宝钢的帘线钢及其生产工艺

宝钢的帘线钢及其生产工艺

0提升我国子+线轮胎和焦炉钢作出高质量发展空间巨磁丝是上臂汽车轴承的重要材料。随着我国汽车工业和高速公路的迅速发展,对子午线轮胎的需求量将大增,对钢帘线需求量也将随之增加。国外子午化率一般为85%～90%,有的发达国家甚至达到100%。我国起步较晚,2005年我国子午线轮胎产量达到14261.69万条,子午化率仅占50%左右,提高我国子午化率是大势所趋。据有关部门统计,到2010年我国子午线轮胎的数量将达到每年2.3亿条,年需要钢帘线约70万吨,年需求增长率在30%左右。而我国目前钢帘线生产量仅有40多万吨,市场前景将十分广阔。从近几年我国钢帘线盘条的生产来看,宝钢冶炼的B70Lx钢,经马钢高线轧制的∮5.5mm盘条质量很好,但与国外进口的钢帘线专用盘条相比仍有差距。帘线钢国内主要依靠进口。宝钢的帘线钢产品将促进这一产品的国产化进程。为适应我国汽车工业和交通运输的发展,对帘线钢的生产提出了进一步的要求。1伞线质量的影响帘线钢是洁净钢的主要代表钢种之一,在拉拔成丝后直径为0.15～0.38mm,其质量取决于帘线用钢坯的质量及帘线盘条性能和质量。因而生产帘线钢对钢中夹杂物、硫化物要求十分严格,而且氮含量必须尽可能地低,对夹杂物的大小、形状和可变形性也提出了很高要求。对各残余元素、连铸坯表面和内在质量缺陷也有严格的要求。1.1化学成分的控制帘线钢要求控制的元素较多,表1列举了国外部分帘线钢的化学成分控制,C、Mn、Si成分波动要小,对S、P及其他微量元素的含量亦有严格的限制。72号及82号钢化学成分要求如表2所示。1.2高碳钢偏析控制帘线钢对碳的中心偏析亦有严格要求,一般碳中心偏析指数≤1.05。高碳钢的偏析是造成钢的内部质量和性能不均匀性的主要因素,在拉丝和扭转过程中易引起断裂,因此,在连铸浇铸过程中应采取相应措施进行严格控制,特别是对钢水成分、温度、二冷参数的控制。1.3缺陷件一般要求2.2国际上对帘线钢洁净度要求常用的是意大利的皮拉利标准,该标准对夹杂物的要求如下:(1)夹杂物总量一般要求T[O]<30×10-4%;(2)要求夹杂物数量小于1000个/cm2;(3)一般夹杂物的尺寸应<15μm,高强度帘线钢要求夹杂物直径小于钢丝直径的2%;(4)不允许有纯Al2O3夹杂物存在,复合夹杂物中Al2O3含量≤50%,因铝酸钙类夹杂物无可塑性,也不允许存在。1.4低na2吹炼及保护浇铸技术研究发现应将有害气体的含量控制在:[O]≤30ppm,[N]≤30ppm,[H]≤1.8ppm。为达到这一要求,应采用低N2、O2吹炼制度及保护浇铸技术。为了降低钢中[H]含量,应采取VD或RH真空脱气处理。1.5脱碳层及晶粒度(1)金相组织索氏体(细珠光体)不小于95%;(2)脱碳层不大于0.10mm;(3)晶粒度8～10级;(4)盘条表面质量:横向裂纹、刮伤、结疤、开式折叠不允许存在。2连铸工艺及发挥一些帘线钢生产厂冶炼工艺流程见表3。从表3可以看出,帘线钢的冶炼工艺主要有以下两种:①电炉→二次精炼→连铸或模铸;②高炉→铁水预处理→转炉冶炼→二次精炼→连铸。一般不宜采用电炉冶炼,由于其炉料废钢中残留有害微量元素(Ni、Pb、Cu、Cr)会影响到钢的质量。