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特殊钢棒线材轧制工艺的发展趋势陆波摘要通过对世界特殊钢主要生产国家的棒材生产品种、规模、坯料断面、产品质量和发展方向等研究，对我国特殊钢厂的引进和改造提出建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迅速，工业发达国家相继开发了许多新工艺、新技术和新设备,特殊钢的棒线材轧制工艺也发生了质的飞跃。本文通过对德国、意大利、法国、日本和瑞典等世界特殊钢主要生产国家的棒线材生产品种、规模、坯料断面、产品质量和发展方向的研究，为我国特殊钢厂的引进和改造提出一些想法和建议，以供参考。1产品品种从多种类型向同类型发在我们过去的概念中，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；是一种多品种多类型的生产线。这种观念至今还影响着我们的建设和改造思路。然而，外国一些先进的、著名的特殊钢企业，从80年代起，特别是近10年来大多进行了一定的专业化的改组或改造。这些改组或改造可以分为3种类型，一种是不同公司之间的专业化改组，另一种是同一公司内的专业化改组，第3种是一条生产线向简化生产流程和适当集中的同类型产品品种方向进行改造。1.1不同公司之间的专业化改组瑞典的特殊钢工业在世界上占有十分重要的地位，尽管近20年来世界钢铁工业起伏不定，瑞典的钢铁工业仍有长足的进步。早在70年代中期瑞典的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，几个主要特殊钢公司虽有各自的特长，但其产品还是相互交叉。后来受到能源危机和造船工业衰退的影响，瑞典的3个大型钢铁公司：位于Lulea的国营NJA公司和位于Boulange及Oxelosund的两个私营公司很快地陷入了经济困境。这种情况导致了1978年这3个公司的合并和1978～1982年及1986～1991年间进行的两次结构调整。此外，Uddedholm公司和Fagersta公司的两个高速钢厂合并组建Kloster高速钢公司，使得该公司产品在世界上占有领先地位；改组后的Uddedholm公司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公司专营轴承钢等。这些调整的特点是：打乱了原有的公司界线，关闭部分钢厂，将生产分品种集中于少数几个地点，再投入资金进行现代化的改造。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的局面。这种专业化的格局，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，使产量得到迅速增长。但此后在石油危机和世界经济激烈动荡过程中，日本经济进入了低增长时期。因此，日本特殊钢行业形势严峻，为了解决这个问题，除了进行企业的合并以达到合理化之外别无出路。1976年大同制钢公司与日本特殊钢公司和特殊制钢公司合并，诞生了大同特殊钢公司。在80年代初，日本共有106个钢铁公司，其中生产特殊钢的公司为75个。到90年代初，日本的钢铁公司总数降到98个，其中生产特殊钢的公司降为67个。德国克虏伯-赫施钢铁公司与蒂森公司于1995年在某些领域进行了优化调整，成立了克虏伯-蒂森不锈钢公司，其目的在于通过高度集中(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)，在不锈钢领域不断创新，巩固其在世界的领先地位。由此可见，在当今钢铁工业低靡的情况下，通过公司间的合理化、专业化的有机重组，达到降低成本之目的，已是世界钢铁工业的发展趋势。1.2同一公司内的专业化改组大型特殊钢公司的产品一般是多类型、多品种，除主要生产各种特殊钢长材外，还生产部分窄带钢、锻件和铸件，如日本的山阳特殊钢公司、大同特殊钢公司、德国的蒂森特殊钢公司、法国的阿斯特尔公司、韩国的三美特殊钢公司。其中的许多大型特殊钢公司随着生产规格和品种的扩大，不断地进行改组和改造，使之保持有效的专业化生产和管理。日本的大同特殊钢公司将自己的公司分成14个专业化工厂，各专业厂既有明确的专业化分工，又能发挥公司内各厂协调配合的优势。法国的尤基诺集团是由尤基诺、萨西洛两个钢铁集团通过资产重组合并而成的，通过调整结构和专业化分工形成了以索拉克公司为主的板材生产基地，以尤金公司为主的不锈钢基地和以Aster公司为主的特殊钢生产基地。其中Aster公司又是由莱斯顿厂、福斯厂和阿共当日厂组成，虽然他们的产品80%都是用于汽车制造业，但在产品的规格上却又有明确的分工。莱斯顿厂生产Φ80～310mm的大棒材，福斯厂主要生产Φ5.5～32mm的线材，阿共当日厂则生产Φ14～80mm的棒材。这里特别要指出的是阿共当日厂1987年并入Aster公司后，经过1992年的现代化改造，并增加了3架KOCKS高精度精轧机，使其产品的质量明显提高，约1/3的产品出口到意大利和德国，并获得了奔驰、菲亚特、福特、通用汽车、大众、SKF公司等多家著名厂家的认可。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的棒线材复合轧机。在一条生产线上，其产品规格大到Φ150mm的大棒材、小到Φ10mm的小棒材和Φ5.5mm的线材。为了覆盖上述产品的要求，在一条生产线上往往需要设置4套以上的精整收集系统，如大棒材冷床及精整收集系统、、小规格棒材冷床及精整收集系统、线材收集系统和大盘卷收集系统等，当生产某一种规格的产品时都会有50%以上的设备闲置，因而设备利用率低，生产成本高。石油危机以来，发达国家的产业结构发生了变化，建筑工程用材明显下降，首先导致了非特钢企业的变革。随着危机的进一步加重，机电产品的需求也出现下降，特钢厂的利润越来越低，有许多生产工艺不够合理、生产成本高的钢厂不是改造就是倒闭。80年代末和90年代初，德国、意大利、美国等国家的不少生产特殊钢的棒线材复合轧机当作二手设备向我国或东南亚出售，如：德国蒂森特殊钢公司、意大利伊尔瓦Breda厂、意大利Train厂等。