第四章光伏產業(yè)用切割鋼絲引言地球現(xiàn)有能源是有限的，天長地久終有用盡之時，能源開發(fā)是人類面臨的永恒的主題。目前各國都把新能源開發(fā)作為國民經(jīng)濟發(fā)展的首要任務，開發(fā)的目標同時描向風能（風力發(fā)電）、水能（水力發(fā)電、海潮發(fā)電）和太陽能。其中利用太陽能發(fā)電的產業(yè)被稱為光伏產業(yè)。本章節(jié)系統(tǒng)地分析了光伏產業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。介紹了我國切割鋼絲市場概況和發(fā)展前景，以及切割鋼絲的性能要求和國內外生產工藝流程。通過對切割鋼絲用鋼及盤條的化學成分、組織結構、性能指標、使用特性等綜合分析，提出生產高質量切割鋼絲用盤條需運用：超高強度鋼生產技術；微合金化技術；超純鋼生產技術；微細絲用鋼生產技術等四項技術。改進切割鋼絲使用性能可采用的工藝措施有：（1）選用冷加工強化方法；（2）選擇合適牌號；（3）優(yōu)化冶煉工藝；（4）完善連鑄工藝；（5）改進盤條生產工藝；（6）強化對鋼絲關鍵生產環(huán)節(jié)的工藝控制等。太陽能光伏電池（以下簡稱光伏電池，光伏即光生伏特之意）是一種把光能直接轉化為電能的裝置，而從事光伏電池生產的企業(yè)總稱為光伏產業(yè)。太陽能光伏電池分為單晶硅、多晶硅、非晶硅三種。從能量轉換效率和使用壽命等綜合性能分圖1太陽能光伏組件圖1太陽能光伏組件到額定輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池，叫光伏組件（圖1）。根據(jù)光伏電站大小和規(guī)模，光伏組件可組成各種大小不同的陣列。組件的安裝架設十分方便，其背面安裝有一個防水接線盒，通過它可以十分方便地與外電路連接，再配合上功率控制器等部件就組成了光伏發(fā)電裝置。對每一個光伏發(fā)電裝置，都要保證20年以上的使用壽命。光伏組件是采用高效率單晶硅或多晶硅光伏電池、高透光率鋼化玻璃、Tedlar（陽光跟蹤面板）、鋁合金邊框等材料，使用先進的真空層壓工藝和脈沖焊接工藝制造，即使在最嚴酷的環(huán)境中也能保證使用壽命。光伏電池是光伏產業(yè)的主導產品，具有結構簡單、使用方便的特點，無論地處多么偏遠，無論基礎設施如何簡陋，只要有陽光就能安裝和使用光伏電池。近10年來，光伏電池發(fā)展迅猛，全球光伏電池裝機容量平均年增長率48.5%。即使2008年美國金融危機波及金球，也未能阻止光伏電池的迅猛發(fā)展，近5年光伏電池裝機容量平均年增長率高達55.2%。政府的推動是光伏產業(yè)飛速發(fā)展的主要原因。美國是最早制訂光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)劃的國家，1997年又提出百萬屋頂”計劃，推進了光伏電池產業(yè)化的進程。日本1992年啟動了新陽光計劃”，到2003年日本光伏組件生產占世界的50%,世界前10大廠商有4家在日本。2004年德國更新《可再生能源法》，規(guī)定了光伏發(fā)電的上網(wǎng)電價，有力地推動了光伏市場和產業(yè)的發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計劃，并投巨資進行技術開發(fā)，加速光伏電池產業(yè)的發(fā)展。2009年國家明確將光伏產業(yè)作為新能源產業(yè)予以支持后，我國光伏產業(yè)發(fā)展動力更加強勁[\2010年我國光伏產業(yè)在全球產業(yè)中所占份額已達52%。業(yè)內人士測算2011年全球光伏電池裝機容量為20.2GW,2012年全球光伏電池裝機容量為25.0GW,按52%的比例推算，2011年和2012年我國生產的光伏電池裝機容量約為10.5GW和13.0GW。1國內光伏產業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展《中國光伏產業(yè)發(fā)展報告》指出，得益于歐洲光伏市場的拉動，中國的光伏產業(yè)在2004年之后經(jīng)歷了快速發(fā)展的過程，連續(xù)5年的年增長率超過100%。我國光伏產業(yè)的現(xiàn)狀是兩頭在外”，高純度多晶硅需要從國外進口，光伏組件和電池96%出口海外市場，其中歐洲市場占據(jù)了出口量的80%,美國市場占10%,其他國家僅占6%。國內光伏電池市場目前仍處于啟動中，2011年中國的裝機量超過1.6GW,同比上漲約230%,而過去幾年，中國的裝機量的增幅都在100%左右。目前太陽能光伏電池推廣應用的主要障礙是價格相對昂貴，儲能設施不過關，以及政策調控問題。我國光伏產業(yè)的發(fā)展并不是一帆風順的，從2004年到2011年，我國光伏產業(yè)經(jīng)歷緩慢一快速一爆炸一停滯”的新一輪循環(huán)。2009年7月國家三部委財政部、科技部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《關于實施金太陽示范工程的通知》，隨后又公布了具體的《金太陽示范工程財政補助資金管理暫行辦法》，決定采取財政補助、科技支持和市場拉動綜合方式，加快國內光伏發(fā)電的產業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展。計劃在2?3年內，采取財政補助方式支持不低于500兆瓦的光伏發(fā)電示范項目。國外市場，特別是歐洲市場強勁的需求成為巨大的推手，國內光伏產業(yè)實現(xiàn)了爆炸式的發(fā)展。到2010年，我國在海外上市的光伏企業(yè)已有16家，全球光伏電池組件及多晶硅產量前10強中我國占了4家。但是進入2011年下半年，光伏產業(yè)呈現(xiàn)自由落體”式下滑，歐洲受債務危機影響，各國政府削減對光伏產業(yè)的補貼，光伏市場萎縮，8月我國光伏產品對德國和意大利的出口量，環(huán)比下降了34%和62.6%,年末歐洲市場陷入零增長狀態(tài)；美國對中國光伏產品開展雙反”（反傾銷、反補貼）調查，更是雪上加霜，光伏產業(yè)爆炸式擴展”帶來的產能過剩顯現(xiàn)出來：2010年末，國內多晶硅產能利用率為52.94%,硅片硅錠產能利用率為47.83%,晶體硅電池產能利用率40.48%,太陽能薄膜電池產能利用率則僅為20%。2011年國家緊急修訂《外商投資產業(yè)指導目錄》，將多晶硅從鼓勵行列中摘除”，國內相關企業(yè)三分之一以上處于停產狀態(tài)，光伏企業(yè)集體進入寒冬”。外需擴張受阻，為拉動內需，國家發(fā)改委發(fā)布了《關于完善太陽能光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策的通知》，明確規(guī)定2011年7月1日前核準，2011年12月31日建成投產的項目，上網(wǎng)電價分別定為1.15元/千瓦時和1元/千瓦時，給光伏產業(yè)帶來新的希望。好消息不斷傳來，國家能源局近日再次向外界透露，《中國可再生能源發(fā)展十二五”規(guī)劃》目標已由原來的到2015年太陽能發(fā)電將達到10GW上調至15GW;國際光伏研究機構太陽能普資”，最近發(fā)布最新行業(yè)報告指出，2012年全球光伏需求市場預計將增長6%,歐洲市場的下滑將被其他地區(qū)43%的增長率彌補。