寶鋼的簾線鋼及其生產(chǎn)工藝

寶鋼的簾線鋼及其生產(chǎn)工藝

0提升我國子+線輪胎和焦?fàn)t鋼作出高質(zhì)量發(fā)展空間巨磁絲是上臂汽車軸承的重要材料。隨著我國汽車工業(yè)和高速公路的迅速發(fā)展,對子午線輪胎的需求量將大增,對鋼簾線需求量也將隨之增加。國外子午化率一般為85%～90%,有的發(fā)達(dá)國家甚至達(dá)到100%。我國起步較晚,2005年我國子午線輪胎產(chǎn)量達(dá)到14261.69萬條,子午化率僅占50%左右,提高我國子午化率是大勢所趨。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計,到2010年我國子午線輪胎的數(shù)量將達(dá)到每年2.3億條,年需要鋼簾線約70萬噸,年需求增長率在30%左右。而我國目前鋼簾線生產(chǎn)量僅有40多萬噸,市場前景將十分廣闊。從近幾年我國鋼簾線盤條的生產(chǎn)來看,寶鋼冶煉的B70Lx鋼,經(jīng)馬鋼高線軋制的∮5.5mm盤條質(zhì)量很好,但與國外進(jìn)口的鋼簾線專用盤條相比仍有差距。簾線鋼國內(nèi)主要依靠進(jìn)口。寶鋼的簾線鋼產(chǎn)品將促進(jìn)這一產(chǎn)品的國產(chǎn)化進(jìn)程。為適應(yīng)我國汽車工業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展,對簾線鋼的生產(chǎn)提出了進(jìn)一步的要求。1傘線質(zhì)量的影響簾線鋼是潔凈鋼的主要代表鋼種之一,在拉拔成絲后直徑為0.15～0.38mm,其質(zhì)量取決于簾線用鋼坯的質(zhì)量及簾線盤條性能和質(zhì)量。因而生產(chǎn)簾線鋼對鋼中夾雜物、硫化物要求十分嚴(yán)格,而且氮含量必須盡可能地低,對夾雜物的大小、形狀和可變形性也提出了很高要求。對各殘余元素、連鑄坯表面和內(nèi)在質(zhì)量缺陷也有嚴(yán)格的要求。1.1化學(xué)成分的控制簾線鋼要求控制的元素較多,表1列舉了國外部分簾線鋼的化學(xué)成分控制,C、Mn、Si成分波動要小,對S、P及其他微量元素的含量亦有嚴(yán)格的限制。72號及82號鋼化學(xué)成分要求如表2所示。1.2高碳鋼偏析控制簾線鋼對碳的中心偏析亦有嚴(yán)格要求,一般碳中心偏析指數(shù)≤1.05。高碳鋼的偏析是造成鋼的內(nèi)部質(zhì)量和性能不均勻性的主要因素,在拉絲和扭轉(zhuǎn)過程中易引起斷裂,因此,在連鑄澆鑄過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行嚴(yán)格控制,特別是對鋼水成分、溫度、二冷參數(shù)的控制。1.3缺陷件一般要求2.2國際上對簾線鋼潔凈度要求常用的是意大利的皮拉利標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)對夾雜物的要求如下:(1)夾雜物總量一般要求T[O]<30×10-4%;(2)要求夾雜物數(shù)量小于1000個/cm2;(3)一般夾雜物的尺寸應(yīng)<15μm,高強(qiáng)度簾線鋼要求夾雜物直徑小于鋼絲直徑的2%;(4)不允許有純Al2O3夾雜物存在,復(fù)合夾雜物中Al2O3含量≤50%,因鋁酸鈣類夾雜物無可塑性,也不允許存在。