宝钢股份公司高线产品的现状及展望

摘 要：介绍宝钢股份公司高速线材轧机投产至今生产线材产品的现状和高线产品开发展望；宝钢股份公司高线厂将争取成为我国钢帘线盘条、汽车用弹簧钢盘条、高强度钢绞线用盘条、高强度紧固件用盘条等四大精品生产基地。
关键词：线材 钢帘线 弹簧钢 高碳钢 冷镦钢 不锈钢 易切削钢

1 宝钢股份公司高线轧机和产品特点
   宝钢股份公司高速线材轧机于1999年初投产，设计生产规模为40万t/年，产品规格为Φ5．0-Φ25mm，最大盘重2.3t，轧机最大轧制速度120m/s，设计最大速度140m/s，是国内现有的生产硬线规模最大、最先进的生产线之一。
    宝钢股份公司高线主体设备采用“点菜拼盘”方式，生产线主体设备从美国摩根公司引进先进的高速线材轧机；电控设备主要从瑞典ABB公司引进最新技术、采用变频全交流直接转矩控制方式；加热炉从法国斯坦因公司引进当今世界先进水平的上下加热的步进梁式加热炉。在精轧机后增设了中国第一台减定径机(摩根专有技术)，并设置了涡流探伤仪及在线测径仪，能比较自如地控制线材表面质量和精度，最小规格线材C级品精度由±0．15mm提高到±0．1mm以内。这条生产线集中体现了90年代中后期世界线材生产的最新技术和装备，能够代表当前国际线材生产的先进水平。
    宝钢股份公司高线轧机所用的原料为160mm×160mm电炉连铸坯和140mm×l40mm模铸坯。轧线共有30架轧机，单线全无扭，其中粗轧机组由6架平立交替布置的轧机组成，中轧轧机由8架平立交替布置的轧机组成，预精轧机组由4架悬臂辊环式紧凑型机架组成，呈平立交替布置，精轧机组由8架顶交45度超重型无扭轧机组成，减定径机组由4架顶交45度超重型无扭轧机组成。精轧机为摩根第六代超重型轧机，具有温轧能力。在精轧机组前后和减定径机组前后分别设有冷却水箱，共4组，冷却区长36m，对轧件进行闭环控制冷却，以实现低温、高速温控轧制。斯大尔摩冷却线采用带有“佳灵”系统的标准型/延迟型散卷冷却运输线，全线总长103．8m，保温罩长度为81m，运输辊道上设有6个落差台阶，14台风机，以确保最终产品的金相组织和冶金性能。
    宝钢股份公司高线产品设计大纲如表1所示。

表1    宝钢股份公司高线产品设计大纲     单位：t/a

    由表1可知，宝钢股份公司高线产品的主要部分为钢帘线盘条。因钢帘线质量要求很高，国内很少企业能生产，主要靠进口。宝钢股份公司高线钢帘线盘条能有力地促进此一品种的国产化进程，及时进入国内、国际市场。除钢帘线盘条外，产品硬线比高，冷镦钢及弹簧钢均为技术含量高的产品，而国内企业大量生产的普碳钢盘条只占很小的比例。宝钢股份公司高线产品定位高，竞争力强，从规格上看，国内企业高线厂大多不能生产Φ5．5mm以下、Φ20mm以上的线材，宝钢股份公司高线轧机的投产，扩大了国内线材规格范围。
宝钢股份公司高线厂2001年51．66万t线材产品的品种和产量为：优质碳素钢盘条30．77万t(占总产量的59．56％)；冷镦钢盘条12．22万t(23．66％)；焊条钢盘条3．18万t(6．15％)；普通碳素结构钢3．6万t(6．98％)；预应力钢棒盘条0．54万t(1．04％)；弹簧钢盘条0．75万t(1．45％)；轴承钢盘条0．44万t
(0．86％)；合金结构钢盘条131t(0，03％)。
    宝钢股份公司高线厂2001年51．66万t线材产品中Φ5.0mm-Φ5.5mm 比例22．4％，Φ6.0mm-Φ13.0mm比例67．8％，Φ13.5mm-Φ19．0mm比例6．2％，Φ20．0mm～Φ26．0mm比例3．6％。2001年线材产品中出口46500多吨，占总产量的9％。

