宝钢线材的实物质量与改进方向

1、宝钢线材的实物质量与改进方向陆志新唐劲松(宝山钢铁股份有限公司条钢厂上海201900摘要对宝钢线材的生产工艺及质量保证能力进行综述,并对弹簧钢线材、优质硬线(预应力钢丝钢绞线、钢帘线、冷镦钢线材、焊丝用线材等4大类产品的实物质量水平进行剖析阐述,与日本神户线材质量进行对比分析,提出宝钢线材的质量改进方向。关键词宝钢线材实物质量改进Q u ality Level and Improving Direction of B aosteel Wire RodLu ZhixinTang Jinsong(L ong Products Division of B aoshan Iron&S teel

2、 Co.,L td.S hanghai201900AbstractTo summarize the technology process and quality guarantee ability of Baosteel wire rod,and analyze the quality level of four main wire rod products such as s pring steel wire rod,high2carbon steel for PC wire and steel cord,wire rod for cold heading and for welding.T

3、he wire rod quality of Baosteel is compared with that of K obe of Japan,and the quality improving direction is pointed out.K eyw ordsBaosteel;wire rod;products quality;improvement宝钢有着10多年的优质钢冶炼和生产技术历史,为进一步满足金属制品行业对高质量线材的要求,宝钢条钢厂于1999年3月正式建成高速线材生产线并投入生产,结束了条钢厂只出钢坯,不产长材的历史。截止2002年底,已生产各类优质线材200多万t,产品主

4、要有弹簧钢、优质碳素结构钢、冷镦钢和焊线钢4大类线材,规格为 5.026mm,产品具有钢质纯净度高、化学成分波动小、理化性能稳定、表面质量优、尺寸精度高的特点。1宝钢线材主要生产工艺流程及质量保证手段宝钢的线材主要用于生产金属制品,深加工的比例为100%。其生产工艺采用典型的长流程方式,主要工艺流程如下:高炉炼铁铁水预处理转炉炼钢二次精炼模铸开坯坯料精整线材轧制成品检验线材出厂1.1优质钢的冶炼工艺高炉炼铁工序由于采用进口的优质铁矿石,含铁量高,有害杂质少,化学成分稳定,因而产生的铁水中Si,S含量低,其中S的质量分数在0.02%左右,通过炉前脱Si,可将铁水Si的质量分数由0.35%降到0.

5、2%以下。采用混铁车顶喷法进行铁水炉外脱硫,处理后w(S平均在0.012%,最低w (S0.005%。优质的铁水经300t转炉进行吹炼,对转炉产生的钢水根据不同的内在质量要求进行不同工艺路线的二次精炼,主要采用以下工艺设备。(1RH真空脱气装置。具有脱气、脱碳、钢水升温、温度和成分微调等功能。(2KIP喷粉装置。具有脱碳、成分和温度微调、夹杂物变性的功能。(3CAS-OB装置。具有调节钢水成分和温度,减少钢中夹杂物的功能。(4L F炉。具有均匀钢水温度、脱硫、去除氧化物、合金化的功能。经过精炼的钢水采用下注方式浇铸成钢锭,钢锭单重量在9.2t。1.2钢的轧制工艺1.2.1钢坯轧制钢锭经过脱模后

6、在开坯车间的均热炉进行加热,钢锭的开坯采用二架二辊可逆式初轧机和六架平立布置的连轧机进行钢坯轧制生产,并经过在线的自动热火焰剥皮处理。冷却后的140方钢坯进入精整工序,通过表面抛丸、磁粉探伤、超声波探伤、机第29卷第4期金属制品2003年8月Vol129No14Steel Wire Products August2003械表面修磨等多道处理后,再将合格的钢坯送往线材工厂进行线材生产。1.2.2线材轧制高速线材工厂全线采用无扭轧制,最高保证轧制速度可达110m/s。主要设备有:出钢臂式侧装侧出步进梁式加热炉,可减少钢坯在加热和出入炉时的表面划伤;全炉共计8个温度自动控制段,采用最佳燃烧数字模型的

7、计算和控制技术,可有效高精度地控制钢温,使钢坯加热温度均匀,氧化烧损少,脱碳层浅。主轧线由粗轧机、中轧机、预精轧机、精轧机组及减定径机组共30个机架组成,各机架互成90°布置,实现全线无扭轧制,在线配有测径和探伤设备,充分保证了成品的表面质量和尺寸精度。轧线设有全过程温度闭环系统,可根据工艺要求,控制轧件在各机架内的轧制温度,轧件温度波动控制在20以内,吐丝成圈温度偏差为±10。大风量强冷延迟型斯太尔摩冷却线全线共10段,长103m,冷却速度范围为0.0420/s,既可进行高碳钢强制冷却索氏体化处理,又可对弹簧钢、冷镦钢和焊线进行缓慢冷却,可实现上述4类钢种在线的热处理工艺