1.4低na2吹煉及保護(hù)澆鑄技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)將有害氣體的含量控制在:[O]≤30ppm,[N]≤30ppm,[H]≤1.8ppm。為達(dá)到這一要求,應(yīng)采用低N2、O2吹煉制度及保護(hù)澆鑄技術(shù)。為了降低鋼中[H]含量,應(yīng)采取VD或RH真空脫氣處理。1.5脫碳層及晶粒度(1)金相組織索氏體(細(xì)珠光體)不小于95%;(2)脫碳層不大于0.10mm;(3)晶粒度8～10級;(4)盤條表面質(zhì)量:橫向裂紋、刮傷、結(jié)疤、開式折疊不允許存在。2連鑄工藝及發(fā)揮一些簾線鋼生產(chǎn)廠冶煉工藝流程見表3。從表3可以看出,簾線鋼的冶煉工藝主要有以下兩種:①電爐→二次精煉→連鑄或模鑄;②高爐→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→二次精煉→連鑄。一般不宜采用電爐冶煉,由于其爐料廢鋼中殘留有害微量元素(Ni、Pb、Cu、Cr)會影響到鋼的質(zhì)量。2.1轉(zhuǎn)爐精煉技術(shù)2.1.1鐵水廢鋼的范疇鐵水:轉(zhuǎn)爐冶煉用鐵水需要脫硫、脫磷處理,經(jīng)處理后鐵水S≤0.005%、P≤0.01%;廢鋼:電弧爐冶煉則應(yīng)采用低磷、低硫的返回廢鋼。其微量元素含量要求如表4。2.1.2采用低拉碳增碳工藝鞍鋼在1997年試制A70L簾線鋼,以及寶鋼生產(chǎn)簾線鋼時,均采用轉(zhuǎn)爐→精煉→模鑄工藝。武鋼1999年底開始試驗生產(chǎn)簾線鋼,采用轉(zhuǎn)爐→LF→VD→LF→連鑄的煉鋼工藝,主要做法是:(1)頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐采用低拉碳增碳工藝,出鋼[C]按0.06%～0.08%控制,出鋼[P]≤0.010%,終點×≤0.0030%,擋渣出鋼,控制爐后回[P]≤0.003%;(2)采用Si-Mn合金弱脫氧工藝,避免形成大量脆性Al2O3夾雜,并配合適量頂渣,形成SiO2-MnO-Al2O3可變形夾雜。2.2次精制工藝由于簾線鋼用成品鋼絲的絲徑一般都在0.15～0.38mm,鋼中尺寸大于5μm的硬性夾雜(主要是Al2O3)數(shù)量較多時,拉拔過程中的斷絲率將很高。因此,為減少夾雜物和改變其形態(tài),降低鋼絲脆斷率,簾線鋼必須采用二次精煉。國內(nèi)外簾線鋼主要采用LF+VD或LF+RH法進(jìn)行精煉,通過采用Si-Mn合金脫氧以及改變精煉渣系,達(dá)到控制鋼中酸溶鋁含量,進(jìn)而使鋼中夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄訡aO-SiO2-Al2O3夾雜的目的。在具體的做法上,轉(zhuǎn)爐出鋼時盡量控制下渣量,或者是在出完鋼后扒去鋼包內(nèi)的轉(zhuǎn)爐渣,再加入精煉渣。有關(guān)研究表明,LF與VD或LF與RH配合使用能有效脫S,降低鋼中氧含量,使夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?、易聚合上浮的鈣鋁酸鹽。經(jīng)過鋼包爐處理的鋼液,雜質(zhì)元素含量和夾雜水平均有明顯改善,能生產(chǎn)[S]0.0007%～0.003%,T[O]0.0013%～0.0017%,夾雜物0～1.0級的潔凈鋼。武鋼簾線鋼LF精煉的成分控制情況見表5。