2 宝钢股份公司高线产品现状
    为了发挥宝钢股份公司高线轧机设备的优势，多生产高附加值、高技术含量的线材产品，充分发挥宝钢300t转炉、150t电炉及精炼设备、连铸坯、初轧开坯、钢坯清理线的整体综合优势，结合国内外两个市场，开发以下宝钢高线新产品。
2．1 钢帘线盘条
    钢帘线是汽车子午线轮胎的关键材料，随着汽车行业和高速公路的发展，轮胎的子午胎率逐年提高，发达国家已达到90％以上，我国起步较晚，2000年钢帘线实际产量4．2万t。预测我国2005年钢帘线需求量为13万t，相应钢帘线盘条需14万t左右。由于国内高线厂家很少生产钢帘线盘条，国内钢帘线盘条80％以上依靠进口。钢帘线盘条是宝钢股份公司高线的主要产品，计划占总产量的50％强，宝钢股份钢帘线盘条设计和生产的品种有普通级和高强度级，不远的将来应开发出超高强度级钢帘线以及适应轮胎制造业的快速发展，见表2。

表2   不同级别钢帘线盘条、钢丝的成份与抗拉强度

    帘线钢从炼钢到开坯，直到轧成盘条，要求十分苛刻，生产工艺复杂。钢丝最小直径为0．15mm，单丝抗拉强度高达2600?2900N/mm2，拉丝最后一道工序变形量达90％以上，钢丝又需经高速双绕机捻制成线。从140X140mm方坯轧成Φ5．5mm线材，再冷拔成0.15mm钢丝，长度延伸达110万倍，这么大的加工量，任何缺陷都会造成断丝。宝钢股份公司研究钢帘线钢、线材、丝的主要内容有：
    ??钢种化学成分控制与优化
    ??帘线钢的冶炼，选用合适的脱O工艺，合理的二次精炼工艺
    ??合成渣的组成及处理效果
    ??炉后挡渣、扒渣及合成渣处理技术
    ??帘线钢用特殊合金及添加技术
    ??帘线钢钢水防止Al夹杂污染工艺
    ??钢水、钢坯的气体含量控制及钢坯(盘条)夹杂物剖析
    ??模铸、连铸帘线钢C、Mn偏析及对策措施
    ??帘线钢用合理锭型及最佳切头尾率的研究
    ??钢帘线盘条和金属制品生产工艺的研究
    1999年至今，宝钢股份公司用转炉模铸坯生产的普通强度级别B72Lx钢帘线盘条是国内唯一一家正常供货的厂家，经湖北钢丝厂、东方钢帘线厂、上海钢丝厂、江阴贝卡尔特钢帘线厂使用，已成功地拉拔出Φ0．20mm、Φ0．175mm和Φ0．15mm帘线钢丝，并生产了3×7×0.20HE、3+9×0.22、4×4×0.22HE和少量3+9+15×0.22+0.15等钢帘线产品，其拉拔性能接近日本进口钢帘线用钢水平，且转炉模铸坯、电炉连铸坯生产的钢帘线盘条已获得贝卡尔特(比利时)、米其林(法国)、固特异(美国)等国外用户的初步认可，并有少量钢帘线盘条出口。
2．2 弹簧钢盘条
    近年来，由于中国汽车(特别是轿车)工业的迅速发展，带动了汽车弹簧工业市场的快速发展，高质量弹簧钢丝市场也日趋广阔。用于生产轿车用悬架弹簧的盘条不仅要求有高的淬透性和良好的力学性能(包括抗疲劳性和弹减性)，而且还要求具有优良的表面质量，组织均匀细密等。随着汽车轻量化和低能耗化的发展，促使汽车悬挂弹簧对弹簧钢(盘条)的化学成分、夹杂物的数量和形态分布、表面质量、脱碳层、显微组织及力学性能等要求越来越高。宝钢股份公司在对国内外各大钢铁公司生产的弹簧钢高线及钢丝样品进行全面质量剖析的基础上，选择轿车上较为通用的55SiCr钢种开展研究，通过采用特殊的合成渣处理和脱氧剂处理技术，并结合宝钢先进的冶炼、轧制和表面质量控制手段，在钢质纯净度、盘条夹杂物形态和数量、表面质量等方面取得突破。