8、,并采用多种有效措施消除线圈间的接触热点,提高了产品的性能,减少了下道工序的热处理组织均匀化所需时间,还可控制线材的氧化铁皮成分以满足机械或化学表面除鳞方式的要求,最终确保获得品质一流的线材产品1。2宝钢线材的实物质量2.1弹簧钢线材宝钢生产的弹簧钢线材主要用于制造悬架簧、气门簧,钢种有60Si2Mn,55CrSi,50CrV,60Si2Cr 等。这类线材对钢质纯净度和表面质量有很高的要求,以保证成品簧的疲劳寿命可达几十万次以上。宝钢生产的弹簧钢线材,具有钢质纯净、偏析量小、脱碳层浅,表面外观质量优良的特点,其化学成分和力学性能分别见表1、表2。表1弹簧钢线材化学成分w/%钢种C Si Mn

9、S P60Si2Mn0.580.60 1.701.800.740.00360.00700.0150.016 55CrSi0.550.57 1.401.500.680.720.0050.0080.0130.014 50CrV0.480.510.220.280.640.670.0050.0110.019钢种Cu Ni Cr Nb V T.Al60Si2Mn<0.02<0.02<0.03<0.020.0230.028 55CrSi<0.01<0.020.690.71<0.030.0010.005 50CrV<0.01<0.020.930.970.

10、020.130.150.020.03表2弹簧钢线材力学性能及尺寸公差钢种尺寸/mm尺寸公差/mm不圆度/mm抗拉强度/MPa面缩率/%伸长率/%脱碳层深度/mm60Si2Mn11.0±0.15±0.189501040344012180.08 55CrSi15.0±0.15±0.1810241060424512130.06 50CrV 6.5±0.15±0.189501050586112140.032.2优质硬线宝钢生产的SWRH42A(B82A(B等优质线材,主要用于拉拔捻制钢绞线、钢丝绳的钢丝,年生产量约3035万t,占宝钢线材年总

11、产量的60% 70%。从预应力钢丝钢绞线和钢帘线用线材这两类典型产品中,可以窥见硬线产品的整体实物质量水平。2.2.1预应力钢丝钢绞线用线材预应力钢丝和钢绞线用线材的主要规格为 9.0 14mm,材质为8082钢,要求线材盘重大、表面质量好、尺寸精度高、索氏体化率高、抗拉强度高而稳定、低松弛性好。宝钢从20世纪90年代初开始研制生产82B硬线。随着宝钢炼钢技术的提高和新的线材轧机的投产,82B线材的质量又有了大幅度的提高,各项指标已接近日本同类产品的实物质量水平,具体指标对比见表3、表4。73第4期陆志新等:宝钢线材的实物质量与改进方向表3宝钢与神户82B 线材化学成分控制水平对比w /%产地

12、C Si Mn P S Cr 宝钢0.800.830.230.260.760.800.0130.0180.0030.0040.160.18神户0.820.840.190.230.690.770.0160.0210.0060.0110.23产地Cu Ni VT.Al w (O /10-6w (N /10-6宝钢<0.01<0.02<0.0313303545神户<0.01<0.01<0.0050.0110133035表4宝钢与日本神户82B 线材实物质量对比厂家规格/mm 直径公差/mm不圆度/mm抗拉强度/MPa面缩率/%晶粒度/级索氏体率/%脱碳层/mm 宝

13、钢12.5+0.12-0.20.020.16114011803036990<0.07神户13+0.1-0.160.020.181100115028328.59.0950.050.12.2.2钢帘线用线材钢帘线是线材制品中质量要求最高、最严的产品之一。钢帘线作为汽车轮胎的骨架材料,承受弯曲、拉伸、复合交变载荷及冲击载荷,因此必须选用优质线材作为拉丝原料,以满足其高强度、抗疲劳、耐冲击的要求。钢帘线采用 5.5mm 或 5.0mm 的高碳优质线材为原料,经过多道次冷加工拉拔至0.250.15mm 的钢丝,在随后的捻制过程中,钢丝经受扭转、弯曲和拉伸等一系列变形。线材的内在钢质纯净度、外在表面

14、质量直接影响到拉拔和捻制过程中的断头率及成品丝的力学性能,所以原料的优劣对钢帘线的加工和使用起着十分关键的作用。宝钢1987年已开始研究用模铸生产钢帘线用钢的工艺,经过10多年的生产摸索、工艺研究和设备改进,已基本试制出钢帘线专用线材,其实物质量水平如下。(1化学成分。宝钢与日本神户产钢帘线专用线材的化学成分对比见表5。表5宝钢与日本神户钢帘线专用线材的化学成分对比w /%产地牌号C Si Mn SP宝钢B72L X 0.710.740.180.250.460.550.0050.015神户KSC720.710.730.20.530.0040.007产地牌号CuCrNiA1w (O /10-6w

