簾線鋼質(zhì)量影響因素及控制措施

1、精品整理簾線鋼質(zhì)量影響因素及控制措施摘要：主要闡述了簾線鋼的質(zhì)量要求。對(duì)影響鋼中夾雜物的尺寸及形 態(tài)、熱軋線材的組織及表面質(zhì)量、偏析程度的因素進(jìn)行了分析，提出 了有效控制夾雜物形態(tài)和降低偏析程度的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：簾線鋼 夾雜物 表面質(zhì)量 偏析鋼簾線主要用于輪胎子午線增強(qiáng)用的骨架，具有強(qiáng)度高、韌性好 的特點(diǎn)，也是線材制品中要求極高、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 0.150.38mm的細(xì)絲。之后還要經(jīng)過高速 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)的高碳低合金線材才能滿足如此高的質(zhì)量要求。對(duì)于簾線鋼的生產(chǎn)及質(zhì)量控制，國外鋼鐵企業(yè)如日本

2、的神戶制鋼、 新日鐵、住友。以及德國薩斯特、法國梅森和韓國浦項(xiàng)等廠家經(jīng)過多 年的研制開發(fā)，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，形成了比較成熟的工藝。其共同特 點(diǎn)是生產(chǎn)工藝完善，產(chǎn)品化學(xué)成分均勻（如將碳含量控制在 士 （0.01 %0.02 %）、鋼的潔凈度高（如 Tm 20X10-6, A1 t 3X 10-6，夾雜物級(jí)別較低，無大尺寸和脆性夾雜）、鋼坯質(zhì)量 高、盤條的組織性能均勻、表面質(zhì)量好和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等。近年來，國內(nèi)企業(yè)也陸續(xù)進(jìn)行了簾線用鋼的開發(fā)與研制，經(jīng)過不斷地摸索及實(shí)踐，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。目前，國內(nèi)簾線用鋼的質(zhì)量已經(jīng) 達(dá)到批量制作 0.20mm以上規(guī)格鋼簾線的質(zhì)量要求。并已經(jīng)獲得著 名鋼簾線生產(chǎn)廠家的

3、質(zhì)量認(rèn)證，生產(chǎn)規(guī)模逐年擴(kuò)大。但從質(zhì)量上看， 國內(nèi)簾線用鋼與進(jìn)口產(chǎn)品相比仍然存在一定的質(zhì)量差距，尚未達(dá)到制作 0.20mm以下鋼簾線的技術(shù)要求。本文主要討論影響簾線鋼質(zhì)量的各種因素以及應(yīng)該采取的相應(yīng)控 制措施精品整理1 影響簾線用鋼質(zhì)量的主要因素1.1 成分波動(dòng)及有害元素的存在簾線用鋼對(duì)于成分的要求較為嚴(yán)格，不同爐次或同爐之間要求成 分必須保持均勻，波動(dòng)幅度小 , 否則會(huì)造成盤條的通條性能不均勻， 在加工過程中斷絲。簾線鋼中有害元素含量過高 , 也會(huì)導(dǎo)致拉拔及合股斷絲的發(fā)生。 例 如，硫含量過高，會(huì)降低鋼的塑性，韌性及產(chǎn)生熱裂；磷含量過高， 會(huì)造成冷脆及降低塑性；銅含量過高，會(huì)引起紅脆。此外，錳

4、、鉻、 鎳等元素的含量會(huì)影響熱處理工藝及產(chǎn)品性能； 而鈦、鋁會(huì)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)格控制鋼中有害元素的含量。1.2 成分偏析成分偏析是影響簾線用鋼質(zhì)量的重要因素之一，具體情況如下 ：(1) 成分偏析降低鋼材的綜合性能。 明顯的中心偏析也會(huì)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 異常變形的根源 ,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。 對(duì)