光伏產業(yè)是由硅提純、硅錠/硅片生產、光伏電池制作、光伏電池組件制作、應用系統(tǒng)五個部分組成。業(yè)內人士認為，整個光伏產業(yè)的利潤主要是集中在上游的晶體硅生產和晶硅片加工環(huán)節(jié)。多晶硅和單晶硅片光電轉換效率高、性能穩(wěn)定、使用壽命長，是一種理想的光電轉換元件，目前光伏電池的太陽能面板90%以上均選用晶硅片制造。在蓬勃發(fā)展的光伏產業(yè)推動下，我國半導體制造技術不斷提高，國產多晶硅片的光電轉換效率已達16%,接近技術上的極限；單晶硅具有較高的技術壁壘，難以通過資本投入促進其快速發(fā)展，轉化效率普遍為17%-19%,有待進一步提高。晶硅棒規(guī)格越大，生產效率越高，國內生產的晶硅棒最大直徑已達400mm,常用規(guī)格為200?300mm；晶硅棒的生產成本正在穩(wěn)步下降。晶硅片是選用相應規(guī)格的晶硅棒切割成形的，上游產品價格昂貴的主要原因是晶硅片的加工成本居高難下，約占光伏電池總制造成本的30%以上。近年來光伏產業(yè)推廣應用多線切割技術，為提高晶硅片質量和進一步降低晶硅片生產成本帶來希望。儲能設施不過關是指光伏電池無法連續(xù)供電，晴天必須將電能儲存起來，保證陰天和夜間連續(xù)供電，但現(xiàn)用鉛酸蓄電池存在充電時間長、能量轉換率低、充放電次數(shù)有限和廢舊電池容易對環(huán)境造成污染等不足，制約了光伏電池的推廣應用。好在中國科學院大連物理化學研究所近年研制了一種大容量（100kW）的全銳液流儲能電池”樣機，該電池充放電循環(huán)次數(shù)突破1萬次，充電時間短、放電平穩(wěn)、電解液安全性高、材料回收方便，不會對環(huán)境造成污染。全鈕液流（鋰離子硫酸電解液）儲能電池的產業(yè)化開發(fā)，必將為太陽能光伏電池推廣應用拓寬道路。加拿大VRBPowerSystems公司提供的全鋰液流儲能電池結構原理如圖2所示。VRB-ESS電池包括兩個具有不同氧化狀態(tài)鋰離子的電解液存儲罐，中間用質子交換膜（PEM）作為電池組的隔膜，電解質溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學反應，通過雙電極板收集和傳導電流。電池正負極反應均在液相中完成，充放電過程僅僅改變溶液中鋰離子狀態(tài)，沒有外界離子參與電化學反應，將輸入的不穩(wěn)定電能轉換成穩(wěn)定可靠的電能輸出。圖2VRB-ESS電池結構原理全鈕液流儲能電池雖從技術上解決了電能儲蓄問題，但價格較高，推廣應用有待時日?？山梃b美國百萬屋頂”計劃，將光伏電池并入公共電網(wǎng)，每家屋頂白天發(fā)的電輸入電網(wǎng)，此時電表倒轉，電網(wǎng)等價收購住戶電能，晚上電表正轉，正常供電。光伏電池并網(wǎng)就是將太陽能組件產生的直流電經(jīng)過逆變器，轉換成符合公共電網(wǎng)要求的交流電，直接輸入公共電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，目前發(fā)展易受地域限制。而分散式小型并網(wǎng)光伏發(fā)電，特別是光伏建筑一體化發(fā)電，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，應該是目前并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。我國三分之二的面積年日照量在2200h以上，年太陽輻射能量達5000MJ/m2,利用太陽能條件比較好的地區(qū)有：西藏、青海、新疆、甘肅、內蒙、山西、陜西、河北、山東、遼寧、吉林、云南、廣東、福建和海南等［2］。充沛的資源、廣闊的市場，還有銳意進取的企業(yè)家，再加上國家政策的扶持，我國光伏產業(yè)發(fā)展前景一片光明。2晶硅片切割技術的進步晶硅片的傳統(tǒng)切割方法晶硅片的傳統(tǒng)加工方法是用高速旋轉的金剛石砂輪進行外圓切割或內圓切割，如圖3所示。外圓刀片剛性差，刀口擺動難以控制，為增強刀片剛度，只能加厚刀片，這樣一來切割刀縫加寬，材料浪費量加大，切割質量差，很難切出超薄晶硅片，因此，外圓切割很快被內圓切割取代。內圓切割具有優(yōu)勢：（1）切片精度高。直徑300mm晶片厚度差僅為0.01mm；（2）靈活的可調性。切片時可進行徑向和厚度調整，特別適用于小批量，多規(guī)格加工。和外圓切割一樣，內圓切割只能單片加工，也無法克服切口寬、材料浪費大、晶片表面損傷層厚和生產效率低的缺點。同時受圓鋸片結構的限制，對于大直徑（①>300nm）和小厚度（8W0.mm）晶硅片，內圓切割從產量到質量均無法滿足大型、快速、高精度、高效率、集成化的生產要求。a）外圓切割b）內圓切割圖3多晶硅和單晶硅片的切割多線切割多線切割是應集成化生產需求開發(fā)的一種高效切割技術，其原理如圖4所示。1一工字輪；2一張力控制輪；3一工字輪；4一切割液噴嘴；5一晶硅棒圖4切割鋼絲多線切割示意圖把一根細長鋼絲纏繞在工字輪上1和3上，兩端收放線系統(tǒng)對鋼絲施加一定的張力，中間裝有若干個張力控制輪2,用以控制鋼絲的剛度。工字輪1和3有節(jié)奏地高速旋轉，實現(xiàn)鋼絲往復運動。設備配有切割液噴灑系統(tǒng)，切割液由表面活性劑(聚乙烯醇)、碳化硅磨料和油基添加劑組成。切割時將切割液4噴灑到鋼絲上，切割進給機構勻速運動，把晶硅棒5壓向高速往返運動的鋼絲，切出一組符合要求的晶硅片。為節(jié)約晶硅材料，降低成本，光伏電池用硅片厚度已從原先的0.33mm下降到0.18?0.22mm,這種趨勢仍在繼續(xù)，目前薄片達到0.10?0.16mm。切割時線速一般控制在10?25m/so必須保證硅片一次切割成形，如果中間斷絲需要退出硅棒進行二次切割，兩次切割難免使硅片厚薄不均或形成臺階，而成為次品或廢品，所以要嚴格控制單絲長度，防止中間斷絲。多線切割的優(yōu)勢：切割效率高，一批次可切割數(shù)千片，每小時可切割2000?13000cm2晶片；材料損耗少，僅為內圓切割的60%;可切割直徑300mm以上晶硅棒；可切割厚度小于0.3mm的晶硅片；晶硅片表面損傷程度低等。但是多線切割也有其自身難以克服的缺點：切片一次定形，中間無法調整厚度；多線切片風險大，成功率與切割線的質量密切相關，.一旦斷線有可能造成整根硅棒報廢等。晶硅片切割目前處于多線切割和內圓切割同時并存，互為補充的格局，這兩種切割方式同樣適用于超硬材料和貴重寶石的切割。多線切割和內圓切割的特性比較見表1。表1多線切割和內圓切割的特性比較[2]項目切割方式硅片表面特性破損深度gm生產效率(cm2?h)每次加工數(shù)量，片切痕損失gm硅片最小厚度，gm可加工硅棒直徑,mm多線切割研磨絲痕5?15110?200200?400180?210200>300內圓切割磨削刀片磨痕20?3010?201300?500350Max2003切割鋼絲的基本性能和生產工藝流程切割線用超高強度鋼絲簡稱切割鋼絲，主要用于單晶硅、多晶硅和各類寶石的切割成形。鋼絲規(guī)格為①0.08?0.18mm,抗拉強度要求3200?4000MPa。寶石切割用鋼絲直徑偏下限為①0.080.10mm,抗拉強度要求偏上限為3800?4000MPa；①0.18mm鋼絲主要用于硅棒的端部切齊，抗拉強度要求偏下限3200?3500MPa。