鞍鋼線材產(chǎn)品研發(fā)進展

車安，王宏亮，李建龍，安繪竹

（1.鞍鋼股份有限公司線材廠，遼寧 鞍山114042；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009）

線材用途十分廣泛，因此市場對不同領域的產(chǎn)品的質量要求也多種多樣，但總體的要求都是保證良好的使用性能和最終產(chǎn)品的綜合質量。不同線材生產(chǎn)廠由于設備能力不同，側重點不同，故在不同產(chǎn)品的質量表現(xiàn)也各不相同，國內線材行業(yè)與發(fā)達國家相比起步較晚，雖部分鋼廠的部分產(chǎn)品已經(jīng)達到或趕超國外產(chǎn)品，但整體水平仍存在差距。

鞍鋼股份有限公司線材廠（以下簡稱“鞍鋼線材廠”）是國內首條高速線材生產(chǎn)廠家，始建于1987年，現(xiàn)有兩條生產(chǎn)線，產(chǎn)能160萬t/a。線材1#線在1987年建立，后于1995年、2014年、2019年經(jīng)歷了三次改造，線材2#線于2010年末投產(chǎn)?，F(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格范圍Φ5.0～Φ25.0 mm，品種結構實現(xiàn)全覆蓋（除不銹鋼）。

鞍鋼線材品種主要分為六大類，分別為高碳精細鋼絲用鋼、預應力鋼、冷鐓鋼、彈簧鋼、焊絲鋼和電工鋼。本文分別從實物質量、產(chǎn)品研發(fā)等方面加以介紹。

1 高碳精細鋼絲用盤條

高碳精細鋼絲用盤條主要包括簾線鋼、鋼絲繩用鋼。通常使用碳含量不小于0.60%，規(guī)格為Φ5.0～Φ8.0 mm的盤條，經(jīng)下游拉拔成各類鋼絲，將鋼絲捻制成鋼簾線、鋼絲繩。通常簾線鋼絲線徑為Φ0.08～Φ0.35 mm，鋼絲繩單絲線徑為Φ0.5～Φ3.6 mm[1]。

簾線鋼是生產(chǎn)輪胎骨架用鋼的原料，目前國內年需求量達200萬t，是鞍鋼線材廠的支撐性品種。鞍鋼線材廠自2004年開發(fā)簾線鋼至今已有15年歷史，現(xiàn)已成為國內高端簾線最穩(wěn)定供應商之一，品種上實現(xiàn)了60～90級全品種覆蓋。鞍鋼簾線鋼具有拉拔性能高、疲勞性能好等優(yōu)點，近年來先后攻克了網(wǎng)狀滲碳體（簡稱網(wǎng)碳）、免酸洗鐵皮控制、強度個性化控制等行業(yè)難題，形成了冬、夏、春、秋不同季節(jié)的控軋控冷參數(shù)設計，實物質量逐年提高，鋼簾線加工過程中斷絲率逐年下降。此外，鞍鋼線材廠與多個戰(zhàn)略用戶簽訂技術合作協(xié)議，針對行業(yè)發(fā)展前沿問題共同攻關，協(xié)作研發(fā)。

鋼絲繩用鋼是鞍鋼線材廠的重要品種之一，鋼種包括SWRH42A/B-SWRH82A/B，產(chǎn)品規(guī)格為Φ5.0～Φ10.0 mm。該類鋼種種類復雜、應用廣泛。以SWRH72A為例，該產(chǎn)品的用途多達十余種，如圖1所示。

鞍鋼技術服務團隊充分面對市場，根據(jù)鋼絲繩各子領域成品的質量要求，充分識別各類產(chǎn)品的加工過程，采用面向市場的“逆向”產(chǎn)品研發(fā)思路，制定個性化生產(chǎn)標準，對內嚴格把控全流程工藝，特別是高精細汽車控制線用盤條的開發(fā)，得到了寶馬、奔馳、奧迪等知名品牌的認證，產(chǎn)品研發(fā)思路如圖2所示。

