簾線鋼質(zhì)量影響因素及控制措施

1、簾線鋼質(zhì)量影響因素及控制措施摘要:要緊闡述了簾線鋼的質(zhì)疑要求。對阻礙鋼中夾雜物的尺寸及形狀、熱軋線材的組織及 表而質(zhì)量、偏析程度的因素進(jìn)行了分析，提岀了有效操縱夾雜物形狀和降低偏析程度的技術(shù) 措施。關(guān)鍵詞：簾線鋼 夾雜物表而質(zhì)量 偏析鋼簾線要緊用于輪胎子午線增強(qiáng)用的骨架，具有強(qiáng)度髙、韌性好的特點(diǎn)，也是線材制品 中要求極髙、生產(chǎn)難度最大的產(chǎn)品之一。由于簾線用盤條要被拉拔成eO. 150.38mm的細(xì) 幺幺。之后還要通過髙速雙捻機(jī)合股成繩，要求拉拔及合股過程中100km斷絲不超過1次，因 此必須使用優(yōu)質(zhì)的奇碳低合金線材才能滿足如此髙的質(zhì)量要求。關(guān)于簾線鋼的生產(chǎn)及質(zhì)量操縱，國外鋼鐵企業(yè)如日本的神戶制

2、鋼、新日鐵、住友。以及 徳國薩斯特、法國梅森和韓國浦項(xiàng)等廠家通過多年的研制開發(fā)，積存了大疑的體會，形成了比 較成熟的工藝。英共同特點(diǎn)是生產(chǎn)工藝完善，產(chǎn)品化學(xué)成分平均（如將碳含量操縱在 （0.01%0.02%）、鋼的潔凈度高（如T：W20X10i AlhW3Xl（T,夾雜物級別較低, 無大尺寸和脆性夾雜）、鋼坯質(zhì)量髙、盤條的組織性能平均、表而質(zhì)量好和產(chǎn)品質(zhì)屋穩(wěn)固等。近年來，國內(nèi)企業(yè)也連續(xù)進(jìn)行了簾線用鋼的開發(fā)與研制，通過不斷地摸索及實(shí)踐，產(chǎn)品質(zhì) 量不斷提髙。目前，國內(nèi)簾線用鋼的質(zhì)量差不多達(dá)到批量制作40. 20mm以上規(guī)格鋼簾線的 質(zhì)量要求。并差不多獲得聞冬鋼簾線生產(chǎn)廠家的質(zhì)量認(rèn)證,生產(chǎn)規(guī)模逐年擴(kuò)

3、大。但從質(zhì)呈:上 看，國內(nèi)簾線用鋼與進(jìn)口產(chǎn)品相比仍舊存在一立的質(zhì)捲差距，尚未達(dá)到制作e0.20inm以下鋼 簾線的技術(shù)要求。本文要緊討論阻礙簾線鋼質(zhì)量的各種因素以及應(yīng)該采取的相應(yīng)操縱措施。1阻礙簾線用鋼質(zhì)量的要緊因素1.1成分波動及有害元素的存在簾線用鋼關(guān)于成分的要求較為嚴(yán)格，不同爐次或同爐之間要求成分必須保持平均，波動 幅度小，否則會造成盤條的通條性能不平均，在加工過程中斷絲。簾線鋼中有害元素含量過高，也會導(dǎo)致拉拔及合股斷絲的發(fā)生。例如，硫含量過高，會降 低鋼的塑性，韌性及產(chǎn)生熱裂：磷含量過高，會造成冷脆及降低塑性；銅含疑過高，會引起 紅脆。此外，錠、貉、線等元素的含量會阻礙熱處理工藝及產(chǎn)品

4、性能：而鈦、鋁會與氧或氮 生成氧化鋁或氮化鈦等脆性夾雜物，導(dǎo)致拉拔和合股斷絲的產(chǎn)生。因此，必須嚴(yán)格操縱鋼中 有害元素的含量。1. 2成分偏析成分偏析是阻礙簾線用鋼質(zhì)量的重要因素之一，具體情形如下：（1）成分偏析降低鋼材的綜合性能。明顯的中心偏析也會使偏析區(qū)碳濃度突然增加。在熱 軋或其他加工條件下，該處產(chǎn)生馬氏體相變，或由于相變溫度的偏差和淬透性的不同，該處 成為淬火開裂、軟點(diǎn)和專門變形的根源,且在偏析帶中，硫和磷等雜質(zhì)或非金屬夾雜物也多， 也可能成為其他缺陷的起源，明顯縮短鋼材的使用壽命：(2) 成分偏析降低鋼材韌性。關(guān)于高碳鋼來說。中心偏析使其拉絲極限和延展性降低，明 顯降低英韌性，阻礙拉拔

