鞍钢线材产品研发进展

车安，王宏亮，李建龙，安绘竹

（1.鞍钢股份有限公司线材厂，辽宁 鞍山114042；2.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山114009）

线材用途十分广泛，因此市场对不同领域的产品的质量要求也多种多样，但总体的要求都是保证良好的使用性能和最终产品的综合质量。不同线材生产厂由于设备能力不同，侧重点不同，故在不同产品的质量表现也各不相同，国内线材行业与发达国家相比起步较晚，虽部分钢厂的部分产品已经达到或赶超国外产品，但整体水平仍存在差距。

鞍钢股份有限公司线材厂（以下简称“鞍钢线材厂”）是国内首条高速线材生产厂家，始建于1987年，现有两条生产线，产能160万t/a。线材1#线在1987年建立，后于1995年、2014年、2019年经历了三次改造，线材2#线于2010年末投产。现产品规格范围Φ5.0～Φ25.0 mm，品种结构实现全覆盖（除不锈钢）。

鞍钢线材品种主要分为六大类，分别为高碳精细钢丝用钢、预应力钢、冷镦钢、弹簧钢、焊丝钢和电工钢。本文分别从实物质量、产品研发等方面加以介绍。

1 高碳精细钢丝用盘条

高碳精细钢丝用盘条主要包括帘线钢、钢丝绳用钢。通常使用碳含量不小于0.60%，规格为Φ5.0～Φ8.0 mm的盘条，经下游拉拔成各类钢丝，将钢丝捻制成钢帘线、钢丝绳。通常帘线钢丝线径为Φ0.08～Φ0.35 mm，钢丝绳单丝线径为Φ0.5～Φ3.6 mm[1]。

帘线钢是生产轮胎骨架用钢的原料，目前国内年需求量达200万t，是鞍钢线材厂的支撑性品种。鞍钢线材厂自2004年开发帘线钢至今已有15年历史，现已成为国内高端帘线最稳定供应商之一，品种上实现了60～90级全品种覆盖。鞍钢帘线钢具有拉拔性能高、疲劳性能好等优点，近年来先后攻克了网状渗碳体（简称网碳）、免酸洗铁皮控制、强度个性化控制等行业难题，形成了冬、夏、春、秋不同季节的控轧控冷参数设计，实物质量逐年提高，钢帘线加工过程中断丝率逐年下降。此外，鞍钢线材厂与多个战略用户签订技术合作协议，针对行业发展前沿问题共同攻关，协作研发。

钢丝绳用钢是鞍钢线材厂的重要品种之一，钢种包括SWRH42A/B-SWRH82A/B，产品规格为Φ5.0～Φ10.0 mm。该类钢种种类复杂、应用广泛。以SWRH72A为例，该产品的用途多达十余种，如图1所示。

鞍钢技术服务团队充分面对市场，根据钢丝绳各子领域成品的质量要求，充分识别各类产品的加工过程，采用面向市场的“逆向”产品研发思路，制定个性化生产标准，对内严格把控全流程工艺，特别是高精细汽车控制线用盘条的开发，得到了宝马、奔驰、奥迪等知名品牌的认证，产品研发思路如图2所示。

图2 钢丝绳产品研发思路Fig.2 Research Idea for Steel Wire Ropes

2015年，随着出口政策的调整，原加B类钢丝绳品种调整为加Cr、V类品种并用于出口。合金元素的添加，极大地改变了该钢种的相变热力学与相变动力学过程，需根据CCT曲线大幅度修改控轧控冷工艺。以含0.35%Cr的Φ13 mm规格SWRH82BCr为例，在相同冷速下，较SWRH82B相变温度降低，相变时间延长，强度提高100 MPa。截至目前，鞍钢线材该类钢种已稳定出口约30万t，为度过钢铁寒冬期做出了较大贡献。

在线水浴韧化处理（EDC）技术是鞍钢独有技术，其特点为对吐丝后盘条进行浸水式冷却，有效地解决了风冷工艺下盘条搭接点与非搭接点堆叠厚度不均而导致的冷却不均问题，大幅降低了盘条的同圈性能差。以Φ5.5 mm为例，在常规斯太尔摩风冷工艺下，同圈性能差≤40 MPa；采用EDC工艺则同圈性能差≤20 MPa。同时，EDC产品经下游加工后，其成品的扭转、疲劳等性能指标也有较大的提升，EDC与风冷工艺产品性能对比见表1[2-3]。

