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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
≤0.005
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。
依靠技术进步生产优质钢帘线盘条
——宝钢钢帘线盘条生产情况透视
根据钢帘线盘条用户的订货需求和宝钢实际生产的钢帘线盘条情况,宝钢现在生产的钢帘线盘条量远远满足不了国内用户的需求,且与宝钢当初建设高线轧机生产21万吨钢帘线盘条的目标有一定差距,宝钢钢帘线盘条技术还有进步空间。
国内钢帘线市场情况
资料表明,2005年我国轮胎产量达到12500万套,仅次于美国和日本,其中子午线轮胎产量为5600万套,轮胎子午化率由23%提高到45%以上,轮胎消费钢帘线33.15万吨。
2010年,我国整个汽车业要实现75%以上的轮胎子午化,轮胎生产约需钢帘线55.41万吨。
未来10年,我国轮胎钢帘线平均用量将呈逐渐上升趋势,潜在市场十分巨大。
从国际市场看,国外发达国家的轮胎子午化率在90%以上,其中载重子午胎为75%,轿车子午胎为100%。
目前全世界每年对子午轮胎钢帘线的需求以3%~4%的速度递增,发达国家的子午轮胎将逐步达到100%,发展中国家子午轮胎所占的比例也将不断提高,国际市场需求量将很大,而我国生产的钢帘线在价格方面有较强的竞争力,国际市场前景乐观。
业内人士预计,2010年我国钢帘线产量将达到80万吨左右。
宝钢钢帘线盘条生产情况
宝钢第一次研发生产轮胎帘线专用钢是在1987年,由宝钢300吨顶吹转炉冶炼、RH真空精炼、模铸钢锭、初轧开坯后,轧成100mm×
100mm方坯供马尾中钢公司高速线材轧机轧成ф5.5mm盘条,由上海钢丝厂拉拔成ф0.147mm单丝。
宝钢第二次研发生产轮胎帘线专用钢是在1995年。
随着高速线材轧机于1999年投产,宝钢实现了冶炼帘线钢到生产钢帘线盘条的转变。
宝钢钢帘线盘条现有3条生产工艺路线:
模铸工艺:
脱硫铁水→300吨转炉→精炼→模铸→均热炉加热→初轧机开坯成142mm×
142mm钢坯→钢坯精整→加热炉钢坯加热→高速线材轧机轧制→斯太尔摩控冷线冷却→成品检验出厂
连铸工艺:
废钢+铁水→150吨电炉→精炼→连铸160mm×
160mm→钢坯精整→加热炉钢坯加热→高速线材轧机轧制→斯太尔摩控冷线冷却→成品检验出厂
废钢+铁水→150吨电炉→精炼→连铸320mm×
425mm→初轧机开坯成160mm×
160mm钢坯→钢坯精整→加热炉钢坯加热→高速线材轧机轧制→斯太尔摩控冷线冷却→成品检验出厂
帘线钢从炼钢到开坯,直到轧成盘条,生产工艺复杂,而且要求十分苛刻。
钢丝最小直径为ф0.15mm,单丝抗拉强度高达2600MPa~2900MPa,拉丝最后一道工序变形量达90%以上,钢丝还必须经高速双绕机捻制成线。
将140mm×
140mm方坯轧成ф5.5mm线材,再冷拔成ф0.15mm钢丝,长度延伸率达110万倍,这么大的加工量,任何缺陷都会造成断丝。
宝钢钢帘线用钢品种和工艺研究项目历时8年(1995年~2003年),研究的主要内容有:
钢种化学成分控制与特殊合金添加技术;
帘线钢的冶炼,选用合适的脱氧工艺,合理的二次精炼工艺;
合成渣的组成和合成渣处理技术;
帘线钢钢水防止铝夹杂污染工艺;
钢水的气体含量控制和钢坯、盘条夹杂物剖析;
模铸、连铸帘线钢碳、锰偏析和应对措施;
防止帘线钢钢坯加热脱碳和冷却二次脱碳的研究;
钢帘线盘条控轧控冷工艺的研究;
成品检验技术的研究;
钢帘线盘条拉丝、热处理、合股工艺的研究。
关于转炉模铸和电炉连铸钢坯生产钢帘线盘条的质量差异问题,有四个方面的情况:
第一,夹杂物方面。
钢水经过炉外精炼,纯净度较好,而模铸工艺的特性,又造成钢水夹杂物的状况有所恶化。
