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切割鋼絲用盤條工藝流程與生產(chǎn)現(xiàn)狀
切割鋼絲用高碳鋼盤條，國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量尚無法完全滿足鋼絲生產(chǎn)要求，在很大程度上仍依賴進(jìn)口。生產(chǎn)出高質(zhì)量切割鋼絲用盤條是國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的緊迫任務(wù)。要生產(chǎn)出高質(zhì)量切割鋼絲用盤條，必須綜合運(yùn)用超高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)技術(shù)、微合金化技術(shù)、超純鋼生產(chǎn)技術(shù)和微細(xì)絲用鋼生產(chǎn)技術(shù)，才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。顯而易見，要同時(shí)熟練地運(yùn)用這些技術(shù)，從工藝裝備水平和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)兩方面看，特鋼廠比普鋼廠更有優(yōu)勢。
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1、切割鋼絲用盤條基本性能
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切割鋼絲斷絲率很大程度上取決于盤條質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)高碳鋼盤條首先要看化學(xué)成分控制水平、鋼的純凈度和顯微組織的均勻性。國內(nèi)生產(chǎn)切割鋼絲用盤條目前全部依賴進(jìn)口，生產(chǎn)企業(yè)確認(rèn)的優(yōu)質(zhì)盤條有日本神戶制鋼的KSC82、KSC92E，新日鐵的NSC85、NSC90，德國和英國的POSCO、POSCORD90、POSCORD90E等。日本神戶和新日鐵切割鋼絲用盤條牌號(hào)和化學(xué)成分見表1。進(jìn)口C92E盤條化學(xué)成分見表2、物理性能見表3、金相組織及夾雜見表4。
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表1：日本切割鋼絲用盤條的牌號(hào)和化學(xué)成分
牌號(hào) |
生產(chǎn)企業(yè) |
元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% |
|||||||
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
||
KSC82 |
神戶制鋼 |
0.80~0.85 |
0.15~0.30 |
0.70~0.75 |
≤0.020 |
≤0.020 |
≤0.05 |
≤0.05 |
≤0.05 |
KSC90 |
神戶制鋼 |
0.88~0.93 |
0.15~0.30 |
0.70~0.75 |
≤0.020 |
≤0.020 |
≤0.05 |
≤0.05 |
≤0.05 |
KSC92E |
神戶制鋼 |
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 |
神戶制鋼 |
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 |
新日鐵 |
0.915~0.935 |
0.18~0.25 |
0.30~0.42 |
≤0.012 |
≤0.010 |
0.15~0.30 |
≤0.04 |
≤0.04 |
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表2：進(jìn)口C92E盤條化學(xué)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 |
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表3：進(jìn)口C92E盤條物理性能
直徑/mm |
橢圓度/mm |
破斷力/kN |
抗拉強(qiáng)度/MPa |
斷面收縮率/% |
伸長率/% |
5.50 |
0.15 |
29.56 |
1 |
242 |
38.1 |
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表4：進(jìn)口C92E盤條金相組織
金相組織 |
非金屬夾雜物類別 |
基體組織 |
偏析/級 |
||||
晶粒度/級 |
脫碳層深度/mm |
A |
B |
C |
D |
||
9.0 |
0.02 |
0.5 |
0 |
0.5 |
0.5 |
S |
1.0 |
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依據(jù)國外切割鋼絲用優(yōu)質(zhì)盤條化學(xué)成分規(guī)范和實(shí)物性能檢測結(jié)果，可對切割鋼絲用優(yōu)質(zhì)盤條的基本性能作如下描述：
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（1）盤條用鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.82%~0.95%；硅對鋼絲深冷加工有不利影響，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好控制在0.25%以下；錳是延緩鋼絲索氏體化轉(zhuǎn)變的元素，為保證在有限的控冷時(shí)間內(nèi)完成索氏體轉(zhuǎn)變，通常將錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.35%以下。
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（2）拉拔斷絲率與鋼的純凈度正相關(guān)。優(yōu)質(zhì)盤條的各類非金屬夾雜物應(yīng)控制在0.5級以下，即夾雜物的尺寸應(yīng)小于5μm。進(jìn)口C92E盤條的B類夾雜物為0，據(jù)此推斷鋼中氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)在20×10-6以下。D類夾雜物和TiN夾雜物也是細(xì)鋼絲拉拔脆斷的主要影響因素，因此應(yīng)對鋼中Al和Ti含量嚴(yán)加限制，精煉期適當(dāng)降低爐渣的堿度，可降低鋼中D類夾雜物含量。
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（3）鋼中氮雖然能提高鋼絲的冷加工強(qiáng)化系數(shù)，但對深冷加工非常不利，簾線用鋼為保證在較大壓縮率下冷拉順利，明確規(guī)定鋼中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于40×10-6，切割鋼絲用鋼也應(yīng)如此。