5、性能：(3) 成分偏析引起鋼材氫脆，降低耐腐蝕性能。關(guān)于中心偏析明顯的連鑄坯，氫氣可被偏 析和疏松捕集，從而產(chǎn)生非擴(kuò)散型氫偏析，既使緩冷也不能減輕其缺陷。在鋼材中，氫偏析 會引起裂紋，即生成“中心偏析型”超聲波缺陷，產(chǎn)生氫脆：(4) 成分偏析降低鋼材疲勞性能。中心偏析降低鋼的中心致密度，使該處成為疲勞裂紋的 根源。中心偏析一樣與中心疏松的加劇和非金屬夾雜物不平均分布同時(shí)存在，這將顯著降低 鋼材的疲勞性能。關(guān)于簾線鋼來講。成分偏析是阻礙斷幺幺的一個(gè)重要因素。偏析度髙會對軋 鋼組織的操縱帶來不良阻礙。同時(shí)使夾雜物的分布不均，在拉拔及合股過程中產(chǎn)生斷幺敘簾 線用鋼的偏析標(biāo)準(zhǔn)一樣不承諾大于3級。1.

6、3全氧含量全氧含量包括鋼中的自由氧以及夾雜物中所含的氧。鋼中的非金屬夾雜物和A1O等脆 性及變形性較差的夾雜物，絕大多數(shù)為氧化物系。研究結(jié)果說明，氧化物夾雜的數(shù)量隨鋼中 全氧含量的增加而增加，操縱鋼的潔凈度的關(guān)鍵在于把鋼中全氧含捲降低到較低值。目前， 國外高品質(zhì)簾線用鋼的全氧含量一樣都操縱在20X108以下。1. 4夾雜物尺寸及形狀夾雜物的操縱水平是衡量簾線用鋼質(zhì)量的標(biāo)志。T. Malkiewczh和S. Rudink提岀了夾雜 物變形指數(shù)(u)公式：v = i/ s式中：5熱加工狀態(tài)下夾雜物的伸長率： s熱加工狀態(tài)下鋼基體的伸長率。u的取值為01。當(dāng)u二0時(shí)，表示夾雜物不變形而基體變形，導(dǎo)致

7、夾雜物和基體在變 形時(shí)產(chǎn)生滑動，降低界面結(jié)合力。并極易產(chǎn)生裂紋源：當(dāng)u二1時(shí)，說明夾雜物與基體變形 率一致，能夠做到良好結(jié)合：當(dāng)u二00.5時(shí)，容易產(chǎn)生間隙魚尾形裂紋。此外。S. Rudink 的研究說明，硫化物夾雜的變形率u=l，而鈣鋁酸鹽、和TiN等夾雜物在鋼材加熱溫 度下u =0,屬脆性夾雜物，對鋼質(zhì)的危害較大。由于生產(chǎn)鋼簾線的過程是將5.5mm的盤條拉拔成0. 15-0. 38mm的單絲，此過程使線 材長度增加10001400倍，截而積縮小至原先的0. 08%,差不多接近拉拔工藝的極限。而后 還要通過髙速雙捻機(jī)合股成繩，因此對鋼中夾雜物的要求極為嚴(yán)格：較大顆粒夾雜物的存在。 專門是變形

8、性較差的脆性夾雜物(如A1O及TiN),是產(chǎn)生斷絲的要緊緣故。如前所述，由于 夾雜物的塑性較差，在拉拔或合股過程中。鋼基體變形而夾雜物不變形，如此在鋼和夾雜之 間第一產(chǎn)生一個(gè)裂紋源，裂紋源沿鋼基體擴(kuò)展。使鋼的抗拉強(qiáng)度降低，當(dāng)外部拉力大于該缺 陷處的抗拉強(qiáng)度時(shí)即發(fā)生斷裂。因此，關(guān)于簾線鋼來說，必須嚴(yán)格操縱夾雜物的數(shù)疑及形狀, 使夾雜物總量減少，同時(shí)幸免產(chǎn)生大顆粒脆性及不變形夾雜物。1.5盤條組織及表而質(zhì)量鋼簾線用盤條必須具備適應(yīng)簾線加工過程的組織形狀,即操縱索氏體率達(dá)到90%以上，而 且要求通條和批次間質(zhì)量平均。由于在制作簾線的過程中，盤條表而任何直觀可見的外部缺陷都會隨著拉拔加工深度的 進(jìn)展而

