钢绞线用盘条冬季生产质量缺陷控制

第４６卷 第２期金　属　制　品２０２０年４月　Ｖｏｌ ４６ Ｎｏ ２ＭｅｔａｌＰｒｏｄｕｃｔｓＡｐｒｉｌ２０２０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－４２２６．２０２０．０２．０１１
钢绞线用盘条冬季生产质量缺陷控制
赵庆河，　吴东明，　姜洪刚，　孙晓明
（本溪北营钢铁（集团）股份有限公司，　辽宁　本溪　１１７０１７）
摘要：分析钢绞线用盘条冬季生产中存在的问题：（１）北方冬季环境温度低，加剧小方坯连铸生产ＳＷＲＨ８２Ｂ绞线钢铸坯中心偏析、疏松和缩孔等缺陷，引起盘条后期拉拔断丝；（２）低环境温度下盘条表面擦伤或划伤容易诱发盘条表面异常组织；（３）冬季生产高碳钢盘条，时效时间长，面缩率低。

针对存在的问题采取改进措施：优化过热度控制，铸坯缓冷，盘条保温及盘条吊运过程防护等。

工艺改进后，有效解决了钢绞线冬季生产质量缺陷。

关键词：钢绞线；盘条；中心偏析；马氏体；过热度
中图分类号：ＴＧ１４２．１３ 文献标识码：Ａ
Ｑｕａｌｉｔｙｄｅｆｅｃｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｔｅｅｌｓｔｒａｎｄｗｉｒｅｒｏｄｉｎｗｉｎｔｅｒ
ＺｈａｏＱｉｎｇｈｅ，ＷｕＤｏｎｇｍｉｎｇ，ＪｉａｎｇＨｏｎｇｇａｎｇ，ＳｕｎＸｉａｏｍｉｎｇ
（ＢｅｎｘｉＢｅｉｙｉｎｇＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｎｘｉ１１７０１７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏａｎａｌｙｚｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｔｅｅｌｓｔｒａｎｄｗｉｒｅｒｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎｗｉｎｔｅｒ，（１）Ｔｈｅｌｏｗａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｗｉｎｔｅｒｉｎｎｏｒｔｈｃｈｉｎａｅｘａｃｅｒｂａｔｅｓｄｅｆｅｃｔｓｓｕｃｈａｓｃｅｎｔｅｒｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｌｏｏｓｅｎｉｎｇ，ａｎｄｓｈｒｉｎｋａｇｅｏｆＳＷＲＨ８２Ｂｓｔｒａｎｄｅｄｓｔｅｅｌｓｌａｂｓｆｏｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｉｌｌｅｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｃａｕｓｉｎｇｗｉｒｅｂｒｅａｋａｇｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｌａｔｅｒｄｒａｗｉｎｇ；（２）Ｒｕｂｂｉｎｇａｎｄｓｃｒａｔｃｈｉｎｇｏｎｗｉｒｅｒｏｄｓｕｒ ｆａｃｅａｔｌｏｗａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｎｅａｓｉｌｙｉｎｄｕｃｅａｂｎｏｒｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；（３）Ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ ｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｗｉｒｅｒｏｄｉｎｗｉｎｔｅｒｈａｓａｌｏｎｇａｇｉｎｇｔｉｍｅａｎｄａｌｏｗｓｈｒｉｎｋａｇｅｒａｔｅ．Ｔａｋｅｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅａｃｔｉｏｎａｇａｉｎｓｔｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｆｔｅｒｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｑｕａｌｉｔｙｄｅｆｅｃｔｓｏｆｓｔｅｅｌｓｔｒａｎｄｉｎｗｉｎｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌｓｔｒａｎｄ；ｗｉｒｅｒｏｄ；ｃｅｎｔｒａｌｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ；ｓｕｐｅｒｈｅａｔ
钢绞线广泛应用于路桥工程、大跨度建筑及高层建筑等领域［１］。

