宝钢线材的实物质量与改进方向
陆志新 唐劲松 （宝钢股份公司条钢厂）
摘要：对宝钢线材盘圆的生产工艺及质量保证能力进行综合，并对弹簧钢、优质硬线（预应力钢丝钢绞线、钢帘线）、冷镦钢、焊丝等四大类产品的实物质量水平进行剖析阐述，从而提出宝钢线材盘圆的质量改进方向。
关键词：线材 优质钢 冶炼 轧制 实物质量 改进
宝钢有着约十五年的优质钢冶炼技术，宝钢条钢厂是国内最主要的优质金属制品用原料的生产基地。为进一步满足金属制品行业对线材盘圆的质量要求，宝钢条钢厂线材经过一年半的工程建设，于99年3月正式投产，结束了宝钢条钢厂只出坯、不产材的历史。截止2001年底，已生产盘圆约150万t，宝钢的线材轧机主要生产弹簧钢、优质碳素结构钢、冷镦钢和焊丝钢四大类盘圆，产品规格从Φ5.0mm-Φ25mm，其产品质量具有钢质纯净度高、化学成份波动小、理化性能稳定、表面质量优、尺寸精度高的特点。
1、主要生产工艺流程及质量保证手段
宝钢的线材始终定位于服务金属制品行业，线材深加工用材比例几乎为100%。其生产工艺采用典型的长流程方式，主要生产工艺流程如下：
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→盘圆出厂。
1.1 优质钢的冶炼工艺
宝钢炼铁拥有4063m2高炉2座，4350m3高炉1座。由于采用进口的优质铁矿石，含铁量高，有害杂质少，化学成份稳定，因而生产的铁水低[Si]、低[S]。高炉铁水[S]在0.02%左右，通过炉前脱Si，可将铁水[Si]由0.35%降到0.2%以下。采用混铁车顶喷法进行铁水炉外脱硫，处理后[S]平均在0.012%，最低可达≤0.005%。优质的铁水经300t转炉进行吹炼，再对转炉产生的钢水根据不同内在质量要求进行不同的二次精炼加工。精炼工序主要采用以下工艺设备。
（1）RH真空脱气装置。具有脱气、脱碳、钢水温度和成份微调等功能。
（2）KIP喷粉装置。具有脱碳，成份和温度微调、夹杂物变性的功能。
（3）CAS-OB装置，具有调节钢水成份和温度，减少钢中夹杂物的功能。
（4）LF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140万t钢坯进入精整工序，经过表面抛丸、磁粉探伤、超声波探伤、机械表面修磨等多道精整处理后，将合格的钢坯送往线材厂进行盘圆轧制。
1.2.2 线材盘圆轧制
高速线材厂引进美国和瑞典的机械和电气设备，全线采用无扭轧制，最高保证轧制速度可达110m/s，代表着当今线材生产的最高轧制水平，年设计生产能力40万t。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计算和控制技术，可有效高精度控制钢温，使钢坯加热温度均匀，氧化烧损少，脱碳层浅。
主轧线由6架粗轧机，8架中轧机，4架预精轧机，8架精轧机组及4架减定径机组，共30个机架组成，各机架互成90°布置，实现全线无扭轧制，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控制系统，可根据工艺要求，控制轧件在各机架等内的轧制温度，轧件温度偏差控制在20℃以内。吐丝成圈温度偏差±10℃。大风量强冷延迟型斯太尔摩冷却线全线共10段，长103m，冷却速度范围可达0.04℃/s-20℃/s，既可进行高碳钢强制冷却索氏体化处理，又可对弹簧钢、冷镦钢和焊丝作缓慢冷却，可实现上述四类钢种在线的热处理工艺，并采用多种有效措施消除线圈间的接触热点，提高了产品的冶金质量及性能均匀性，减少了下工序的热处理次数；还可控制盘圆的氧化铁皮成份和满足各类方式的表面除鳞要求，最终确保获得各方面品质一流的线材产品。
2、宝钢线材的实物质量
2.1 弹簧钢盘圆
宝钢线材生产的弹簧钢盘圆，主要用于悬架簧、气门簧、钢种有60Si2Mn、55SiCr、50CrV、60Si2Cr、65Mn。这类弹簧盘圆要求有极高的钢质纯净度和表面质量，以保证成品簧的疲劳寿命可达几十万次以上。宝钢生产的弹簧钢盘圆，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，盘圆主要实物质量特征如下：
表1 典型弹簧钢盘圆化学成份
| 钢种 | C%*100 | Si%*100 | Mn%*100 | S%*100 | P%*100 | Cu%*100 | Ni%*100 | Cr%*100 | Nb%*100 | V%*100 | T.AI%*100 |
| 60Si2Mn | 58-60 | 170-180 | 74 | 0.36-0.7 | 1.5-1.6 | <2 | <2 | <3 | <2 | - | 2.3-2.8 |
| 55SiCr | 55-57 | 140-150 | 68-72 | 0.5-0.8 | 1.3-1.4 | <1 | <2 | 69-71 | <3 | - | 0.1-0.5 |