5、于高碳鋼來說。 中心偏析使其拉絲 極限和延展性降低 , 明顯降低其韌性，影響拉拔性能：(3) 成分偏析引起鋼材氫脆， 降低耐腐蝕性能。 對(duì)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(huì)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。 中心偏析一般與中心疏松的加劇和非金精品整理 屬夾雜物不均勻分布同時(shí)存在， 這將顯著降低鋼材的疲勞性能。 對(duì)于 簾線鋼來講。 成分偏析是影響斷絲的一個(gè)重要因素。 偏析度高會(huì)對(duì)軋 鋼組織的控制帶

6、來不良影響。 同時(shí)使夾雜物的分布不均， 在拉拔及合 股過程中產(chǎn)生斷絲。簾線用鋼的偏析標(biāo)準(zhǔn)一般不允許大于 3 級(jí)。1.3 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 A1203 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)果表明 , 氧化物夾雜的數(shù)量隨鋼中全氧含量的增加而增加 , 控制鋼的潔凈度的關(guān)鍵在于把鋼中全氧含量降低到較低值。 目前，國 外咼品質(zhì)簾線用鋼的全氧含量一般都控制在 20x 106以下。1.4 夾雜物尺寸及形態(tài) 夾雜物的控制水平是衡量簾線用鋼質(zhì)量的標(biāo)志。 T.Malkiewczh 和S.Rudink提出了夾雜物變形指數(shù)（u ）公式

7、：u = i / s式中： i 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 =0時(shí)，表示夾雜物不變形而基體變形， 導(dǎo)致夾雜物和基體在變形時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)， 降低界面結(jié)合力。 并極易產(chǎn)生 裂紋源；當(dāng) u =1 時(shí)，表明夾雜物與基體變形率一致，能夠做到良好 結(jié)合；當(dāng) u =00.5 時(shí)，容易產(chǎn)生間隙魚尾形裂紋。此外。 S.Rudink 的研究表明，硫化物夾雜的變形率u -1,而鈣鋁酸鹽、Al2O3和TiN等夾雜物在鋼材加熱溫度下 u 0,屬脆性夾雜物，對(duì)鋼質(zhì)的危害較 大。由于生產(chǎn)鋼簾線的過程是將 5.5 mm的盤條拉拔成 0.150.38mm的單絲，此過程使線材長度

8、增加10001400倍，截面積縮小 至原來的 0.08, 已經(jīng)接近拉拔工藝的極限。而后還要經(jīng)過咼速雙捻精品整理機(jī)合股成繩 , 因此對(duì)鋼中夾雜物的要求極為嚴(yán)格：較大顆粒夾雜物的 存在。尤其是變形性較差的脆性夾雜物(如A1203及TiN),是產(chǎn)生斷絲 的主要原因。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 , 這樣在鋼和夾雜之間首先產(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，對(duì)于簾線鋼來說，必須 嚴(yán)格控制夾雜物的數(shù)量及形態(tài) , 使夾雜物總量減少，同時(shí)避免產(chǎn)生大 顆粒脆性及不變形夾雜物。1.5

9、盤條組織及表面質(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態(tài) , 即控制索 氏體率達(dá)到 90以上，而且要求通條和批次間質(zhì)量均勻。由于在制作簾線的過程中，盤條表面任何直觀可見的外部缺陷都 會(huì)隨著拉拔加工深度的發(fā)展而在單絲的拉拔及后續(xù)的合股過程產(chǎn)生 嚴(yán)重影響，所以，必須保證盤條不存在如耳子、折疊、裂紋、結(jié)疤、 軋痕、麻面、凹坑、機(jī)械劃傷及薄厚不均的氧化鐵皮以及較為嚴(yán)重的 銹蝕。此外 ,鋼簾線用盤條對(duì)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：直徑偏差為士 (0.15 0.30)mm(平均為士 0.20mm)脫碳層厚度小于0.10mm 氧化鐵皮含量 低于

