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宝钢精密钢丝

作者:12博官网 发布于:2020-11-18 09:25 点击量:

  宝钢精密钢丝_材料科学_工程科技_专业资料。宝钢精密钢丝通过技术创新提高企业竞争力的实践 ·1 · 宝钢精密钢丝通过技术创新提高企业 竞争力的实践 胡东辉 (江苏宝钢精密钢丝有限公司,海门 226114) 摘 要 宝钢精密钢丝立足高附加值产

  宝钢精密钢丝通过技术创新提高企业竞争力的实践 ·1 · 宝钢精密钢丝通过技术创新提高企业 竞争力的实践 胡东辉 (江苏宝钢精密钢丝有限公司,海门 226114) 摘 要 宝钢精密钢丝立足高附加值产品,在建厂之初即同步展开技术创新工作。通过对极细超高强钢丝拉拔技术 上进行的系统研究,在湿拉塑性变形均匀性、超高碳钢钢丝高塑性取得了突破,结合超纯净钢检测技术、拉拔润滑 性能评估技术等全新检测技术的开发,为提升企业效益和竞争力提供了有力地支持。同时,通过技术创新实践也取 得了一些经验:技术创新工作如果能将理论创新、工艺进步、新设备开发有机结合起来,能更好的发挥技术创新的 功能,更有效的提高企业竞争力。技术创新不仅需要包括产品性能和质量的提升,在开发新产品时同步开发配套的 低成本环保生产工艺,新产品才会具有竞争力。 关键词 精密钢丝 企业科技创新 Practice of Improving the Competitiveness of Baosteel Precision Steel Wire by Technological Innovation Hu Donghui (Jiangsu Baosteel Precision Steel Wire Co., Ltd., Haimen, 226114) Abstract Based on the high added value products, Baosteel precision steel wire has carried out technological innovations when the company was first founded. According to the systematic research on the drawing techniques of fine and high strength steel wire, a breakthrough was made on homogenous deformation during wet wire drawing and high plasticity of ultra-high carbon steel wire. Combined with the development of testing techniques for superior pure steel and evaluation techniques for drawing lubricity, a forceful support was made to improve the enterprise efficiency and competition. Some useful experience was gained simultaneously. If theoretical innovation, technique development, and device exploitation could be organized efficiently, the role of technological innovations in improving the competitiveness could be more effective. Technological innovations include not only the promotion of quality and performance, but the development of low-budget and environment-friendly techniques combined with the new products which will have the competitiveness. Key words fine steel wire, company technological innovation 包括钢铁行业在内的众多生产制造行业目前都面临产能过剩、 同质化竞争激烈的现状。 