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特殊钢棒线材轧制工艺发展趋势陆波摘要经过对世界特殊钢关键生产国家棒材生产品种、规模、坯料断面、产品质量和发展方向等研究，对中国特殊钢厂引进和改造提出提议关键词棒线材特殊钢发展当今世界特殊钢工业生产技术发展十分快速，工业发达国家相继开发了很多新工艺、新技术和新设备,特殊钢棒线材轧制工艺也发生了质飞跃。本文经过对德国、意大利、法国、日本和瑞典等世界特殊钢关键生产国家棒线材生产品种、规模、坯料断面、产品质量和发展方向研究，为中国特殊钢厂引进和改造提出部分想法和提议，以供参考。1产品品种从多个类型向同类型发在我们过去概念中，一条特殊钢棒线材生产线往往是一机多能，既能够生产合金结构钢、弹簧钢，又能够生产轴承钢、不锈钢、模具钢、工具钢；既能够生产大棒材、小棒材，又能够生产线材和大盘卷；是一个多品种多类型生产线。这种观念至今还影响着我们建设和改造思绪。然而，外国部分优异、著名特殊钢企业，从80年代起，尤其是最近大多进行了一定专业化改组或改造。这些改组或改造能够分为3种类型，一个是不一样企业之间专业化改组，另一个是同一企业内专业化改组，第3种是一条生产线向简化生产步骤和合适集中同类型产品品种方向进行改造。1.1不一样企业之间专业化改组瑞典特殊钢工业在世界上占有十分关键地位，尽管近20年来世界钢铁工业起伏不定，瑞典钢铁工业仍有长足进步。早在70年代中期瑞典特殊钢工业已进入世界前列，尤其是轴承钢、钎钢、工具钢和不锈钢，多个关键特殊钢企业虽有各自专长，但其产品还是相互交叉。以后受到能源危机和造船工业衰退影响，瑞典3个大型钢铁企业：在Lulea国营NJA企业和在Boulange及Oxelosund两个私营企业很快地陷入了经济困境。这种情况造成了1978年这3个企业合并和19781982年及19861991年间进行两次结构调整。另外，Uddedholm企业和Fagersta企业两个高速钢厂合并组建Kloster高速钢企业，使得该企业产品在世界上占有领先地位；改组后Uddedholm企业不再生产不锈钢棒材，而专营工具钢，成为Uddedholm工具钢厂。在瑞典这种例子还很多，如Ovako企业专营轴承钢等。这些调整特点是：打乱了原有企业界线，关闭部分钢厂，将生产分品种集中于少数多个地点，再投入资金进行现代化改造。经过上述调整，到80年代后期，在瑞典初步形成了一类产品只有一个生产厂局面。这种专业化格局，造就了一批名牌产品和名牌企业。在70年代以前，日本以扩充设备、充实技术为中心，使产量得到快速增加。但以后在石油危机和世界经济猛烈动荡过程中，日本经济进入了低增加时期。所以，日本特殊钢行业形势严峻，为了处理这个问题，除了进行企业合并以达成合理化之外别无出路。1976年大同制钢企业和日本特殊钢企业和特殊制钢企业合并，诞生了大同特殊钢企业。在80年代初，日本共有106个钢铁企业，其中生产特殊钢企业为75个。到90年代初，日本钢铁企业总数降到98个，其中生产特殊钢企业降为67个。德国克虏伯-赫施钢铁企业和蒂森企业于1995年在一些领域进行了优化调整，成立了克虏伯-蒂森不锈钢企业，其目标在于经过高度集中(集中在一个炼钢和连铸厂、一个热连轧厂)和高度专业化(按品种分散在各冷轧厂)，在不锈钢领域不停创新，巩固其在世界领先地位。由此可见，在当今钢铁工业低靡情况下，经过企业间合理化、专业化有机重组，达成降低成本之目标，已是世界钢铁工业发展趋势。1.2同一企业内专业化改组大型特殊钢企业产品通常是多类型、多品种，除关键生产多种特殊钢长材外，还生产部分窄带钢、锻件和铸件，如日本山阳特殊钢企业、大同特殊钢企业、德国蒂森特殊钢企业、法国阿斯特尔企业、韩国三美特殊钢企业。其中很多大型特殊钢企业伴随生产规格和品种扩大，不停地进行改组和改造，使之保持有效专业化生产和管理。日本大同特殊钢企业将自己企业分成14个专业化工厂，各专业厂现有明确专业化分工，又能发挥企业内各厂协调配合优势。法国尤基诺集团是由尤基诺、萨西洛两个钢铁集团经过资产重组合并而成，经过调整结构和专业化分工形成了以索拉克企业为主板材生产基地，以尤金企业为主不锈钢基地和以Aster企业为主特殊钢生产基地。