    宝钢股份公司55SiCrtpl2mm盘条在相关厂家经过表面酸洗、高压水清洗(非磷化处理)、黄化处理后，以每道次近20％的面缩率经过14道次拉拔成中2，54mm的钢丝(未经中间退火)，总的极限拉拔率为95．52％，仍没有发生断裂现象。据相关厂家技术人员介绍，该厂曾经对从日本进口的规格分别为Φ5.5mm、Φ14mm、Φ15mm的55SiCr弹簧钢盘条进行过极限拉拔试验，也是不经中间退火处理，总的极限拉拔率分别为89．3％、90％和92％，全部都低于宝钢55SICr弹簧钢盘条的水平。这初步说明，宝钢股份公司试制的55SiCr弹簧钢盘条的质量不比日本进口料差。
宝钢股份公司高线厂现生产的弹簧钢盘条有55SiCr、50CrV、60Si2MnA等牌号，55SiCr弹簧钢盘条经拉拔、热处理和卷簧处理后，主要用于制作汽车悬挂弹簧、气门簧、离合器弹簧、摩托车减震簧等，目前该产品已在夏利、昌河、马自达、长安等微型车上整车配套，以及在桑塔纳、捷达、富康等中高档轿车上配套使用。宝钢股份公司55SiCr弹簧钢盘条经天津棣华金属制品有限公司酸洗、磷化、拉拔、油淬火回火的Φ10.7mm钢丝，由中国弹簧厂卷簧并进行疲劳性能检测，结果表明弹簧经80万次循环试验后均没有发生断裂，高于桑塔纳轿车40万次的疲劳寿命要求。
2．3 轴承钢盘条
    轴承钢是结构钢中质量要求最严，生产难度最大，检验项目最多的钢种之一，又是高附加值产品。
近十多年来，我国轴承钢产量、品种、质量都有了长是的进步。以上钢五厂和大冶钢厂为代表的轴承钢生产企业，从冶炼、轧制到热处理、后部精整都进行了深入的研究开发和全过程的技术改造，形成了较为完整的生产线，产品质量有明显提高。如上钢五厂生产的钢材，其氧含量和接触疲劳寿命达到上世纪80年代瑞典SKF和西德进口材的实物水平。但作为商品，钢材的外观、尺寸精度、表面质量和包装标志等与国际水平尚有较大的差距。上钢五厂的轴承钢产量占国内市场的1/4左右，其热轧圆钢Φl2-120mm已系列化。宝钢集团公司成立后，为合理配置资源，实现优势互补，上钢五厂与宝钢股份公司高线厂合作，联手开发Φ5.0～12mmGCrl5轴承钢盘条。
    宝钢高线轧机在试轧轴承钢盘条时，为摸索合理的轧制工艺，对生产工艺进行下列研究：
    ??防止钢坯脱碳的加热技术
    ??消除带状组织的高温扩散加热工艺研究
    ??消除网状碳化物的控轧和冷却工艺研究
    ??提高尺寸精度的轧制技术研究
    ??线材组织与内在质量关系的研究
    ??线材组织与工艺关系的研究
    经两年多时间采用不同的控制冷却工艺的生产实践，宝钢股份公司高线轧机生产的GCrl5 Φ5.0-12mm盘条碳化物网状符合标准要求，用户基本满意。今后将扩大上钢五厂轴承钢钢坯?宝钢高线轴承钢盘条的生产。
2．4高碳钢盘条
    宝钢股份公司已有近15年冶炼高碳钢的历史，生产的预应力钢丝、钢绞线用盘条曾占国内市场60％以上的份额，每月尚出口韩国和泰国。以钢绞线为代表，其技术难点是高碳钢浇注时易出现碳偏析，对线材轧制控冷要求严格，否则会造成盘条中心网状碳化物和芯部马氏体的缺陷。另外，需要严格保证成份的均匀性和控制Ni、Cu等残余元素，以确保钢丝具有高强度的同时，兼有高的韧性指标。对线材制品企业来说，要求盘条应满足其高速、连续拉拔和尽量减少中间退火工序。正因为冶炼、轧制及后续的拉拔性能诸多方面的严格要求，造成高碳钢的生产难度极大，特别是镀锌钢绞线盘条使国内线材生产厂家一时难以涉足。
    宝钢股份公司研究高碳钢盘条的主要内容有：
    ??钢的纯净度
    ??钢的化学成份稳定、盘条的力学性能稳定
    ??线材的索氏体化率
    ??线材非正常的金相组织
    ??线材的表面质量
    宝钢股份公司采用添加微合金的手段成功开发出含钒、含铬高碳钢盘条，并不断提高实物质量，保持和扩大重点产品镀锌钢绞线盘条更高的市场份额。

