钢帘线的发展和生产工艺现状

钢帘线的发展和生产工艺现状钢丝帘线，俗称钢帘线，是橡胶制品尤其是汽车子午胎理想的骨架材料。帘线钢是优质硬线钢的精品，是超洁净钢的代表产品和钢铁企业线材生产水平的标志性产品，也是商用钢中强度最高的钢。它在生产中对冶炼、轧制、加工等每个环节都有特殊的要求，是不折不扣的全过程精品钢材。生产帘线钢技术含量极高，被誉为“线材中的极品”、“线材皇冠上的明珠”。一般来说，钢帘线需要拉到Φ0.38mm以下，拉的越细，生产难度越大。因此能拉到的最小线径是衡量一个钢厂帘线钢生产水平的重要标准。我国钢厂帘线钢大多能拉到Φ0.22mm左右，只有武钢、兴澄特钢等少数几家试拉Φ0.175mm成功。目前，据我所知，我国可以生产帘线钢的钢厂主要有：宝钢、武钢、鞍钢、首钢、沙钢、青钢、邢钢、兴澄特钢等。欧洲、巴西等一些钢厂拉到Φ0.15mm没有问题。而日本神户则可以拉到Φ0.08mm以下，Φ0.08mm，这是一个非常可怕的数字。我们人类的头发一般直径在Φ0.18mm左右，也就是说，神户拉的钢帘线要比我们头发细一半以上。拉到如此细丝，任何稍大尺寸的硬性夹杂、偏析、非常规组织、内部及表面缺陷都可能是致命的，都可能造成断丝，可见生产难度之高。帘线钢盘条对化学成分、偏析、脱碳层、晶粒度、组织、表面质量、内部缺陷等都有非常严格的要求，近乎苛刻。化学成分元素CMnSiPSTiAlNi/CuMo/CoCr含量0.72-0.820.45-0.60.15-0.3≤0.012≤0.008≤0.002≤0.005≤0.007≤0.002≤0.005这个只是基本指标，各厂内控虽各不相同，但要比基本标准严格的多。我国大多钢厂在C、O、Mn、Si等成分的控制上一般没有问题，但在S、P、Al、Ti等成分的控制上虽然能达到基本标准，但控制水平大多偏低，这也是制约我国帘线钢水平上一个台阶的重要因素。夹杂物：塑性夹杂A类、C类≤1级，脆性夹杂B类、D类≤0.5级组织：盘条中的金相组织索氏体率大于85%，不应有马氏体、贝氏体、网状渗碳体等有害组织。晶粒度：大于8级脱碳层：小于0.08mm碳偏析：中心碳偏析小于3级表面质量：压痕、麻面等深度或高度小于0.1mm，氧化皮重量在0.4-0.8%下面就帘线钢质量最重要的偏析和夹杂两个方面展开讨论由于帘线钢是高碳钢，因此中心碳偏析的控制极其重要。高的碳偏析会在盘条中心生成网状碳化物，在钢帘线的拉拔和捻股过程中引起断丝。在这个方面，世界上有两种路线，一种是以日本神户、新日铁、韩国浦项为首的大方坯路线。由于大方坯是开坯两火成材，且钢材变形比较大，因此在偏析的控制上具有先天的优势，但成本较高。另一种是以欧洲为首的小方坯路线，采用的是低过热度、二冷强冷加末端搅拌技术，虽然与大方坯相比有一定差距，也能较好的控制偏析，基本满足Φ0.15mm以上级别钢帘线生产要求。由于小方坯是一火成材，相对大方坯节约了成本，因此具有价格优势。但是，由压下量较小，一火成材加热温度较低，在拉到Φ0.15mm以下级别遇到了瓶颈。因此，如果生产最高级别的钢帘线，大方坯是一个趋势。宝钢曾一度认为小方坯无法生产帘线钢，因此采用的是模铸，后见国内小方坯生产帘线钢成功，顺此又有小方坯投产生产帘线钢。目前，我国采用大方坯路线有鞍钢、兴澄，采用小方坯路线的有沙钢、邢钢、青钢、首钢等。控制C偏析，一般要求过热度低于30℃。兴澄引进日本住友中间包电磁感应加热技术，温度能控制在正负3℃，使用效果较好。大方坯一般是采用弱冷加轻压下技术。小方坯一般是采用二冷强冷加末端搅拌技术，通过控制过热度、拉速、二冷水比水量及电磁搅拌强度，来达到控制碳中心偏析的目的。通过控制参数，碳中心偏析率能达到1.05%以下。