其中Aster企业又是由莱斯顿厂、福斯厂和阿共当日厂组成，即使她们产品80%全部是用于汽车制造业，但在产品规格上却又有明确分工。莱斯顿厂生产80310 mm大棒材，福斯厂关键生产5.532 mm线材，阿共当日厂则生产1480 mm棒材。这里尤其要指出是阿共当日厂1987年并入Aster企业后，经过1992年现代化改造，并增加了3架KOCKS高精度精轧机，使其产品质量显著提升，约1/3产品出口到意大利和德国，并取得了奔驰、菲亚特、福特、通用汽车、大众、SKF企业等多家著名厂家认可。1.3简化生产线80年代以前，美国、日本和西欧建设了多套生产特殊钢棒线材复合轧机。在一条生产线上，其产品规格大到150 mm大棒材、小到10 mm小棒材和5.5 mm线材。为了覆盖上述产品要求，在一条生产线上往往需要设置4套以上精整搜集系统，如大棒材冷床及精整搜集系统、小规格棒材冷床及精整搜集系统、线材搜集系统和大盘卷搜集系统等，当生产某一个规格产品时全部会有50%以上设备闲置，所以设备利用率低，生产成本高。石油危机以来，发达国家产业结构发生了改变，建筑工程用材显著下降，首先造成了非特钢企业变革。伴随危机深入加重，机电产品需求也出现下降，特钢厂利润越来越低，有很多生产工艺不够合理、生产成本高钢厂不是改造就是倒闭。80年代末和90年代初，德国、意大利、美国等国家不少生产特殊钢棒线材复合轧机看成二手设备向中国或东南亚出售，如：德国蒂森特殊钢企业、意大利伊尔瓦Breda厂、意大利Train厂等。这些钢厂有是将其中某条腿(线材部分或大盘卷部分或部分轧机)拆除出售，拆除后进行改造，改造成生产工艺比较合理专一生产线；有难以改造就全部拆除出售。由此可见，追求低成本、高设备利用率和专业化生产是当今特殊钢生产时尚。伴随世界经济全球化发展，中国特殊钢产业要想占有一席之地也必需进行专业化建设和改造，特钢企业应确定自己产品和市场，对企业内各生产线进行合理分工，按工艺技术装备优势互补和生产能力平衡标准进行工艺设备结构调整，不搞“万能生产线”，最终走到同类产品专业化分工和生产，达成降低成本之目标。2生产规模和经济规模多年来，大家对以生产建筑材为主棒线材生产规模和经济规模已经有一个比较统一认识。普钢高线年产20万t以上、全连轧棒材年产35万t以上规模才进入经济规模。要达成很好经济规模，100 m/s高线年产应达成40万t，全连轧棒材应达成年产60万t。不管是中国还是国外特殊钢生产企业(厂)全部存在着两种类型，其一是专营企业(厂)型，这类企业通常全部生产高合金钢，其产量比较低。通常低于30万t/年，如日本大同特殊钢、爱知制钢、山阳特殊制钢。其二是兼营企业(厂)型，即特殊钢和一般钢全部生产，如日本NKK、川崎制铁、新日铁等，其单线产量较高可达60万t/年。2.1合金结构钢德国Krupp企业锡根厂设有3套以生产合金结构钢为主轧钢生产线，即年产28.8万t 1575 mm圆钢生产线，年产17.4万t 5.527 mm线材和一套20万t小型轧机。美国北极星钢企业圣保罗厂连续小型轧机年产量为42万t。日本神户钢铁企业神户厂以生产12.755 mm合金结构钢为主连续棒材轧机，其年产量达54万t。从国外很多轧钢厂资料上看，以生产通常合金结构钢为主生产线单线产量能够达成5060万t/年。2.2轴承钢瑞典Ovake冶金企业以生产轴承钢为主，产品规格1272 mm,年产30万t；意大利Bolzano特殊钢厂有一条年产18万t棒线复合生产线，产品中40%为轴承钢、25%为不锈钢；中国大连钢厂引进棒线材生产线是以生产轴承钢为主生产线，设计年产量为2030万t，它投产显著地提升了轴承钢质量。在轧钢中对轴承钢产品质量影响最大是脱碳层、网状组织和尺寸精度。为降低脱碳层和网状组织，就要采取轴承钢特有温度制度和轧制工艺。如：对同一个加热炉加热碳素结构钢和轴承钢而言，加热轴承钢小时产量显著低于碳素结构钢；高速线材轧机轧制轴承钢终轧速度显著低于碳素结构钢。所以，轴承钢生产线年产量要低于以生产一般合金结构钢为主轧钢生产线年产量，通常不超出30万t/年。2.3不锈钢在不锈钢产品中扁平材占有绝大多数，关键由专业不锈钢企业生产。不锈钢长材(棒材、线材、异型材)则关键是由综合特殊钢企业生产。