为了企业的生存 和发展, 不少企业将目光投向了科技创新这个途径。 但是科技创新表现出来的高风险和收益的不确定性影响 了企业家对企业科技创新的积极性[1]。而包括新产品、新技术和新工艺的开发、新资源的使用这样的科技创 新活动只有成功地推向市场,才能真正地为企业创造效益,企业才有持续的动力和财力进行科技创新活动。 在企业科技创新中如何控制风险、 让科技创新为企业创造效益, 江苏宝钢精密钢丝有限公司在建厂之初 的两年中积极进行实践,取得了一些经验。 ·2· 第九届中国钢铁年会论文集 1 企业科技创新活动 江苏宝钢精密钢丝有限公司是宝钢金属有限公司下属全资子公司之一, 归属金属制品行业, 主要产品为 太阳能硅片用切割钢丝和轮胎用钢帘线。在建厂之初,公司也同样面临金属制品行业民营企业众多,外资企 业实力强大,主流产品产能过剩的问题。宝钢金属对市场和行业动态进行了客观的分析,决定充分利用宝钢 集团具有上下游联合开发、技术资源相对充足的优势,以业内民企不易实现的大资金科技投入为手段,聚焦 细分高端市场和高附加值产品, 不以生产规模而是以利润为目标, 通过技术创新带来的产品质量和生产成本 的优势,实现成为业内前三强的初步目标。 1.1 创造科技创新基础 为了同时实现产品质量优势和成本优势, 不仅需要工艺技术创新, 还需要工艺技术的载体——生产设备 的创新,复制竞争对手的工艺和设备不可能建立超越竞争对手的企业核心竞争力。为了实现这个战略目标, 在建厂前期,宝钢金属首先建立了一个实验工厂,并且和上游的宝钢股份及宝钢研究院共同建立科研平台, 在实验工厂内进行原料开发、 工艺研究以及设备开发与评估, 从而为科技创新工作创造了一个良好的基础和 环境。通过实验工厂一年多的科技创新活动,成功推进了原料开发,对先进工艺进行了系统的研究,开发出 具有国内领先水平的水箱拉丝设备,同时开发出高性能的国产拉丝润滑液,打破外国公司的垄断,大幅降低 了生产成本。 1.2 科技创新成果 1.2.1 超高碳钢的塑性拉拔变形工艺开发 随着市场的需求和技术进步,钢帘线MPa。 从 2012 年起,随着欧盟轮胎标签法的推出,4000MPa 级别的 UT 钢帘线成为绿色轮胎的关键材料之一。为 了实现太阳能硅片的低切割损耗与高切割效率,太阳能硅片用切割钢丝的抗拉强度也发展到 4000MPa。 4000MPa 钢丝的生产原料——盘条的碳含量达到 0.92%,相对于传统的 72A 和 82A 盘条,在大压缩率的塑 性拉拔变形过程中,显微组织中渗碳体片层的溶解效应更加显著[2],采用现有的拉拔工艺导致超高强度钢丝 的塑性难以控制,拉拔后钢丝的芯部裂纹和钢丝的表面裂纹成为一对难以平衡的矛盾。因此,4000MPa 级 别钢丝拉拔工艺的突破,成为开发高附加值的 UT 级别钢帘线和切割钢丝的关键条件之一。 通过数值模拟和分析大量实验室数据后发现, 塑性拉拔变形过程中钢丝芯部的轴向拉应力 Y 大于 0.1 倍 的钢丝抗拉强度 Rm 时, 钢丝芯部产生显微裂纹的几率大幅增加, 在后续工艺中显微裂纹将发展成为杯锥断 口,大幅降低产品性能和成材率。拉拔过程中钢丝芯部轴向拉应力 Y 可用下属公式表述 Y = 2658 ? 1174 ln( Red ) + 72(2α ) + BackT 2 式中 Red——拉拔压缩率,Red% = [1?(dn/dn-1)2]×100%; 2α——拉丝模入口压缩角; BackT——拉拔反张力。 