2.1转炉精炼技术2.1.1铁水废钢的范畴铁水:转炉冶炼用铁水需要脱硫、脱磷处理,经处理后铁水S≤0.005%、P≤0.01%;废钢:电弧炉冶炼则应采用低磷、低硫的返回废钢。其微量元素含量要求如表4。2.1.2采用低拉碳增碳工艺鞍钢在1997年试制A70L帘线钢,以及宝钢生产帘线钢时,均采用转炉→精炼→模铸工艺。武钢1999年底开始试验生产帘线钢,采用转炉→LF→VD→LF→连铸的炼钢工艺,主要做法是:(1)顶底复吹转炉采用低拉碳增碳工艺,出钢[C]按0.06%～0.08%控制,出钢[P]≤0.010%,终点×≤0.0030%,挡渣出钢,控制炉后回[P]≤0.003%;(2)采用Si-Mn合金弱脱氧工艺,避免形成大量脆性Al2O3夹杂,并配合适量顶渣,形成SiO2-MnO-Al2O3可变形夹杂。2.2次精制工艺由于帘线钢用成品钢丝的丝径一般都在0.15～0.38mm,钢中尺寸大于5μm的硬性夹杂(主要是Al2O3)数量较多时,拉拔过程中的断丝率将很高。因此,为减少夹杂物和改变其形态,降低钢丝脆断率,帘线钢必须采用二次精炼。国内外帘线钢主要采用LF+VD或LF+RH法进行精炼,通过采用Si-Mn合金脱氧以及改变精炼渣系,达到控制钢中酸溶铝含量,进而使钢中夹杂物转变为塑性CaO-SiO2-Al2O3夹杂的目的。在具体的做法上,转炉出钢时尽量控制下渣量,或者是在出完钢后扒去钢包内的转炉渣,再加入精炼渣。有关研究表明,LF与VD或LF与RH配合使用能有效脱S,降低钢中氧含量,使夹杂物转变为液相、易聚合上浮的钙铝酸盐。经过钢包炉处理的钢液,杂质元素含量和夹杂水平均有明显改善,能生产[S]0.0007%～0.003%,T[O]0.0013%～0.0017%,夹杂物0～1.0级的洁净钢。武钢帘线钢LF精炼的成分控制情况见表5。2.3连铸工艺和铸造品质重点是防止精炼后已经洁净的钢水的二次污染,并要获得结构致密,疏松、缩孔、偏析在较好水平的连铸坯,控制好铸坯的柱状晶和等轴晶比例。(1)中间包覆盖剂确定钢水二次氧化和外来夹杂的带入将影响钢帘线在拉拔和合股时断丝,采用中间包覆盖剂覆盖钢水,中间包到结晶器采用浸入式水口,钢包下水口与长水口连接处采用氩气保护以及纤维密封圈密封,帘线钢增[N](0～3)×10-6,平均增[N]1.8×10-6。(2)质量控制液压振动。提高结晶器振动精度,采用小振幅高频率振动,对负滑脱的时间进行优化设计。(3)柱状晶中心偏析变化特征因帘线钢[C]>0.70%,其中心偏析是发达的柱状晶引起的,而浇铸温度的高低,将是影响柱状晶生长的重要因素。如图1所示:过热度△T>25℃,柱状晶发达,产生中心偏析;△T<15℃,中心等轴晶区扩大,中心偏析明显减轻;△T<10℃,中心偏析不明显。在帘线钢生产中,钢水过热度严格控制在小于25℃的水平,有效地扩大了铸坯的等轴晶区,改善了铸坯的偏析。(4)铸坯液芯延长,比一般双随着拉速的提高,铸坯在结晶器内停留的时间变短,从而使钢水凝固速度降低,其结果是铸坯液芯延长,这不但推迟了等轴晶的形核和成长,扩大了柱状晶区,而且发生铸坯鼓肚危险的几率也随之增加。在帘线钢生产中,按1.0～1.3m/min严格控制拉速,有效地抑制了铸坯柱状晶区的发展。(5)磁粉技术的应用结晶器和二冷段设置电磁搅拌,使铸坯等轴晶区尽量扩大。(6)轻压技术以减轻铸坯中间疏松,改善铸坯组织结构,减轻铸坯偏析。(7)第二，冷却采用强度较高的二次冷却,比水量一般可达1.5L/kg～2.0L/kg钢,二冷段分区进行自动调节。