3 宝钢股份公司高线产品开发展望
    从80年代末至今，我国高速线材生产进入了高速发展的快车道，带动了整个线材行业生产水平上了一个新台阶。我国线材产量已居世界第一，从总量上看，我国线材已基本满足国内要求，而在产品结构上一些深加工、价值高的线材品种供不应求，仍需要大量进口。对照日本神户制钢的棒线材新产品，宝钢股份公司高线厂应开发生产一些高技术含量、高附加值的线材产品。
3．1 不锈钢盘条
    不锈钢丝的种类很多，用途也广，其钢种按GBl220?92纳标的就有67种，此外尚有冶金部推荐牌号耐酸
钢9种，耐热钢6种，基本上可归纳为两大类：0Crl3型铁素体不锈钢和1Crl8Ni9为典型的18?8型奥氏体不锈
钢，其他都是此两类派生出来的钢种。
    结合上海宝钢集团整体的综合优势，上钢五厂供坯，宝钢股份公司高线生产不锈钢小规格盘条，本着先易后难的原则，优先开发AISl304(0Crl9Ni9)不锈钢盘条，供标准件厂及焊条厂。
3．2 易切削钢盘条
    易切削钢盘条广泛地用于汽车及机械行业，是我国轿车用钢国产化难点中急需解决的品种之一。易切削钢按添加元素不同可分为三大类：硫系、铅及硫?铅系、钙?硫系。 
    易切削钢因其含硫量高，炼钢炉清硫不容易清于净，再转产其它钢种时，硫亦成为有害元素，由此宝钢股份公司转炉或电炉生产此钢种都有一定的难度。而上钢五厂具有多年冶炼易切削钢和生产易切削钢棒材的经验，宝钢股份公司高线分厂将与其合作，共同开发生产Y12、Y45Mn或1215(美国牌号)易切削钢Φ5～25mm的盘条，为紧固件行业生产螺母螺栓等零件提供合格的原料。高线轧制要求“高温快速轧制”，加强对轧件切头尾、轧废不得掉队等的管理，并在此基础上，逐渐地向机械结构用石墨钢盘条方向发展。
    石墨钢是通过热处理使钢中的碳稳定变成软质的石墨，而不含有害于环境的物质铅成分，但却具有和铅、磷、硫易切削钢同等以上的切削性能，特别是在高速切削领域具有良好的切削性，另一方面还可确保和低碳钢同等的冷锻性。
3．3 录井钢丝用盘条
    录井钢丝作为油田测试井中各种参数时所甩仪器的载体，其质量优劣将直接危及井身和测井仪器的安全，一旦井下钢丝绳发生断裂，由此而引起的损失将远远超出录井钢丝自身的价值，尤其将严重影响到油田的正常开采。
    前几年，由于国内生产的优质盘条无法满足具有特殊性能要求的录井钢丝的要求，因而全部依靠日本、法国和意大利等国的优质盘条生产录井钢丝，钢丝规格主要为Φ2．0、Φ2．2、Φ2．4、Φ2．8和Φ3．25mm。
据咸阳石油钢管钢绳厂掌握的国内生产线材厂家的情况来看，其生产的优质盘条质量达不到生产录井钢丝的要求。为此，宝钢股份公司高线将开发录井钢丝用的优质盘条。
3．4 钢纤维用盘条
    钢纤维是一种新型混凝土增强材料，国际上70年代研究开发，目前欧洲、美国、日本等国家已进入实用阶段，国内对该材料的认识比较晚，近几年才刚开始使用。在国外，钢纤维主要用于建筑过程的混凝土路面、隧道和采矿工程、预制件等混凝土工程，年市场需求量20万吨，并在逐年递增。国内潜在的市场也十分巨大，小浪底、三峡等国家重点工程已应用钢纤维制作混凝土。