下面谈一下夹杂物的问题帘线钢的生产对冶炼过程及工艺具有特殊的要求，因为在生产钢帘线过程中，要将Φ5.5mm盘条拉成Φ0.38mm以下的细丝，线材长度增至原来的1000多倍，截面积缩至0.07%，接近拉拔工艺的极限，而后还要经高速双捻机合股成线。因此要求钢材须有极高的洁净度，对钢中夹杂物的尺寸、数量及形状可变形性要求很高。有一种说法，认为夹杂物的尺寸要控制在钢帘线成品线径的1/5以下，我认为这种说法太宽泛了，如果把钢帘线拉到Φ0.2mm以下，脆性夹杂物必须控制在5μ以下。一、外来夹杂。由于外来夹杂尺寸通常较大，因此要严格控制。一是保证耐材的质量，即耐浸蚀程度；二要控制连浇炉数，一般要控制在15炉以下二、内生夹杂首先，尽可能的要控制Al2O3、TiN等脆性夹杂。控制这两类夹杂，一需要从原料入手，因此帘线都是使用硅锰脱氧，而不能使用铝脱氧。其次，耐材的选用也很重要。钢包材料必须为无铝材质，国内一般都采用的镁钙材质（国外用什么材质我不太清楚，有谁知道可以交流一下）。韩国钢厂甚至所使用的中间包塞棒、长水口及浸入式水口都为不含铝质。一般要求钢中酸溶铝含量在6PPm以下。日本帘线钢酸溶铝含量在3PPm以下，Ti在5ppm以下。国内武钢在这方面做的较好，从铁水和脱氧剂入手（用的是电解锰），铝和钛均能控制在5ppm以下。帘线钢中复合夹杂一类为硅锰脱氧产物MnO-SiO2-Al2O3系、另一类为精炼渣造成的CaO-SiO2-Al2O3系。对于这两类夹杂，一是要通过设置合适软吹参数、优化中间包及结晶器流场，使其上浮去除。二是对于没有去除的夹杂物，把其控制在三元相图中的低熔点区（见图），使其在轧制过程中能很好的随钢基体变形并轧碎。要求夹杂物中Al2O3含量为15%-25%，在此含量下，夹杂物的不变形指数达到最小值。把夹杂物控制在低熔点区，有两个要点，一是精炼渣碱度控制在1左右，二是精炼渣中Al2O3含量控制在8%左右。另外，需要控制精炼渣中的氧化镁含量。当MgO含量为15%~20%时，相对于CaO－SiO2－Al2O3三元系杂，相图中低熔点区的位置发生偏移，这使原来处于低熔点区的夹杂处偏离低熔点区。当夹杂物中MgO含量大于20%时，低熔点区的面积随MgO含量的增大而减小，MgO含量为30%时，低熔点区在相图中基本消失。低熔点区夹杂物中Al2O3含量和不变形夹杂物指数之间的关系帘线钢铝含量要低，浸入式水口用什么材质的？镁碳材质渣中Al2O3含量和碱度对[Al]的影响渣中以及夹杂物中的Al2O3含量之间的关系在生产钢帘线时，塑性夹杂和脆性夹杂一般控制多大合适？？在光镜下观察，塑性夹杂宽度5微米以下，脆性夹杂3微米以下我有一个大胆的想法，为什么不用高铝钢拉钢帘线呢？如果铝含量高，钢液中氧的活度低，钢液比铝镇静钢纯净由于三氧化二铝是脆性夹杂，对钢帘线拉拔和捻股过程中都很致命，会造成断丝，因此必须控制钢中酸溶铝含量。通过热力学计算可以得出，当钢中酸溶铝含量达到6ppm以上时，就会生成三氧化二铝夹杂。现在国内能过硅锰脱氧，也能把总氧降到很低的水平，大概能达到十几个ppm帘线钢的夹杂物总量，要控制在多少以内？目前，国内夹杂物的统计主要以金相统计和大量电解为主。对于帘线钢盘条，一般采用的是金相统计的方法。一般认为帘线钢盘条中夹杂物（硫化锰除外）要控制在当量直径3个/mm2以下对于钢帘线钢，可采用纯净钢操作规程以去除外来夹杂物。原生夹杂物的控制对钢帘线钢的性能极为重要，因为这种夹杂物会损害钢帘线钢的疲劳性能。在钢帘线的研究开发过程中，对断丝断裂面上出现的夹杂物进行了观察和分析，结果破碎的硬质Al2O3为主的夹杂物。象Al2O3型不变形夹杂物，在加工过程中会导致断丝，在数量上必须非常少。为适应上述要求，在冶炼成分上控制相当严格。一是钢中氧含量要低（要求＜20×10-6）；二是Alsol/Altot≈1（至少大于等于0.95）；三是夹杂物变形处理以变为易变形的夹杂物。