3国外丝绸制造商的现状及发展趋势3.1采用低碳偏析的工艺生产技术,提高了迄今我国国内只有宝钢、武钢、鞍钢等能生产一些帘线钢。国内一些生产帘线钢的合资企业所使用的坯料还大量依靠进口。宝钢采用300t转炉冶炼经过LF、RH二次精炼,浇成钢锭,经初轧开坯后再经连轧机轧成150mm2的小方坯供高线厂轧成钢帘线盘条后供给钢帘线厂。由于采用浇铸大钢锭轧制工艺,帘线钢的收得率很低,且质量不够稳定。如采用连铸浇铸大方坯的生产工艺,可较好地控制碳偏析,对质量将会有很大改善。武钢采用90t转炉冶炼帘线钢,经LF、VD精炼后,浇铸成200mm×200mm的大方坯,经开坯轧制成小方坯,供线材厂轧成帘线盘条,供某钢帘线厂生产钢帘线,经几次试生产取得了可喜的成果,其拉拔断丝率最高达22.7万m/次。目前帘线钢生产存在的主要问题是钢中夹杂物含量控制还未完全达到要求,个别夹杂物尺寸大于15μm,由于使用耐材材质因素导致钢中铝含量高,带入外来夹杂物,使夹杂物含量有所增高]。鞍钢近几年进行了大规模的设备改造,装备了一系列先进的工艺设备,具备开发一系列高技术含量品种的基础。对生产帘线钢来说,鞍钢的工艺装备具有以下特点:以铁水为原料炼钢适合生产帘线钢等对杂质元素有严格要求的钢种,LF和VD装备加上合适的工艺、技术能够严格控制夹杂物类型、数量和分布,大方坯连铸加电磁搅拌减少钢的偏析,大方坯热送连轧和高速线材轧制大的压缩比使塑性夹杂物伸长、变细。经过几年的研制工作,鞍钢生产的帘线钢线材品质有了大幅度的提高。3.2%对于废钢的吹炼世界上著名的钢帘线专用线材生产厂商德国SaarstahlAG公司冶炼帘线钢时,铁水经160～170t鱼雷罐车运至炼钢厂,在140t铁水包中进行脱硫预处理,外加15%～20%返回废钢组成炼钢原料。在165t转炉内进行吹炼,转炉为顶底复吹式。炉顶有5～6个氧枪,每分钟吹入500～650m3氧气。炉底有10个直径为4mm的孔,每分钟吹氩气量0.015～0.5Nm3/t。其氧枪的位置、吹氧速度和底吹氩气量均由声控仪或废气成分分析仪实现自动控制。炉外精炼采用RH,最大真空度为50Pa,2台TN喷粉装置,其中一台用于喷吹CaC2粉和CaSi粉。成分微调后加入冷料由送风站完成。此外还配有双线喂丝机喂CaSi线和Ca线,这些工艺技术的应用,是保证钢帘线专用线材纯净度必不可少的前提。3.3控制残余物检测目前国产钢帘线专用线材生产企业很少,尚无国家统一的质量标准。国内几家钢帘线生产企业对国产线材试用结果显示,国产钢帘线专用线材可满足钢帘线生产的一般要求。但还存在夹杂物类别控制达不到要求、外来夹杂数量较多、钢中全Al含量偏高、有关铸坯加热和线材轧制工艺不够完善等问题,现阶段在生产过程中控制脱氧条件和采用低碱度顶渣进行熔炼可以减少夹杂物含量。此外,氧化物冶金技术、超细晶粒技术、钢水的高纯净度技术的发展为控制夹杂物形态、类型和大小以及进一步减少钢中夹杂物提供了可能。国外研究表明,提高钢帘线的疲劳性能可以减轻轮胎质量,增加轮胎载重能力,提高轮胎寿命。钢丝和钢帘线的强度对疲劳性能的影响见表6。4提升质量控制水平,强化市场管理(1)随着精炼和连铸工艺的改进,严格控制夹杂物及有害气体的含量,防止连铸坯中心偏析和中心疏松,是提高帘线钢生产质量的必要手段。(2)为了适应可持续发展的要求