帘线钢质量影响因素及控制措施

1、帘线钢质量影响因素及控制措施摘要:要紧阐述了帘线钢的质疑要求。对阻碍钢中夹杂物的尺寸及形状、热轧线材的组织及 表而质量、偏析程度的因素进行了分析，提岀了有效操纵夹杂物形状和降低偏析程度的技术 措施。关键词：帘线钢 夹杂物表而质量 偏析钢帘线要紧用于轮胎子午线增强用的骨架，具有强度髙、韧性好的特点，也是线材制品 中要求极髙、生产难度最大的产品之一。由于帘线用盘条要被拉拔成eO. 150.38mm的细 幺幺。之后还要通过髙速双捻机合股成绳，要求拉拔及合股过程中100km断丝不超过1次，因 此必须使用优质的奇碳低合金线材才能满足如此髙的质量要求。关于帘线钢的生产及质量操纵，国外钢铁企业如日本的神户制

2、钢、新日铁、住友。以及 徳国萨斯特、法国梅森和韩国浦项等厂家通过多年的研制开发，积存了大疑的体会，形成了比 较成熟的工艺。英共同特点是生产工艺完善，产品化学成分平均（如将碳含量操纵在 （0.01%0.02%）、钢的洁净度高（如T：W20X10i AlhW3Xl（T,夹杂物级别较低, 无大尺寸和脆性夹杂）、钢坯质量髙、盘条的组织性能平均、表而质量好和产品质屋稳固等。近年来，国内企业也连续进行了帘线用钢的开发与研制，通过不断地摸索及实践，产品质 量不断提髙。目前，国内帘线用钢的质量差不多达到批量制作40. 20mm以上规格钢帘线的 质量要求。并差不多获得闻冬钢帘线生产厂家的质量认证,生产规模逐年扩

3、大。但从质呈:上 看，国内帘线用钢与进口产品相比仍旧存在一立的质捲差距，尚未达到制作e0.20inm以下钢 帘线的技术要求。本文要紧讨论阻碍帘线钢质量的各种因素以及应该采取的相应操纵措施。1阻碍帘线用钢质量的要紧因素1.1成分波动及有害元素的存在帘线用钢关于成分的要求较为严格，不同炉次或同炉之间要求成分必须保持平均，波动 幅度小，否则会造成盘条的通条性能不平均，在加工过程中断丝。帘线钢中有害元素含量过高，也会导致拉拔及合股断丝的发生。例如，硫含量过高，会降 低钢的塑性，韧性及产生热裂：磷含量过高，会造成冷脆及降低塑性；铜含疑过高，会引起 红脆。此外，锭、貉、線等元素的含量会阻碍热处理工艺及产品

4、性能：而钛、铝会与氧或氮 生成氧化铝或氮化钛等脆性夹杂物，导致拉拔和合股断丝的产生。因此，必须严格操纵钢中 有害元素的含量。1. 2成分偏析成分偏析是阻碍帘线用钢质量的重要因素之一，具体情形如下：（1）成分偏析降低钢材的综合性能。明显的中心偏析也会使偏析区碳浓度突然增加。在热 轧或其他加工条件下，该处产生马氏体相变，或由于相变温度的偏差和淬透性的不同，该处 成为淬火开裂、软点和专门变形的根源,且在偏析带中，硫和磷等杂质或非金属夹杂物也多， 也可能成为其他缺陷的起源，明显缩短钢材的使用寿命：(2) 成分偏析降低钢材韧性。关于高碳钢来说。中心偏析使其拉丝极限和延展性降低，明 显降低英韧性，阻碍拉拔

