，線材制品廠家對生產這類高檔產品今的原料――高碳盤條的質量要求相當苛刻，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）盤條索氏化程度而且不能存在非正常組織

??? 否則，容易發生貨盤條本身的力學性能達不到標準要求（主要是面縮或伸長）或盤條在連續拉拔過程中發生脆斷或預應力鋼絲和絞線產品的力學性能不符合標準風現象，最終引發質量異議。

3??? 通常高碳鋼小方坯存在的主要缺陷及影響

??? 普通小方坯連鑄機生產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、鋼種和鑄機的條件所決定的。

3.1? 中心碳偏析

??? 鋼在凝固過程中，由于溶質中的各元素在固相和液相中溶解度不同，從而伴隨凝固進行，固相中溶質的析出，使固液界面處液相中，溶質的濃度高于原來液相的溶質濃度，而伴隨凝固過程的體積收縮促使濃液相向中心流動，最終形成中心偏析。高碳鋼的中心碳偏析便是其突出的質量問題。

??? 同時，實踐證明，連鑄坯的斷面形狀、尺寸對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，而其周圍有一負偏析區，假設正負偏析區達到平衡，則可導出

??? 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――鑄坯正常區域取樣分析的碳含量（%）

???? Cc――鑄坯中心區域取樣分析的碳含量（%）

???? C――原始碳成分（%）

??? 有關冶金專家由（1）式計算出：

??? 高碳矩型坯（160×250mm）??? C_o/C=1.14

??? 高碳小方坯（160×160mm）??? C_o/C=1.45

??? 試驗證：以上計算結果與實際解析結果基本一致，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，過共析鋼（C＞0.77%）在軋后緩冷過程中，沿奧氏體晶界將析出滲碳體，而滲碳體是一種硬而脆的相，如果盤條存在這種組織，重者盤條本身便沒有塑性，輕者，盤條在拉拔受力過程中，由于此區域不變形將產生較大的應力集中，滲碳體由此將提前斷裂形成微裂紋，隨著盤條連續受力變形，裂紋進一步擴展，最終導致拉拔過程斷絲。

??? 清除高碳盤條非正常組織――滲碳體的途徑有兩條。一是傳統的方法，即盤條在拉拔前經熱處理再結晶消除；二是目前普遍采用的方法，即通過軋后控冷技術控制滲碳體的析出。毫無疑問，傳統的方法對于線材制品廠家來說是難于接受的。然而，根據現實生產經驗，當鋼的含碳量超過0.90%時，在現有的軋機軋后控冷能力下，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、柱狀晶發達，甚至往往出現穿晶結構，凝固前沿之間彼此搭接產出所謂的“搭橋”，從而組織或阻礙鋼液進入，填充收縮，從而產生中心疏松或縮孔，而且經驗表明，隨著碳含量的增加，中心疏松程度也加重。

??? 相對而言，小方坯成材過程中變形量是小的，但在正常情況下，普遍認為小方坯在軋制過程中，中心疏松是能壓合的，如果中心疏松嚴重甚至出現縮孔，加之若中心非金屬夾雜物富集也嚴，中心疏松或縮孔是難于壓合的。在盤條中體現內的是顯微裂紋，這必將影響盤條的力學性能以及其隨后的冷加工性能，即在受力過程中，裂紋將擴展，造成盤條或鋼絲斷裂。因此，要求優質高碳小方坯不能出現中心縮孔，而中心疏松≤0.5級。

3.3??? 非金屬夾雜物富集

??? 客觀地說，由于近年來大部分冶金企業重現了潔凈鋼的生產，相繼增設了鋼水爐外精煉裝置，并采用全程保護澆注，但并不能完全消除，同時，如上所述，由于小方坯的凝固特性，很容易產生中心偏析，當然這也包括非金屬夾雜物的偏析即富集，由于夾雜物嚴重破壞了鋼基體的連續性，一旦受力將成為裂紋的發生源，這對盤條的拉拔性能來說是致命的。因此，線材制品企業對預應力鋼絲或鋼絞線生產用盤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??? 歐洲主要煉鋼廠提高高碳小方坯質量所采用的相關技術極其效果

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

4.1? 強冷技術

??? 小方坯連鑄機二冷采用強冷，可以使鑄坯形成較好的中心等軸晶區，有利于控制中心偏析、疏松和夾雜物富集，據Coucast公司介紹，采用二冷強冷技術（2.5L/kg），小方坯可以做到：

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

??? （1）潔凈器內安裝電磁攪拌裝置（M-Stirrer）

??? 晶界內安裝電磁攪拌裝置，其主要目的是促進鋼液中夾雜物上浮，可以被保護渣吸收或易被撈除，從而進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，即擴大鑄坯中心等軸晶區域，從而減輕中心疏松和中心偏析。其基本原理是，在凝固過程中，通過攪拌鋼水，使先期生長的柱狀樹狀晶被破碎，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，由于攪拌，將促進未凝固鋼液流動，加強了對流作用，提高了固液相間的熱傳導，有利于消除殘余過熱度，這就減輕了凝固前沿的溫度梯度，抑制了晶體的定向增長，從而有利于等軸晶的增長。

??? （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，其目的主要是通過攪拌液心，促進高濃度鋼液的對流，消除晶間的搭橋，從而減輕鑄坯中心偏析和疏松。

??? 據意大利達涅利公司有關專家介紹，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方坯連鑄機上采用（M+F）攪拌可得到如下結果：

??? （1）中心疏松減少80%

??? （2）中心等軸結晶區＞40%

??? （3）中心碳偏析系數 C_o/C≤1.10

4.3??? 凝固終端輕壓下技術（Soft Reduction）

??? 所謂凝固終端輕壓下，就是通過外加壓力，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。

??? 對凝固終端輕壓下技術的應用，尤其是小方坯連鑄采用輕壓下技術是否有效，目前仍看法不一，主要因為：一是小方坯連鑄正確測出其終端凝固位置是很難的；二是壓下良的設計也有相當難度。例如DMG公司有關專家認為，一般大方坯可采用電磁攪拌加輕壓下技術能有效地控制中心偏析，而對100-160mm²的小方坯，采用電磁攪拌和強化冷卻技術即可將中心偏析控制在較好水平。

??? 據德國蒂森RUHRORT鋼廠的煉鋼專家介紹，該廠大方坯（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。

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

5??? 結束語

??? 綜合以上所述，普遍小方坯連鑄機要生產出優質高碳硬線鋼鑄坯是很困難的，但根據歐洲的實踐經驗，小方坯連鑄機如果采用如下技術：

??? （1）二冷段強化冷卻

??? （2）潔凈器、二冷段和凝固終點設置電磁攪拌裝置

??? （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，由此生產出來的高碳盤條，能夠滿足線材制品企業生產高強度、低松弛預應力鋼絲或鋼絞線的要求。此外，還需指出，在配置先進的技術裝備的同時，還需配備一批高素質的管理者和操作者，才能真正生產出優質高碳鑄坯。

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