□ 田曉霞

高線產(chǎn)品的質(zhì)量控制與發(fā)展

□ 田曉霞

重點介紹了安鋼高線產(chǎn)品的質(zhì)量控制現(xiàn)狀及產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展方向和定位,分析了產(chǎn)品技術(shù)特點,對產(chǎn)品的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

高速線材；產(chǎn)品質(zhì)量；研發(fā)方向

一、前言

安鋼高線于2001年7月30日建成并投產(chǎn),軋線高速區(qū)主體設(shè)備引進(jìn)美國摩根公司第六代軋機(jī),預(yù)精軋機(jī)、精軋機(jī)和減定徑機(jī)采用2×2+8+4布置型式,所有規(guī)格產(chǎn)品均通過減定徑機(jī)軋出,在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。產(chǎn)品大綱為直徑5.5～20mm盤條。品種包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)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(shè)配套的煉鋼設(shè)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(jī)6流150mm×150mm方坯連鑄機(jī)1臺。2003年和2004年分別新增VD真空脫氣裝置和100 t頂?shù)讖?fù)吹氧氣轉(zhuǎn)爐1座,2005年引進(jìn)結(jié)晶器液面自動控制技術(shù)。精煉(LF、VD)、電磁攪拌和液面自動控制技術(shù)的應(yīng)用,為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)潔凈鋼奠定了基礎(chǔ),具備了高品質(zhì)制品用盤條的生產(chǎn)能力。

二、產(chǎn)品現(xiàn)狀

安鋼高線投產(chǎn)以來,大力開發(fā)新特產(chǎn)品,秉承“研發(fā)一批、穩(wěn)定一批、投產(chǎn)一批、儲備一批”的研發(fā)理念,技術(shù)科研部門和工程技術(shù)人員聯(lián)合進(jìn)行“二次創(chuàng)新”和自主創(chuàng)新,到2014年品種比達(dá)到99%以上,產(chǎn)品布局見表1。

表1 2014年高線盤條產(chǎn)品一覽表

從表1看,目前安鋼高線盤條產(chǎn)品主要為制品用高碳鋼(41.26%)、冷墩標(biāo)準(zhǔn)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(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(7.20%)、彈簧鋼盤條(5.04%)、圓環(huán)鏈用鋼(5.01%)。產(chǎn)量相對較少的鋼簾線用盤條(0.11%)和焊接用盤條(0.45%)。

三、產(chǎn)品技術(shù)特點

安鋼高線在研發(fā)過程中,結(jié)合自身的工藝裝備、工藝流程和產(chǎn)品技術(shù)要求,形成了以SWRCH35K冷墩用鋼、SWRH82B預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線用鋼為代表的優(yōu)質(zhì)拳頭產(chǎn)品,呈現(xiàn)出了較為科學(xué)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)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(chǎn)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(biāo)JIS G 3507-1生產(chǎn)的SWRCH35K(17.24%)產(chǎn)品,一般用于制作6.8～8.8級標(biāo)準(zhǔn)件,該牌號產(chǎn)品在國內(nèi)外均存在較大的市場空間。安鋼在該產(chǎn)品研發(fā)期間,針對產(chǎn)品的技術(shù)特點和要求,重點控制產(chǎn)品的化學(xué)成分穩(wěn)定性和冷墩工藝性能。