2.3連鑄工藝和鑄造品質(zhì)重點是防止精煉后已經(jīng)潔凈的鋼水的二次污染,并要獲得結(jié)構(gòu)致密,疏松、縮孔、偏析在較好水平的連鑄坯,控制好鑄坯的柱狀晶和等軸晶比例。(1)中間包覆蓋劑確定鋼水二次氧化和外來夾雜的帶入將影響鋼簾線在拉拔和合股時斷絲,采用中間包覆蓋劑覆蓋鋼水,中間包到結(jié)晶器采用浸入式水口,鋼包下水口與長水口連接處采用氬氣保護(hù)以及纖維密封圈密封,簾線鋼增[N](0～3)×10-6,平均增[N]1.8×10-6。(2)質(zhì)量控制液壓振動。提高結(jié)晶器振動精度,采用小振幅高頻率振動,對負(fù)滑脫的時間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。(3)柱狀晶中心偏析變化特征因簾線鋼[C]>0.70%,其中心偏析是發(fā)達(dá)的柱狀晶引起的,而澆鑄溫度的高低,將是影響柱狀晶生長的重要因素。如圖1所示:過熱度△T>25℃,柱狀晶發(fā)達(dá),產(chǎn)生中心偏析;△T<15℃,中心等軸晶區(qū)擴(kuò)大,中心偏析明顯減輕;△T<10℃,中心偏析不明顯。在簾線鋼生產(chǎn)中,鋼水過熱度嚴(yán)格控制在小于25℃的水平,有效地擴(kuò)大了鑄坯的等軸晶區(qū),改善了鑄坯的偏析。(4)鑄坯液芯延長,比一般雙隨著拉速的提高,鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)停留的時間變短,從而使鋼水凝固速度降低,其結(jié)果是鑄坯液芯延長,這不但推遲了等軸晶的形核和成長,擴(kuò)大了柱狀晶區(qū),而且發(fā)生鑄坯鼓肚危險的幾率也隨之增加。在簾線鋼生產(chǎn)中,按1.0～1.3m/min嚴(yán)格控制拉速,有效地抑制了鑄坯柱狀晶區(qū)的發(fā)展。(5)磁粉技術(shù)的應(yīng)用結(jié)晶器和二冷段設(shè)置電磁攪拌,使鑄坯等軸晶區(qū)盡量擴(kuò)大。(6)輕壓技術(shù)以減輕鑄坯中間疏松,改善鑄坯組織結(jié)構(gòu),減輕鑄坯偏析。(7)第二，冷卻采用強(qiáng)度較高的二次冷卻,比水量一般可達(dá)1.5L/kg～2.0L/kg鋼,二冷段分區(qū)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。3國外絲綢制造商的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3.1采用低碳偏析的工藝生產(chǎn)技術(shù),提高了迄今我國國內(nèi)只有寶鋼、武鋼、鞍鋼等能生產(chǎn)一些簾線鋼。國內(nèi)一些生產(chǎn)簾線鋼的合資企業(yè)所使用的坯料還大量依靠進(jìn)口。寶鋼采用300t轉(zhuǎn)爐冶煉經(jīng)過LF、RH二次精煉,澆成鋼錠,經(jīng)初軋開坯后再經(jīng)連軋機(jī)軋成150mm2的小方坯供高線廠軋成鋼簾線盤條后供給鋼簾線廠。由于采用澆鑄大鋼錠軋制工藝,簾線鋼的收得率很低,且質(zhì)量不夠穩(wěn)定。如采用連鑄澆鑄大方坯的生產(chǎn)工藝,可較好地控制碳偏析,對質(zhì)量將會有很大改善。武鋼采用90t轉(zhuǎn)爐冶煉簾線鋼,經(jīng)LF、VD精煉后,澆鑄成200mm×200mm的大方坯,經(jīng)開坯軋制成小方坯,供線材廠軋成簾線盤條,供某鋼簾線廠生產(chǎn)鋼簾線,經(jīng)幾次試生產(chǎn)取得了可喜的成果,其拉拔斷絲率最高達(dá)22.7萬m/次。