半導體用單晶硅片和光伏電池用多晶硅片切割用鋼絲常用規(guī)格為①0.12mm和①0.13mm,是近年來需求量增長最快的品種。切割鋼絲的基本性能切割鋼絲必須具有高耐磨性能、良好的尺寸精度和足夠的長度，性能指標要求如下：(1)抗拉強度。鋼絲的耐磨性能與硬度和抗拉強度成正比，細鋼絲無法測量硬度，通常用抗拉強度來考核耐磨性能。根據(jù)目前的技術水平，在保證足夠柔韌性(A50>2%條件下，細鋼絲的抗拉強度只能到4000MPa左右，所以切割鋼絲的抗拉強度要求在3200?4000MPa,比利時貝卡爾特對切割鋼絲性能的要求見表2。表2貝卡爾特切割鋼絲的基本性能[1]標稱直徑工字輪中鋼絲直橢圓度線密度破斷力標稱抗拉mm徑允許偏差，gmgm-1\(g-km)N強度,MPa0.180<3<320077?9534000.175<3<318973?9134000.160<315867?7736000.150<3<313960?7037000.140<312153?6337500.130<3<310447?5738000.120<3<38940?504000(2)尺寸精度。切割鋼絲的尺寸精度與切片的尺寸精度及表面質量密切相關，同一根切割鋼絲除保證橢圓度小于3兩頭的直徑偏差也不得大于3對強度這樣高的鋼絲要保如此高的尺寸精度難度很大，涉及模具質量、拉拔道次減面率分配、表面鍍層質量、潤滑劑的選擇、冷卻狀況等諸多工藝因素的調控水平。(3)鋼絲表面鍍黃銅(Zn/Cu=32/68)質量。黃銅主要用作拉拔預鍍層，能攜帶更多液體潤滑劑，保證多道次拉拔順利進行，要求成品鋼絲表面殘留銅層致密，不露白”，以提高鋼絲耐蝕性能，有利于攜帶切削液。(4)切割鋼絲長度。目前硅片規(guī)格有125mmX125mm和156mmX156mm兩種，切割鋼絲需要連續(xù)運行7?8h才能完成切割，每個工字輪的鋼絲必須足夠長，一般要求每根鋼絲長度要大于300km、450km或500km,至少不能小于250km,短于這個長度的鋼絲只能報廢。以①0.12mm鋼絲為例：每km質量僅為0.0887kg,500km質量為44.35kg,即每軸鋼絲質量要控制在45kg左右3。拉拔時是否斷絲與鋼材的化學成份、純凈度、氣體含量，及非金屬夾雜的成分、形態(tài)和分布狀況有關，而且還與盤條的表面質量和顯微組織結構，以及鋼絲生產工藝流程和質量控制水平有關，即與鋼絲生產全過程都有關聯(lián)。通常用斷絲率來考核鋼材質量，世界先進水平鋼絲的斷絲率W1.5%(5)工字輪排繞。常用工字輪規(guī)格為6255mmx({)115mmX320mm,要求鋼絲密排層繞，不得有夾絲和重疊現(xiàn)象，確保高速、恒張力放線時不斷絲。鋼絲的殘余應力要小，放線后的自然圈徑一般在150?200mm,單圈鋼絲放在光滑的平面上兩端不得有明顯的翹起?？傊摻z的鍍層質量、表面潔凈度、平直度、工字輪排繞狀況、抗拉強度的均勻性都是質量考核指標。.切割鋼絲生產工藝流程切割鋼絲的生產流程與簾線用鋼絲相同，只是切割鋼絲的規(guī)格范圍比簾線用鋼絲(60.15?0.38mm)更小，對鋼絲尺寸精度、抗拉強度均勻性要求更高，對表面潔凈度和鋼絲的平直度要求更嚴。切割鋼絲半成品的生產流程與制繩鋼絲和彈簧鋼絲相同，成品需要先鍍黃銅后拉拔，也有用直線式拉絲機先拉拔幾道次，然后再鍍黃銅。以65.5mmC92(E)鋼盤條拉拔60.12mm鋼絲為例，介紹切割鋼絲生產工藝流程如下：45.5nm盤條一表面處理(涂硼砂)一粗拉到(()3.0mrL鉛淬火處理一表面處理(磷化)一中拉到())1.45mm骨鉛淬火處理一電解酸洗一冷水沖洗一堿性鍍銅一熱水沖洗一酸性鍍銅一冷水沖洗一酸性鍍鋅-熱水沖洗—熱擴散—磷化—熱水沖洗—濕式拉拔到（））0.12皿戶工字輪收線（恒張力）—真空封裝。國內切割鋼絲生產企業(yè)按設備配置情況可分為兩類，一類全流程配置，從盤條一直生產出成品，江蘇興達鋼簾線、河南恒星科技、湖北福星和貴州鋼繩等均屬該類企業(yè)。另一類只配置成品拉絲機，從簾線廠采購鍍好銅的鋼絲（俗稱黃線”），生產成品鋼絲，全成電機、張家港蘇閩等地方或私營企業(yè)多屬這類企業(yè)。從生產工藝流程可以看出，切割鋼絲的生產可分為3部分：粗拉、中拉和成品拉拔。（1）粗拉。將65.5mm盤條先進行表面處理，包括清除表面氧化皮、涂上合適的涂層、烘干后采用直進式拉絲機，干式潤滑劑，用7個道次拉到63.0mm。目前國內多選機械除氧化皮、在線清洗、硼砂涂層、烘干、拉拔的工藝路線。該工序要點是表面氧化皮必須去除干凈，拉拔過程中鋼絲表面不應產生劃傷。（2）中拉。鋼絲先進行鉛淬火處理，此時要注意工藝控制，使鋼絲顯微組織細化，全部轉變?yōu)樗魇象w，力學性能達到均勻一致（抗拉強度同批差小于30MPa）。中拉用10個道次，將65.5mm盤條直接拉到成品前尺寸（61.45mm）。因總道次壓縮率加大，必須采用附著和潤滑效果更好的磷化涂層。該工序首次對鋼的顯微組織進行調整，應配以檢測和監(jiān)控手段，加強對抗拉強度均勻性的監(jiān)控。中拉過程中要對模具、潤滑劑、拉絲機冷卻系統(tǒng)進行嚴格控制，徹底改善鋼絲表面質量。（3）成品拉拔。拉拔成品前鉛淬火處理的目的是對鋼絲顯微組織進行精細調整，獲得片間距更小的索氏體組織（或托氏體、下貝氏體組織），嚴格地說應根據(jù)化學成分調節(jié)鉛淬火工藝才能達到預期效果。電解酸洗和鍍黃銅是為較高道次壓縮率拉拔做準備，該工序是技術含量高，設備（包括擴散爐）配置水平起決定性作用的工序，不少企業(yè)寧可花大價錢也要引進國外先進設備是值得的。目前國內多采用兩步法鍍黃銅，先鍍銅，后鍍鋅，再通過熱擴散處理形成黃銅。熱擴散處理時，最外層黃銅中的鋅發(fā)生氧化，形成氧化鋅薄膜，不利于濕式拉拔，必須用磷酸進行清洗，使之轉化成磷化膜，暫且也稱為磷化。電解酸洗之后，廠房環(huán)境對成品鋼絲的質量影響越來越大，廠房應封閉，并進行防塵、恒溫、防潮處理。除鋼簾線生產企業(yè)外，鋼絲繩和鋼絲生產企業(yè)均無此設備，設計和使用時都需慎重考慮。成品鋼絲使用鉆石模、水性潤滑劑在水箱式拉絲機中，用30道次從61.45mm直接拉拔到60.12mm。切割鋼絲用水箱式拉絲機的道次壓縮率一般控制在14.5%、13.8%、12.5%左右，成品道次壓縮率一般控制在6%左右3。因為細絲不出量，生產廠的水箱式拉絲機數(shù)量龐大，往往有成百上千臺。用水箱式拉絲機生產60.12mm切割鋼絲的典型拉拔工藝流程：61.45-1.36-1.22-1.10-0.98-0.88—0.78—0.70—0.63—0.57—0.52-0.475-0.435-0.40-0.368-0.34-0.315-0.292-0.27—0.25-0.233-0.216-0.20-0.187-0.175-0.163-0.152-0.142-0.133-0.124-0.12mm。如果前10道次選用冷卻性能良好的直進式拉絲機，采用干式潤滑拉拔，然后再用水箱拉絲機拉拔成品，整個拉拔道次可適當減少，成品抗拉強度有所提高。典型拉拔工藝流程：（｛）1.45-1.30-1.16-1.04-0.940.850.7650.690.630.570.520.470.430.390.3550.3250.300.2750.2520.232-0.214-0.198-0.182-0.168-0.155-0.143-0.133-0.124-0.120mm。比較兩種工藝流程可以看出：減少2個拉拔道次主要是依靠加大前面道次的壓縮率實現(xiàn)的。通過減少拉拔道次來提高成品鋼絲的抗拉強度，而又不明顯降低鋼絲韌性的工藝調整原則基本如此。