在實際生產(chǎn)中,轉(zhuǎn)爐冶煉工序通過優(yōu)化合金配比、使用含鐵廢料、出鋼二次擋渣等初步控制化學(xué)成分及有害元素；精煉工序通過微調(diào)化學(xué)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(qiáng)度等措施穩(wěn)定控制化學(xué)成分、有害元素含量和非金屬夾雜物；連鑄工序通過保護(hù)澆注、控制鋼水過熱度和鑄坯拉速、結(jié)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(nèi)外部凝固質(zhì)量；軋制工序通過控制各階段溫度、料型尺寸、機(jī)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(zhì)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(shè)定等控制產(chǎn)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(biāo)GB/T6478、和日標(biāo)JIS G 4053生產(chǎn)的鉻鋼、鉻鑰鋼及參照美標(biāo)ASTM A510M微合金含硼鋼,該類產(chǎn)品一般用于生產(chǎn)10.9～12.9級高強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)件或者冷墩鋼絲。安鋼在該類產(chǎn)品研發(fā)期間,主要在碳素冷墩鋼生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合產(chǎn)品的技術(shù)要求和用戶要求,除了重點控制產(chǎn)品的化學(xué)成分穩(wěn)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(qiáng)化作用、控制非金屬夾雜物形態(tài)、簡化退火工藝和軟化原始組織的研究方向,進(jìn)一步穩(wěn)定力學(xué)性能、提高冷墩性能。為此,技術(shù)部門進(jìn)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(shù)、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(yù)應(yīng)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(chǎn)品牌號見表1。

(1)預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線用盤條

該類產(chǎn)品主要是按日標(biāo)JIS G 3506生產(chǎn)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(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線。要求該產(chǎn)品具有穩(wěn)定的化學(xué)成分、較高的抗拉強(qiáng)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(chǎn)品研發(fā)期間,針對產(chǎn)品技術(shù)要求和技術(shù)特點,重點控制產(chǎn)品力學(xué)性能和拉拔、捻制工藝性能。為此,技術(shù)人員提出了穩(wěn)定控制碳、硅、錳等化學(xué)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(nèi)外部凝固質(zhì)量,改善盤條表面質(zhì)量和控制產(chǎn)品金相組織的研發(fā)思路。同時,技術(shù)部門進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐高碳出鋼技術(shù)、含鐵廢料利用技術(shù)、精煉吹氬攪拌制度、小方坯連鑄鑄坯質(zhì)量控制技術(shù)、保護(hù)渣合成技術(shù)、低溫軋制加熱技術(shù)、低溫軋制技術(shù)、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(guī)律等項目的研究。

(2)高碳制絲用盤條

安鋼生產(chǎn)的高碳制絲用盤條主要是按GB/T24242生產(chǎn)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(qiáng)度在1 850～3 350 MPa之間,對彎曲次數(shù)、扭轉(zhuǎn)次數(shù)、打結(jié)率有一定的要求。因此,對原材料提出了鋼質(zhì)純凈、成分穩(wěn)定、強(qiáng)度高、韌性好、塑性優(yōu),通條性能均勻的技術(shù)要求。

在該類產(chǎn)品研發(fā)期間,針對產(chǎn)品技術(shù)要求和技術(shù)特點,重點控制產(chǎn)品力學(xué)性能穩(wěn)定性和優(yōu)良的拉拔性能。

實際生產(chǎn)過程中,在高碳鋼生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,前期穩(wěn)定控制鐵水化學(xué)成分；轉(zhuǎn)爐冶煉工序重點優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu),提高一次點吹成功率,控制初煉化學(xué)成分、轉(zhuǎn)爐出鋼溫度及有害元素、殘余元素含量；精煉工序重點應(yīng)用精煉渣和吹氬強(qiáng)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(jié)晶器冷卻強(qiáng)度、二冷配水制度與拉速的合理關(guān)系,控制連鑄坯內(nèi)外部凝固質(zhì)量；軋制工序應(yīng)用小規(guī)格盤條軋制生產(chǎn)技術(shù),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(chǎn)品金相組織的索氏體化率[11-13]。