圖2 鋼絲繩產(chǎn)品研發(fā)思路Fig.2 Research Idea for Steel Wire Ropes

2015年，隨著出口政策的調整，原加B類鋼絲繩品種調整為加Cr、V類品種并用于出口。合金元素的添加，極大地改變了該鋼種的相變熱力學與相變動力學過程，需根據(jù)CCT曲線大幅度修改控軋控冷工藝。以含0.35%Cr的Φ13 mm規(guī)格SWRH82BCr為例，在相同冷速下，較SWRH82B相變溫度降低，相變時間延長，強度提高100 MPa。截至目前，鞍鋼線材該類鋼種已穩(wěn)定出口約30萬t，為度過鋼鐵寒冬期做出了較大貢獻。

在線水浴韌化處理（EDC）技術是鞍鋼獨有技術，其特點為對吐絲后盤條進行浸水式冷卻，有效地解決了風冷工藝下盤條搭接點與非搭接點堆疊厚度不均而導致的冷卻不均問題，大幅降低了盤條的同圈性能差。以Φ5.5 mm為例，在常規(guī)斯太爾摩風冷工藝下，同圈性能差≤40 MPa；采用EDC工藝則同圈性能差≤20 MPa。同時，EDC產(chǎn)品經(jīng)下游加工后，其成品的扭轉、疲勞等性能指標也有較大的提升，EDC與風冷工藝產(chǎn)品性能對比見表1[2-3]。

表1 EDC與風冷工藝產(chǎn)品性能對比Table 1 Performance Comparison between EDC and Air Cooling Process

2 預應力鋼絞線、鋼棒用盤條

2.1 預應力鋼絞線

預應力鋼絞線通常為大規(guī)格高碳鋼盤條經(jīng)拉拔、捻制并經(jīng)穩(wěn)定化處理制成，廣泛應用于大型工程混凝土結構、大跨度橋梁纜索等國家重點領域、工程。如京沈高鐵主體混凝土結構中使用的鋼絞線85%為鞍鋼盤條制成。此外，鞍鋼還成功開發(fā)了82BCrV，用于生產(chǎn)1570級高鐵鋼軌軌板內預張拉鋼絲[4]。

鞍鋼線材廠在此領域雖然取得了一定的成績，但在此類鋼種的研發(fā)上還存在一些問題，如冬季脆斷問題。冬季脆斷是大規(guī)格高碳鋼盤條的典型問題，在北方區(qū)域尤為嚴重。脆斷問題機理屬于鋼中殘余應力范疇，大規(guī)格盤條在軋后冷卻過程中形成組織應力、熱應力，在運輸過程中難免會遇到磕碰而又形成了機械應力，此幾種應力耦合后在大規(guī)格盤條表面、次表面部位形成裂紋源，最終在拉拔前伸直過程發(fā)生斷裂。應對的主要措施有：①冬季適當調整材料中的合金成分，保證盤條強度；②冶煉過程控制心部區(qū)域偏析，防止心部馬氏體級別過高；③適當調整加熱溫度，防止鋼坯中奧氏體晶粒尺寸增大；④適當降低冷卻速度，降低組織應力、熱應力；⑤迅速打包；⑥堆垛緩冷。

2.2 預應力鋼棒

自山西興縣瓦塘站引出，途經(jīng)晉豫魯3省12市，終點為山東日照南站，全長1 260 km的山西中南部鐵路通道是我國第一條重載鐵路，也是世界上一次建成里程最長的重載鐵路。采用直徑為Φ16 mm、抗拉強度≥1 420 MPa、最大力伸長率≥3.5%的低松弛預應力鋼棒，應用于混凝土T梁橫向連接。鞍鋼為滿足工程要求，開發(fā)了35Si2Cr盤條鋼。由于用途較為苛刻，對鋼質潔凈度要求較高，重點要控制盤條夾雜物、偏析、組織及表面脫碳。35Si2Cr在重載鐵路上的應用如圖3所示。