从图 1 中可以看到,为了减少钢丝芯部出现显微裂纹的风险,希望拉拔压缩率尽量大、拉丝模压缩角 尽可能小;而大的拉拔压缩率和小的拉丝模压缩角会显著增加拉拔摩擦发热,进而促进钢丝显微组织中渗 碳体的溶解,导致钢丝塑性下降,钢丝表面产生显微裂纹的风险增加。因此,将每个拉拔道次的 Y 值控制 在 0.1Rm 时,将较好地平衡钢丝拉拔过程中芯部裂纹和表面裂纹的产生风险。 通过对碳含量 0.92%的超高碳钢钢丝的拉拔加工硬化率进行测量和分析,可以得到如图 2 中所示的 UT 级别钢丝的拉拔加工硬化曲线。 宝钢精密钢丝通过技术创新提高企业竞争力的实践 ·3 · 图 1 钢丝芯部轴向拉应力与拉丝模入口压缩角及拉拔压缩率之间的关系 图 2 UT 和 HT 级别钢丝的拉拔加工硬化曲线 进而,可以得到适合 4000MPa 级别钢丝的拉拔压缩率分配曲线 中的黑色曲线MPa 钢丝拉拔压缩率分配曲线和与之对应的拉拔设备延伸率曲线及 现有的国际先进拉丝设备的延伸率曲线 结合拉拔过程中拉丝模的磨损规律,可以得到与 4000MPa 级别钢丝的拉拔压缩率分配曲线· 第九届中国钢铁年会论文集 箱拉丝设备的延伸率曲线(红色曲线) 。通过分析国内可以购买到的日本(蓝色曲线)和欧洲(绿色曲线) 先进拉丝企业使用的水箱拉丝设备的延伸率,我们发现这些拉丝设备均不适合生产 4000MPa 的超高强度钢 丝。因此自主开发专用的水箱拉丝设备将十分必要。 1.2.2 湿式拉拔塑性变形均匀性研究 为了得到高质量的钢丝, 不仅拉拔道次压缩率的分配十分重要, 每个拉拔道次中钢丝横截面上塑性变形 的均匀性对钢丝的最终性能也有显著的影响。当钢丝横截面在拉拔过程中塑性变形出现较大的不均匀性时, 钢丝横截面上的机械性能也会不均匀,会出现一侧硬度偏高。对于碳含量达到 0.92%的超高强度钢丝,横截 面上性能的不均匀将导致钢丝疲劳性能下降,断丝率上升。在宏观上,当拉拔塑性变形越不均匀,钢丝拉拔 后的圈形直径就越小。 钢丝的圈形不仅反映出钢丝横截面上性能的均匀性, 同时过小的圈形对硅片切割质量, 及钢帘线合股后的成形也有较大影响。因此,研究如何控制拉拔塑性变形的均匀性,得到稳定的大圈径的钢 丝,对开发高性能的超高强度钢丝及帘线产品至关重要。 通过有限元模型研究分析钢丝拉拔直线性与钢丝弹性回复关系, 可以发现拉丝模入口处的直线性的偏离 对钢丝圈形的影响不显著,拉丝模出口处的直线性偏离对圈形有着决定性影响:偏离越大,钢丝圈形越小。 图 4 钢丝拉拔直线性的有限元模型分析 对拉拔后钢丝横截面上的剪切应力 τxy 进行分析,钢丝在拉丝模出口处的直线性偏离比在拉丝模入口处 直线性的偏离产生了更大的应力峰,如图 5 所示。 图 5 钢丝横截面应力的有限元模型分析 因此,如何控制钢丝在拉丝模前后的偏移,以及拉丝模位置的对中,对钢丝的圈形控制至关重要。而控 宝钢精密钢丝通过技术创新提高企业竞争力的实践 ·5 · 制钢丝在拉丝模前后的偏移, 需要对钢丝在拉丝机塔轮上的位置进行精确的限定, 拉丝模需要有自动对中的 能力。而这一切,都需要设计新型的水箱拉丝机来实现。 1.2.3 新型水箱拉丝机的设计与优势 根据超高碳钢的塑性拉拔变形工艺和湿式拉拔塑性变形均匀性的研究结果, 参考国际先进水箱拉丝机上 的优点, 在实验工厂完成的新型立式水箱拉丝机的设计与评估, 在江苏宝钢精密钢丝有限公司一期中进行了 批量使用。通过在大生产中 8 个多月的实际使用,和厂内仿制的国外设备进行对比,证实了新设备具有明显 的优势,为企业带来的显著的经济效益。 (1)自主开发的立式水箱拉丝机采用了适合 4000MPa 级别的超高强度钢丝拉拔的机器延伸率,使采用 适合超高强度钢丝的拉拔模链成为可能,钢丝塑性比传统模链生产的同类钢丝提高了 18%。 (2) 自主开发的立式水箱拉丝机采用了全新的窄塔轮槽设计, 最大程度的减少了钢丝在塔轮表面位置的 不确定性,从而大幅改善钢丝相对于拉丝模的偏移。吸收国外设备的优点,采用单向拉拔和浮动模架,使拉 丝模具有根据钢丝直线性自动对中的功能。