山海修真 txt:帘线钢线材的生产技术

介绍了武钢帘线钢WLX72A、WLX82A线材的研制条件。针对钢帘线对线材的夹杂物、组织和表面质量的要求，制定了帘线钢线材的化学成分、力学性能和工艺流程，重点分析了帘线钢中夹杂物和组织的控制，以及线材的包装、运输的技术要求。线材中夹杂物的成分控制在塑性夹杂物范围内，线材中的脆性夹杂物尺寸降低至5μm以下，产品力学性能和表面质量达到了钢帘线用户的要求。可以生产帘线单丝φ0.15mm~φ0.38mm范围内的所用钢帘线，并以优异的实物质量获得了比利时贝卡尔特公司和法国米其林公司的质量认证，产品性能和实物质量达到了国际先进水平。
1前言
钢帘线是汽车子午线轮胎的主要材料，对胎体起到骨架支撑作用，用于提高轮胎的安全性、耐磨性以及疲劳性。由于钢丝子午线轮胎的优点，世界各国均把它视作轮胎工业的二次革命，竞相发展。2000年，美国、日本和欧洲各发达国家的轮胎子午化率已达到90%以上，而我国的轮胎子午化率只有30%左右。
目前世界上主要生产钢帘线用线材的生产厂有：德国撒斯特（SKD）、日本住友（SMI）、日本新日铁（NSC）、日本神户（KSL）和韩国浦项（POSCORD）等。我国钢帘线产品发展缓慢，主要原因之一就是受原材料（线材）质量的制约。钢帘线的生产工艺为：将φ5.5mm的线材拉拔成φ0.15mm～φ0.38mm的细丝。在随后的双捻工艺中还要经受扭转、弯曲和拉伸等一系列变形。钢帘线在使用过程中作为汽车轮胎的骨架材料，要承受弯曲、拉伸复合交变载荷及冲击载荷。这些特性决定了钢帘线用原料（线材）必须具有以下特点：高洁净度、高强度和高韧性、均匀的索氏体组织以及完好的表面质量。在冶金行业内，钢帘线用线材被公认为线材中的尖端产品，生产难度很大。本文介绍在近年来武钢帘线钢线材工艺控制的研制情况。
2 研制条件
顶底复吹转炉2座，公称容量100t，冶炼周期45min/炉；LF精炼炉：升温速度4.5℃/min，变压器功率18000kVA；VD真空处理：工作真空度67Pa，抽气能力400kg/h；方坯连铸机5流，铸机断面200mm×200mm，Co60控制结晶器液面波动≤±5mm，结晶器电磁搅拌和凝固末端轻压下设备；加热炉：双排步进式；线材轧机32道次；最大轧制速度120m/s；斯太尔摩线93m；13台风机。
3  研制方法
3.1 质量要求
目前，国家标准GB4354《优质碳素钢线材》及ZBH44002《优质碳素钢无扭控冷热轧线材》都不能满足钢帘线用线材的技术要求。目前，国内还没有钢帘线用线材的质量标准。我国钢帘线生产厂大多参照国外钢帘线用线材的企业标准。武钢参照钢帘线用线材的企业标准，制定了武钢帘线钢线材的质量要求。
3.1.1  化学成分
帘线钢化学成分要求见表1。
表1  帘线钢WLX72A、WLX82A的化学成分要求     wt%
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钢种             C             Si            Mn
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WLX72A     0.70~0.75     0.15~0.30      0.40~0.60
WLX82A     0.80~0.85     0.15~0.30      0.40~0.60
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表1   帘线钢WLX72A、WLX82A的化学成分要求             wt%
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钢种         P         S       Cu        Ni       Cr      Als         N
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WLX72A  ≤0.020   ≤0.015   ≤0.06   ≤0.06   ≤0.05   ≤0.005   ≤0.007
WLX82A  ≤0.015   ≤0.015   ≤0.06   ≤0.06   ≤0.05   ≤0.005   ≤0.006
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3.1.2  力学性能
帘线钢力学性能要求见表2。
表2  帘线钢WLX72A、WLX82A的力学性能要求
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钢种       Rm(MPa）    A（%）    Z（%）
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WLX72A    1050±70     ≥10      ≥40
WLX82A    1120±70     ≥10      ≥38
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3.2  工艺流程设计
根据武钢目前的工艺设备条件，工艺流程如下：
高炉→铁水脱硫→转炉吹炼→挡渣出钢→吹氩→LF炉精炼→VD/RH炉真空处理→LF炉精炼→软吹→方坯连铸（长水口保护浇铸）→方坯检查→方坯加热→高线轧制→空冷及集卷→检验→包装→入库。
3.3  关键工艺技术
3.3.1  夹杂物的控制
钢帘线在冷拔和捻股过程中发生断丝，最主要的原因是钢中存在脆性夹杂物。线材在拉丝过程中，脆性夹杂物为大颗粒铝酸钙夹杂，尺寸约为30μm，Al2O3含量高（62.33%）。由于其不随金属变形，产生内应力集中，造成断丝。
