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切割钢丝用盘条工艺流程与生产现状
切割钢丝用高碳钢盘条,国内产品质量尚无法完全满足钢丝生产要求,在很大程度上仍依赖进口。生产出高质量切割钢丝用盘条是国内钢铁企业的紧迫任务。要生产出高质量切割钢丝用盘条,必须综合运用超高强度钢生产技术、微合金化技术、超纯钢生产技术和微细丝用钢生产技术,才能达到预期目标。显而易见,要同时熟练地运用这些技术,从工艺装备水平和实际操作经验两方面看,特钢厂比普钢厂更有优势。
1、切割钢丝用盘条基本性能
切割钢丝断丝率很大程度上取决于盘条质量。优质高碳钢盘条首先要看化学成分控制水平、钢的纯净度和显微组织的均匀性。国内生产切割钢丝用盘条目前全部依赖进口,生产企业确认的优质盘条有日本神户制钢的KSC82、KSC92E,新日铁的NSC85、NSC90,德国和英国的POSCO、POSCORD90、POSCORD90E等。日本神户和新日铁切割钢丝用盘条牌号和化学成分见表1。进口C92E盘条化学成分见表2、物理性能见表3、金相组织及夹杂见表4。
表1:日本切割钢丝用盘条的牌号和化学成分
牌号 |
生产企业 |
元素质量分数/% |
|||||||
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
||
KSC82 |
神户制钢 |
0.80~0.85 |
0.15~0.30 |
0.70~0.75 |
≤0.020 |
≤0.020 |
≤0.05 |
≤0.05 |
≤0.05 |
KSC90 |
神户制钢 |
0.88~0.93 |
0.15~0.30 |
0.70~0.75 |
≤0.020 |
≤0.020 |
≤0.05 |
≤0.05 |
≤0.05 |
KSC92E |
神户制钢 |
0.90~0.95 |
0.10~0.30 |
0.25~0.45 |
≤0.020 |
≤0.015 |
0.15~0.30 |
≤0.06 |
≤0.09 |
KSC97-UH |
神户制钢 |
0.95~0.99 |
0.10~0.25 |
0.30~0.42 |
≤0.012 |
≤0.010 |
0.10~0.30 |
≤0.05 |
≤0.05 |
NSC90 |
新日铁 |
0.915~0.935 |
0.18~0.25 |
0.30~0.42 |
≤0.012 |
≤0.010 |
0.15~0.30 |
≤0.04 |
≤0.04 |
表2:进口C92E盘条化学成分
w/%
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
Fe |
0.908 |
0.180 |
0.290. |
0.012 |
0.005 |
0.200 |
0.012 |
0.008 |
98.00 |
表3:进口C92E盘条物理性能
直径/mm |
椭圆度/mm |
破断力/kN |
抗拉强度/MPa |
断面收缩率/% |
伸长率/% |
5.50 |
0.15 |
29.56 |
1 |
242 |
38.1 |
表4:进口C92E盘条金相组织
金相组织 |
非金属夹杂物类别 |
基体组织 |
偏析/级 |
||||
晶粒度/级 |
脱碳层深度/mm |
A |
B |
C |
D |
||
9.0 |
0.02 |
0.5 |
0 |
0.5 |
0.5 |
S |
1.0 |
依据国外切割钢丝用优质盘条化学成分规范和实物性能检测结果,可对切割钢丝用优质盘条的基本性能作如下描述:
(1)盘条用钢碳质量分数控制在0.82%~0.95%;硅对钢丝深冷加工有不利影响,质量分数最好控制在0.25%以下;锰是延缓钢丝索氏体化转变的元素,为保证在有限的控冷时间内完成索氏体转变,通常将锰质量分数控制在0.35%以下。
