高線產品的質量控制與發展

□ 田曉霞

高線產品的質量控制與發展

□ 田曉霞

重點介紹了安鋼高線產品的質量控制現狀及產品開發的發展方向和定位,分析了產品技術特點,對產品的未來發展進行了展望。

高速線材；產品質量；研發方向

一、前言

安鋼高線于2001年7月30日建成并投產,軋線高速區主體設備引進美國摩根公司第六代軋機,預精軋機、精軋機和減定徑機采用2×2+8+4布置型式,所有規格產品均通過減定徑機軋出,在國內處于領先水平。產品大綱為直徑5.5～20mm盤條。品種包括碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、合金結構鋼、冷墩鋼、彈簧鋼、焊條鋼、軸承鋼和建筑用鋼八大系列[1]。

與其建設配套的煉鋼設備有100 t交流豎式電弧爐1座,100 t LF鋼包精煉爐2座,6機6流150mm×150mm方坯連鑄機1臺。2003年和2004年分別新增VD真空脫氣裝置和100 t頂底復吹氧氣轉爐1座,2005年引進結晶器液面自動控制技術。精煉(LF、VD)、電磁攪拌和液面自動控制技術的應用,為生產優質潔凈鋼奠定了基礎,具備了高品質制品用盤條的生產能力。

二、產品現狀

安鋼高線投產以來,大力開發新特產品,秉承“研發一批、穩定一批、投產一批、儲備一批”的研發理念,技術科研部門和工程技術人員聯合進行“二次創新”和自主創新,到2014年品種比達到99%以上,產品布局見表1。

表1 2014年高線盤條產品一覽表

從表1看,目前安鋼高線盤條產品主要為制品用高碳鋼(41.26%)、冷墩標準件用鋼(21.65%)。其他比例較高的為合金冷墩鋼(9.23%)、制絲用盤條(7.36%)、優質碳素結構鋼(7.20%)、彈簧鋼盤條(5.04%)、圓環鏈用鋼(5.01%)。產量相對較少的鋼簾線用盤條(0.11%)和焊接用盤條(0.45%)。

三、產品技術特點

安鋼高線在研發過程中,結合自身的工藝裝備、工藝流程和產品技術要求,形成了以SWRCH35K冷墩用鋼、SWRH82B預應力鋼絲及鋼絞線用鋼為代表的優質拳頭產品,呈現出了較為科學的生產工藝和技術特點。

1. 冷鐓鋼

安鋼冷墩鋼盤條主要包括碳素冷墩鋼和合金冷墩鋼,其主要產品牌號見表1。

(1)碳素冷墩鋼

安鋼高線碳素冷墩鋼主要是按日標JIS G 3507-1生產的SWRCH35K(17.24%)產品,一般用于制作6.8～8.8級標準件,該牌號產品在國內外均存在較大的市場空間。安鋼在該產品研發期間,針對產品的技術特點和要求,重點控制產品的化學成分穩定性和冷墩工藝性能。

在實際生產中,轉爐冶煉工序通過優化合金配比、使用含鐵廢料、出鋼二次擋渣等初步控制化學成分及有害元素；精煉工序通過微調化學成分、造還原性白渣、夾雜物改性、全程吹氬攪拌和控制吹氬強度等措施穩定控制化學成分、有害元素含量和非金屬夾雜物；連鑄工序通過保護澆注、控制鋼水過熱度和鑄坯拉速、結晶器液面自動控制、合理二冷配水制度等措施控制連鑄坯中心縮孔、皮下夾雜、鼓肚和裂紋等內外部凝固質量；軋制工序通過控制各階段溫度、料型尺寸、機架間張力和備品備件使用等控制幾何尺寸和折疊、劃傷等表面缺陷,改善盤條表面質量、降低冷墩開裂率；冷卻工序通過吐絲溫度、冷卻速度合理設定等控制產品的金相組織[2,3]。

(2)合金冷墩鋼

合金冷墩鋼主要是按國標GB/T6478、和日標JIS G 4053生產的鉻鋼、鉻鑰鋼及參照美標ASTM A510M微合金含硼鋼,該類產品一般用于生產10.9～12.9級高強度標準件或者冷墩鋼絲。安鋼在該類產品研發期間,主要在碳素冷墩鋼生產的基礎上,結合產品的技術要求和用戶要求,除了重點控制產品的化學成分穩定性外,分別對鉻鋼、鉻鑰鋼和含硼鋼提出了突出合金元素的強化作用、控制非金屬夾雜物形態、簡化退火工藝和軟化原始組織的研究方向,進一步穩定力學性能、提高冷墩性能。為此,技術部門進行了合金冷墩鋼中合金元素的作用、非金屬夾雜物改性技術、球化退火工藝研究、控制軋制與控制冷卻工藝試驗等多項工藝研究,取得了較好的效果[4-8]。