１９９６年以来，国内金属制品行业的原料逐步以国产盘条代替进口盘条，但因其要求盘条强度高、韧性好、夹杂物少，故国内生产的厂家不多，特别是对于大多数北方钢铁企业而言，由于冬天环境温度较低，生产钢绞线盘条的难度进一步加大。

由于季节变化，北方环境温度差较南方环境温度差变化较大，回顾本钢北营公司钢绞线盘条生产发展的十年，因环境温度变化导致产品质量事故的事例屡有发生。

对２０１８年冬、夏两季钢绞线盘条铸坯低倍检验结果进行对比，冬季缺陷比例较夏季上升约１５％。

１　冬季环境温度对钢绞线用盘条质量的影响１．１　铸坯中心疏松和缩孔引起的断丝
由于北方冬季环境温度较低，炼钢工序系统温度会较夏季温度适当提高，除考虑钢包、中间包烘烤效果等因素影响外，厂房内环境温度直接影响钢水降温速度，冬季提高系统温度不当，可能导致连铸中间包过热度偏高，钢坯易产生中心疏松、缩孔、中心偏析等缺陷，近几年北营公司关于钢绞线生产过程中拉拔断裂的分析报告明确指出，杯锥状断丝是钢绞线钢丝拉拔的主要质量缺陷，而杯锥状断丝的主要原因就是较严重的铸坯中心疏松及缩孔缺陷经轧制无法焊合，导致盘条心部缺陷［２］。

中心疏松及缩孔引起的轧制缺陷如图１所示。

铸坯中心疏松、缩孔缺陷直观表现为拉拔过程的杯锥状断丝，中高碳钢绞线生产过程更为突出，严重时盘条拉拔起动困难，拉拔过程频繁断丝，直接影响产品的细拉拔。

钢绞线拉拔过程杯锥状断丝形貌如图２所示。

１．２　铸坯中心偏析引起的盘条心部马氏体
高碳钢中心偏析对成品的性能产生不利影响，也是造成钢丝拉拔断丝的重要原因之一。

特别是以ＳＷＲＨ８２Ｂ为代表的过共析钢，由于过高的中心碳
　第２期赵庆河，等：
钢绞线用盘条冬季生产质量缺陷控制
ａ）铸坯缺陷导致轧制中间坯心部不能焊合 ｂ）盘条心部缩孔
图１　中心疏松及缩孔引起的轧制缺陷
Ｆｉｇ．１　Ｒｏｌｌｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓｃａｕｓｅｄｂｙｌｏｏｓｅｃｅｎｔｅｒａｎｄｓｈｒｉｎｋａｇ
ｅ
ａ）宏观形貌 ｂ）显微形貌
图２　钢绞线拉拔过程杯锥状断丝形貌
Ｆｉｇ．２　Ｃｏｎｅ ｓｈａｐｅｄｂｒｏｋｅｎｗｉｒｅｄｕｒｉｎｇｄｒａｗｉｎｇｉｎｓｔｅｅｌｓｔｒａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ
偏析使大规格盘条在拉拔时产生杯锥状断丝［３］。

冬季由于环境温度较低，钢绞线盘条平均过热度一般控制在２５～３０℃（不含开浇炉及换中间包炉）范围内，较夏季平均提高约５℃。

同时铸坯在钢水凝固前受二冷段冷床等低环境温度的影响，进一步增
加了铸坯中心偏析的几率。

中心偏析的铸坯在轧制过程中冷却工艺控制不当，就会导致盘条心部出现马氏体组织，在钢丝拉拔或绞线捻股过程中出现脆性断裂，降低产品质量。

盘条心部马氏体形貌如图３
所示。

　ａ）ＳＷＲＨ８２Ｂ ｂ）ＳＷＲＨ７２ＢＨ＋Ｃｒ
图３　钢绞线盘条心部马氏体组织显微形貌
Ｆｉｇ．３　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｉｎｓｔｅｅｌｓｔｒａｎｄｗｉｒｅｒｏｄｃｏｒｅ
１．３　铸坯中气体［Ｈ］含量对盘条质量的影响
冬季炼钢所需物料受潮，易造成高碳钢钢坯氢
含量增加，一般要求钢中ｗ（Ｈ）≤０．０００３％，如缓冷效果不良，铸坯缓冷时间不满足工艺要求，铸坯内应
·９
４·
金 属 制 品第４６卷
力、氢的释放不充分，高碳钢盘条心部就会出现“白色”斑点，如图４所示；盘条断面收缩率急剧下降，
主要表现在大规格盘条强度波动，塑性指标差，严重
时会导致盘条头尾断裂。