为了防止钢帘线用线材中生成Al2O3或高Al2O3含量铝酸盐类脆性非金属夹杂物，通常采用Si-Mn对钢水进行脱氧，生成的非金属夹杂物一般为CaO-SiO2-MnO-Al2O3多元系复合夹杂物。控制的主要措施为：
（1）选用Si-Mn脱氧，并用Ca-Si辅助脱氧，而不用铝脱氧，降低钢中Als含量，T[O]＜0.0025%以下；
（2）采用VD（或RH）真空处理工艺，降低钢中的[O]，同时可以降低钢中的[N]和[H]；
（3）充分的软吹时间，促进钢液中的夹杂物上浮。软吹时间≥15min。
根据10炉钢水精炼前后钢中夹杂物的成分，描绘精炼前后钢中夹杂物在CaO-SiO2-Al2O3系中的存在范围（见图1）。
由图1可见，经LF炉低碱度熔渣精炼，钢中Al2O3含量在20%左右，夹杂物的成分大部分处于低熔点的钙长石、准硅灰石范围，线材中的脆性夹杂物尺寸降低至5μm以下。
3.3.2  线材组织的控制
帘线钢线材的轧钢工艺：（1）通过双排步进式加热炉，采用单排布料。温度控制：均热段：980℃~1050℃；（2）入精轧温度：870℃±15℃；吐丝温度：880℃±10℃。斯太尔摩线：1#~13#风机全开，最大辊道速度：0.8m/s。
高线轧制严格按照设计的工艺参数，通过微张力和活套控制及联调轧制工艺，线材在斯太尔摩冷线进行控制冷却工艺的调节。通过全套自动化控制系统保证获得索氏体组织和性能要求。
3.3.3  帘线钢线材的包装和运输
帘线钢线材对表面质量有严格的要求，不允许有擦伤和锈蚀，所以要求对线材两端的打捆处进行包装（图2），并在线材的外部包装（图3）。
用尼龙绳吊装，轻吊轻放，以免线材表面受损。装船时将钢帘线线材单独堆放或堆放在其它钢种的上面，中间用草垫隔开（见图4），并加盖防雨布。
4   研制结果
4.1  成分控制
为了全面了解工业性生产线材的实际化学成分控制水平，对帘线钢的实际成分控制情况进行了统计，结果见表3。
表3  帘线钢的实际化学成分（平均值）                   wt%
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钢种        C     Si    Mn     P      S     Cu    Als     Ni      Cr      N
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WLX72A  0.719  0.209  0.501  0.01  0.008  0.014  0.002  0.007  0.011  0.0044
WLX82A  0.821  0.211  0.492  0.01  0.008  0.014  0.003  0.008  0.010  0.0042
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4.2  线材的性能控制
为了解线材实际力学性能的控制水平，对WLX72A、WLX82A钢的抗拉强度、延伸率、断面收缩率等力学性能进行统计分析，检验结果见表4。
表4  帘线钢线材的时效力学性能
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钢种    Rm，MPa    A，%    Z，%
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WLX72A    1068     16.8    48.5
WLX82A    1130     15.0    45.5
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4.3  线材的组织控制
由于钢帘线是由φ5.5mm的线材拉至φ0.25mm左右的细丝，要求金相组织中索氏体含量高。用萃取复型法将试样制成电镜样品，在JEM-20FXII型透射电镜中观察，结果如下：珠光体片层间距以200nm~300nm为主，具有理想的索氏体组织，钢的强塑性好，利于拉拔。
5  使用情况
5.1  钢帘线生产工艺
线材去铁皮→水洗→酸洗→水洗→硼化→干燥→拉拔→热处理→酸洗→水洗→硼化→收线→中拉→热处理→水洗→酸洗→水洗→电镀铜→镀锌→热扩散→磷化→卷取→湿拉→捻股。
大量应用数据证明，武钢的帘线钢线材质量良好，性能稳定，完全可以取代同强度级别的进口线材。武钢可以生产现有帘线单丝φ0.15mm~φ0.38mm范围内的帘线钢（见图5）。
用户反映，武钢帘线钢线材在拉拔和捻制过程断丝率与进口材接近，化学成分和力学性能波动控制与进口日本帘线线材接近。并以优异的实物质量获得了比利时贝卡尔特公司质量认证和最佳供应商奖、法国米其林公司的质量认证，产品性能和实物质量获得贝卡尔特等厂商的高度评价，达到了国际先进水平。其加工的钢帘线产品已广泛地供应米其林、固特异、普林斯通、韩泰、佳通等国内外轮胎厂家，用于轿车、轻卡、客车、工程车等多种类型的轮胎，引领和推动了国内线材行业和汽车工业的发展。
6结语
武钢已成功研制出WLX72A、WLX82A线材，并已先后供比利时贝卡尔特公司、法国米其林公司、韩国高丽制钢、湖北福星科技股份有限公司、嘉兴东方钢帘线有限公司、江苏兴达钢帘线有限公司、湖北佳通钢帘线有限公司等国内外著名钢帘线生产厂家，累计供货达到了73万t，已经连续四年保持国内最大的钢帘线专用线材的生产厂家。
生产钢帘线专用线材的主要技术措施归纳如下：
（1）帘线钢线材的成分设计较为合理，化学成分控制的波动小。
（2）夹杂物的控制是影响帘线钢线材质量的重要因素。通过各种工艺措施，武钢帘线钢线材中的夹杂物控制在窄小的塑性夹杂物范围内，线材中的脆性夹杂物尺寸降低至5μm以下。
（3）工艺参数设计较为合理，线材中索氏体含量较高，力学性能控制能达到生产钢帘线的要求。
（4）帘线钢线材的包装和运输时应采取保护措施，无擦伤和锈蚀。