四、產(chǎn)品展望

近年來,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)布局和政策出現(xiàn)了一些變化。一是隨著我國改革開放的深入進(jìn)行,國家產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)行了調(diào)整,比如“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略、“中原經(jīng)濟(jì)區(qū)”戰(zhàn)略,加大了內(nèi)地產(chǎn)業(yè)化的扶持力度；二是經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)產(chǎn)業(yè)制造成本上升,一些勞動密集型產(chǎn)業(yè)向內(nèi)地轉(zhuǎn)移,比如“富士康”相繼在鄭州、武漢、天津建設(shè)制造基地與物流中心,三是內(nèi)地企業(yè)經(jīng)過多年的鍛煉,企業(yè)管理水平、市場競爭力、創(chuàng)新能力得到了突飛猛進(jìn)的提高,比如企業(yè)質(zhì)量體系認(rèn)證和卓越績效模式的運(yùn)行。這些因素帶來了內(nèi)地汽車制造業(yè)、工程機(jī)械制造業(yè)、公路、鐵路、電力等基礎(chǔ)設(shè)施的大發(fā)展。

1. 產(chǎn)品定位與戰(zhàn)略方向

當(dāng)今國內(nèi)鋼鐵行業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的局面,各鋼鐵廠之間產(chǎn)品同質(zhì)化競爭、低成本競爭比較突出。因此,今后的產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢,研發(fā)生產(chǎn)不同行業(yè)需要的鋼鐵材料。

安鋼地處中原,具有50多年鋼鐵行業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)與管理經(jīng)驗的積累與沉淀,近年來隨著“三步走”戰(zhàn)略的實施,工藝技術(shù)裝備又得到了大幅度提升,安鋼高線做為安鋼較早引進(jìn)的先進(jìn)生產(chǎn)線,技術(shù)裝備完善、創(chuàng)新能力較強(qiáng)。

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

(1)精細(xì)鋼絲用盤條

精細(xì)鋼絲一般包括線切割用鋼質(zhì)電極絲、線鋸和多線鋸用高強(qiáng)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(yè),近年來逐步引進(jìn)高強(qiáng)鋼質(zhì)(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(fā)展較快；多線鋸多用于半導(dǎo)體行業(yè)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(yè)的發(fā)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(yè),鋼絲直徑一般為0.15～0.38 mm,目前國內(nèi)盤條年需求量約為200萬噸,均屬于高端高效產(chǎn)品。

(2)高強(qiáng)度焊接用盤條

高強(qiáng)度焊接用盤條一般指60kg級以上的盤條產(chǎn)品,包括ER60、ER70、ER80等。主要用于Q420以上級別鋼板的焊接,在機(jī)械制造行業(yè)該類產(chǎn)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(qū)的煤機(jī)行業(yè)、起重行業(yè)和其他制造業(yè)需求量較大,屬于高效產(chǎn)品。

(3) 彈簧鋼

彈簧鋼用量最大的行業(yè)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(qū),承接京廣和隴海兩大鐵路線,鐵路器材用彈簧扣件產(chǎn)量較大,僅安陽地區(qū)年需求約為5萬噸。此外,隨著中部地區(qū)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(jié)構(gòu)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(jī)械的連接于固定；合金結(jié)構(gòu)鋼主要用于汽車、機(jī)械、工具等行業(yè)的零部件制造。該類產(chǎn)品由于訂單批量較小、生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜,一般附加值較高。

2 生產(chǎn)工藝與研究重點

在新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)方面,在對鋼鐵材料本身進(jìn)行生產(chǎn)工藝的研究和開發(fā)的同時,還要注重對低成本生產(chǎn)等內(nèi)容的研究。

(1)新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝研究

對于高端產(chǎn)品,產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的價值和市場競爭力,因此在新產(chǎn)品的開發(fā)過程中要注重對以下內(nèi)容的研究。

①鑄坯質(zhì)量研究。鑄坯質(zhì)量是鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)和使用的關(guān)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(nèi)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(chǎn)品的生產(chǎn)和使用中會帶來遺傳性和機(jī)理性的缺陷,造成質(zhì)量問題。因此,強(qiáng)化鑄坯質(zhì)量的研究具有重要的意義。

②鋼質(zhì)純凈度研究。鋼質(zhì)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(chǎn)品的生產(chǎn)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(yè)的一個獨(dú)立課題,研究范圍甚至涉及煉鐵、預(yù)處理、煉鋼(精煉)和連鑄等多個工序；研究內(nèi)容包括了實驗室的夾雜物性質(zhì)研究、夾雜物的冶金機(jī)理研究和大生產(chǎn)的合金材料選擇、耐材和澆注設(shè)備的選用等。