和国外先进设备对比,由于钢丝圈形质量的大幅提高,高性能产 品的合格率提高了 2.5%以上。 (3)根据湿拉工艺特点,机箱结果采用阶梯式设计,避免了在乳化液中过线轮的使用,从而从根本上消 除了过线轮卡死对钢丝表面质量的影响。 根据拉拔乳化液具有沉降的问题, 将拉拔方向从上至下改为由下至 上,彻底消除乳化液沉淀物堵塞拉丝模入口的问题。 图 6 新型立式水箱拉丝机阶梯式机箱结构 (4)因为一系列工艺设备的改进和创新,工艺调整时间大幅缩短,和国外先进设备对比,新型水箱拉丝 机的设备生产效率提高了 10%。 (5)新型设备采用全密封设计和同步带传动,设备运转噪音和湿热水汽蒸发达到国际最优水平,大幅改 善工人的工作环境。 1.2.4 国产拉丝乳化液的开发 如果说拉丝工艺的改进是对拉丝过程中钢丝的不同性能要求和质量风险的平衡和最优化, 那么拉丝乳化 液润滑性能的提高对提高钢丝的性能和降低质量风险同时具有积极的作用。 拉丝乳化液润滑性能的提高, 将 降低拉拔过程中钢丝表面与拉丝模之间的摩擦,降低超高碳钢钢丝的拉拔时效,改善钢丝塑性、表面质量和 降低芯部裂纹风险,还能降低拉拔能量消耗。行业内公认最优的拉丝乳化液为法国产品,由于没有国产乳化 液与之竞争,法国产品价格高昂。 通过和国内相关研究院合作,改进原有国产拉丝乳化液的配方,在实验工厂内进行了一年多的评估,确 ·6· 第九届中国钢铁年会论文集 认改进后的国产乳化液性能达到甚至部分超高法国产品,而价格仅为法国产品的一半。 2 企业科技创新活动实践经验 宝钢金属在江苏宝钢精密钢丝有限公司项目上, 通过实验工厂为科技创新活动平台的模式, 在关键生产 工艺技术和生产设备积极研发,在工厂投产之初即使企业和同行相比具有了产品质量和制造成本的技术优 势,并且扎扎实实的为企业带来了可观的经济效益。前期科技创新活动的成功,为今后加大科技投入创造了 良好的条件。如今新产品的研制、新型测试方法的开发,以及校企合作的工作正在有条不紊的开展,科技创 新工作将持续为企业创造效益。 通过一年多的科技创新实践,总结宝钢集团内部的成功经验与教训,认为: (1)科技创新工作要以为企业创造经济效益为首要目标。 科技创新具有的高风险和收益的不确定性。 如果企业的科技创新不能在短期内能为企业创造效益, 企业 的股东方较难有积极性继续为尚未创造效益的研发项目继续投资, 这一点不仅在国内, 在国际上也是普遍现 象。因此,企业科技创新,应避免过多追求研发项目技术上的高精尖,高精尖项目一般为长期项目,伴随着 高风险。在企业科技创新项目中需要包含短期内就能为企业创造效益的科研项目,做到短期、中期、长期项 目根据企业的实际情况恰当分配比例,参考比例为 50:40:10。通过短期项目的成功带动中期科研项目,同时 为长期科研项目创造经济条件。 (2)企业科技创新活动是一个系统的工作。 企业科技创新不同于高校研究院所的科研工作,不仅需要工艺理论上的创新,同时需要将理论创新、工 艺进步、新设备开发有机结合起来,才能更好的发挥技术创新的功能,更有效的提高企业竞争力。具有突破 性的新工艺一般都需要与之相配套的新设备作为工艺实现的载体。 一般企业不会同时具备理论研究和设备设 计加工能力,因此需要广泛的联合社会资源,充分利用校企合作、跨行业间企业合作的模式。技术创新不仅 需要包括产品性能和质量的提升, 在开发新产品时同步开发配套的低成本环保生产工艺, 新产品才会具有竞 争力。 参 考 文 献 [1] [2] 杨子平. 浅析国有企业科技创新的障碍[J]. 知识经济, 2009.08. 4~5. Hitoshi HASHIRO. Ultra High Tensile Strength Steel Cord[J]. Nippon Steel Technical Report, No.80, July 1999. 39~43.

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