2. 高碳鋼

安鋼制品用高碳鋼盤條主要包括預應力鋼絲及鋼絞線用盤條、鋼絲繩用盤條、鋼簾線用盤條和高碳制絲用盤條,其主要產品牌號見表1。

(1)預應力鋼絲及鋼絞線用盤條

該類產品主要是按日標JIS G 3506生產的SWRH82B盤條(33.85%),一般用于制造橋梁懸索和鐵路、電力、礦山、隧道、高層建筑和輸送管道等工程用預應力混凝土用鋼絲及鋼絞線。要求該產品具有穩定的化學成分、較高的抗拉強度(1 150～1 250MPa)、索氏體化的顯微組織(索氏體比例85%以上)、良好的韌性及塑性(斷面收縮率35%以上),另外對有害元素含量、成分偏析和非金屬夾雜物,盤條幾何尺寸、表面缺陷和脫碳層等均有明確要求。

安鋼在該產品研發期間,針對產品技術要求和技術特點,重點控制產品力學性能和拉拔、捻制工藝性能。為此,技術人員提出了穩定控制碳、硅、錳等化學成分,添加微合金元素,降低磷、硫和氮、氫、氧元素含量,控制非金屬夾雜物含量,提高連鑄坯內外部凝固質量,改善盤條表面質量和控制產品金相組織的研發思路。同時,技術部門進行了轉爐高碳出鋼技術、含鐵廢料利用技術、精煉吹氬攪拌制度、小方坯連鑄鑄坯質量控制技術、保護渣合成技術、低溫軋制加熱技術、低溫軋制技術、斯太爾摩控制冷卻工藝和盤條拉拔、捻制過程組織和性能演變規律等項目的研究。

(2)高碳制絲用盤條

安鋼生產的高碳制絲用盤條主要是按GB/T24242生產的C72DA、C82DA(7.36%),主要用于制作高壓膠管用鋼絲、胎圈鋼絲,一般拉拔直徑在0.2～1.0 mm之間、拉拔后強度在1 850～3 350 MPa之間,對彎曲次數、扭轉次數、打結率有一定的要求。因此,對原材料提出了鋼質純凈、成分穩定、強度高、韌性好、塑性優,通條性能均勻的技術要求。

在該類產品研發期間,針對產品技術要求和技術特點,重點控制產品力學性能穩定性和優良的拉拔性能。

實際生產過程中,在高碳鋼生產的基礎上,前期穩定控制鐵水化學成分；轉爐冶煉工序重點優化爐料結構,提高一次點吹成功率,控制初煉化學成分、轉爐出鋼溫度及有害元素、殘余元素含量；精煉工序重點應用精煉渣和吹氬強度控制,降低有害元素含量和非金屬夾雜物；連鑄工序重點控制過熱度、結晶器冷卻強度、二冷配水制度與拉速的合理關系,控制連鑄坯內外部凝固質量；軋制工序應用小規格盤條軋制生產技術,控制盤條C級精度幾何尺寸；冷卻工序控制軋后冷速,保證產品金相組織的索氏體化率[11-13]。

四、產品展望

近年來,國內產業布局和政策出現了一些變化。一是隨著我國改革開放的深入進行,國家產業政策進行了調整,比如“西部大開發”戰略、“中原經濟區”戰略,加大了內地產業化的扶持力度；二是經濟較為發達的沿海地區產業制造成本上升,一些勞動密集型產業向內地轉移,比如“富士康”相繼在鄭州、武漢、天津建設制造基地與物流中心,三是內地企業經過多年的鍛煉,企業管理水平、市場競爭力、創新能力得到了突飛猛進的提高,比如企業質量體系認證和卓越績效模式的運行。這些因素帶來了內地汽車制造業、工程機械制造業、公路、鐵路、電力等基礎設施的大發展。

1. 產品定位與戰略方向

當今國內鋼鐵行業出現產能過剩的局面,各鋼鐵廠之間產品同質化競爭、低成本競爭比較突出。因此,今后的產品開發應結合區域經濟發展和產業規模優勢,研發生產不同行業需要的鋼鐵材料。