10、0.6 等。2 夾雜物控制措施及效果2.1 簾線鋼對(duì)夾雜物的要求及理想夾雜物形態(tài)控制2.1.1 簾線鋼對(duì)夾雜物的要求 由于制作鋼簾線工藝的特殊性，對(duì)于原料盤條的夾雜物也有著特殊的要求：(1) 不允許含不變形的A1203及TiN夾雜；精品整理（2）對(duì)于普通強(qiáng)度級(jí)別 （ 碳含量為 0.72 ） 的盤條，要求脆性夾雜 物粒度小于10卩m對(duì)于高強(qiáng)度級(jí)別（碳含量為0.82 %以上）的盤條， 要求脆性夾雜物粒度小于5卩m（3）復(fù)合夾雜物中AI2O3的含量不大于50%;2.1.2 理想夾雜物形態(tài)圖1為MnO-A2O3-SiO 2系相圖，圖2為CaO-A103-Si0 2系相圖。就 簾線鋼中理想的夾雜物形態(tài)及

11、成分 , 國外專家進(jìn)行了大量的工作后總 結(jié)出：對(duì)采用 Si-Mn 脫氧的簾線鋼而言， 夾雜物主要是 MnO-A1203-Si0 2 系（來自脫氧產(chǎn)物 ）和 CaO-A1203-Si0 2系（來自爐渣），對(duì)于 MnO-A1203-Si0 2系，理想的夾雜物應(yīng)該是錳鋁榴石（3MnO AI203 3Si0 2）及其周圍低熔點(diǎn)區(qū)域物質(zhì)；對(duì)于 CaO-A103-Si0 2 系，理想的夾雜物是鈣斜長石（CaO- AI203 2Si02）與假硅灰石（CaO- SiO2）相鄰的周邊低熔點(diǎn)區(qū)域，即圖I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1500C），變形性較好，在 制作簾線拔絲及合股過程

12、不會(huì)造成斷絲。圖 1 MnO-A1203-Si0 2系塑性夾雜物區(qū)域圖 2 CaO-A1203-Si0 2系塑性夾雜物區(qū)域在圖1,2的陰影內(nèi)，夾雜物中A1203含量均在20%左右。根據(jù)A1203 含量與夾雜物不變形指數(shù)的關(guān)系，當(dāng)CaO-A103-Si0 2系A(chǔ)1203含量在20%左右時(shí), 夾雜物不變形指數(shù)最低, 對(duì)簾線拔絲及合股過程的危害 最小。2.1.3影響夾雜物中A1203含量的主要因素根據(jù)S.Mada的研究結(jié)果，夾雜物中A%03含量在20%時(shí)，夾雜物 不變形指數(shù)最低，而夾雜物中A1203含量取決于鋼中酸溶鋁的濃度（見 圖3），鋼中酸溶鋁含量越高，夾雜物中A1203含量越高。因此，要將夾雜

13、物中A1203含量控制在20%左右,必須將鋼中酸溶鋁含量控制在精品整理3X 10-6 6X 10-6。圖 3 鋼中酸溶鋁與夾雜物中 A1203 含量的關(guān)系根據(jù)鋼渣間的平衡，利用熱力學(xué)原理可以計(jì)算出(A1203) 含量及堿度對(duì)A1的影響，結(jié)果見圖4。圖4(A1203)含量及堿度對(duì)Al含量的影響由圖4可見，當(dāng)爐渣堿度不大于1.0、(A1 203)含量不大于20%時(shí) 可以保證A1含量不大于10X10-6。2.2 夾雜物形態(tài)控制措施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，控制 A1 的含量。其反應(yīng)式和計(jì) 算式如下：2MnO(s)+Si=Si0 2(s)-4-2Mn(