ａ）ＳＷＲＨ８２Ｂ心部“白点” ｂ）ＳＷＲＨ８２Ｂ头尾脆断　
图４　钢中氢未充分释放引起的盘条“白点”及头尾脆断
Ｆｉｇ．４　Ｗｉｒｅｒｏｄ“ｗｈｉｔｅｓｐｏｔｓ”ａｎｄｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｈｅａｄａｎｄｔａｉｌｃａｕｓｅｄｂｙｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｈｙｄｒｏｇｅｎｒｅｌｅａｓｅ
１．４　盘条擦划伤引起的表面局部异常组织
盘条表面擦划伤缺陷，导致盘条在放线、拉拔过程中脆断。

冬季钢绞线盘条擦划伤问题发生断线几率达９０％以上。

由于钢绞线盘条强度高，表面擦划
伤过程中导致盘条表面产生过热，由于环境温度较低，缺陷部位冷速较快，易形成异常组织。

边部擦伤部位成为断裂源，在金相显微镜下观察其显微组织，发现明显的白亮带异常组织，如图５
所示。

ａ）边部擦伤形貌 ｂ）擦伤部位异常显微组织
图５　ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条擦伤异常组织
Ｆｉｇ．５　ＳＷＲＨ８２Ｂｗｉｒｅｒｏｄｓｃｒａｔｃｈｅｓａｂｎｏｒｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
２　钢绞线用盘条冬季生产质量缺陷控制２．１　铸坯中心疏松和缩孔控制
低过热度浇钢是解决钢绞线类高碳钢中心疏松和缩孔缺陷的有效措施。

冬季生产高碳钢如果按照夏季系统温度执行，会导致钢水在浇注末期温度低，引起水口结瘤或断浇，故在冬季生产高碳钢时，必须探寻适合既要保证生产顺利进行又要保证尽量低过热度浇钢的工艺制度。

从钢包管理、过程保温防护等方面入手，将原冬季生产钢绞线盘条的过热度要求进行优化调整，在原基础上下调５℃，冬季生产钢绞线盘条目标过热度稳定在≤２
８℃。

针对冬季生产高碳钢制定了适合小方坯连铸冷
却的二冷水制度，保证结晶器电磁搅拌及凝固末端
电磁搅拌正常运行。

２．２　铸坯中心偏析控制
适合铸坯中心疏松和缩孔的控制措施同样适用于铸坯中心偏析控制，笔者重点从拉速优化对钢绞线用钢铸坯中心偏析指数的改善进行分析。

为解决钢绞线用钢铸坯中心偏析，制定了３种不同的拉速，同时对不同拉速的铸坯进行偏析指数检验分析见表１。

由表１
可知，浇钢速度越大，偏析指数越高。

这主要是由于浇钢速度增加，钢水液相穴变长，导致中心偏析增加。

适当降低浇钢速度，可以明显降低ＳＷＲＨ８２Ｂ铸坯中心偏析指数，有效降低铸坯轧制过程中产生心部马氏体几率，提高了产品质量。

·０
５·
　第２期赵庆河，等：钢绞线用盘条冬季生产质量缺陷控制
ＳＷＲＨ８２Ｂ钢坯拉速固定在２．０ｍ／ｍｉｎ，偏析指数改善明显。

表１　不同拉速下ＳＷＲＨ８２Ｂ钢坯平均偏析指数统计
Ｔａｂｌｅ１　Ａｖｅｒａｇｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆ
ＳＷＲＨ８２Ｂｓｌａｂａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｅｄｓ
拉速／（ｍ·ｍｉｎ－１）偏析指数
２．０１．０４３
２．２１．０６２
２．４１．０８６
２．３　钢中［Ｈ］含量控制
冬季由于环境温度低，钢中［Ｈ］难以及时逸出，盘条会出现“白点”缺陷，影响盘条一次检验断面收缩率及力学性能稳定性。