安鋼地處中原,具有50多年鋼鐵行業先進生產技術與管理經驗的積累與沉淀,近年來隨著“三步走”戰略的實施,工藝技術裝備又得到了大幅度提升,安鋼高線做為安鋼較早引進的先進生產線,技術裝備完善、創新能力較強。

近年來,隨著河南及其周邊制造產業的不斷升級換代,涌現出了部分新興產業,比如新能源產業、大型機械和起重機械產業、橡膠制品產業和鐵路器材產業等涉及范圍較廣的行業,使用的產品包括高碳制絲用鋼、彈簧鋼、合金冷墩鋼和合金結構鋼等。

(1)精細鋼絲用盤條

精細鋼絲一般包括線切割用鋼質電極絲、線鋸和多線鋸用高強切割絲、鋼琴用琴鋼絲、鋼簾線用鋼絲和高壓膠管用鋼絲。線切割多用于精密儀器制造行業,近年來逐步引進高強鋼質(鋼芯)電極絲代替價格昂貴的鎢絲和鑰絲,鋼絲直徑一般為0.07～0.1 mm；線鋸多用于事故救援,近年來發展較快；多線鋸多用于半導體行業和太陽能電池用的多晶硅和單晶硅錠的切割,鋼絲直徑一般為0.08～0.13 mm,隨著我國太陽能光伏行業的發展,年需求量也在增長,每年約為20萬噸；鋼簾線多用于汽車輪胎、傳送帶等橡膠制品行業,鋼絲直徑一般為0.15～0.38 mm,目前國內盤條年需求量約為200萬噸,均屬于高端高效產品。

(2)高強度焊接用盤條

高強度焊接用盤條一般指60kg級以上的盤條產品,包括ER60、ER70、ER80等。主要用于Q420以上級別鋼板的焊接,在機械制造行業該類產品的一般消耗量為30kg/t,具有較大的市場容量和市場潛力。在河南地區的煤機行業、起重行業和其他制造業需求量較大,屬于高效產品。

(3) 彈簧鋼

彈簧鋼用量最大的行業是汽車和鐵路,約占彈簧鋼總量的70%～80%,主要有60Si2Mn、60Si2MnA、60Si2CrA、55SiCrA和50CrVA等牌號。安陽及其周邊地區,承接京廣和隴海兩大鐵路線,鐵路器材用彈簧扣件產量較大,僅安陽地區年需求約為5萬噸。此外,隨著中部地區制造產業的發展,汽車懸掛簧用彈簧鋼市場潛力日益凸顯。

(4)合金冷墩鋼和合金結構鋼

合金冷墩鋼主要用于汽車、橋梁、鐵路、公路、高層建筑和重型機械的連接于固定；合金結構鋼主要用于汽車、機械、工具等行業的零部件制造。該類產品由于訂單批量較小、生產工藝較為復雜,一般附加值較高。

2 生產工藝與研究重點

在新產品的開發和生產方面,在對鋼鐵材料本身進行生產工藝的研究和開發的同時,還要注重對低成本生產等內容的研究。

(1)新產品生產工藝研究

對于高端產品,產品質量的優劣決定了產品的價值和市場競爭力,因此在新產品的開發過程中要注重對以下內容的研究。

①鑄坯質量研究。鑄坯質量是鋼鐵產品生產和使用的關鍵因素,特別是高碳鋼盤條使用的鑄坯。鑄坯外部的表面裂紋、深振痕、夾渣、表面增碳、氣泡和凹坑、重皮,內部的裂紋和中心偏析、縮孔、疏松以及鑄坯形狀缺陷等[14],都會在產品的生產和使用中會帶來遺傳性和機理性的缺陷,造成質量問題。因此,強化鑄坯質量的研究具有重要的意義。

②鋼質純凈度研究。鋼質純凈度是對鋼中非金屬夾雜物含量的評價,夾雜物會影響鋼鐵產品的生產過程和使用疲勞壽命。隨著“純凈鋼”概念的提出,鋼中非金屬夾雜物的研究成為冶金行業的一個獨立課題,研究范圍甚至涉及煉鐵、預處理、煉鋼(精煉)和連鑄等多個工序；研究內容包括了實驗室的夾雜物性質研究、夾雜物的冶金機理研究和大生產的合金材料選擇、耐材和澆注設備的選用等。