14、1)Go=5700-34.8 T2/3A1 203(s)+Si=Si02(s)+4/3A1(2)Go=219400-35.7 T式中：T鋼液溫度，K。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，根據(jù)MnO AI2O3 Si0 2三元活度計(jì)算，1600C時(shí)，塑 性區(qū)平衡的鋼中酸溶鋁的含量為 0.000l %0.0005%。因此，為了 得到塑性區(qū)的MnO AI2O3 SiQ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高的合金進(jìn)行脫氧。2.2.2精煉采用低堿度和低AI2O3合成渣當(dāng)鋼渣間達(dá)到熱力學(xué)平衡時(shí)。夾雜物的成分可以用鋼液與夾雜物 間的平衡熱力學(xué)來預(yù)測(cè)。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

15、， 絕對(duì)的鋼渣平衡是很難達(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)平衡狀態(tài)。精品整理簾線鋼在精煉時(shí)，對(duì)頂渣的要求為：(1) 渣的氧勢(shì)低：(2) 低熔點(diǎn)和良好的造渣性能：(3) 對(duì)脫氧產(chǎn)物和少量的初煉爐渣有強(qiáng)大的吸收能力：(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通過研究指出，選用鈣硅石(CaO和SiO?含量分別為47和 5l ) 渣系作為頂渣來進(jìn)行簾線用鋼的精煉，可以有效控制鋼 中夾雜物的形態(tài)。 因?yàn)殁}硅石渣系完全符合上述爐渣的特點(diǎn)。 試驗(yàn)證 明，鈣硅石渣系易于吸收鋼中的 A1203 夾雜，并能將錳鋁榴石(3

16、MnO AI2O3 3SQ2)夾雜物轉(zhuǎn)變成含鈣長石(CaO- AI2O3 2SQ2)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，還可以控制鋼液中鈣、 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)中采用鈣硅石渣系(46CAO-2 AI2O3-47 %SQ2-5 %CaF2)，川崎和神戶制鋼則采用 CaO AI2O3、 和Si02含量分別為45%, 10%, 45%的精煉渣，國內(nèi)某鋼廠采用CaO A12O3、和SiO2含量分別為30%-40 %, 6%10%和30%50%的渣 系進(jìn)行夾雜物的控制,均取得了良好的效果。3 成分偏析的控制成分偏析

17、的控制措施有：(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?？稍跓掍?、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, 特別是進(jìn)行鐵水預(yù)處理時(shí), 可同時(shí)脫硫和磷：(2) 采用低過熱度澆注。 由于高碳鋼在凝固時(shí)體積收縮較大, 如果 鋼水過熱度太高。則連鑄坯內(nèi)柱狀晶發(fā)達(dá),易產(chǎn)生中心疏松、縮孔和精品整理內(nèi)裂；而采用較低的過熱度澆注( t 25C)除使連鑄坯中心消除過 熱后完全凝固， 縮短柱狀晶區(qū)長度和發(fā)展等軸晶區(qū)， 還使坯心成分均 勻,避免中心偏析、疏松和裂紋等低倍缺陷的發(fā)生：(3) 采用合理的拉速。 隨著拉速的提高， 連鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí) 間變短

18、，從而使鋼液凝固速度降低 , 其結(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)根據(jù)鋼種和澆注條件來選擇合適的拉速 ;(4) 采用電磁攪拌技術(shù)。 采用電磁攪拌可以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還是等軸晶，電磁攪拌都可使 其細(xì)化和均勻，達(dá)到降低偏析的目的。目前，通常采用的是結(jié)晶器 + 凝固末端電磁攪拌的方法 ;(5) 采用輕壓下技術(shù)。 澆注過程中，鋼液得不到補(bǔ)充， 或補(bǔ)充不足， 出現(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)。也就是周期 性地出現(xiàn)疏松、偏析。如果在凝固末端施加均勻外力，形成一定的壓 下量，消除密閉區(qū)域。 讓枝晶間富集溶質(zhì)的剩余液相仍保留在其原來 的位置, 而不流到最后凝固的中心部位。就可以大大減輕甚至消除中 心偏析和疏松。4 結(jié)論(1) 影響簾線用鋼質(zhì)量的主要因素包括： 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、中心偏析及表面質(zhì)量；(2) 采用 Si-Mn 終脫氧及