上述要点只有在精选原料、严格的冶炼和有效的精炼，包括真空脱气等工艺方能满足。其次，在浇铸过程中，钢水不能受到污染]。这种污染主要来自空气氧化和外来夹杂的混入，后者包括耐火材料的熔损和保护渣的卷入。因此，在浇铸过程中采取如下措施：(1)防止钢包渣进入中间包（采取大包下渣自动检测技术）；(2)采取优质引流砂（自开率要大于98%）；(3)采取长水口和浸入式水口进行保护浇铸；(4)防止吸入空气；(5)防止中间包覆盖剂和中包耐火材料污染钢水；(6)采取带垂直段的弧形连铸机，降低拉速以利夹杂物上浮；(7)采取合适水口结构，防止结晶器内钢水卷渣。厂名工艺流程德国萨尔高炉→铁水预处理→LD→RH→TN喷粉→CC(125mm×125mm、140mm×140mm,EMS）德国鲁尔奥特BOF→LF+VD→CC（6流，130mm×130mm,M-EMS,强制冷却）英国乔冶敦EAF→LF→CC（6流，120mm×120mm，强制冷却）英国萨斯特BOF→RH→CC（6流，150mm×150mm,S-EMS,F-EMS强制冷却）日本神户铁水预处理→转炉→钢包精炼→RH→CC(2流,300mm×430mm)宝钢铁水预处理→LD（300t）→LF→RH→模铸武钢LD(100t)→LF→VD→LF→CC(5流，200mm×200mm,M-EMS)鞍钢铁水预处理→LD(150t)→钢包精炼(合成潭洗、喷粉、吹氩)→模铸青钢铁水预处理→转炉→LF→CC(150mm×150mm)除了碳的偏析外，帘线钢还要注意硫磷的偏析。铸坯的质量在很大程度上为〔%S〕所左右，减少铁水中〔S〕是发展连铸所需，但由于炼钢脱硫能力有限，不能达到洁净钢的生产水平，高炉脱硫，成本高，经济上不划算，所以铁水预处理成为炼钢生产的一个重要环节。随着炼钢生产节奏的加快，脱磷，脱硅也成为铁水预处理的一部分，其目的是为炼钢提供优质钢水，实现少渣炼钢铁水预处理的目的是减少钢中有害元素P、S含量，通过向铁水添加熔剂进行脱硅、脱磷和脱硫处理。例如在铁水沟流槽处添加烧结矿和石灰进行脱硅处理；向铁水罐喷吹苏打进行脱磷、脱硫处理；向铁水罐吹氧、加入铁矿或氧化铁皮、石灰和萤石进行脱硅、脱磷和脱硫处理。通过三脱处理使入炉铁水的硅、硫和磷含量下降。铁水脱硫方法很多，如德国采用的脱硫方法中较为成熟的有两种：莱茵搅拌法和KR搅拌法。目前广泛采用喷吹（CaO+CaC2+Mg）法，可使转炉铁水S＜0.01%。转炉提高洁净度的炼钢技术（1）转炉用钢铁料，日本用三脱铁水在转炉中进行少渣吹炼；（2）复吹工艺；（3）挡渣出钢，用挡渣球、挡渣锥、气动挡渣器；（4）炉渣变质，转炉出钢或钢包顶渣中加炉渣改质剂，还原FeO并调整顶渣成分；（5）防止增氮。氧气转炉适合于冶炼低碳钢，但也能冶炼中高碳钢。目前国内冶炼高碳钢主要有两种方式[25]：(1)高拉碳补吹法生产硬线钢一般使用100%铁水，或者铁水+专门废钢（残余元素Cu、Ni、Cr少）。吹炼前期倒炉倒渣（去磷），吹炼到钢中碳含量在1.00%-1.20%时倒炉测温、取样，然后根据温度、成分进行补吹，再倒炉测温、取样，视情况出钢或补吹。此方法优点是增碳量小，碳粉加入量少；钢中氧含量低。缺点是前期倒炉倒渣，温度损失大；增碳量难以控制，造成成品碳含量波动大；温度控制较低，渣中FeO含量低，不利于之后精炼处理。采用此法生产高碳钢的关键是高拉碳时，钢水中S、P＜0.01%。2)低拉碳增碳法吹炼前期倒炉倒渣，然后将钢中碳一次拉到0.07%-0.15%，出钢时加碳粉增碳。此方法优点是温度控制较高，渣中FeO含量高，利于脱P；倒炉次数少，冶炼周期短；钢水终点温度高，有利于炉后精炼处理。缺点是增碳量大，必须保证碳粉的收得率；成品碳按钢种成分中下限控制，否则碳高了炉后不能处理；钢中氧含量高。