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（4）鋼中鎳、銅都是延緩鋼絲索氏體化轉(zhuǎn)變的元素，應(yīng)予以限制，實(shí)測C92E盤條中Ni和Cu含量均很低。
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（5）實(shí)測C92E盤條的基體組織為100%索氏體，盤條抗拉強(qiáng)度為1242MPa也驗(yàn)證了測量的準(zhǔn)確性。國產(chǎn)82B控軋控冷盤條的索氏體化率一般為90%，92A盤條的索氏體化率一般不會(huì)超過93%，這也是國內(nèi)外盤條的重要差距。
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2、切割鋼絲用盤條生產(chǎn)工藝流程
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國內(nèi)進(jìn)口盤條的主要供應(yīng)商有新日鐵、神戶制鋼、撒斯特和康立斯。這些公司都以鐵水為原料，轉(zhuǎn)爐煉鋼。新日鐵和神戶盤條生產(chǎn)工藝流程：煉鐵→鐵水“三脫”處理→鋼水初煉（轉(zhuǎn)爐）→爐外精煉→連鑄→鋼坯修磨→高速無扭轉(zhuǎn)軋機(jī)連軋→盤條→鹽浴處理→包裝。
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鐵水“三脫”處理指脫硫、脫磷和脫硅處理。國內(nèi)盤條軋后全部用斯太爾摩線進(jìn)行控制冷卻，以獲得拉拔性能良好的索氏體組織，但受冷卻條件限制，實(shí)際只能獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%~93%的索氏體組織，其余為珠光體組織，而且索氏體組織的片間距差別很大，盤條力學(xué)性能的均勻性和可拉拔性明顯下降。新日鐵和神戶制鋼盤條軋后進(jìn)行鹽浴處理，獲得100%的索氏體組織。這是國內(nèi)鋼廠無法彌補(bǔ)的差距。
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鹽浴處理主要用于大規(guī)格（φ6.5~20mm）盤條或鋼絲的散卷浸入式處理。散卷浸入是將盤條或鋼絲放在傳送輥上，傳送輥勻速運(yùn)動(dòng)盤卷自動(dòng)散開，進(jìn)入加熱爐完成奧氏體化后，首先落入1#鹽浴槽（溫度500℃），緊接著進(jìn)入2#恒溫鹽浴槽（溫度550℃）后，完成索氏體化轉(zhuǎn)變，然后經(jīng)清洗、收線。為保證900℃的盤條或鋼絲落入鹽浴槽時(shí)能保持外形，其盤條或鋼絲的直徑不能小于6.5mm。鹽浴是熱導(dǎo)率僅次于鉛浴的索氏體化處理方式，為彌補(bǔ)導(dǎo)熱能力的不足，鹽浴的溫度稍低于鉛浴的溫度。日本新日鐵和君津制鐵所聯(lián)合開發(fā)的連續(xù)式鹽浴爐如圖所示。
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1—放線架；2—控溫爐；3—1#鹽浴槽；4—2#鹽浴槽；5—清洗槽；6—收線裝置；7—鹽液冷卻器；8—鹽浴補(bǔ)償器；9—旋風(fēng)收塵器
圖：日本新日鐵和君津制鐵所聯(lián)合開發(fā)的連續(xù)式鹽浴爐
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3、切割鋼絲用盤條生產(chǎn)發(fā)展動(dòng)態(tài)
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切割鋼絲是晶硅切片必不可少的材料，其消耗僅次于硅材料，占硅片加工成本的50%，近兩年國內(nèi)切割鋼絲的飛速發(fā)展，從產(chǎn)能看供需基本達(dá)到平衡，但是制造切割鋼絲需要的高品質(zhì)高碳鋼盤條，國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量尚無法滿足切割鋼絲生產(chǎn)要求，在很大程度上仍依賴進(jìn)口。
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相對于火熱的切割鋼絲生產(chǎn)線建設(shè)，切割鋼絲用盤條的開發(fā)就顯得冷清得多，據(jù)悉目前只有寶鋼試生產(chǎn)小批量切割鋼絲用盤條，盡管用戶覺得與神戶盤條仍有差距（拉拔斷絲率偏高），但尚能滿足單絲長度大于300km的要求。沙鋼、青鋼、武鋼和興澄鋼廠也正在策劃生產(chǎn)切割鋼絲用盤條。鑒于切割鋼絲用盤條研制落后的現(xiàn)狀，國家有關(guān)部委已籌建了兩個(gè)課題，促進(jìn)切割鋼絲的發(fā)展：一個(gè)是由清華大學(xué)牽頭的切割鋼絲研究小組；一個(gè)是由北京科技大學(xué)牽頭的切割鋼絲用盤條國產(chǎn)化研究小組。
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國內(nèi)鋼鐵工業(yè)經(jīng)過近十年來的飛速發(fā)展，煉鋼和盤條的設(shè)備裝備水平已進(jìn)入世界一流行列，世界最先進(jìn)的冶金爐，最先進(jìn)的冶煉-鑄造工藝流程，最先進(jìn)的軋機(jī)中國全有。生產(chǎn)不出合格的切割鋼絲用盤條的原因大致有兩點(diǎn)：首先是切割鋼絲的技術(shù)要求遠(yuǎn)高于一般鋼種，很難找準(zhǔn)全部切入點(diǎn)，列出全部技術(shù)要求。其次是如何將技術(shù)要求轉(zhuǎn)化成工藝操作規(guī)程，對全過程實(shí)施有效控制，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。要生產(chǎn)出高質(zhì)量切割鋼絲用盤條，必須綜合運(yùn)用以下幾項(xiàng)技術(shù)才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)：
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（1）超高強(qiáng)度鋼生產(chǎn)技術(shù)；
（2）微合金化技術(shù)；
（3）超純鋼生產(chǎn)技術(shù)；
（4）微細(xì)絲用鋼生產(chǎn)技術(shù)。
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顯而易見，要同時(shí)熟練地運(yùn)用這些技術(shù)，從工藝裝備水平和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)兩方面看，特鋼廠比普鋼廠更有優(yōu)勢。
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