9、在單絲的拉拔及后續(xù)的合股過程產(chǎn)生嚴(yán)峻阻礙，因此，必須保證盤條不存在如耳子、 折疊、裂紋、結(jié)疤、軋痕、麻而、凹坑、機(jī)械劃傷及薄厚不均的氧化鐵皮以及較為嚴(yán)峻的銹 蝕。此外,鋼簾線用盤條對尺寸精度、低倍缺陷和表面脫碳層等也有比較嚴(yán)格的要求。如 *5. 5mm盤條的要求為:直徑偏差為+ (0.150.30)mm(平均為土0.20mm)、脫碳層厚度小于 0. 10mm、氧化鐵皮含量低于0. 6%等。2夾雜物操縱措施及成效2. 1簾線鋼對夾雜物的要求及理想夾雜物形狀操縱2. 1. 1簾線鋼對夾雜物的要求由于制作鋼簾線工藝的專門性，關(guān)于原料盤條的夾雜物也有著專門的要求：(1) 不承諾含不變形的A1O及TiN

10、夾雜；(2) 關(guān)于一般強(qiáng)度級別(碳含量為0.72%)的盤條，要求脆性夾雜物粒度小于10 nm,關(guān)于 高強(qiáng)度級別(碳含雖:為0. 82%以上)的盤條，要求脆性夾雜物粒度小于5 u m；(3) 復(fù)合夾雜物中的含量不大于50%：理想夾雜物形狀圖為Mn0-Al503-Si02系相圖，圖2為Ca0-Al503-Si03系相圖。就簾線鋼中理想的夾雜物 形狀及成分，國外專家進(jìn)行了大量的工作后總結(jié)出：對采納Si-血脫氧的簾線鋼而言，夾雜 物要緊是Mn0-Al:03-Si0:系(來自脫氧產(chǎn)物)和Ca0-Al：0s-Si0;系(來自爐渣)，關(guān)于 Mn0-Al=03-Si0=系，理想的夾雜物應(yīng)該是岳鋁榴石(3Mn0

11、A1O3SiO=)及英周朗低熔點(diǎn)區(qū)域 物質(zhì)：關(guān)于Ca0-Al：05-Si0;系，理想的夾雜物是鈣斜長石(Ca0A1A - 2SiO=)與假硅灰石 (CaOSiOj相鄰的周邊低熔點(diǎn)區(qū)域，即圖1和圖2中的陰影部分，其以上區(qū)域夾雜物的熔點(diǎn) 較低(小于或等于1500*0,變形性較好，在制作簾線拔絲及合股過程可不能造成斷絲。圖1 MnO-AhOs-SiO:系塑性夾雜物區(qū)域圖2 CaO-AlO-SiO：系塑性夾雜物區(qū)域在圖1, 2的陰影內(nèi)，夾雜物中A1O含量均在20%左右。依照A1含戢與夾雜物不變形 指數(shù)的關(guān)系，當(dāng)CaOAl：0廠SiO：系A(chǔ)U）,含量在20%左右時(shí)，夾雜物不變形指數(shù)最低，對簾 線拔絲及合

12、股過程的危害最小。2. 1.3阻礙夾雜物中含量的要緊因素依照S.Mada的研究結(jié)果，夾雜物中Al：0：含量在20%時(shí)，夾雜物不變形指數(shù)最低，而夾 雜物中A1O含量取決于鋼中酸溶鋁的濃度（見圖3）,鋼中酸溶鋁含量越髙，夾雜物中AL0, 含量越髙。因此，要將夾雜物中Al：0,含量操縱在20%左右，必須將鋼中酸溶鋁含量操縱在 3X10=6X10%圖3鋼中酸溶鋁與夾雜物中A1O含量的關(guān)系依照鋼渣間的平穩(wěn)，利用熱力學(xué)原理能夠運(yùn)算出(A1=OJ含量及堿度對A1的阻礙，結(jié)果 見圖4。wo0510 IS 202$30更2X =圖4 (A1O含疑及堿度對A1含量的阻礙由圖4可見，當(dāng)爐渣堿度不大于1.0、(A1O

13、)含量不大于20%時(shí)能夠保證A1含量不大 于 10X10%2. 2夾雜物形狀操縱措施2. 2. 1 Si-Mn合金作為終脫氧劑使用Si-Mn合金作為終脫氧劑，操縱A1的含量。英反應(yīng)式和運(yùn)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鋼液溫度，K據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，依照MnO A14 SiO：三元活度運(yùn)算，1600C時(shí)，塑性區(qū)平穩(wěn)的鋼中酸溶鋁的含量為0.0001%0.0005%。因此，為了得到塑性區(qū)的MnO - Al：05 - SiO：