15、 (N /10-6宝钢B72L X 0.020.050.060.03<20<30神户KSC720.010.030.030.031440(2尺寸公差。直径公差±0.15mm ,不圆度为0.18mm 的线材约占80%;直径公差±0.2mm ,不圆度为0.24mm 的线材约占20%。(3表面质量。线材表面光滑,无裂纹、划伤、划痕、耳子;截面无缩孔、分层;氧化铁皮含量小于8kg/t ,其中FeO 占75%80%,Fe 3O 4占15%20%。达到进口线材的质量水平。(4金相组织。线材的组织为索氏体+少量珠光体+微量铁素体;单边总脱碳层深度小于0.05mm ;表面细小裂纹

16、深度不超过0.03mm ,已接近进口线材的实物水平。碳偏析控制在1.051.10,而进口线材碳偏析一般1.05。(5力学性能。宝钢与日本神户钢帘线用线材的力学性能对比见表6。(6夹杂物分布状态。宝钢与日本神户钢帘线用线材夹杂物含量及分布见表7。表6宝钢与日本神户钢帘线用线材的力学性能对比产地牌号抗拉强度/MPa断面收缩率/%延伸率/%同圈强度差/MPa宝钢B72L X 1040105044459101214神户KSC721040105044459107983金属制品第29卷表7钢帘线用线材夹杂物含量及分布产地牌号夹杂物面积含量/%夹杂物个数/(个mm2夹杂物最大宽度/m宝钢B72L X0.02

17、3188.1神户KSC720.01420 3.4据用户使用, 0.25mm钢丝的拉拔、捻股时, 1015万m断头一次,而进口线材2030万m断头一次。2.3冷镦钢线材冷镦钢线材作为紧固件的生产原料,通常经过冷冲压、车丝及表面处理等加工工序,故要求线材有良好的冷加工性能和表面质量,尤其是要具备低的冷镦开裂率,因此对表面裂纹、脱碳有严格的规定。线材表面不得有裂纹、折叠、划痕等轧制缺陷,同时还要具备一定的强度和延伸性能。宝钢线材已形成SWRCH6A-22A,SWRCH10-50K以及合金冷镦钢20Mn TiB,SCM435等3类冷镦钢产品系列。宝钢冷镦钢线材具有以下特点:(1化学成分均匀,散差小,w

18、(C波动控制在±0.02%之内;(2尺寸精度和表面质量佳,线材尺寸公差能达到±0.15mm,不圆度±0.18mm,线材表面光滑,无裂纹、折叠、结疤、耳子,部分存在小于0.1mm深度的划痕;(3金相组织良好,无全脱碳,部分脱碳深度小于公称直径的0.8%,晶粒度在68级,非金属夹杂物、脆性夹杂物小于1级;(4冷镦开裂率小于0.08%,如SWRH35K钢 12mm冷镦钢线材的断面收缩率约53%56%,1/3冷镦开裂率0.02%,表面硬度约HRB8587。2.4焊丝用线材焊接性能是焊丝的重要使用要求,降低钢中碳的含量有利于改善其焊接性能,因此焊丝用线材要求化学成分均匀,气

19、体含量低,氧化物、硫化物夹杂少,Mn,Si含量较高,要求有良好的拉拔性能。宝钢开发的焊丝用线材,以CO2气体保护焊丝ER70S-6为代表。线材直径为5.0mm和5.5 mm,直径公差和不圆度分别控制在±0.2mm和±0.24mm,表面无轧制缺陷,微观裂纹、凹坑、麻面深度均小于0.08mm。抗拉强度为490520MPa,延伸率为35%40%,金相组织为均匀的85%铁素体+少量珠光体,晶粒度为78级。3宝钢线材的改进方向3.1进一步提高钢质纯净度要改善钢的加工和使用性能,提高纯净度是十分有效的手段。宝钢以转炉铁水为主要炼钢原料,应进一步发挥铁水预处理、钢水精炼的优势,严格控制钢种的夹杂物数量、尺寸、分布形状和类型,使钢帘线用线材、弹簧钢线材等高附加值产品的夹杂物控制水平再提高一步2,3。3.2表面质量的改善表面质量在微观划痕、折叠、尺寸公差方面是现阶段需改善的重点环节。尤其是小规格线材的尺寸公差精度和大规格冷镦钢线材的微观折叠与划痕,是轧制表面质量控制的主要改进方向。3.3保持产品质量的稳定性,并持续改进宝钢在质量控制