表1 EDC与风冷工艺产品性能对比Table 1 Performance Comparison between EDC and Air Cooling Process

2 预应力钢绞线、钢棒用盘条

2.1 预应力钢绞线

预应力钢绞线通常为大规格高碳钢盘条经拉拔、捻制并经稳定化处理制成，广泛应用于大型工程混凝土结构、大跨度桥梁缆索等国家重点领域、工程。如京沈高铁主体混凝土结构中使用的钢绞线85%为鞍钢盘条制成。此外，鞍钢还成功开发了82BCrV，用于生产1570级高铁钢轨轨板内预张拉钢丝[4]。

鞍钢线材厂在此领域虽然取得了一定的成绩，但在此类钢种的研发上还存在一些问题，如冬季脆断问题。冬季脆断是大规格高碳钢盘条的典型问题，在北方区域尤为严重。脆断问题机理属于钢中残余应力范畴，大规格盘条在轧后冷却过程中形成组织应力、热应力，在运输过程中难免会遇到磕碰而又形成了机械应力，此几种应力耦合后在大规格盘条表面、次表面部位形成裂纹源，最终在拉拔前伸直过程发生断裂。应对的主要措施有：①冬季适当调整材料中的合金成分，保证盘条强度；②冶炼过程控制心部区域偏析，防止心部马氏体级别过高；③适当调整加热温度，防止钢坯中奥氏体晶粒尺寸增大；④适当降低冷却速度，降低组织应力、热应力；⑤迅速打包；⑥堆垛缓冷。

2.2 预应力钢棒

自山西兴县瓦塘站引出，途经晋豫鲁3省12市，终点为山东日照南站，全长1 260 km的山西中南部铁路通道是我国第一条重载铁路，也是世界上一次建成里程最长的重载铁路。采用直径为Φ16 mm、抗拉强度≥1 420 MPa、最大力伸长率≥3.5%的低松弛预应力钢棒，应用于混凝土T梁横向连接。鞍钢为满足工程要求，开发了35Si2Cr盘条钢。由于用途较为苛刻，对钢质洁净度要求较高，重点要控制盘条夹杂物、偏析、组织及表面脱碳。35Si2Cr在重载铁路上的应用如图3所示。

图3 35Si2Cr在重载铁路上的应用Fig.3 Application of 35Si2Cr in Building Heavy Railway

3 冷镦钢、弹簧钢

3.1 冷镦钢

冷镦钢为工业线材中用量最大的产品，也是线材行业竞争最为激烈的品种。冷镦钢盘条是利用金属的塑性，在室温下采用一次或多次冲击加载并在模具中产生变形，用于生产螺栓、螺母、铆钉等标准件产品，是鞍钢的基础性品种之一。冷镦钢加工变形量通常达1/6～1/3甚至更高，对盘条的表面质量、塑性变形能力要求较高，冷镦钢产品根据应用领域及强度级别从3.6～12.9级共分为10个等级，市场上流通比较广泛的冷镦钢产品分为三类，即碳素冷镦钢、B系冷镦钢、Cr-Mo系冷镦钢。近年来，鞍钢线材厂围绕冷镦钢表面缺陷、碳素冷镦钢表面红锈及螺栓耐蚀性能等重点、难点问题进行攻关，取得了突出的效果。

表面缺陷是导致冷镦钢开裂失效的主要原因，在试样进行冷成型的过程中，试样上下表面受压应力，侧面受拉应力，表面缺陷会导致侧表面局部应力集中从而产生冷镦开裂。鞍钢线材技术团队经过同行业走访与经验借鉴，制定了《冷镦钢生产控制预案》，冷镦钢现场生产控制流程图如图4所示，从原料、轧制、检验三方面控制冷镦钢盘条的表面质量[5-6]，取得了较好的效果，缩短了现场因冷镦钢表面缺陷的调整时间，冷镦钢盘条的合格率由89%提高至96%，由于盘条轧制而产生的冷镦开裂异议率＜0.5%。

3.2 弹簧钢

弹簧钢在国民经济中应用也较为广泛，例如汽车发动机气门弹簧、汽车悬架簧、汽车扭杆簧、机械及家具弹簧等。鞍钢碳素系（TH70、TH80）、锰系（65Mn）弹簧钢开发较早，受设备能力局限，鞍钢自2012年开始研发55SiCr等高硅类合金弹簧钢，目前已实现批量应用，1 800 MPa级汽车悬架簧类产品疲劳次数达30万次，已具备国内一流水平。

