首钢水钢如何“洁净”生产钢丝用盘条

用SWRH82B盘条制作的预应力钢绞线是我国“八五”以来发展的新型建筑材料，每年以几万吨的速度递增。目前，我国国内能生产SWRH82B盘条的有宝钢、武钢、首钢水钢、沙钢和马钢等企业。

    由于预应力钢丝和钢绞线工作条件和工作环境的特殊性，要求其质量必须材质均匀，通条性能好；同一批产品必须规格一致、尺寸准确，强度在一个级别上；应力松弛小。相应地，这就要求生产预应力线材制品用盘条钢质纯净度高、成分均匀、线材表面质量好、组织索氏体化程度高且均匀、性能稳定。而SWRH82B高碳钢盘条是生产预应力钢丝及钢绞线的首选原料，高碳、高强度，并有良好的强韧性配合。

    我国SWRH82B盘条存在的质量问题

    目前，我国预应力钢丝制品用盘条存在的主要问题有以下几个。

    第一是钢质问题。由于绝大部分生产盘条的钢厂受现有连铸设备的限制，造成铸坯的碳偏析、疏松、缩孔等冶金缺陷，进而影响盘条的质量。第二是盘条通条性能差。例如，抗拉强度指标在同一盘条不同部位波动大，差值甚至超过100MPa。而日本盘条产品则不超过30MPa。第三是索氏体化率不高且不均匀。第四是大规格盘条生产量少，用户只能生产低强度级别的预应力钢丝及钢绞线，钢丝的直径也受到限制。第五是出现表面质量、尺寸精度、切头不净和包装质量等问题。

    重在成分合理、生产“洁净”

    为满足市场需求，水钢从2007年就开始试制SWRH82B盘条，进行了《高性能SWRH82B盘条研发与产业化》课题的研究，并于2010年实现了规模化生产，年产量可达到15万吨以上。

    生产后的产品检验表明，水钢生产的SWRH82B盘条性能优良。该盘条的微观组织为索氏体和珠光体，索氏体占95%~98%。ф12.5mm盘条的抗拉强度为1180MPa～1240MPa，断面收缩率为30%~40%。贵州钢绳股份公司第四分厂将水钢ф12.5mm的SWRH82B盘条以7.0m/s的拉拔速度拉拔成ф5.05mm的钢丝，很少发生断裂情况，钢丝强度达到1911MPa~2036MPa，成功地制成了钢绞线。钢绞线的规格为l×7—15.24(1根ф15.24mm的绞线由7股钢丝捻制而成)，屈服强度为1680MPa~1810MPa，抗拉强度为1860MPa~1940MPa。

    ●盘条成分设计情况

    SWRH82B高碳钢中主要化学成分为C、Si、Mn、P、S及微量其他元素。其轧制控冷后的盘条组织以细片状珠光体(索氏体)为主。根据各元素在该钢中的作用机理及对组织和性能的影响，并结合水钢生产实际，该公司设计了合理的SWRH82B盘条钢化学成分。具体情况如下。

    碳是决定SWRH82B高碳钢线材轧制冷却后组织性能的主要元素。当钢的含碳量超过共析含碳量后，抗拉强度提高缓慢，以致于最后抗拉强度随含碳量增加而降低。此外，含碳量增加会使高碳钢的拉拔性能变坏。

    硅含量的增加可以使抗拉强度提升。在碳钢中每增加0.1%硅，可使热轧钢的抗拉强度提高约7.8MPa~8.8MPa，屈服点提高约3.9MPa~4.9MPa，延伸率下降约0.5%。

    锰对高碳钢性能有良好作用。钢中的锰一部分形成夹杂物，对高碳钢性能有良好的作用，可提高SWRH82B高碳钢线材热轧后的硬度和强度。水钢在生产中发现，在SWRH82B高碳钢锰含量范围内，每增加0.1%锰，大致可使热轧后钢材的抗拉强度增加7.8MPa~12.7MPa，延伸率下降0.4%。

    铬能提高盘条强度，改善拉拔性能。在SWRH82B钢中，铬的作用主要是使相变点降低，从而实现提高强度和改善性能。

    尽量降低SWRH82B钢中的磷、硫含量。一般来说，磷是有害杂质元素。虽然磷能使钢的强度提高，但是塑性、韧性也随之降低。硫通过形成硫化物夹杂对钢的力学性能发生影响。增加钢中含硫量，将使硫化物夹杂的含量增加，钢的塑性和韧性将降低，同时钢的热加工性能将变坏。

    其他残余元素含量一般控制在0.3%以内。常见的有Cu、Ni等，主要是为使SWRH82B盘条的性能波动范围不致过大。

    ●对盘条进行洁净钢生产

    通过实施洁净钢生产工艺，水钢SWRH82B钢实现了有害元素含量低、夹杂含量低，确保了用户的使用性能。SWRH82B这样的洁净钢应该包括两方面的内容：一是钢中杂质总量低；二是控制钢中非金属夹杂物的形态。

    水钢在研发中检测了SWRH82B生产过程中的夹杂物，并指出夹杂物的来源可能与钢包处理和浇注期间加入的各种添加物以及所进行的操作有关；得出了总氧量与氧、硫在氧化物和硫化物中分布的关系，对于提高铸坯的洁净度很有益；总结出转炉中控制合适的出钢温度、终渣氧化性，LF精炼中控制钢包渣的成分，连铸过程中减少耐材的二氧化硅含量等措施有利于降低钢中的氧含量，提高钢水的洁净度。

    在实际生产中的主要措施有以下几点。

    复合脱氧。复合脱氧剂脱氧既能充分发挥强脱氧剂的脱氧作用，又能通过改变脱氧产物组成，改善钢水流动性和提高钢水的纯净度。

    LF炉精炼。良好的氩气搅拌是LF炉精炼的一大特点，总结出合理的吹氩制度至关重要。此外，选择合理的组成配比和粒度的渣系是LF实现良好效果的保证。

    连铸保护浇铸。一般来说，经过LF炉精炼的SWRH82B钢水是很“干净”的，但是在浇注过程中钢水与空气作用发生二次氧化，会使钢水再次污染。因此，浇注过程中钢水密封是生产纯净钢的重要操作之一。要采用相关措施严格控制钢液的二次氧化，最大限度地控制夹杂物的增多。必要的保护和净化钢水措施是提高铸坯洁净度的关键。

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    首钢水钢“人工时效”检盘条获奖

    本报讯近日，由首钢水钢技术中心组织申报的专利———《一种热轧82B盘条人工时效检验方法》获得六盘水市第二届优秀专利奖。据悉，此次水钢获奖的专利属发明型专利，于2012年10月份获得国家专利授权，是国家科技支撑计划项目《高强度低松弛预应力钢丝、钢绞线用钢及制品研发》子课题《高性能SWRS82B盘条研发与产业化》的科技成果。

    在产品开发过程中，根据标准82B盘条的力学检验须在轧制完成后10天进行，这将对批量生产、库存管理、产品外发及铁路物流带来巨大影响。为了缩短检验周期，该公司技术中心在产品试制期间开展了用模拟“人工时效”来代替“自然时效”的研究，从温度、保温时间控制等方面进行了大量的参数试验和数据分析，通过实践取得了成功，大大减少了库存积压和延迟罚款，以及产品质量异议的产生。