(4)鋼簾線因為嬌貴，稱為制品中的皇后”，而切割鋼絲比鋼簾線更嬌貴，所以成品鋼絲在清洗、復繞、封裝(多選用真空封裝)各工序不可掉以輕心。4切割鋼絲用盤條和生產工藝流程切割鋼絲用盤條切割鋼絲的斷絲率很大程度上取決于盤條質量。優(yōu)質高碳鋼盤條首先要看化學成分控制水平，鋼的純凈度和顯微組織的均勻性。國內生產切割鋼絲用盤條目前全部依賴進口，生產企業(yè)確認的優(yōu)質盤條有日本神戶制鋼的KSC82、KSC92E,新日鐵的NSC85、NSC90,韓國POSCO的POSCORD90、POSCORD90E等。日本神戶和新日鐵切割鋼絲用盤條的牌號和化學成分見表3。進口C92E盤條實物化學成分見表4、物理性能見表5、金相組織及夾雜見表6。表3日本切割鋼絲用盤條的牌號和化學成分牌號生產企業(yè)化學成分，質量分數(shù)/%CSiMnPSCrNiCuKSC82神戶制鋼0.80?0.850.15?0.300.70?0.75<0.020<0.020<0.05<0.05<0.05KSC90神戶制鋼0.88?0.930.15?0.300.70?0.75<0.020<0.020<0.05<0.05<0.05KSC92E神戶制鋼0.90?0.950.10?0.300.25?0.45<0.020<0.0150.15?0.30<0.06<0.09KSC97-UH神戶制鋼0.95?0.990.10?0.250.30?0.42<0.012<0.0100.10?0.30<0.05<0.05NSC90新日鐵0.915?0.9350.18?0.250.30?0.42<0.012<0.0100.15?0.30<0.04<0.04表4進口C92E盤條化學成分，wt%CSiMnPSCrNiCuFe0.9080.1800.290.0.0120.0050.2000.0120.00898.00表5進口C92E盤條物理性能直徑，mm橢圓度/mm破斷力,kN抗拉強度,MPa斷面收縮率，％伸長率,%5.500.1529.56124238.19.6表6進口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，mmABCD9.00.020.500.50.5S1.0依據(jù)國外切割鋼絲用優(yōu)質盤條化學成分規(guī)范和實物性能檢測結果，可對切割鋼絲用優(yōu)質盤條的基本性能作如下描述：(1)盤條用鋼碳質量分數(shù)控制在0.82%?0.95%;硅對鋼絲深冷加工有不利影響，質量分數(shù)最好

控制在0.25%以下；鎰是延緩鋼絲索氏體化轉變的元素，為保證在有限的控冷時間內完成索氏體轉變，通常將鎰質量分數(shù)控制在0.35%以下。(2)拉拔斷絲率與鋼的純凈度正相關，優(yōu)質盤條的各類非金屬夾雜物應控制0.5級以下，即夾雜物的尺寸應小于5進口C92E盤條的B類夾雜物為0,據(jù)此推論鋼中氧質量分數(shù)應在20X10-6以下.oD類夾雜物和TiN夾雜物也是細絲拉拔脆斷主要影響因素，應對鋼中Al和Ti含量嚴加限制，精煉期適當降低爐渣的堿度，可降低鋼中D類夾雜物含量。(3)鋼中氮雖然能提高鋼絲的冷加工強化系數(shù)，但對深冷加工非常不利，簾線用鋼為保證在較大壓縮率冷拉順利，明確規(guī)定鋼中氮質量分數(shù)應小于40><10-6,切割鋼絲用鋼也應如此。(4)鋼中饃、銅都是延緩鋼絲索氏體化轉變的元素，應予以限制，實測C92E盤條中Ni和Cu含量均很低。(5)實測C92E盤條的基體組織為100%索氏體，盤條抗拉強度為1242MPa也驗證了測量的準確性。國產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超過93%,這也是國內外盤條的重要差距。切割鋼絲用盤條生產工藝流程國內進口盤條的主要供應商有新日鐵、神戶制鋼、撒斯特和康立斯。這些公司都以鐵水為原料，轉爐煉鋼。新日鐵和神戶盤條生產工藝流程：煉鐵一鐵水“三脫”處理一鋼水初煉(轉爐)一爐外精煉一連鑄一鋼坯修磨一高速無扭轉軋機連軋一盤條-鹽浴處理-包裝。鐵水三脫”處理指脫硫、脫磷和脫硅處理。國內盤條軋后全部用斯太爾摩線進行控制冷卻，以獲得拉拔性能良好的索氏體組織，但受冷卻條件限制，實際只能獲得質量分數(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行鹽浴處理，獲彳#100%的索氏體組織。這是國內鋼廠無法彌補的差距。鹽浴處理主要用于大規(guī)格(巾6.5?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輻上，傳送輻勻速運動盤卷自動散開，進入加熱爐完成奧氏體化后，首先落入1#鹽浴槽(溫度500C),緊接著進入2#恒溫鹽浴槽(溫度550C)后，完成索氏體化轉變，然后經(jīng)清洗、收線。為保證900C的盤條或鋼絲落入鹽浴槽時能保持外形，其盤條或鋼絲的直徑不能小于6.5mm。鹽浴是熱導率僅次于鉛浴的索氏體化處理方式，為彌補導熱能力的不足，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5所示。?風機?風機1—放線架；2—控溫爐；31#鹽浴槽；4—2#鹽浴槽；5一清洗槽；6一放線裝置；7—鹽液冷卻器；8一鹽浴補償器；9—旋風收塵器；圖5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5切割鋼絲和盤條生產發(fā)展動態(tài)切割鋼絲生產發(fā)展動態(tài)切割鋼絲的生產流程長，對尺寸和抗拉強度穩(wěn)定性要求苛刻，生產技術難度大，生產線建設投資高，國內市場過去幾年主要被貝卡爾特（Bekaert）等外資企業(yè)壟斷。江陰貝卡爾特公司憑借鋼絲變形能力和鋼絲鍍膜兩大核心技術控制市場，鋼絲質量穩(wěn)定，拉拔斷絲率在1.5%左右，年產鋼絲3萬to到2010年國內切割鋼絲產能排前幾位的外資企業(yè)還有：常州凡登、常州得一、東京制鋼在常州所設分廠、高麗鋼線在青島所設分廠。國內江蘇興達、河南恒星科技、綿陽全成電機、張家港蘇閩等企業(yè)也都在努力開發(fā)切割鋼絲市場。據(jù)工業(yè)線材聯(lián)盟提供的統(tǒng)計資料，2010年國內切割鋼絲的需求量為6.84萬t,其中國外企業(yè)產品使用量6.16萬t,國內企業(yè)產品使用量6800t,僅占總需求量的9.94%。切割鋼絲市場需求量的快速增長，引發(fā)了國內切割鋼絲生產線的投資熱。從生產工藝流程看，切割鋼絲和鋼簾線的流程幾乎一致，前幾年全國大上鋼簾線，一度造成簾線產能過剩，所以鋼簾線生產企業(yè)捷足先登，快速轉向切割鋼絲生產：亞洲最大的鋼簾線生產企業(yè)一一江蘇興達鋼簾線有限公司，幾年前就投資切割鋼絲生產線，年生產能力已超過5000t,2010年已規(guī)劃擴大生產規(guī)模。河南恒星科技股份有限公司2010年9月投資新建的年產5000t切割鋼絲生產線現(xiàn)已達產，2012年公司定向增發(fā)3500萬股，募集資金7.24億元，計劃切割鋼絲產能新增1.5萬t。江蘇維爾新材料股份有限公司是由無錫俊業(yè)投資有限公司、江陰澄星實業(yè)集團等4家合資新建的，該合資公司擬投資3.5億元在江蘇肝胎經(jīng)濟開發(fā)區(qū)興建年產1萬t切割鋼絲生產廠，2010年底先期投資2億元，新廠占地15萬m2,新建廠房4萬m2,所有生產設備全部從行業(yè)中技術先進的德國、意大利、比利時和韓國等進口，包括意大利的COSECO電鍍線、比利時的FIB淬火爐和擴散爐、韓國的STECO水箱拉絲機、美國INSTRON拉力試驗機、德國ZEISS金相顯微境和掃描電鏡、美國VarianICP、挪威Conoptica輪廓檢測儀等。