弹簧钢脱碳问题是行业内难点问题之一，也是影响弹簧疲劳寿命的重要因素。线材厂对脱碳问题进行了大量的研究工作，在原料方面，检测连铸坯、连轧坯的脱碳，通过全修磨保证钢坯无脱碳；在加热方面通过控制加热炉气氛及降低加热温度抑制钢坯脱碳；控轧控冷采用低温轧制、相变前快冷等方式，有效保证了盘条无全脱碳，总脱碳≤60μm，达到了国内先进水平。工艺优化前后，55SiCr表面全脱碳情况对比如图5所示。优化前，盘条表面存在深度约30μm的柱状全脱碳层；优化后，表面仅存在颗粒状半脱碳，无全脱碳。

此外，弹簧钢高强度化、耐腐蚀性也是目前研究的热点问题。通过V、Re合金化及与相关院所合作，目前已取得一定进展。

图4 冷镦钢现场生产控制流程图Fig.4 Control Flow Chart for Production of Cold Headed Steel on Site

图5 55SiCr表面全脱碳对比Fig.5 Contrast on Complete Decarburization of Surface of 55SiCr Steel

4 焊丝钢

焊丝钢具有品种多、应用广、单品种产量小，以及同品种不同用户标准差异极大等特点。鞍钢焊接用钢盘条包含气保焊丝ER70S-G系列、耐候H08MnSiCuCrNi系列、管线AH80GL系列、ASW出口系列和特种用途高合金系列五大系列，80余个品种。产品广泛应用于造船、车辆、石油化工、管线、铁路机车、压力容器及核电设备等高端领域，见图6。

目前，鞍钢焊丝钢实物质量水平达国内领先水平，已成为国内重要高等级焊丝钢生产基地。特别是近年来成功开发的ER70S-G系列产品国内市场占有率达70%以上，焊接综合性能水平优于浦项制钢（POSCO）；特种用途高合金系列产品全部采用电炉冶炼工艺，国内市场占有率达60%以上，产品质量获国内外用户认可。在产品开发过程中，相继解决了盘条表面组织粗大[7]、盘条强度高、盘条免酸洗、成品送丝稳定性差等疑难问题。

5 导电钢

碳钢经拉拔后作为导电载体骨架材料，后镀Cu制作成电导线，能够有效降低生产成本。一般该领域材料可分为高强度和低强度两种级别。高强度级别一般应用在远距离输电，通常使用SWRH22B等材料；低强度级别多用于各类电子、信号传输等用途。因此，要求此类钢种具有较高的导电性以提高电导率和信息传输的准确性。业内通常将导电率≥16.8%作为评价低强导电钢盘条的指标。低强导电钢采用超低碳钢作为母材，其化学成分见表2。导电钢盘条规格一般为Φ5.5～ Φ6.5 mm，图7为超低碳钢AGM6-2的显微组织。

图6 焊丝钢应用举例Fig.6 Examples of Weld Wire Steels in Use

表2 导电钢盘条化学成分（质量分数）Table 2 Chemical Components of Conductive Steel Wire Rod(Mass Fraction) %

图7 AGM6-2心部显微组织（200×）Fig.7 Microscopic Structure in Core of AGM6-2（200×）

由图7可以看出，其晶粒尺度较大，晶粒度级别一般为4.5～5.5级，前期鞍钢生产了一定量AGM6-2产品，经用户拉拔加工后，导电率、强度等指标满足要求，但由于连浇性等问题，一直没有大批量生产。

6 结语

鞍钢线材厂经过近些年的不断发展，已逐步实现品种规格全覆盖，以打造精品线材为理念，以客户为中心，紧紧围绕“加密线材、精稳线材、延伸线材”为工作方向，产品在国内中高端市场的占有率达4.6%，现已成为国内重要的高端工业线材生产基地，获得了数项国家、省市级科技进步奖，形成数百项专利及专有技术。虽取得了一定成绩，但鞍钢线材在品种拓展、高端产品应用和产品全生命周期管理等方面与国内外一流线材厂还有一定差距。未来，鞍钢线材厂将借助智能工厂建设、校企合作研发等方式，不断推进产品质量提升，打造鞍钢线材品牌。