有研究认为，影响ＳＷＲＨ８２Ｂ钢冬季时效的因素主要有两方面［４］：（１）轧制过程中产生的形变应力、相变过程中产生的组织应力及生产过程中因温度变化产生的热应力作为残余应力储存在盘条中未来得及释放；（２）Ｃ、Ｎ、Ｈ等间隙原子重新分布扩散，冬季气温低，盘条中［Ｈ］扩散减慢，造成自然时效时间延长。

为将ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条中［Ｈ］含量尽可能降低，首先从炼钢开始控制，保证物料干燥、转炉烟道ＬＦ炉的炉盖等设备无漏水；铸坯下线后，用库存铸坯砌成挡墙，厂房门窗关闭严实，保证铸坯跺位不处于风口，安装风向测量标识及跺位温度计，及时监控铸坯缓冷环境。

在轧钢Ｐ－Ｆ线安装保温通道，盘条经风冷辊道下线后直接进行保温，轧制ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条前必须安排轧制其他低碳钢２０卷以上，对风冷辊道烫辊，对保温通道预热。

通过炼轧各工序缓冷、保温等举措，钢绞线盘条基本解决了“白点”问题，且一次断面收缩率全部达到２５％以上，改变了以往由于断面收缩率指标低，大量盘条需要进行人工时效检验判定的现状。

另外缩短了冬季盘条自然时效时间。

２．４　盘条擦划伤控制
盘条擦划伤的控制主要从各级管理入手，厂内生产吊装、物流运输、用户等各方面均需要制定相应的防范措施；另外，正在与用户研究对盘条表面缺陷部位进行局部修磨处理后是否可以达到正常拉拔不断丝的效果。

如可行，将极大降低表面缺陷盘条的厂内处置难度，降低废品率，节省制造成本。

实践证明，加强盘条表面质量管控后，后续拉拔过程的断丝率大幅度降低。

３　结论
（１）北方钢企冬季生产钢绞线用盘条易出现中心疏松、缩孔及中心偏析等缺陷，低环境温度条件下钢中［Ｈ］难以逸出。

（２）针对不同缺陷，从炼钢原料保证，过热度、二冷水冷等制度优化，铸坯及盘条缓冷设施与缓冷制度的建立与完善，逐步摸索出一套适用于北方冬季低环境温度下钢绞线ＳＷＲＨ８２Ｂ类高碳钢盘条生产工艺，有效解决了盘条拉拔断丝等质量问题。

参考文献
［１］　欧阳标．ＳＷＲＨ８２Ｂ线材控制冷却工艺分析［Ｊ］．轧钢，２００５，２２（４）：４７－４９．
［２］　方文，王海滨，张朝磊，等．预应力钢绞线用大规格８２Ｂ盘条冬季时效期的系统控制［Ｊ］．材料导报，２０１９，３３
（７）：２４０８－２４１２．
［３］　何金平，吴健鹏，王国平．ＳＷＲＨ８２Ｂ连铸坯中心偏析的改善［Ｊ］．炼钢，２００５，２１（３）：５－８．
［４］　王雷，麻晗，峰公雄．振动消除残余应力机理分析与试验研究［Ｊ］．金属热处理，２０１１，３６（８）：１０７．
（收稿日期：２０１９－１２－２３）
作者简介
赵庆河　１９７３年生，助理工程师，本溪北营钢铁（集团）股份有限公司制造部副部长。

吴东明　１９７８年生，工程师，本溪北营钢铁（集团）股份有限公司制造部工艺技术室主任。

姜洪刚　１９７５年生，工程师，本溪北营钢铁（集团）股份有限公司制造部专业工程师。

孙晓明　１９８２年生，工程师，本溪北营钢铁（集团）股份有限公司制造部责任工程师。

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