在不锈钢生产线中还生产其它钢种，比如：意大利Cogne厂有一条年产30万t棒线复合生产线，产品70%为不锈钢，30%为高速钢；意大利Valbruna厂年产12万t棒线材，80%为不锈钢，20%为工具钢和高速钢；日本大同特殊钢株式会社星崎工厂年产18万t线材，其产品为不锈钢、轴承钢和高速钢。不锈钢又分马氏体、奥氏体和铁素体，其轧制工艺各不相同，轧制温度区窄，所以年产量较低。其次，不锈钢一些轧制特征、平面部署和工具钢、高速钢靠近，所以，有很多生产线既生产不锈钢又生产工具钢或高速钢。2.4模具钢模具钢关键产品应是模具扁钢，传统产品大棒材只是坯料，然后加工成成品。首先，模具扁钢要求轧制精度高，要有棱有角；其次，模具钢要求等向性。所以，相当一部分成品是靠铸造加工而成，另一部分常采取半连轧工艺，专业化生产。其年产量通常不超出10万t。中国抚顺特殊钢企业模具钢生产线是成功一例。2.5高速钢高速工具钢可采取半连轧或脱头连轧工艺生产，因为其固有冶金特征，高速工具钢轧制速度不超出30 m/s。如：德国TEM企业Krefeld厂生产5.528 mm高速钢线材；日本日立安莱企业高速钢生产线，采取半连轧工艺，生产5.518 mm线材，最高轧制速度18.6 m/s；从大连钢厂引进棒线材生产线上看，终轧速度应低于2430 m/s。所以，高速钢生产线年产量更低，通常不超出5万t。3连铸坯断面和压缩比过去认为，合金钢连铸坯质量要求高，宜于浇铸大断面连铸坯，经过开坯后再轧成材。多年来，伴随炉外精炼和连铸技术不停完善和提升，合金钢连铸机浇铸断面基础取决于最终产品尺寸范围和该产品钢种所需压缩比。能够开坯后成材，也可不经开坯一火成材。压缩比是为了确保最终产品组织结构和机械性能所需要最小变形量，是确保内在质量所需一个经验数据，其数值和钢水和连铸质量亲密相关，所以，压缩比伴随炼钢和连铸水平提升产生一定改变。统计出现在不一样钢种要求最小压缩比参考值见表1。表1不一样钢种要求最小压缩比Table 1Minimun rolling reduction required for various kinds of steel钢种最小压缩比低碳钢和低碳合金钢61中碳钢和中碳合金钢61高碳钢和高碳合金钢(812)1轴承钢(非滚动体)和不锈钢等高合金钢(1215)1滚珠轴承钢(滚动体)(3050)1然而，日本、瑞典和西方其它国家对最小坯料断面要求并不相同。日本普遍采取大断面连铸坯，大同知多厂用370 mm510480 mm,神户采取300 mm400 mm,水岛用300 mm400560 mm,东亚用280 mm350 mm,住友采取300 mm400 mm,姬路用380 mm490 mm连铸坯等，采取大断面连铸坯使日本特殊钢连铸比达成90.2%，居世界之首，但也使生产成本提升，在这次东南亚经济危机中受到冲击。对于轴承钢，瑞典仍采取3.3 t锭或大断面连铸坯2火成材。而西方其它国家则用小断面或中等断面连铸坯。笔者认为，连铸坯断面首先取决于最终产品尺寸范围和该产品钢种所需压缩比，其次要看大规格产品百分比，百分比大，采取中等断面连铸坯比较适宜，如200240 mm连铸方坯，不然可采取150180 mm连铸方坯。不要因为一两种钢种部分规格而使连铸坯尺寸加大很多，轧机增多，能够采取连铸坯和轧坯相结合方法。另外，特殊钢连铸坯能够多个，如：高速钢应采取80120 mm方坯料，不锈钢因为变形温度范围窄，也应该采取合适范围连铸坯。4结论(1) 为适应世界经济全球化发展，中国特殊钢产业必需进行专业化建设和改造，逐步形成同类产品在一条生产线上生产，各特钢企业全部有自己特色产品局面。(2) 特殊钢生产线年产量紧紧和产品方案相关，不能一概而论。以生产通常合金结构钢为主生产线年产量能够达5060万t；对生产轴承钢、不锈钢及一些高合金钢生产线年产量应在2030万t；模具钢和高速钢年产量更低。(3) 连铸坯断面取决于最终产品尺寸范围和该产品钢种所需压缩比，对于生产合金结构钢、齿轮钢、弹簧钢、轴承钢(非滚动体)等钢种可采取中等断面连铸坯。作者介绍：陆波，男，38岁，高级工程师，1984年毕业于北京钢铁学院，从事轧钢工艺设计和研究。作者单位：(北京钢铁设计研究总院，北京 100053)收稿日期：1999-06-04