江蘇寶鋼精密鋼絲一期工程，2011年12月在海門市海門港工貿工業(yè)區(qū)開工，廠區(qū)占地20.7萬m2,建成后年產切割鋼絲2萬t、鋼簾線8萬to大都（焦作）新材料科技公司，擬投資17.6億元，在焦作新材料產業(yè)園內新建年產5萬t切割鋼絲的新廠。江蘇海德旺斯光伏新材料有限公司在張家港宿豫工業(yè)園區(qū)投資2億元建廠，2011年10月底一期工程投產，年產黃銅線和切割鋼絲1萬t。山東億昌工貿有限公司在壽光新建切割鋼絲生產廠，一期年產1200t,二期擴建后年產切割鋼絲3600to鋼絲繩生產企業(yè)也積極投入切割鋼絲生產線的建設：湖北福星股份擬投資1.3億新建年產3000t切割鋼絲生產線，專業(yè)生產切割多晶硅片的鋼絲；據(jù)悉貴州鋼絲繩和寧夏恒力鋼絲繩廠也有籌劃建設切割鋼絲生產線的意向；一批地方企業(yè)和私有企業(yè)，在國家政策的支持下也滿懷信心地投入切割鋼絲生產線的新建和擴建中：邢臺鋼鐵線材精制有限公司2011年9月在邢臺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)開工建廠，預計總投資15.3億元，一期投資3.5億元，主廠房建筑面積4.5萬m2,設備258臺套，從意大利、德國和比利時進口，預計2012年3月一期工程竣工后年產切割鋼絲5000t,全部項目達產后將年產切割鋼絲2萬t。新余邦威合金2011年新建年產7000t切割鋼絲生產線；綿陽全成機電投資將產能擴大到每年3000t;眉山瑞顯光伏一期先建8000t/年的生產線，2012年再將產能擴大到1.63萬t/年；河津騰升簾線規(guī)劃新建年產5000t切割鋼絲生產線；余姚鴻鑫臺一期計劃建6000t/年的切割鋼絲生產線。專家估計國內企業(yè)2011年切割鋼絲實際產能將達到8.4萬t/年。預計到2012年底國內切割鋼絲產能將達到17?20萬t/年，產能與需求量基本達到平衡。鑒于切割鋼絲生產難度較大，原材料缺口仍將持續(xù)一個階段，新建廠達產可能仍需一段時間，目前國內市場發(fā)展態(tài)勢為：外資企業(yè)和外國產品憑借質量優(yōu)勢，牢牢地占領市場。國內企業(yè)正在興起，產品質量也在不斷提高，正以價格優(yōu)勢向外企和進口產品發(fā)起沖擊，力爭替代前者。按國內現(xiàn)有技術水平，生產1MW光伏電池大概需要晶硅片12t左右，而每切割1t晶硅片需要0.7?0.8t切割鋼絲，可以推算出國內2012年切割鋼絲的需求量約為11.7萬t。從以上分析可以看出：國內切割鋼絲的產能已大于市場實際需求，今后很長一段時間內應優(yōu)化產業(yè)結構，淘汰落后產能，降低生產成本，提高產品質量。切割鋼絲用盤條生產發(fā)展動態(tài)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%,近兩年國內切割鋼絲的飛速發(fā)展，從產能看供需基本達到平衡，但是制造切割鋼絲需要的高品質高碳鋼盤條，國內產品質量尚無法滿足切割鋼絲生產要求，在很大程度上仍依賴進口。相對于火熱的切割鋼絲生產線建設，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，國家有關部委已籌建了兩個課題，促進切割鋼絲的發(fā)展：一個是由清華大學牽頭的切割鋼絲研究小組；一個是由北京科技大學牽頭的切割鋼絲用盤條國產化研究小組。國內鋼鐵工業(yè)經(jīng)過近十年來的飛速發(fā)展，煉鋼和盤條的設備裝備水平已進入世界一流行列，世界最先進的冶金爐，最先進的冶煉-鑄造工藝流程，最先進的軋機中國全有。生產不出合格的切割鋼絲用盤條的原因大致有兩點：首先是切割鋼絲的技術要求遠高于一般鋼種，很難找準全部切入點，列出全部技術要求。其次是如何將技術要求轉化成工藝操作規(guī)程，對全過程實施有效控制，達到預期目標。要生產出高質量切割鋼絲用盤條，必須綜合運用以下幾項技術才能達到預期目標：（1）超高強度鋼生產技術；（2）微合金化技術；（3）超純鋼生產技術；（4）微細絲用鋼生產技術。顯而易見，要同時熟練地運用這些技術，從工藝裝備水平和實際操作經(jīng)驗兩方面看，特鋼廠比普鋼廠更有優(yōu)勢。6提高切割鋼絲質量的工藝設想綜合運用4項技術，提高切割鋼絲質量水平，建議從以下幾個方面著手。強化方法鋼的強化常用方法有：固溶強化、細晶強化、相變強化、沉淀析出強化和冷加工強化。切割鋼絲要求抗拉強度達到4000MPa時仍具有良好的柔韌性（A50>2%,顯然，用淬火-回火處理（相變強化），在保證鋼具有足夠柔韌性的條件下，無法使鋼的抗拉強度超過3000MPa。固溶強化、細晶強化、沉淀析出強化等最多能使鋼的抗拉強度提高500MPa左右，只能用作超高強度鋼的輔助強化手段，因此切割鋼絲只能選用冷加工強化方法。冷加工強化鋼絲抗拉強度超過3000MPa必須具備兩個基本條件：（1）鋼絲經(jīng)熱處理后的抗拉強度應超過1200MPa；（2）鋼絲能承受99%以上壓縮率的拉拔。鐵素體鋼、奧氏體鋼和各類合金鋼都無法同時滿足上述要求，只有碳質量分數(shù)A0.82%勺碳素鋼絲經(jīng)等溫淬火，獲得索氏體、托氏體或下貝氏體組織后有可能同時滿足上述要求，（上貝氏體組織無法滿足第2條要求）。合理控制鋼的化學成分，提高盤條索氏體化率、細化鋼絲索氏體片間距、改善索氏體組織的均勻性是提高切割鋼絲強韌性的研究方向。而提高鋼的純凈度、降低鋼中非金屬夾雜含量，尤其是控制直至消除D類和B類夾雜，與降低生產及使用過程中的斷絲率有直接的關系。碳素鋼等溫淬火時，隨著淬火溫度下降，依次獲得片狀珠光體、索氏體、托氏體（原稱屈氏體）上貝氏體、下貝氏體和馬氏體組織。片狀珠光體、索氏體和托氏體都是由鐵素體薄片與滲碳體（包括碳化物）薄片交替重疊組成的共析組織，三者之間差別是片間距不同：珠光體片間距大致為0.40，1.0索氏體片間距大致為0.10?0.40托氏體片間距小于0.1^m。在充分奧氏體化條件下，碳素鋼片間距與實際轉變溫度直接對應，即在特定轉變溫度下必然得到固定的片間距。索氏體轉變區(qū)間大致為450?550C,托氏體轉變區(qū)間大致為420?450C,顯然等溫轉變是獲得單一、片間距一致的顯微組織的先決條件，（參見本書第九章鋼絲索氏體化工藝探討）。擴散型等溫轉變的另一特性是：轉變溫度越低，完成轉變的時間越長。碳素鋼的下貝氏體轉變往往要數(shù)天或十余天時間才能完成，盡管實驗室研究認為下貝氏體鋼的抗拉強度（1700MPa）要高于索氏體和托氏體鋼，可拉拔性能接近索氏體鋼，有可能獲得更高的強韌性，但工業(yè)生產目前無法突破完成轉變難關[4]。牌號的開發(fā)索氏體化碳素鋼絲的抗拉強度與含碳量有對應關系，不同含碳量鋼絲鉛淬火后的抗拉強度，以及用98.0%、99.0%和99.3%的壓縮率拉拔到巾0.18?0.08mm的成品鋼絲時的預測抗拉強度見表7。表7鋼絲含碳量與抗拉強度的對應關系碳質量分數(shù)/%鉛淬火抗拉強度MPa壓縮率為98.0%時的抗拉強度，MPa壓縮率為99.0%時的抗拉強度/MPa壓縮率為99.3%時抗拉強度,MPa0.8213103060-32103350?35203540?36900.8513403120-33603430?35803620?37500.8713603170-33003480?36203670?37800.9013903240-36503560?36803750?38400.9214103290-33903620?37203810?38800.9414303330-34203670?37503860?39200.9614503380-34603720?37903920?3960