圖3 35Si2Cr在重載鐵路上的應用Fig.3 Application of 35Si2Cr in Building Heavy Railway

3 冷鐓鋼、彈簧鋼

3.1 冷鐓鋼

冷鐓鋼為工業(yè)線材中用量最大的產(chǎn)品，也是線材行業(yè)競爭最為激烈的品種。冷鐓鋼盤條是利用金屬的塑性，在室溫下采用一次或多次沖擊加載并在模具中產(chǎn)生變形，用于生產(chǎn)螺栓、螺母、鉚釘?shù)葮藴始a(chǎn)品，是鞍鋼的基礎性品種之一。冷鐓鋼加工變形量通常達1/6～1/3甚至更高，對盤條的表面質量、塑性變形能力要求較高，冷鐓鋼產(chǎn)品根據(jù)應用領域及強度級別從3.6～12.9級共分為10個等級，市場上流通比較廣泛的冷鐓鋼產(chǎn)品分為三類，即碳素冷鐓鋼、B系冷鐓鋼、Cr-Mo系冷鐓鋼。近年來，鞍鋼線材廠圍繞冷鐓鋼表面缺陷、碳素冷鐓鋼表面紅銹及螺栓耐蝕性能等重點、難點問題進行攻關，取得了突出的效果。

表面缺陷是導致冷鐓鋼開裂失效的主要原因，在試樣進行冷成型的過程中，試樣上下表面受壓應力，側面受拉應力，表面缺陷會導致側表面局部應力集中從而產(chǎn)生冷鐓開裂。鞍鋼線材技術團隊經(jīng)過同行業(yè)走訪與經(jīng)驗借鑒，制定了《冷鐓鋼生產(chǎn)控制預案》，冷鐓鋼現(xiàn)場生產(chǎn)控制流程圖如圖4所示，從原料、軋制、檢驗三方面控制冷鐓鋼盤條的表面質量[5-6]，取得了較好的效果，縮短了現(xiàn)場因冷鐓鋼表面缺陷的調整時間，冷鐓鋼盤條的合格率由89%提高至96%，由于盤條軋制而產(chǎn)生的冷鐓開裂異議率＜0.5%。

3.2 彈簧鋼

彈簧鋼在國民經(jīng)濟中應用也較為廣泛，例如汽車發(fā)動機氣門彈簧、汽車懸架簧、汽車扭桿簧、機械及家具彈簧等。鞍鋼碳素系（TH70、TH80）、錳系（65Mn）彈簧鋼開發(fā)較早，受設備能力局限，鞍鋼自2012年開始研發(fā)55SiCr等高硅類合金彈簧鋼，目前已實現(xiàn)批量應用，1 800 MPa級汽車懸架簧類產(chǎn)品疲勞次數(shù)達30萬次，已具備國內一流水平。

彈簧鋼脫碳問題是行業(yè)內難點問題之一，也是影響彈簧疲勞壽命的重要因素。線材廠對脫碳問題進行了大量的研究工作，在原料方面，檢測連鑄坯、連軋坯的脫碳，通過全修磨保證鋼坯無脫碳；在加熱方面通過控制加熱爐氣氛及降低加熱溫度抑制鋼坯脫碳；控軋控冷采用低溫軋制、相變前快冷等方式，有效保證了盤條無全脫碳，總脫碳≤60μm，達到了國內先進水平。工藝優(yōu)化前后，55SiCr表面全脫碳情況對比如圖5所示。優(yōu)化前，盤條表面存在深度約30μm的柱狀全脫碳層；優(yōu)化后，表面僅存在顆粒狀半脫碳，無全脫碳。

此外，彈簧鋼高強度化、耐腐蝕性也是目前研究的熱點問題。通過V、Re合金化及與相關院所合作，目前已取得一定進展。

圖4 冷鐓鋼現(xiàn)場生產(chǎn)控制流程圖Fig.4 Control Flow Chart for Production of Cold Headed Steel on Site