目前簾線鋼生產(chǎn)存在的主要問題是鋼中夾雜物含量控制還未完全達(dá)到要求,個別夾雜物尺寸大于15μm,由于使用耐材材質(zhì)因素導(dǎo)致鋼中鋁含量高,帶入外來夾雜物,使夾雜物含量有所增高]。鞍鋼近幾年進(jìn)行了大規(guī)模的設(shè)備改造,裝備了一系列先進(jìn)的工藝設(shè)備,具備開發(fā)一系列高技術(shù)含量品種的基礎(chǔ)。對生產(chǎn)簾線鋼來說,鞍鋼的工藝裝備具有以下特點:以鐵水為原料煉鋼適合生產(chǎn)簾線鋼等對雜質(zhì)元素有嚴(yán)格要求的鋼種,LF和VD裝備加上合適的工藝、技術(shù)能夠嚴(yán)格控制夾雜物類型、數(shù)量和分布,大方坯連鑄加電磁攪拌減少鋼的偏析,大方坯熱送連軋和高速線材軋制大的壓縮比使塑性夾雜物伸長、變細(xì)。經(jīng)過幾年的研制工作,鞍鋼生產(chǎn)的簾線鋼線材品質(zhì)有了大幅度的提高。3.2%對于廢鋼的吹煉世界上著名的鋼簾線專用線材生產(chǎn)廠商德國SaarstahlAG公司冶煉簾線鋼時,鐵水經(jīng)160～170t魚雷罐車運(yùn)至煉鋼廠,在140t鐵水包中進(jìn)行脫硫預(yù)處理,外加15%～20%返回廢鋼組成煉鋼原料。在165t轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行吹煉,轉(zhuǎn)爐為頂?shù)讖?fù)吹式。爐頂有5～6個氧槍,每分鐘吹入500～650m3氧氣。爐底有10個直徑為4mm的孔,每分鐘吹氬氣量0.015～0.5Nm3/t。其氧槍的位置、吹氧速度和底吹氬氣量均由聲控儀或廢氣成分分析儀實現(xiàn)自動控制。爐外精煉采用RH,最大真空度為50Pa,2臺TN噴粉裝置,其中一臺用于噴吹CaC2粉和CaSi粉。成分微調(diào)后加入冷料由送風(fēng)站完成。此外還配有雙線喂絲機(jī)喂CaSi線和Ca線,這些工藝技術(shù)的應(yīng)用,是保證鋼簾線專用線材純凈度必不可少的前提。3.3控制殘余物檢測目前國產(chǎn)鋼簾線專用線材生產(chǎn)企業(yè)很少,尚無國家統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)幾家鋼簾線生產(chǎn)企業(yè)對國產(chǎn)線材試用結(jié)果顯示,國產(chǎn)鋼簾線專用線材可滿足鋼簾線生產(chǎn)的一般要求。但還存在夾雜物類別控制達(dá)不到要求、外來夾雜數(shù)量較多、鋼中全Al含量偏高、有關(guān)鑄坯加熱和線材軋制工藝不夠完善等問題,現(xiàn)階段在生產(chǎn)過程中控制脫氧條件和采用低堿度頂渣進(jìn)行熔煉可以減少夾雜物含量。此外,氧化物冶金技術(shù)、超細(xì)晶粒技術(shù)、鋼水的高純凈度技術(shù)的發(fā)展為控制夾雜物形態(tài)、類型和大小以及進(jìn)一步減少鋼中夾雜物提供了可能。國外研究表明,提高鋼簾線的疲勞性能可以減輕輪胎質(zhì)量,增加輪胎載重能力,提高輪胎壽命。鋼絲和鋼簾線的強(qiáng)度對疲勞性能的影響見表6。4提升質(zhì)量控制水平,強(qiáng)化市場管理(1)隨著精煉和連鑄工藝的改進(jìn),嚴(yán)格控制夾雜物及有害氣體的含量,防止連鑄坯中心偏析和中心疏松,是提高簾線鋼生產(chǎn)質(zhì)量的必要手段。(2)為了適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求