(2)拉拔断丝率与钢的纯净度正相关。优质盘条的各类非金属夹杂物应控制在0.5级以下,即夹杂物的尺寸应小于5μm。进口C92E盘条的B类夹杂物为0,据此推断钢中氧质量分数应在20×10-6以下。D类夹杂物和TiN夹杂物也是细钢丝拉拔脆断的主要影响因素,因此应对钢中Al和Ti含量严加限制,精炼期适当降低炉渣的碱度,可降低钢中D类夹杂物含量。
(3)钢中氮虽然能提高钢丝的冷加工强化系数,但对深冷加工非常不利,帘线用钢为保证在较大压缩率下冷拉顺利,明确规定钢中氮质量分数应小于40×10-6,切割钢丝用钢也应如此。
(4)钢中镍、铜都是延缓钢丝索氏体化转变的元素,应予以限制,实测C92E盘条中Ni和Cu含量均很低。
(5)实测C92E盘条的基体组织为100%索氏体,盘条抗拉强度为1242MPa也验证了测量的准确性。国产82B控轧控冷盘条的索氏体化率一般为90%,92A盘条的索氏体化率一般不会超过93%,这也是国内外盘条的重要差距。
2、切割钢丝用盘条生产工艺流程
国内进口盘条的主要供应商有新日铁、神户制钢、撒斯特和康立斯。这些公司都以铁水为原料,转炉炼钢。新日铁和神户盘条生产工艺流程:炼铁→铁水“三脱”处理→钢水初炼(转炉)→炉外精炼→连铸→钢坯修磨→高速无扭转轧机连轧→盘条→盐浴处理→包装。
铁水“三脱”处理指脱硫、脱磷和脱硅处理。国内盘条轧后全部用斯太尔摩线进行控制冷却,以获得拉拔性能良好的索氏体组织,但受冷却条件限制,实际只能获得质量分数为85%~93%的索氏体组织,其余为珠光体组织,而且索氏体组织的片间距差别很大,盘条力学性能的均匀性和可拉拔性明显下降。新日铁和神户制钢盘条轧后进行盐浴处理,获得100%的索氏体组织。这是国内钢厂无法弥补的差距。
盐浴处理主要用于大规格(φ6.5~20mm)盘条或钢丝的散卷浸入式处理。散卷浸入是将盘条或钢丝放在传送辊上,传送辊匀速运动盘卷自动散开,进入加热炉完成奥氏体化后,首先落入1#盐浴槽(温度500℃),紧接着进入2#恒温盐浴槽(温度550℃)后,完成索氏体化转变,然后经清洗、收线。为保证900℃的盘条或钢丝落入盐浴槽时能保持外形,其盘条或钢丝的直径不能小于6.5mm。盐浴是热导率仅次于铅浴的索氏体化处理方式,为弥补导热能力的不足,盐浴的温度稍低于铅浴的温度。日本新日铁和君津制铁所联合开发的连续式盐浴炉如图所示。
1—放线架;2—控溫炉;3—1#盐浴槽;4—2#盐浴槽;5—清洗槽;6—收线裝置;7—盐液冷却器;8—盐浴补偿器;9—旋风收尘器
图:日本新日铁和君津制铁所联合开发的连续式盐浴炉
3、切割钢丝用盘条生产发展动态
切割钢丝是晶硅切片必不可少的材料,其消耗仅次于硅材料,占硅片加工成本的50%,近两年国内切割钢丝的飞速发展,从产能看供需基本达到平衡,但是制造切割钢丝需要的高品质高碳钢盘条,国内产品质量尚无法满足切割钢丝生产要求,在很大程度上仍依赖进口。
相对于火热的切割钢丝生产线建设,切割钢丝用盘条的开发就显得冷清得多,据悉目前只有宝钢试生产小批量切割钢丝用盘条,尽管用户觉得与神户盘条仍有差距(拉拔断丝率偏高),但尚能满足单丝长度大于300km的要求。沙钢、青钢、武钢和兴澄钢厂也正在策划生产切割钢丝用盘条。鉴于切割钢丝用盘条研制落后的现状,国家有关部委已筹建了两个课题,促进切割钢丝的发展:一个是由清华大学牵头的切割钢丝研究小组;一个是由北京科技大学牵头的切割钢丝用盘条国产化研究小组。
国内钢铁工业经过近十年来的飞速发展,炼钢和盘条的设备装备水平已进入世界一流行列,世界最先进的冶金炉,最先进的冶炼-铸造工艺流程,最先进的轧机中国全有。生产不出合格的切割钢丝用盘条的原因大致有两点:首先是切割钢丝的技术要求远高于一般钢种,很难找准全部切入点,列出全部技术要求。其次是如何将技术要求转化成工艺操作规程,对全过程实施有效控制,达到预期目标。要生产出高质量切割钢丝用盘条,必须综合运用以下几项技术才能达到预期目标:
(1)超高强度钢生产技术;
(2)微合金化技术;
(3)超纯钢生产技术;
(4)微细丝用钢生产技术。
显而易见,要同时熟练地运用这些技术,从工艺装备水平和实际操作经验两方面看,特钢厂比普钢厂更有优势。
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