| 50CrV | 48-51 | 22-28 | 64-67 | 0.5 | 1.1-1.9 | <1 | <2 | 93-97 | <2 | 13-15 | 2-3 |
表2 典型弹簧钢盘理化性能
| 钢种 | 尺寸公差mm | 椭圆度mm | 抗拉强度MPa | 面缩% | 伸长率% | 脱碳层深度mm |
| 60Si2Mn | Φ11±0.15 | ±0.18 | 950-1040 | 34-40 | 12-18 | 0.08 |
| 55SiCr | Φ15±0.15 | ±0.18 | 1024-1060 | 42-56 | 12-13 | 0.06 |
| 50CrV | Φ6.5±0.15 | ±0.18 | 950-1050 | 58-61 | 12-14 | 0.03 |
2.2 优质硬线
宝钢生产优质硬线盘圆，钢种从SWRH42AB-82AB，盘圆主要用于拉拔和捻制钢丝、钢绞线、钢丝绳，年生产量约30-35万t，占全年产量的60-70%。其中从预应力钢丝、钢绞线盘圆和钢帘线盘圆这两类典型产品中，可以窥见这类产品的整体实物质量水平。
2.2.1 预应力钢丝、钢绞线盘圆
预应力钢丝和钢绞线使用线材原料的主要规格在Φ9.0mm-Φ14mm，材质为80-82#硬线，要求盘圆盘重大、表面质量好、尺寸精度高、索氏体化率高、抗拉强度高而稳定。宝钢从90年代初开始研制生产82B硬线，随着宝钢炼钢技术和线材轧机的投产，82B产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。
表3 化学成份控制水平对比
| C%*100 | Si%*100 | Mn%*100 | P%*100 | S%*100 | Cr% | Cu% | Ni% | V% | T.AI% | O ppm | N ppm | |
| 宝钢82B | 80-83 | 23-26 | 76-80 | 1.3-1.8 | 0.3-0.4 | 0.16-0.18 | <0.01 | <0.02 | - | <0.03 | 13-30 | 35-45 |
| 神户82B | 82-84 | 19-23 | 69-77 | 1.6-2.1 | 0.6-1.1 | 0.23 | <0.01 | <0.01 | <0.005 | 0.01 | 10-13 | 30-35 |
表4 盘圆物资性能对比
| 钢种 | 规格mm | 直径公差mm | 椭圆度mm | 抗拉强度MPa | 面缩率% | 晶粒度 | 索氏体率% | 脱碳层mm |
| 宝钢82B | Φ12.5 | ±0.12 0.2 |
0.02-0.16 | 1140-1180 | 30-36 | 9 | 90 | <0.07 |
| 神户82B | Φ13 | ±0.1 0.16 |
0.02-0.18 | 1100-1150 | 28-32 | 8.5-9.0 | ≥95% | 0.05+0.1 |
2.2.2 钢帘线盘圆
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盘圆作为拉丝原料，以满足其高强度、抗疲劳、耐冲击的特性。钢帘线采用Φ5.5mm或Φ5.0mm的高碳优质盘圆为原料，经过多道次冷加工拉拔至0.25mm-0.15mm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，外观表面质量直接影响到拉拔和捻制过程中的断头率、成品丝的力学性能，所以盘圆原料的选择优劣对钢帘线成品的加工性能和使用性能起着十分关键作用。
宝钢从87年已开始研究用模铸生产钢帘线用钢的试制工作，经过十多年的生产摸索、工艺研究和设备改进，已基本试制出专用的钢帘线盘圆B72LX、其实物质量水平如下：
（1）化学成份
| C% | Si% | Mn% | S% | P% | Cu% | Cr% | Ni% | Al% | O ppm | N ppm | |
| 宝钢B72LX | 0.71-0.74 | 0.18-0.25 | 0.46-0.55 | ≤0.005 | ≤0.015 | ≤0.02 | ≤0.05 | ≤0.06 | ≤0.003 | <20 | <30 |
| 神户KSC72 | 0.71-0.73 | 0.2 | 0.53 | 0.004 | 0.007 | ≤0.01 | ≤0.03 | ≤0.03 | ≤0.03 | 14 | ≤40 |
（2）尺寸公差
直径公差±0.15mm椭圆度0.18mm，占50%；±0.2mm椭圆度0.24mm占50%。
（3）表面质量
盘圆表面光滑，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%，Fe3O4占15-20%，达到进口量盘圆的质量水平。