5、性能：(3) 成分偏析引起钢材氢脆，降低耐腐蚀性能。关于中心偏析明显的连铸坯，氢气可被偏 析和疏松捕集，从而产生非扩散型氢偏析，既使缓冷也不能减轻其缺陷。在钢材中，氢偏析 会引起裂纹，即生成“中心偏析型”超声波缺陷，产生氢脆：(4) 成分偏析降低钢材疲劳性能。中心偏析降低钢的中心致密度，使该处成为疲劳裂纹的 根源。中心偏析一样与中心疏松的加剧和非金属夹杂物不平均分布同时存在，这将显著降低 钢材的疲劳性能。关于帘线钢来讲。成分偏析是阻碍断幺幺的一个重要因素。偏析度髙会对轧 钢组织的操纵带来不良阻碍。同时使夹杂物的分布不均，在拉拔及合股过程中产生断幺叙帘 线用钢的偏析标准一样不承诺大于3级。1.

6、3全氧含量全氧含量包括钢中的自由氧以及夹杂物中所含的氧。钢中的非金属夹杂物和A1O等脆 性及变形性较差的夹杂物，绝大多数为氧化物系。研究结果说明，氧化物夹杂的数量随钢中 全氧含量的增加而增加，操纵钢的洁净度的关键在于把钢中全氧含捲降低到较低值。目前， 国外高品质帘线用钢的全氧含量一样都操纵在20X108以下。1. 4夹杂物尺寸及形状夹杂物的操纵水平是衡量帘线用钢质量的标志。T. Malkiewczh和S. Rudink提岀了夹杂 物变形指数(u)公式：v = i/ s式中：5热加工状态下夹杂物的伸长率： s热加工状态下钢基体的伸长率。u的取值为01。当u二0时，表示夹杂物不变形而基体变形，导致

7、夹杂物和基体在变 形时产生滑动，降低界面结合力。并极易产生裂纹源：当u二1时，说明夹杂物与基体变形 率一致，能够做到良好结合：当u二00.5时，容易产生间隙鱼尾形裂纹。此外。S. Rudink 的研究说明，硫化物夹杂的变形率u=l，而钙铝酸盐、和TiN等夹杂物在钢材加热温 度下u =0,属脆性夹杂物，对钢质的危害较大。由于生产钢帘线的过程是将5.5mm的盘条拉拔成0. 15-0. 38mm的单丝，此过程使线 材长度增加10001400倍，截而积缩小至原先的0. 08%,差不多接近拉拔工艺的极限。而后 还要通过髙速双捻机合股成绳，因此对钢中夹杂物的要求极为严格：较大颗粒夹杂物的存在。 专门是变形

8、性较差的脆性夹杂物(如A1O及TiN),是产生断丝的要紧缘故。如前所述，由于 夹杂物的塑性较差，在拉拔或合股过程中。钢基体变形而夹杂物不变形，如此在钢和夹杂之 间第一产生一个裂纹源，裂纹源沿钢基体扩展。使钢的抗拉强度降低，当外部拉力大于该缺 陷处的抗拉强度时即发生断裂。因此，关于帘线钢来说，必须严格操纵夹杂物的数疑及形状, 使夹杂物总量减少，同时幸免产生大颗粒脆性及不变形夹杂物。1.5盘条组织及表而质量钢帘线用盘条必须具备适应帘线加工过程的组织形状,即操纵索氏体率达到90%以上，而 且要求通条和批次间质量平均。由于在制作帘线的过程中，盘条表而任何直观可见的外部缺陷都会随着拉拔加工深度的 进展而

9、在单丝的拉拔及后续的合股过程产生严峻阻碍，因此，必须保证盘条不存在如耳子、 折叠、裂纹、结疤、轧痕、麻而、凹坑、机械划伤及薄厚不均的氧化铁皮以及较为严峻的锈 蚀。此外,钢帘线用盘条对尺寸精度、低倍缺陷和表面脱碳层等也有比较严格的要求。如 *5. 5mm盘条的要求为:直径偏差为+ (0.150.30)mm(平均为土0.20mm)、脱碳层厚度小于 0. 10mm、氧化铁皮含量低于0. 6%等。2夹杂物操纵措施及成效2. 1帘线钢对夹杂物的要求及理想夹杂物形状操纵2. 1. 1帘线钢对夹杂物的要求由于制作钢帘线工艺的专门性，关于原料盘条的夹杂物也有着专门的要求：(1) 不承诺含不变形的A1O及TiN