    上海贝卡尔特-二钢公司(合资企业)以比利时贝卡尔特公司引进钢纤维生产技术和设备，该厂采用的是拉丝成型工艺：Φ5．5mm盘条??酸洗??镀铜??干拉(Φ2mm)??湿拉(Φ0．55mm)??粗结??成型??切断??打包，最高拉速达1100m／min，该成型工艺条件对原材料的要求很高，拉丝断头频率高，故需研究SWRM6模铸镇静钢和连铸准沸腾钢盘条生产钢纤维用料的技术。
3．5 琴钢丝用盘条
    琴弦钢系指含碳量0．60％?0．95％，即属于高碳钢或弹簧钢，又属于特殊钢，钢中常存杂质元素Si、Mn、S、P、0、N、H量必须严格限制，对于C、P、Cu含量的要求比普通高碳钢严格，一般要求控制在0．02％
以下，主要用于制作发动机的阀门弹簧、各种乐器琴弦、兵器用弹簧、预应力钢绞线以及各种要求严格的高级弹簧材料。一些钢帘线生产厂家为了保证钢帘线质量，往往按比高碳钢盘条标准高一级别的JISG3502琴钢丝用盘条订购SWRS72A、SWRS82A盘条。日本琴钢丝线材1970年、1980年、1990年、2000年分别为16．5万吨、39．1万吨、61．8万吨和65万吨；琴钢丝1986年和1989年分别为1，9万吨和2．26万吨。
    宝钢股份公司开发生产琴弦钢盘条不仅能满足我国钢琴制造业使用国产琴钢丝的要求，也能满足子午线轮胎用钢帘线生产厂家的需要。
3．6 低碳微合金钢焊丝盘条
    以管线、锅炉、压力容器、船板和工程机械用钢的焊丝为代表，其技术特点是化学成分设计必须和焊接母材配套，多为低碳微合金钢。特别是随着宝钢宽厚板投产，其配套焊丝用盘条更应是宝钢线材产品发展中的一个不可忽略的品种，开发低碳高钛C02焊丝用盘条、耐腐蚀焊丝用盘条，并形成C0₂气体保护焊丝盘条系列化产品。
3.7 低合金冷镦钢盘条
    冷镦钢也是线材产品中具有较高技术含量的品种之一，其技术特点是含有少量合金元素，要求材料有良好的塑性、冷成型性，对夹杂物及表面质量有非常严格的技术要求。其中合金冷镦钢必须经后续热处理进行交货，日本已经研制开发成功非调质冷镦钢盘条，可以免去退火和调质两道工序，为用户节省成本。
    宝钢应跟踪国外冷镦钢盘条的最新发展方向，对于强度级别10．9以下的螺栓，为降低材料的成本和简化螺栓制造工序，应开发含硼冷镦钢盘条、冷镦用双相钢盘条和非调质冷镦钢盘条，积极为我国汽车紧固件的发展提供优质冷镦钢盘条。

4 结束语
    线材是我国15大类钢材消耗比例中最大的一个品种，约占全部钢材消耗量的20％。因此，在我国加入WTO后，国内国外线材市场逐渐趋同的情况下，重视线材产品质量、产品开发无疑对我国经济的发展、满足金属制品行业用户的需求和宝钢股份公司自身的发展都是十分有利的。
    宝钢股份公司高线厂要争取成为我国线材产品的四大精品基地：钢帘线盘条生产基地、汽车用弹簧钢盘条生产基地、高强度钢绞线用盘条生产基地、高强度紧固件用盘条生产基地。

作者简介：张 弛，1960年10月生，宝钢技术中心产品所，高级工程师。
张爱民，1972年12月生，宝钢技术中心产品所工程师，硕士。
施国优，1965年生，宝钢股份公司条纲厂线材分厂，厂长。