电炉连铸工艺由于中间包冶金和连铸工艺的特性,不仅减少了钢水二次污染的环节,而且钢中夹杂物状况有所改善。
第二,化学成分偏析方面。
转炉模铸工艺固有的缺陷会造成钢锭头部、尾部的宏观组织、化学成分偏析等较差。
因此,为了保证盘条的质量,现阶段只能取钢锭的中段料,钢锭的头尾段料另用,这样会使生产成本较高。
电炉连铸坯的钢中碳含量越高,铸坯的偏析和缩孔等内部缺陷就越严重,控制难度也相应增加。
第三,有害残余元素方面。
由于电炉冶炼工艺的特性,要加入50%左右的废钢。
这样一来,与转炉冶炼工艺相比,铜等有害残余元素含量,电炉明显要比转炉高。
第四,力学性能方面。
由于转炉模铸和电炉连铸生产工艺的钢坯尺寸大小不同,生产同样盘条规格的压缩比不同,造成同规格盘条的力学性能不同,转炉模铸比电炉连铸同牌号盘条的力学性能要好一些。
近几年宝钢钢帘线盘条质量情况
宝钢B72LX盘条:
用于生产2+7×
0.22规格钢帘线(顺捻,同向捻)742.562公里,断丝6次,断丝率为123.76公里/次。
宝钢B82LX盘条:
用于生产3×
0.20+6×
0.35HT规格钢帘线,2003年断丝率为5.57次/吨,换算成平均断丝长度为33.6公里/次;
2004年断丝率为3.36次/吨,换算成平均断丝长度为53.6公里/次。
用于生产3+9+15×
0.22规格钢帘线,断丝率为2.59次/吨,换算成平均断丝长度为46.5公里/次。
2008年宝钢电炉大方坯连铸机投产,电炉大方坯B82LX碳偏析小于等于两级的比率为99.3%。
上海米其林公司已认可大方坯生产线的帘线产品,经验证其各项指标优于或等同于模铸帘线,决定从2009年3月份起全部采购来自大方坯生产线的钢帘线盘条。
日本在1981年之前都生产碳含量小于0.72%的普通强度级别的帘线钢盘条,从1982年开始生产碳含量大于0.82%的较高强度级别的帘线钢盘条,到上世纪90年代初两种级别的产品产量持平,从1993年起较高强度级别的帘线钢盘条产量已超过普通强度级别的帘线钢盘条。
与日本同行相比,宝钢现生产B82LX高强度帘线钢盘条的比例相当于日本1999年生产高强度帘线钢盘条比例的水平。
宝钢钢帘线盘条的发展方向和前景
从钢帘线的使用等级来看,钢帘线共分为五级:
一级是胎圈钢丝(0.78mm~2.10mm),二级是胶管钢丝(0.35mm~0.70mm),三级是乘用车轮胎钢帘线(4×
0.25、2+2×
0.30HT),四级是轻卡车轮胎钢帘线(2+7×
0.22、3×
0.175+6×
0.28),五级是载重车轮胎钢帘线(1×
27×
0.175+W、4×
4×
0.22HE)
宝钢钢帘线盘条的使用正处于三级至四级帘线水平,因此,宝钢钢帘线盘条技术进步的方向如下:
生产工艺路线方面,在稳定转炉模铸、电炉小方坯连铸坯帘线钢质量的同时,稳妥地推进电炉大方坯连铸生产帘线钢,彻底解决帘线钢、高碳钢生产的瓶颈问题;
生产品种方面,在生产B72LX、B82LX钢级盘条的同时,继续开发、试制高等级帘线钢盘条;
生产数量方面,在2008年生产6.9万吨钢帘线盘条的基础上,尽快跨上10万吨、20万吨的二级台阶;
销售用户方面,在供应国内用户的同时,力争取得国外用户的质量论证,不断开拓国外用户市场;
成本效益方面,进一步降低生产钢帘线盘条的成本,提高钢帘线盘条的经济效益,增强市场竞争力。
结语
面对国内同行2008年在帘线钢盘条生产技术方面的发展形势,在低强度级别帘线钢盘条的性价比方面,宝钢同类产品的优势已不存在,因此宝钢B72LX帘线钢盘条的市场份额将可能减少,扩大B82LX帘线钢盘条的市场份额是宝钢帘线钢技术进步的方向。
随着电炉大方坯的投产,宝钢将努力成为我国年产量大于21万吨的高等级钢帘线盘条的生产基地。
(2011年2月1日中国冶金报
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