（4）金相组织
组织为索氏体+少量珠光体+微量铁素体；单边总脱碳层小于0.05mm；表面细小发纹深度不超过0.03mm，已接近进口盘圆的实物水平。C/Co偏析控制在1.05-1.10，而进口盘圆一般≤1.05。
（5）力学性能
| 抗拉强度，MPa | 断面收缩率，% | 延伸率，% | 同圈差，MPa | |
| 宝钢B72LX | 1040-1050 | 44-45 | 9-10 | 12-14 |
| 神户KSC72 | 1040-1050 | 44-45 | 9-10 | 7-9 |
（6）杂物分布状态
| 夹杂物面积含量，% | 夹杂物个数个/mm2 | 夹杂物最大宽度尺寸，μm | |
| 宝钢B72LX | 0.023 | 18 | 8.3 |
| 神户KSC72 | 0.014 | 20 | 3.4 |
从用户使用角度看，0.25mm的拉拔捻股断头率已达10-15万m/次，进口盘圆为20-30万m/次。
2.3 冷墩钢盘条
冷墩钢盘圆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，对比要求盘圆有良好的冷加工性能和表面质量，尤其是要具备低的冷顶开裂率，因此对表面裂纹、脱碳有严格的规定。盘圆表面不得有裂纹、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，以及合金冷墩钢20MnTiB、SCM435等三类冷墩钢系列。
宝钢冷墩盘圆具有以下特点：
（1）化学成份均匀，散差小，[C]波动控制在±0.02%之内。
（2）尺寸精度，表面质量佳。盘条尺寸公差能达到±0.15mm，椭圆度±0.18mm，盘条表面光滑、无裂纹、折叠、结疤、耳子。
（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6-8级，非金属夹杂物、脆性夹杂物小于1级。
4、各类钢的冷预镦开裂率已达到小于0.08%，力学性能良好。如Φ12mm断面收缩率在56%，1/3冷墩开裂率≤0.02%，表面硬度HRB87。
2.4 焊丝
焊接性能是焊丝的重要使用性能，降低钢中碳的含量有利于改善其焊接性能，因此焊线盘圆要求化学成份均匀，气体含量低，氧化物、硫化物夹杂少，Mn、Si含量较高，从力学性能要求有“良好的”拉拔性能和较低的抗拉强度。
宝钢开发的焊丝用盘圆，以CO2气体保护焊丝ER70S-6为代表。该类焊丝盘圆直径为Φ5.0mm或Φ5.5mm，直径公差和椭圆度控制在±0.2mm和±0.24mm之内。盘条表面无轧制缺陷，微观发纹、凹坑、麻面深度小于0.08mm。盘圆抗拉强度在490-520MPa之间，延伸率为35-40%。金相组织均匀，为85%的铁素体+少量珠光体，晶粒度在7-8级之间。
3、宝钢线材的改进方向
3.1 进一步发挥钢质纯净度优势
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，具有铁水预处理，钢水精炼的优势，对夹杂物数量，尺寸、分布形状和类型控制手段完备。应进一步扩大纯净钢的市场占有率，满足市场对高品质线材盘圆的需要。
3.2 表面质量的改进
宝钢线材具有减定径机组，在尺寸公差、微观划痕、划叠等控制，已基本达到世界一流产品的水平。随着金属制品行业的发展，对盘圆表面质量的要求越来越高，部分热轧盘圆已出现不经过拉拔等表面处理而直接进行制品深加工的趋势，因此不断提高尺寸公差，推进表面无缺陷化供材，是日后轧制表面质量控制水平的主要改进方向。
3.3 保持产品质量的稳定性，并持续改进
宝钢在质量控制管理方面执行的是质量一贯管理，即从铁水生产开始就对各类产品进行严格的质量控制。但由于整个线材产品生产流程长而复杂，涉及到的各个工序控制参数繁多，因此，需不断提高质量一贯管理水平，使线材成品在化学成份、通条理化性能等方面的波动值进一步减少。在保持和稳定现有四大类产品质量水平的前提下，持续改进工序控制能力。
3.4 加大对用户使用技术的研究
满足用户的需求是企业追求的永恒目标。宝钢线材产品定位于服务金属制品行业，为了有效地提高线材产品实物质量，在质量改进过程中，应不断下力气了解制品行业的生产技术、工艺设备、研究用户使用技术。从用户的质量需求出发，按“用户标准+a（用户个性需求）”组织生产，并以此作为产品实物质量改进的一个方向。
参考文献：[1]刘济，曾加庆，纯净钢及其生产工艺，钢铁，2000，35（3）：68-72
[2]刘中柱，蔡开科，纯净钢生产技术，钢铁，2000，35（2）：64-69
[3]杨晓明，宝钢高速线材车间设计简介，轧钢，2000，17（2）：29-32
作者简介：
陆志新，1962年11月生，工学博士，高级工程师，宝山钢铁股份公司条钢厂厂长。
唐劲松，1968年5月生，管理学硕士，工程师，宝山钢铁股份公司条钢厂厂长助理。