14、夾雜物,應(yīng)該使 用Si-Mn合金進(jìn)行脫氧，而不能使用鋁或含鋁較髙的合金進(jìn)行脫氧。2. 2. 2精煉采納低堿度和低A1O合成渣當(dāng)鋼渣間達(dá)到熱力學(xué)平穩(wěn)時(shí)。夾雜物的成分能夠用鋼液與夾雜物間的平穩(wěn)熱力學(xué)來推測。 理論上夾雜物的成分與鋼渣的成分是相同的，但在實(shí)際生產(chǎn)中，絕對的鋼渣平穩(wěn)是專門難達(dá) 到的，只能在局部達(dá)到鋼與夾雜物間及渣與鋼間的準(zhǔn)平穩(wěn)狀態(tài)。簾線鋼在精煉時(shí)，對頂渣的要求為：(1) 渣的氧勢低：(2) 低熔點(diǎn)和良好的造渣性能：(3) 對脫氧產(chǎn)物和少呈的初煉爐渣有強(qiáng)大的吸取能力：(4) 低的結(jié)晶傾向：(5) 凝固過程中無外來相析出，易玻璃化：(6) 本身具有良好的變性能力。Amy Elmore通過研

15、究指岀，選用鈣硅石(CaO和SiO：含量分別為47%和51%)渣系作為頂 渣來進(jìn)行簾線用鋼的精煉，能夠有效操縱鋼中夾雜物的形狀。因?yàn)殁}硅右渣系完全符合上述 爐渣的特點(diǎn)。試驗(yàn)證明，鈣硅石渣系易于吸取鋼中的A1O夾雜，并能將鐳鋁榴石 (3MnOA1A3SiO:)夾雜物轉(zhuǎn)變成含鈣長石(CaO A1A2SiOj成分的夾雜物，且具有低粘 度、低熔點(diǎn)及良好的上浮性能，易于去除。此外，還能夠操縱鋼液中鈣、鎂和鋁的含量。以 免析出不變形夾雜物。日本住友金屬工業(yè)公司在簾線鋼的生產(chǎn)中采納鈣硅石渣系(46%CA0-2%AlA-47% SiO：-5%CaFj,川崎和神戶制鋼則采納CaO、Al、和Si含量分別為45%,

16、 10%, 45%的 精煉渣，國內(nèi)某鋼廠采納CaO、A1O、和SiO：含量分別為30%-40%, 6%10%和30% 50%的渣系進(jìn)行夾雜物的操縱，均取得了良好的成效。3成分偏析的操縱成分偏析的操縱措施有：(1) 減少易偏析元素的含量。磷和硫等元素屬于易偏析元素，應(yīng)盡量減少其含量?？稍跓?鋼、鐵水預(yù)處理和爐外精煉(包括真空處理和鋼包處理)過程中去除，專門是進(jìn)行鐵水預(yù)處理 時(shí)，可同時(shí)脫硫和磷：(2) 采納低過熱度澆注。由于髙碳鋼在凝固時(shí)體積收縮較大，假如鋼水過熱度太髙。則連 鑄坯內(nèi)柱狀晶發(fā)達(dá)，易產(chǎn)生中心疏松、縮孔和內(nèi)裂：而采納較低的過熱度澆注( tW25C)除 使連鑄坯中心排除過熱后完全凝固，縮

17、短柱狀晶區(qū)長度和進(jìn)展等軸晶區(qū)，還使坯心成分平均, 幸免中心偏析、疏松和裂紋等低倍缺陷的發(fā)生：(3) 采納合理的拉速。隨著拉速的提高，連鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)刻變短，從而使鋼液凝 固速度降低,英結(jié)果是連鑄坯液芯延長，推遲了等軸晶的形核和長大，擴(kuò)大了柱狀晶區(qū)，更易 形成凝固橋，造成中心偏析。因此，應(yīng)依照鋼種和澆注條件來選擇合適的拉速；(4) 采納電磁攪拌技術(shù)。采納電磁攪拌能夠改變柱狀晶生長方向以及促進(jìn)柱狀晶向等軸晶 的轉(zhuǎn)變。此外，電磁攪拌還具有明顯的細(xì)化晶粒作用，不論晶體的生長方式是柱狀晶依舊等 軸晶，電磁攪拌都可使其細(xì)化和平均，達(dá)到降低偏析的目的。目前，通常采納的是結(jié)晶器+ 凝固末端電磁攪拌的方法；(5) 采納輕壓下技術(shù)。澆注過程中，鋼液得不到補(bǔ)充，或補(bǔ)充不足，顯現(xiàn)密閉區(qū)域，形成 負(fù)壓，枝晶間富集溶質(zhì)的剩余液相被吸入，富集在最后凝固的中心部位，形成周期性的所謂 小鋼錠結(jié)構(gòu)。也確實(shí)是周期性地顯現(xiàn)疏松、偏析。假如在凝固末端施加平均外力，形成一左 的壓下量，排除密閉區(qū)域。讓枝晶間富集溶質(zhì)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。就能夠大大減輕甚至排除中心偏析和疏松。4結(jié)論(1) 阻礙簾線用鋼質(zhì)量的要緊因素包括：有害元素的存在、全氧含量、鋼中大顆粒及脆性 夾雜物、盤條的組織、中心偏析及表而質(zhì)量：(2) 采納S