10、夹杂；(2) 关于一般强度级别(碳含量为0.72%)的盘条，要求脆性夹杂物粒度小于10 nm,关于 高强度级别(碳含虽:为0. 82%以上)的盘条，要求脆性夹杂物粒度小于5 u m；(3) 复合夹杂物中的含量不大于50%：理想夹杂物形状图为Mn0-Al503-Si02系相图，图2为Ca0-Al503-Si03系相图。就帘线钢中理想的夹杂物 形状及成分，国外专家进行了大量的工作后总结出：对采纳Si-血脱氧的帘线钢而言，夹杂 物要紧是Mn0-Al:03-Si0:系(来自脱氧产物)和Ca0-Al：0s-Si0;系(来自炉渣)，关于 Mn0-Al=03-Si0=系，理想的夹杂物应该是岳铝榴石(3Mn0

11、A1O3SiO=)及英周朗低熔点区域 物质：关于Ca0-Al：05-Si0;系，理想的夹杂物是钙斜长石(Ca0A1A - 2SiO=)与假硅灰石 (CaOSiOj相邻的周边低熔点区域，即图1和图2中的阴影部分，其以上区域夹杂物的熔点 较低(小于或等于1500*0,变形性较好，在制作帘线拔丝及合股过程可不能造成断丝。图1 MnO-AhOs-SiO:系塑性夹杂物区域图2 CaO-AlO-SiO：系塑性夹杂物区域在图1, 2的阴影内，夹杂物中A1O含量均在20%左右。依照A1含戢与夹杂物不变形 指数的关系，当CaOAl：0厂SiO：系AU）,含量在20%左右时，夹杂物不变形指数最低，对帘 线拔丝及合

12、股过程的危害最小。2. 1.3阻碍夹杂物中含量的要紧因素依照S.Mada的研究结果，夹杂物中Al：0：含量在20%时，夹杂物不变形指数最低，而夹 杂物中A1O含量取决于钢中酸溶铝的浓度（见图3）,钢中酸溶铝含量越髙，夹杂物中AL0, 含量越髙。因此，要将夹杂物中Al：0,含量操纵在20%左右，必须将钢中酸溶铝含量操纵在 3X10=6X10%图3钢中酸溶铝与夹杂物中A1O含量的关系依照钢渣间的平稳，利用热力学原理能够运算出(A1=OJ含量及碱度对A1的阻碍，结果 见图4。wo0510 IS 202$30更2X =图4 (A1O含疑及碱度对A1含量的阻碍由图4可见，当炉渣碱度不大于1.0、(A1O

13、)含量不大于20%时能够保证A1含量不大 于 10X10%2. 2夹杂物形状操纵措施2. 2. 1 Si-Mn合金作为终脱氧剂使用Si-Mn合金作为终脱氧剂，操纵A1的含量。英反应式和运算式如下：2Mn0 (s) + Si =SiO： (s) -4-2 Mn(1)G二5700-34. 8 T2/3A1O (s) + Si=SiO5(s) +4/3 Al (2)G二219400-35. 7 T式中：T钢液温度，K据文献报道，依照MnO A14 SiO：三元活度运算，1600C时，塑性区平稳的钢中酸溶铝的含量为0.0001%0.0005%。因此，为了得到塑性区的MnO - Al：05 - SiO：