從表7可以看出：碳質量分數(shù)為0.82%的碳素鋼絲只有經(jīng)過98.0%以上壓縮率拉拔，抗拉強度才能超過3000MPa,切割鋼絲的標稱抗拉強度一般均大于3400MPa,為留下足夠的剩余塑性，冷拉壓縮率通常選在99.0%左右，據(jù)此推斷：切割鋼絲應選用碳質量分數(shù)a0.82%的碳素鋼絲生產。但高碳鋼絲鉛淬火時滲碳體片有明顯的粗化跡象，從而導致切割鋼絲成品塑性和韌性下降，必須采用微合金化技術來阻止?jié)B碳體片的粗化。索氏體鋼片間距與實際轉變溫度直接對應，抑制滲碳體片的粗化最有效的方法是在鋼中添加穩(wěn)定奧氏體的元素，降低奧氏體開始向索氏體轉變溫度。Mn和Cr都是延緩索氏體轉變的元素，V、Nb和稀土元素是強碳化物形成元素，也能有效地阻止?jié)B碳體粗化。經(jīng)過精心測算和實踐驗證，我們認為表8列舉的牌號可以作為切割鋼絲升級備用牌號。表8切割鋼絲用盤條化學成分，wt%牌號CSiMnPSCrNiCuC87B0.85?0.890.10?0.250.70?0.75<0.020<0.010<0.05<0.05<0.05DY1050.90?0.940.10?0.250.30?0.45<0.020<0.010<0.05<0.05<0.05C92Cr0.92?0.960.10?0.250.30?0.42<0.015<0.0100.10?0.30<0.04<0.04C96V0.94?0.980.10?0.250.30?0.42<0.015<0.0100.10?0.30<0.04<0.04注：稀土元素只計加入量；Ti、Al、N和。暫作為內控成分，w(Ti)<0.005%,w(Al)<0.0(3%,w(N)40X10-6,w(O)V0X10-6。DY105盤條有質量分數(shù)為0.05%的Ce；C96V盤條有質量分數(shù)為0.07%?0.12%的V。實踐證明，適量的Cr(w(Cr)W0.30%可以改變Fe3c形態(tài)，細化索氏體片，防止石墨碳析出，日本神戶和新日鐵開發(fā)的切割鋼絲用鋼KSC92E、KSC97-UH和NSC90都是實例。但使用含Cr和高Mn鋼應注意適當延長等溫處理時間(或在鉛時間)，否則會影響索氏體化程度。早在1980年鋼絲公司系統(tǒng)地做過Nb和稀土元素Ce對高強度彈簧鋼絲(相當于現(xiàn)行GJB5260-2003中I組)力學性能、工藝性能和可拉拔性能的影響，選用鉛淬火用T9A鋼，分別加入質量分數(shù)0.01%的Nb和質量分數(shù)0.08%的Ce,批量生產試驗結果見表9。表9鋁和稀土對T9A彈簧鋼絲性能的影響鋼絲直徑/mmw(Ce),%w(Nb),%抗拉強度，MPa彎曲次數(shù)，次扭轉次數(shù)，次0.8無無287113.427.40.08無277516.924.4無0.01285413.132.81.6無無230114.530.80.08無237116.928.2無0.01234114.933從表9中可以看：添加Nb和Ce對抗拉強度的影響不顯著，添加Nb能顯著提高鋼絲的扭轉性能，添加Ce能顯著提高鋼絲的彎曲性能。進一步分析發(fā)現(xiàn)，鋼中添加質量分數(shù)為0.08%Ce,非金屬夾雜中有很大部分是稀土夾雜，為此對冶煉工藝進行調整，強化加稀土前的脫氧和降氮處理，同時開展不同稀土含量對彈簧鋼絲工藝性能的影響研究，13VCp?I中添加質量分數(shù)為0.08%Ce,非金屬夾雜中有很大部分是稀土夾雜，為此對冶煉工藝進行調整，強化加稀土前的脫氧和降氮處理，同時開展不同稀土含量對彈簧鋼絲工藝性能的影響研究，13VCp?I亞—nF—最終結論是：加入稀土質量分數(shù)為0.05%時，成品鋼絲的扭轉次數(shù)和彎曲次數(shù)同時增高，增高幅度大于15%和20%。當時將加入質量分數(shù)為0.05%Ce的T9A鋼定名為DY105,作為生產高強度和超高強度強簧鋼絲專用料，一直使用至今。工藝試驗表明：無論是添加微量元素或未添加微量元素的T9A鋼絲，拉拔到60.20mm時均未出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。多年生產實踐證明：DY105生產60.10mm高強度彈簧鋼絲極少出現(xiàn)拉拔中斷絲現(xiàn)象，估計斷絲率在1.0%左右，值得推廣使用。V是強化和韌化效果俱佳的微合金化元素，廣泛地用于各類特殊鋼和合金中，V被廣泛應用得益于其獨特的性能：圖6碳化物和氮化物的生成溫度范圍（1）V在丫鐵中溶解度為1.4%,在生鐵無限溶解，能最大限度地留存在奧氏體和鐵素體中，微量元素就能發(fā)揮預期作用；（2）V是強碳化物形成元素，VC的穩(wěn)定性超過W、Cr、Mn、Fe的碳化物，鉛淬火時能搶在Cr、Mn、Fe前析出VC,抑制粗片狀Fe3c的析出，縮小索氏體片間距；（3）V又是強氮化物形成元素，能固定鋼中的氮，緩解超高強度冷拉碳素鋼絲的應變時效脆化效應，提高成品鋼絲的韌性；（4）在常見顯微合金的碳化物和氮化物中，VC的析出溫度最低（如圖6所示，VC:450?720C、VN:640?1080C）,所以其碳化物的粒度也最細，V的析出相（VC和V（CN））是所有析出相中唯一能達到納米級的析出相；（5）VC和V（CN）的硬度遠高于Fe3C,能顯著提高鋼絲的耐磨性能。常用微合金化元素碳化物和氮化物的硬度見表10。表10常用微合金化元素碳化物和氮化物的硬度碳（氮）化物硬度HV值TiC3200NbC2400VC2094Cr23C1650Fe3C860TiN1994VN1530NbN1396AlN1230從圖6和表10可以看出：常用微合金化元素Ti和Al的化合物TiC、TiN和AlN是在高溫條件下生成的，屬于顆粒粗大的脆性夾雜，是細絲用鋼絕對禁止的。Nb在丫鐵中溶解度為2.0%,在生鐵溶解度為1.8%,Nb能留存在奧氏體和鐵素體中，并保持到600C以下，有可能對索氏體片間距縮小起促進作用，但因其在較高溫下已有部分開始轉化成NbC或NbN,NbC或NbN的顆粒要比VC和V（CN）粗得多。相對而言，選用V作細化索氏體片間距的微量元素更理想。實際上鋼絲公司早已開發(fā)了T10VA牌號，用于制作無紡布用刺針，優(yōu)點是加V后刺針沖刺成功率高，使用中尖刺耐磨性明顯提高，斷尖現(xiàn)象有了根本性改善?？紤]到刺針的尖刺尺寸遠小于0.08mm,切割鋼絲選用該牌號應該是合適的；但切割鋼絲的抗拉強度上限僅為4000Mpa,設計C96V時將碳質量分數(shù)降到0.94?0.98%就可以滿足抗拉強度要求了，C96V值得推廣使用。冶煉工藝優(yōu)化[5]切割鋼絲的生產工藝流程與鋼簾線用鋼絲的工藝流程相近，只是成品規(guī)格更細，抗拉強度更高，拉拔斷絲率更低（或單絲質量更長），因此，以鋼簾線用鋼的冶煉工藝為基礎，以如何保證鋼絲更細、更高、更長為目標來優(yōu)化冶煉生產工藝，根據(jù)前面的分析可將煉鋼優(yōu)化目標定為：按表8要求準確控制化學成分；按表6要求控制非金屬夾雜的形態(tài)和含量，特別D類、B類夾雜和TiN和AlN的含量。