这些钢厂有的是将其中的某条腿(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的专一生产线；有的难以改造的就全部拆除出售。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的潮流。随着世界经济全球化的发展，我国的特殊钢产业要想占有一席之地也必须进行专业化建设和改造，特钢公司应确定自己的产品和市场，对公司内的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的原则进行工艺设备结构的调整，不搞“万能生产线”，最终走到同类产品的专业化分工和生产，达到降低成本之目的。2生产规模和经济规模多年来，人们对以生产建筑材为主的棒线材的生产规模和经济规模已有一个比较统一的认识。普钢的高线年产20万t以上、全连轧棒材年产35万t以上的规模才进入经济规模。要达到较好的经济规模，100m/s的高线年产应达到40万t，全连轧棒材应达到年产60万t。不论是国内还是国外特殊钢的生产公司(厂)都存在着两种类型，其一是专营公司(厂)型，这类公司一般都生产高合金钢，其产量比较低。一般低于30万t/年，如日本的大同特殊钢、爱知制钢、山阳特殊制钢。其二是兼营公司(厂)型，即特殊钢和普通钢都生产，如日本的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公司锡根厂设有3套以生产合金结构钢为主的轧钢生产线，即年产28.8万tΦ15～75mm的圆钢生产线，年产17.4万tΦ5.5～27mm的线材和一套20万t的小型轧机。美国北极星钢公司圣保罗厂的连续小型轧机年产量为42万t。日本神户钢铁公司神户厂以生产Φ12.7～55mm的合金结构钢为主的连续棒材轧机，其年产量达54万t。从国外许多轧钢厂的资料上看，以生产一般合金结构钢为主的生产线的单线产量可以达到50～60万t/年。2.2轴承钢瑞典Ovake冶金公司以生产轴承钢为主，产品规格Φ12～72mm,年产30万t；意大利Bolzano特殊钢厂有一条年产18万t的棒线复合生产线，产品中40%为轴承钢、25%为不锈钢；我国大连钢厂引进的棒线材生产线是以生产轴承钢为主的生产线，设计年产量为20～30万t，它的投产显著地提高了轴承钢质量。在轧钢中对轴承钢产品质量影响最大的是脱碳层、网状组织和尺寸精度。为减少脱碳层和网状组织，就要采用轴承钢特有的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，加热轴承钢的小时产量明显低于碳素结构钢；高速线材轧机轧制轴承钢的终轧速度明显低于碳素结构钢。因此，轴承钢生产线的年产量要低于以生产普通合金结构钢为主的轧钢生产线的年产量，一般不超过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，主要由专业不锈钢企业生产。不锈钢长材(棒材、线材、异型材)则主要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，例如：意大利Cogne厂有一条年产30万t的棒线复合生产线，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的线材，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。另一方面，不锈钢的某些轧制特性、平面布置与工具钢、高速钢接近，因此，有许多生产线既生产不锈钢又生产工具钢或高速钢。2.4模具钢模具钢的主要产品应是模具扁钢，传统产品大棒材只是坯料，然后加工成成品。一方面，模具扁钢要求轧制精度高，要有棱有角；另一方面，模具钢要求等向性。因此，相当一部分的成品是靠锻造加工而成，另一部分常采用半连轧工艺，专业化生产。其年产量一般不超过10万t。我国抚顺特殊钢公司模具钢生产线是成功的一例。2.5高速钢高速工具钢可采用半连轧或脱头连轧的工艺生产，由于其固有的冶金特性，高速工具钢的轧制速度不超过30m/s。如：德国TEM公司Krefeld厂生产Φ5.5～28mm的高速钢线材；日本日立安莱公司高速钢生产线，采用半连轧工艺，生产Φ5.5～18mm的线材，最高轧制速度18.6m/s；从大连钢厂引进的棒线材生产线上看，终轧速度应低于24～30m/s。因此，高速钢生产线的年产量更低，一般不超过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。近年来，随着炉外精炼和连铸技术的不断完善和提高，合金钢连铸机的浇铸断面基本取决于最终产品的尺寸范围和该产品钢种所需的压缩比。可以开坯后成材，也可不经开坯一火成材。压缩比是为了保证最终产品的组织结构和机械性能所需要的最小变形量，是保证内在质量所需的一个经验数据，其数值与钢水和连铸的质量密切相关，因此，压缩比随着炼钢和连铸水平的提高产生一定的变化。统计出目前不同钢种要求的最小压缩比的参考值见表1。表1不同钢种要求的最小压缩比Table1Minimunrollingreductionrequiredforvariouskindsofsteel钢种最小压缩比低碳钢和低碳合金钢6∶1中碳钢和中碳合金钢6∶1高碳钢和高碳合金钢(8～12)∶1轴承钢(非滚动体)和不锈钢等高合金钢(12～15)∶1滚珠轴承钢(滚动体)(30～50)∶1然而，日本、瑞典与西方其它国家对最小坯料断面的要求并不相同。日本普遍采用大断面连铸坯，大同知多厂用370mm×510～480mm,神户采用300mm×400mm,水岛用300mm×400～560mm,东亚用280mm×350mm,住友采用300mm×400mm,姬路用380mm×490mm连铸坯等，采用大断面连铸坯使日本的特殊钢连铸比达到90.2%，居世界之首，但也使生产成本提高，在这次东南亚经济危机中受到冲击。对于轴承钢，瑞典仍采用3.3t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的连铸坯。笔者认为，连铸坯断面一方面取决于最终产品的尺寸范围和该产品钢种所需的压缩比，另一方面要看大规格的产品的比例，比例大，采用中等断面的连铸坯比较合适，如200～24