③極限規(guī)格盤條生產(chǎn)工藝研究。極限規(guī)格盤條多用于特殊用途產(chǎn)品,市場上一般供給量不足,產(chǎn)品價格也相對較高,因此極限規(guī)格盤條的生產(chǎn)具有產(chǎn)品差異化的競爭力和規(guī)格效益的特點。由于極限規(guī)格產(chǎn)品對機(jī)械電器設(shè)備能力、工藝參數(shù)設(shè)計要求較高,因此生產(chǎn)組織難度較大、機(jī)時產(chǎn)量也受限,加強(qiáng)極限規(guī)格生產(chǎn)的研究,具有較強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

(2)低成本生產(chǎn)研究

成本是決定產(chǎn)品價格的關(guān)鍵因素,低成本產(chǎn)品的市場競爭力是不言而喻的,新產(chǎn)品的研究與開發(fā)伴隨著產(chǎn)品成本的設(shè)計與預(yù)算,應(yīng)從工藝路線、鋼鐵料消耗、合金料結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究。

①工藝路線選擇。同類型的產(chǎn)品有不同的工藝路線,比如在寶鋼鋼簾線的生產(chǎn)中,初期在冶煉工序摸索了預(yù)處理工藝、轉(zhuǎn)爐與電爐、LF與VD、RH等的正交復(fù)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(chǎn)品制造成本的優(yōu)勢與劣勢,選擇合適的工藝路線有利于產(chǎn)品成本的降低。比如,安鋼生產(chǎn)的系列鋼簾線用鋼,可以根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求和價格情況,進(jìn)行動態(tài)的開發(fā)管理,普通級產(chǎn)品選擇常規(guī)工藝路線,較高級別的產(chǎn)品(精細(xì)鋼絲用鋼、高級別彈簧鋼)投用VD、修磨等設(shè)備。

②鋼鐵料消耗。鋼鐵料消耗是煉鋼成本管理的關(guān)鍵因素,在新產(chǎn)品的研發(fā)過程中,要結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)工藝優(yōu)化鋼鐵料的消耗指標(biāo)。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(jié)合產(chǎn)品要求對頭爐和尾爐的鋼坯進(jìn)行精細(xì)管理,合理控制鋼鐵料消耗。

③合金料結(jié)構(gòu)優(yōu)化。冶金合金料和輔料是煉鋼生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),其加入的品種結(jié)構(gòu)既影響產(chǎn)品質(zhì)量,又影響產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。在新產(chǎn)品的研發(fā)過程中尤其要重視冶金新材料和新技術(shù)的應(yīng)用,關(guān)注新技術(shù)的進(jìn)展,進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)品成本,比如安鋼在ER50-6的生產(chǎn)中,通過合金料結(jié)構(gòu)的新材料應(yīng)用,較大幅度地降低了成本。今后可以根據(jù)產(chǎn)品的要求,在新產(chǎn)品開發(fā)和常規(guī)產(chǎn)品的生產(chǎn)中加大新材料和新技術(shù)的應(yīng)用,以期進(jìn)一步控制產(chǎn)品成本。

五、結(jié)束語

安鋼高線機(jī)組經(jīng)過近10年的發(fā)展,冷墩鋼和高碳鋼系列產(chǎn)品的研發(fā)已經(jīng)站在高端位置,具備了研發(fā)精細(xì)鋼絲用鋼、彈簧鋼等高品質(zhì)盤條的技術(shù)創(chuàng)新能力,今后可以結(jié)合區(qū)域優(yōu)勢行業(yè),在新產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、低成本等方面加強(qiáng)研究,進(jìn)一步開發(fā)附加值較高的產(chǎn)品?！?/p>

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（作者單位：安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南安陽455004）

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1002-1779 (2015) 02-0043-04