③極限規格盤條生產工藝研究。極限規格盤條多用于特殊用途產品,市場上一般供給量不足,產品價格也相對較高,因此極限規格盤條的生產具有產品差異化的競爭力和規格效益的特點。由于極限規格產品對機械電器設備能力、工藝參數設計要求較高,因此生產組織難度較大、機時產量也受限,加強極限規格生產的研究,具有較強的現實意義。

(2)低成本生產研究

成本是決定產品價格的關鍵因素,低成本產品的市場競爭力是不言而喻的,新產品的研究與開發伴隨著產品成本的設計與預算,應從工藝路線、鋼鐵料消耗、合金料結構等方面進行研究。

①工藝路線選擇。同類型的產品有不同的工藝路線,比如在寶鋼鋼簾線的生產中,初期在冶煉工序摸索了預處理工藝、轉爐與電爐、LF與VD、RH等的正交復合試驗；在軋制工序試驗了3種工藝路線,分別是模鑄—開坯—高線、大方坯—開坯—高線、小方坯—高線。從工藝路線選擇不難看出產品制造成本的優勢與劣勢,選擇合適的工藝路線有利于產品成本的降低。比如,安鋼生產的系列鋼簾線用鋼,可以根據產品質量要求和價格情況,進行動態的開發管理,普通級產品選擇常規工藝路線,較高級別的產品(精細鋼絲用鋼、高級別彈簧鋼)投用VD、修磨等設備。

②鋼鐵料消耗。鋼鐵料消耗是煉鋼成本管理的關鍵因素,在新產品的研發過程中,要結合現有生產工藝優化鋼鐵料的消耗指標。冶煉時要控制合理的吹氧時間、終點碳含量和含鐵廢料的利用,連鑄要結合產品要求對頭爐和尾爐的鋼坯進行精細管理,合理控制鋼鐵料消耗。

③合金料結構優化。冶金合金料和輔料是煉鋼生產的重要環節,其加入的品種結構既影響產品質量,又影響產品的生產成本。在新產品的研發過程中尤其要重視冶金新材料和新技術的應用,關注新技術的進展,進而優化產品成本,比如安鋼在ER50-6的生產中,通過合金料結構的新材料應用,較大幅度地降低了成本。今后可以根據產品的要求,在新產品開發和常規產品的生產中加大新材料和新技術的應用,以期進一步控制產品成本。

五、結束語

安鋼高線機組經過近10年的發展,冷墩鋼和高碳鋼系列產品的研發已經站在高端位置,具備了研發精細鋼絲用鋼、彈簧鋼等高品質盤條的技術創新能力,今后可以結合區域優勢行業,在新產品生產工藝、低成本等方面加強研究,進一步開發附加值較高的產品。○

[1]趙自義,李子林.安鋼高速線材軋機孔型系統設計及應用[J].軋鋼,2002,19(5).

[2]雍志文,韓云平,楊永寧,等.安鋼SWRCH35K冷墩鋼盤條的開發[J].河南冶金,2006,14(S2).

[3]馬志軍,趙賢平,踞艷軍,等.SWRCH35K盤條冷墩開裂原因探討[J].河南冶金,2005,13(5).

[4]雍治文.SCM435合金冷墩鋼線材研制[J].金屬制品, 2007,33(6).

[5]趙賢平,馬輝,于志華.SCM435冷墩鋼線材球化退火工藝探討[J].金屬制品,2009,35(4).

[6]王建安,馬志軍,曹樹衛,等.SCM435冷墩鋼線材的控冷工藝研究[J].金屬制品,2007,33(5).

[7]申勇.ML40Cr合金冷墩鋼線材的開發[J].金屬制品, 2008,34(4).

[8]段貴生.含硼高強度冷墩鋼ML20MnTiB組織性能控制[J].煉鋼,2009,25(3).

[9]曹樹衛,王新江,康永林.膠管鋼絲用C72DA熱軋盤條的開發與應用[J].軋鋼,2010,27(4).

[10]孫汝林,曹樹衛,鄒文輝.C72DA盤條在高壓膠管鋼絲生產中的應用[J].河南冶金,2009,17(6).

[11]曹樹衛,孫汝林,趙祥梅,等.高速線材軋制斷絲原因分析與控制[J].鋼鐵研究,2011,39(4).

[12]陳雷.連續鑄鋼[M].北京：冶金工業出版社,2004.

（作者單位：安陽鋼鐵集團有限責任公司，河南安陽455004）

F273.2

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1002-1779 (2015) 02-0043-04