钢帘线的发展和生产工艺现状.docx

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0.38mm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0.22mm左右，只有武钢、兴澄特钢等少数几家试拉0.175mm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0.15mm没有问题。而日本神户则可以拉到0.08mm以下，0.08mm，这是一个非常可怕的数字。我们人类的头发一般直径在0.18mm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     C     Mn     Si     P     S     Ti     Al     Ni/Cu     Mo/Co     Cr 含量    0.72-0.82    0.45-0.6   0.15-0.3    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0.15mm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0.15mm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5.5mm盘条拉成0.38mm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0.2mm以下，脆性夹杂物必须控制在5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CaOSiO2Al2O3三元系杂，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/Altot1（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LDRHTN喷粉CC(125mm×125mm、140mm×140mm,EMS）德国鲁尔奥特    BOFLF+VDCC（6流，130mm×130mm,M-EMS,强制冷却）英国乔冶敦    EAFLFCC（6流，120mm×120mm，强制冷却）英国萨斯特    BOFRHCC（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RHCC(2流,300mm×430mm)宝钢    铁水预处理LD（300t）LFRH模铸武钢    LD(100t) LFVDLFCC(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LFCC(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S0.01%。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、P0.01%。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。