14、夹杂物,应该使 用Si-Mn合金进行脱氧，而不能使用铝或含铝较髙的合金进行脱氧。2. 2. 2精炼采纳低碱度和低A1O合成渣当钢渣间达到热力学平稳时。夹杂物的成分能够用钢液与夹杂物间的平稳热力学来推测。 理论上夹杂物的成分与钢渣的成分是相同的，但在实际生产中，绝对的钢渣平稳是专门难达 到的，只能在局部达到钢与夹杂物间及渣与钢间的准平稳状态。帘线钢在精炼时，对顶渣的要求为：(1) 渣的氧势低：(2) 低熔点和良好的造渣性能：(3) 对脱氧产物和少呈的初炼炉渣有强大的吸取能力：(4) 低的结晶倾向：(5) 凝固过程中无外来相析出，易玻璃化：(6) 本身具有良好的变性能力。Amy Elmore通过研

15、究指岀，选用钙硅石(CaO和SiO：含量分别为47%和51%)渣系作为顶 渣来进行帘线用钢的精炼，能够有效操纵钢中夹杂物的形状。因为钙硅右渣系完全符合上述 炉渣的特点。试验证明，钙硅石渣系易于吸取钢中的A1O夹杂，并能将镭铝榴石 (3MnOA1A3SiO:)夹杂物转变成含钙长石(CaO A1A2SiOj成分的夹杂物，且具有低粘 度、低熔点及良好的上浮性能，易于去除。此外，还能够操纵钢液中钙、镁和铝的含量。以 免析出不变形夹杂物。日本住友金属工业公司在帘线钢的生产中采纳钙硅石渣系(46%CA0-2%AlA-47% SiO：-5%CaFj,川崎和神户制钢则采纳CaO、Al、和Si含量分别为45%,

16、 10%, 45%的 精炼渣，国内某钢厂采纳CaO、A1O、和SiO：含量分别为30%-40%, 6%10%和30% 50%的渣系进行夹杂物的操纵，均取得了良好的成效。3成分偏析的操纵成分偏析的操纵措施有：(1) 减少易偏析元素的含量。磷和硫等元素属于易偏析元素，应尽量减少其含量。可在炼 钢、铁水预处理和炉外精炼(包括真空处理和钢包处理)过程中去除，专门是进行铁水预处理 时，可同时脱硫和磷：(2) 采纳低过热度浇注。由于髙碳钢在凝固时体积收缩较大，假如钢水过热度太髙。则连 铸坯内柱状晶发达，易产生中心疏松、缩孔和内裂：而采纳较低的过热度浇注( tW25C)除 使连铸坯中心排除过热后完全凝固，缩

17、短柱状晶区长度和进展等轴晶区，还使坯心成分平均, 幸免中心偏析、疏松和裂纹等低倍缺陷的发生：(3) 采纳合理的拉速。随着拉速的提高，连铸坯在结晶器内停留时刻变短，从而使钢液凝 固速度降低,英结果是连铸坯液芯延长，推迟了等轴晶的形核和长大，扩大了柱状晶区，更易 形成凝固桥，造成中心偏析。因此，应依照钢种和浇注条件来选择合适的拉速；(4) 采纳电磁搅拌技术。采纳电磁搅拌能够改变柱状晶生长方向以及促进柱状晶向等轴晶 的转变。此外，电磁搅拌还具有明显的细化晶粒作用，不论晶体的生长方式是柱状晶依旧等 轴晶，电磁搅拌都可使其细化和平均，达到降低偏析的目的。目前，通常采纳的是结晶器+ 凝固末端电磁搅拌的方法；(5) 采纳轻压下技术。浇注过程中，钢液得不到补充，或补充不足，显现密闭区域，形成 负压，枝晶间富集溶质的剩余液相被吸入，富集在最后凝固的中心部位，形成周期性的所谓 小钢锭结构。也确实是周期性地显现疏松、偏析。假如在凝固末端施加平均外力，形成一左 的压下量，排除密闭区域。让枝晶间富集溶质的剩余液相仍保留在苴原先的位置，而不流到 最后凝固的中心部位。就能够大大减轻甚至排除中心偏析和疏松。4结论(1) 阻碍帘线用钢质量的要紧因素包括：有害元素的存在、全氧含量、钢中大颗粒及脆性 夹杂物、盘条的组织、中心偏析及表而质量：(2) 采纳S