目前鋼簾線用盤條先進的冶煉流程有兩種：第1種：高爐鐵水-鐵水預處理+廢鋼-復吹轉爐初煉-爐外精煉（LF+RH）-連鑄（大方坯+電磁攪拌+輕壓下）-連軋（控制冷）。第2種：高爐鐵水-鐵水預處理（或生鐵）+廢鋼-超高功率電爐初煉-爐外精煉（LF+VD）-連鑄（大方坯+電磁攪拌+輕壓下）-連軋（控制冷卻或等溫鹽浴處理）。國內外鋼鐵廠一般都根據(jù)自身條件，選用其中一種冶煉工藝流程。世界著名的鋼簾線用盤條生產企業(yè)，德國SaarstahlAG公司的冶煉流程為：高爐鐵水-鐵水預處理（140t）+廢鋼（15%?20%戶LD（或LD-AC）（165t,預部配5?6個氧槍，每分鐘吹入500?600Nm3氧氣；底部有10個①4mm孔，每分鐘吹入0.015?0.5Nm3的僦氣）-RH（真空度W50Pa）-TN噴粉（一臺噴CaC2粉、一臺噴CaSi粉）fCC（125X125mm、140X140mm）。鐵水預處理和廢鋼管理嚴格控制化學成分，特別是Ti、Al、Cr、Ni、Cu、Si、P、S、。和N的含量是切割鋼絲的特殊要求。為防止不期望的金屬混入鋼中，冶煉時盡可能多選用鐵水，對廢鋼的化學成分也要進行嚴格篩選。要保證Si、P、S和。處于低含量狀態(tài)，必須對鐵水進行預處理。鐵水預處理的目的是脫硫、脫硅和脫磷。脫硫基本原理是將與硫親和力大的元素或化合物混入鋼中，使其與鐵水中的硫反應，生成更穩(wěn)定、極少溶解或完全不溶解鐵水的硫化物，實踐證明：鐵水脫硫（TDS）效果比鋼水爐外精煉脫硫效果高4?6倍，原因是鐵水中碳和硅的含量高，提高了硫在鐵水中的活度系數(shù)。此外，鐵水含氧量低對脫硫反應的進行是有利的。脫硫常用方法是用氮氣或僦氣作為載體將脫硫粉劑噴吹到鐵水中（KIP法），脫硫粉劑種類繁多，其中CaC2是高效脫硫劑，因其價格較貴，或出于安全考慮，一般均選用復合脫硫劑，主要有CaO+CaF+活性C、CaO+CaCO3+CaF+C、CaC2+Mg+CaCO3、CaC2+CaO+硼砂等。目前除提高脫硫效率外，減少渣量和降低成本也是脫硫工藝改進方向。脫硅是通過向鐵水中加氧化劑，把硅氧化成渣，再通過除渣達到脫硅目標。為減少石灰用，減少Mn和Fe的燒損，用氧化鐵皮或燒結礦進行鐵水脫硅處理，脫硅率可達55%?95%,處理后的鐵水溫度略有上升。硅含量與脫磷效果密切相關，只有在Siv0.15%時，磷與氧的親和力才大于硅與氧的親和力，脫磷必須先脫硅，否則優(yōu)先生成的SiO2會降低渣的堿度，使脫磷效率降低，甚至無法進行。鐵水脫磷的熱力學條件是低溫、高氧化性、高堿度渣，常用脫磷劑分CaO系和Na2CO3系，前者價廉，但脫磷效果稍差；后者脫磷效果雖好，但成本高，對爐體耐火材料侵蝕性較強。在鐵水罐或混鐵車內脫磷，自由空間小，反應速度受限制，從容器形狀、反應空間、加渣、兌鐵水、檔渣、排渣、除煙塵、裝氧槍和底氣攪拌等諸多操作條件考慮，復吹轉爐是理想的鐵水除磷設備。寶鋼早在1993年就利用轉爐脫磷法生產出超純凈鋼，包鋼也開發(fā)了SRP法脫磷工藝，均可以借鑒。廢鋼的質量和穩(wěn)定性是最難控制的，但對于切割鋼絲用鋼來說又是至關重要的，必須精心挑選Ti、Cr、Ni、Cu含量低的軋鋼返回料，或成分明確的重、塊狀切割料，杜絕使用出處不明的輕薄料。初煉工藝控制現(xiàn)代煉鋼已由傳統(tǒng)的熔化-氧化-還原”三段模式，逐步演變成熔化-氧化”兩段模式，將還原及精煉功能都轉到爐外精煉爐中完成。平爐煉鋼基本被淘汰，轉爐和電弧爐成為主流煉鋼設備。為加快生產節(jié)奏，跟上后步精煉和連鑄的步伐，轉爐采用大量、多方向吹氧的辦法，縮短熔化時間；電弧爐采用提高電功率和強化吹氧法提高煉鋼效率。目前提高氧氣轉爐煉鋼質量的關鍵環(huán)節(jié)是：如何精確控制終點成分和鋼水溫度。在吹末期，每小時吹入1Nm3（1個標準立方米）的氧，鋼水升溫約12.5C,如要將出鋼溫度控制在±2C范圍內，實際上只有±8秒的調控時間。按降C速度計算，要將碳含量控制在S.02%范圍內，對00.15%的鋼調控時間必須小于8秒，對于C=0.08%的鋼調控時間也不會超過20秒。在冶煉過程中，對上述兩項指標的影響因素實在太多，要準確調控已超出人的能力范圍。長期實踐經(jīng)驗表明，要精確控制終點成分和鋼水溫度，必須實現(xiàn)吹煉過程的可預報性，而可預報性又取決過程的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性，因此必須對冶煉全過程，包括兌鐵水、配廢鋼、渣料配比，吹煉操作、爐溫和化學成分波動等實施規(guī)范管理和自動化調控，即應用計算機建立吹煉過程的動態(tài)控制模式，實現(xiàn)全程自動化控制。此外還應根據(jù)切割鋼絲用鋼的特點，及后步精煉設備狀況，探索確定擋渣方案、鋼包換渣和保溫措施，以及終點化學成分和鋼水溫度控制目標。電弧爐煉鋼的一般規(guī)律是：熔化和氧化階段N含量持續(xù)下降，還原階段在電弧作用下氮氣電離，很容易滲入鋼水中，N含量通常會增高到80?120ppm,因此不主張用電弧爐冶煉切割鋼絲這類對氮含量嚴格限制的鋼?，F(xiàn)代煉鋼技術將初煉爐的功能簡化為熔化-氧化”兩段模式，因此可以放心地使用電弧爐來冶煉切割鋼絲用鋼了。電弧爐提高冶煉速度的最有效方法是加大功率，超高功率電爐應運而生。電弧爐煉鋼的優(yōu)勢是能源供應多元化，將熔化和氧化功能分離開，不僅加快了熔化速度，也拓寬了工藝調節(jié)的選擇性，為人工干預留下更充分的施展空間。在鐵水預處理設施尚未完全到位的條件下，可將部分處理（如脫硫）轉移到電弧爐初煉時完成。最終借助于爐外精煉來脫氮。精煉工藝的選擇和控制爐外精煉指把初煉鋼水移到另一容器進行二次冶煉，爐外精煉的功能是：脫碳、脫硫、脫氣（包括氫、氮、氧）、去除氧化物；合金化、均勻化（包括成分和溫度）；控制夾雜物形態(tài)、調整出鋼溫度。爐外精煉分為①鋼包精煉型，如AOD、VOD和LF等；②鋼包處理型，如RH、VD、鋼包噴粉（KRT和KIP）和鋼包喂線（單線和雙線）等。兩種精煉的共同特點是：①通過抽真空、或通氧化型、還原型和惰性氣體，建立一個適宜的精煉氣氛；②采用電磁力、惰性氣體或機械方法攪動鋼水；③采用電弧加熱、等離子加熱或化學熱補償?shù)姆椒ūＷC鋼水溫度。要進一步提高切割鋼絲用鋼的質量，生產出滿足切割鋼絲的要求的盤條，必須要在爐外精煉環(huán)節(jié)下功夫。可選擇工藝措施有：（1）造渣和攪拌俗話說：煉鋼就是煉渣”，在不同階段需要造不同的渣，通過渣與鋼的緊密接觸，產生化學反應，達到脫碳、脫硅、脫氧、脫硫和脫磷的目標；通過有序的造渣、調渣、流渣、扒渣和換渣，調整鋼的成分，提高鋼的純凈度；在整個冶煉過程中，對渣的配比、堿度、溫度，流動性和保溫性都必須按工藝規(guī)程進行嚴格控制?，F(xiàn)代煉鋼在渣控方面的技術進步體現(xiàn)在：轉爐和AOD爐擋渣技術和電爐的偏心爐底出鋼(EBT)兩方面。和造渣密切相連的是攪拌，不斷攪拌才能實現(xiàn)鋼水和爐渣的緊密接觸，完成化學反應。攪拌方法有：人工攪拌、機械攪拌、氣體攪拌、電磁攪拌，其中氣體攪拌和電磁攪拌是現(xiàn)代煉鋼技術進步的重要成果。氣體攪拌又分為氧氣、氮氣、二氧化碳氣和僦氣攪拌，僦氣攪拌已成為精煉不可或缺的工藝措施。鋼包吹僦是最簡單的精煉手段，由于吹僦部位不同，又分為頂吹僦、底吹僦和側吹僦三種方式。吹僦的目的是均勻鋼水的成分和溫度，促使鋼中夾雜上浮。