圖5 55SiCr表面全脫碳對比Fig.5 Contrast on Complete Decarburization of Surface of 55SiCr Steel

4 焊絲鋼

焊絲鋼具有品種多、應用廣、單品種產(chǎn)量小，以及同品種不同用戶標準差異極大等特點。鞍鋼焊接用鋼盤條包含氣保焊絲ER70S-G系列、耐候H08MnSiCuCrNi系列、管線AH80GL系列、ASW出口系列和特種用途高合金系列五大系列，80余個品種。產(chǎn)品廣泛應用于造船、車輛、石油化工、管線、鐵路機車、壓力容器及核電設備等高端領域，見圖6。

目前，鞍鋼焊絲鋼實物質量水平達國內領先水平，已成為國內重要高等級焊絲鋼生產(chǎn)基地。特別是近年來成功開發(fā)的ER70S-G系列產(chǎn)品國內市場占有率達70%以上，焊接綜合性能水平優(yōu)于浦項制鋼（POSCO）；特種用途高合金系列產(chǎn)品全部采用電爐冶煉工藝，國內市場占有率達60%以上，產(chǎn)品質量獲國內外用戶認可。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，相繼解決了盤條表面組織粗大[7]、盤條強度高、盤條免酸洗、成品送絲穩(wěn)定性差等疑難問題。

5 導電鋼

碳鋼經(jīng)拉拔后作為導電載體骨架材料，后鍍Cu制作成電導線，能夠有效降低生產(chǎn)成本。一般該領域材料可分為高強度和低強度兩種級別。高強度級別一般應用在遠距離輸電，通常使用SWRH22B等材料；低強度級別多用于各類電子、信號傳輸?shù)扔猛?。因此，要求此類鋼種具有較高的導電性以提高電導率和信息傳輸?shù)臏蚀_性。業(yè)內通常將導電率≥16.8%作為評價低強導電鋼盤條的指標。低強導電鋼采用超低碳鋼作為母材，其化學成分見表2。導電鋼盤條規(guī)格一般為Φ5.5～ Φ6.5 mm，圖7為超低碳鋼AGM6-2的顯微組織。

圖6 焊絲鋼應用舉例Fig.6 Examples of Weld Wire Steels in Use

表2 導電鋼盤條化學成分（質量分數(shù)）Table 2 Chemical Components of Conductive Steel Wire Rod(Mass Fraction) %

圖7 AGM6-2心部顯微組織（200×）Fig.7 Microscopic Structure in Core of AGM6-2（200×）

由圖7可以看出，其晶粒尺度較大，晶粒度級別一般為4.5～5.5級，前期鞍鋼生產(chǎn)了一定量AGM6-2產(chǎn)品，經(jīng)用戶拉拔加工后，導電率、強度等指標滿足要求，但由于連澆性等問題，一直沒有大批量生產(chǎn)。

6 結語

鞍鋼線材廠經(jīng)過近些年的不斷發(fā)展，已逐步實現(xiàn)品種規(guī)格全覆蓋，以打造精品線材為理念，以客戶為中心，緊緊圍繞“加密線材、精穩(wěn)線材、延伸線材”為工作方向，產(chǎn)品在國內中高端市場的占有率達4.6%，現(xiàn)已成為國內重要的高端工業(yè)線材生產(chǎn)基地，獲得了數(shù)項國家、省市級科技進步獎，形成數(shù)百項專利及專有技術。雖取得了一定成績，但鞍鋼線材在品種拓展、高端產(chǎn)品應用和產(chǎn)品全生命周期管理等方面與國內外一流線材廠還有一定差距。未來，鞍鋼線材廠將借助智能工廠建設、校企合作研發(fā)等方式，不斷推進產(chǎn)品質量提升，打造鞍鋼線材品牌。