目前國內幾乎所有鋼廠都采用了吹僦精煉技術，吹僦主要工藝參數(shù)為：吹僦壓力(0.2?0.6MPa),吹僦量(0.1?0.3m3/min),吹僦時間(2?6min),頂吹時還有插入深度。具體的工藝參數(shù)需要根據(jù)鋼包容量、鋼水溫度、熱量補償方法、鋼水質量狀況和產品質量要求去規(guī)范。特別應注意，吹僦量絕不是越大越好，如吹成鋼水沸騰反而帶來表面氧化的后果。夾雜上浮效果與吹僦量關聯(lián)更大，可以肯定地說小氣量比大氣量更有利。實踐證明：經(jīng)吹僦處理的鋼，氧含量能降低20%?30%,氫含量能降低20%,非金屬夾雜總量減少30%?40%,鋼水降溫20?30C,鋼的化學成分均勻性有根本性改善。(2)真空脫氣技術真空處理的脫氣效果和深度比吹僦更有效，在脫氣過程中鋼中夾雜能跟隨氣泡上浮，所以真空處理還具有提高鋼的純凈度的功能。高碳鋼生產中最常用的真空處理方法有RH和VD法。下面以RH法為例分析真空脫氣的技術特性：RH處理的核心設備是真空室，目前多選用雙真空室，大型真空室高度超過10m,可處理360t鋼水包。利用蒸汽噴射泵抽真空，真空室的工作真空度可保持到67Pa(0.5托)以下，極限真空度小于20Pa(0.15托)。輔助設備有合金料斗，測溫取樣裝置等。RH處理可達到以下效果：①真空脫碳，經(jīng)25min真空處理可生產出〔C〕w20Ppm的超低碳鋼；②真空脫氣，可生產出〔H〕W1.5Ppm〔N〕w20Ppm的純凈鋼水；③真空脫硫，經(jīng)RH噴粉處理，可生產出〔S〕＜10Ppm的超低硫鋼；④真空脫磷，經(jīng)RH噴粉處理，可生產出〔P〕w20Ppm的超低磷鋼；⑤均勻鋼水溫度，可保證連鑄中間罐鋼水溫度波動不大于5C；⑥均勻鋼水成分和去除夾雜物，可生產出〔O〕w15Ppm的超純凈鋼。一般說來，經(jīng)RH處理脫氫率為60%?70%,脫氧率為75%?80%,脫氮率為10%?20%?，F(xiàn)在還有真空室內增設吹氧裝置，稱為RH-OB技術；增設噴粉裝置，稱為RH-IP技術；在下部埋吹氧管，上部設加料斗，稱為VOF技術；用于實現(xiàn)多功能精煉。VD法與RH法作用和原理相似，都是真空脫氣，VD通常與LF爐配套使用。RH法通常與LD(LD-AC)爐配套使用。(3)噴粉技術用氣體作為載體將粉末材料直接噴射到鋼水中，可加速冶金反應的進行，常用于爐內脫磷和增碳，還原期脫硫和脫氧，鋼包深度脫硫，對非金屬夾雜進行變性處理，對鋼水進行微合金化等。根據(jù)冶金需要粉末材料可能是CaSi粉、CaC2粉、活性石灰粉、造渣劑或合金粉末等，噴粉精煉的工藝參數(shù)如表11。噴粉站有SL和TN兩種型式，目前這兩種噴粉站國內鋼廠均有選用。表11噴粉處理的工藝參數(shù)工藝參數(shù)爐內脫磷爐內增碳鋼包噴粉脫硫噴粉罐壓力，MPa0.4?0.60.3?0.40.2?0.4助風壓力，MPa0.38?0.580.28?0.380.2?0.4噴粉罐載氣流量，mrrYh4202712?15助風載氣流量，mrr/h30098?12送粉速度，kg/min23012030?50粉劑單耗量，kg/t7005030?50載運氣體QArAr噴槍插入液水深度,mm1.3?1.4冶金效果，氧化期脫磷率70380%還原期增碳率95%^100%脫硫率50%70%(4)喂線技術喂線起源于對夾雜物的變形處理，向鋼水中喂CaSi線或Ca線，將高熔點的點狀不變形D類夾雜轉化為熔點較低的C類(Ca-SiO2-Al2O3)塑性或半塑性夾雜。由于喂線設備簡單、投資少、操作方便，很快得到推廣，現(xiàn)在已被推廣應用到微合金化元素的控制加入中。喂線機是喂線技術的主體設備，必須具備以下功能：①運行速度恒定、可調；②驅動、制動靈活；③設備體積小，操作方便。國產喂線機設備參數(shù)見表12。表12國產喂線機設備參數(shù)設備型號外形尺寸，mm電機功率，kW重量，kg線速度,m/min喂線尺寸.,mmGGN-1單線750>540X11504.43000?1500?300①6?159X24GGN—2雙線1500>700X120012.06000?300①6?159X24GWJ-10C1600>800X14005.5750480?600①9.610喂線是用0.2?0.3mm薄鋼帶將粉末材料包裹起來，再制成各種規(guī)格的圓形或矩形線材；常用規(guī)格為①6?15mm圓線和(6?12)X10?28)的矩形線。品種有CaSi線、Ca線、CaC2線、S線、C線、B線、Ti線和稀土線等。喂線可以垂直穿過渣層，避免合金元素燒損，合金元素的收得率高而且穩(wěn)定。用喂線法調整微合金元素的含量，可縮小成分波動范圍，準確命中預定目標，在脫氧、控氮充分的前提下，常用微合金元素的收得率可按以下范圍進行計算：5100%、Al85%?97%、Ti87%93%、Nb95%?100%、V95%?100%、B77%?85%、S75%?85%、Ca10%?30%、Ce40%?52%連鑄工藝特性近十多年來連鑄技術發(fā)展極為迅速，連鑄機不斷改進，連鑄工藝日趨完善，自動化控制和檢測手段不斷提高，目前碳素鋼連鑄坯不僅成材率高，其化學成分的穩(wěn)定性、顯微組織的均勻性和表面質量均優(yōu)于模鑄坯。電磁攪拌、輕壓下、中間包、浸入式長水口、惰性氣體保護澆注等技術的采用是切割鋼絲用鋼坯連鑄必不可少的工藝措施。生產過程中應結合連鑄設備狀況和鋼坯尺寸要求，對澆注溫度、澆注速度、結晶冷卻制度和鋼坯拉速等摸索出一套理想的工藝參數(shù)，實施規(guī)范化管理。切割鋼絲用鋼屬于高碳鋼，一般說來應盡可能選用大方坯，盤條生產前增加一道開坯工序，對改善鋼坯芯部碳化物的形態(tài)和分布是非常有益的。表面質量和內部組織結構的均勻性要求極為苛刻，表面不允許有脫碳、劃傷以及任何影響拉拔性能的缺陷；盤條的顯微組織應為片間距一致的索氏體組織，索氏體程度越高越好；盤條心部不得有明顯的碳化物偏析、疏松和縮孔。改進盤條質量要從鋼坯開始，鋼坯必須100%經(jīng)修整處理，徹底清除表面缺陷。高速無扭轉連軋機已經(jīng)成為國內鋼廠常規(guī)設備，生產中要控制好生產節(jié)奏，合理使用控制冷卻技術，防止盤條中心因過熱出現(xiàn)碳化物聚集和中心孔洞，或因冷卻太快形成變態(tài)珠光體和馬氏體。充分運用控冷技術，力爭獲得100%的索氏體組織是軋機調控的基本功。高速連軋機終軋溫度一般在1000C以上，此時酌情開數(shù)級水冷(一次冷卻)，將盤條溫度可調到900C左右，再經(jīng)吐絲機盤卷、布線后進入斯太爾摩冷卻線。斯太爾摩線的前端配有多級大功率鼓風機，速度可調的傳輸系統(tǒng)，以及很長一段帶蓋的保溫箱。散卷的盤條進入斯太爾摩線后首先實施強風冷卻(二次冷卻)，盤條溫度迅速降到600c以下，然后進入關蓋的保溫箱，在保溫箱中完成索氏體化轉變。由于傳輸速度可以調整，保溫箱蓋可以隨意開關，所以可以準確地控制索氏體化轉變溫度，不會產生低溫轉變組織，工藝穩(wěn)定，可靠。盤條規(guī)格細有利于控制冷卻，切割鋼絲成品規(guī)格在60.08?0.18mm,應盡可能選用細規(guī)格盤條，目前國內盤條最細規(guī)格為64.5mm,由東北特殊鋼集團大連基地生產。鋼絲生產工藝控制從鋼絲生產工藝流程看，可把切割鋼絲看成是鋼簾用鋼絲的延伸產品，但要生產出高質量切割鋼絲，首先要找出兩者性能要求的差別，并采取相應工藝措施，提高產品質量。如前所述兩者差別除更細、更高和更長外，更重要的差別在于：優(yōu)質簾線鋼絲靠捻制成形，鋼絲應有更好的扭轉性能，優(yōu)質切割鋼考慮耐