帘线钢的冶炼生产工艺路线控制.doc

YJ0409-帘线钢的冶炼生产工艺路线控制

案例简要说明:依据国家职业标准和冶金技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。该案例是帘线钢的冶炼生产工艺路线控制案例，体现了帘线钢的生产操作要点，铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼、方坯连铸以及纯净钢生产等知识点和岗位技能，与本专业转炉炼钢课程中典型钢种的冶炼学习单元的教学目标相对应。

帘线钢的冶炼生产工艺路线控制

张海臣（邢台职业技术学院）、李富伟（邢台钢铁有限责任公司）

一、背景介绍

某大型转炉炼钢厂，本着“信誉至上、管理为先、以人为本、永不满足”的企业理念，大力推进技术创新，产品结构、工艺技术结构全面优化，实现了从普钢到精品钢的战略转移。企业生产的硬线系列产品主要用于生产高强度、低松驰预应力钢丝、钢铰线，满足铁路轨枕、高速公路、桥梁等工程建设需要，一批高科技含量产品已进入欧、美、东南亚等国际市场，在广大用户中赢得了良好口碑。企业采用喷吹颗粒镁法铁水预脱硫，转炉吹炼，炉后吹氩工艺、LF 炉精炼、RH炉精炼，小/大方坯连铸的工艺生产满足中端或较高需求的帘线钢。本案例结合企业生产实际分析帘线钢的冶炼生产工艺路线控制。

二、主要内容

（一）帘线钢的用途和要求

帘线钢盘条作为子午线轮胎用帘布层和胎体钢帘线生产的原料，随着国内外汽车工业带动轮胎产量的高速增长而呈快速增长的需求趋势。据统计2012年我国钢帘线产量为120万吨，2013年将达到140万吨，预计2015年将超过180万吨。随着汽车轻量化的需求，钢帘线向高强度和超高强度发展已经成为趋势，目前，高强度钢帘线的产量占总产量的70％以上。

钢帘线因具有强度高、变形小、耐疲劳性能好等优点而用作子午线轮胎的骨架材料，在生产和使用中承受拉伸、扭转、弯曲和冲击等复杂载荷，是线材制品中质量要求最严格和生产难度最大的品种之一。其加工和使用特点要求帘线钢盘条要有极高的质量和稳定性。质量要求涉及成分均匀性、组织均匀性、中心偏析、夹杂物、氮含量、脱碳层、索氏体率等。其中夹杂物一项，一般资

料认为，其夹杂物的最大尺寸应小于成品单丝直径的10％。即生产单丝直径Φ0.22mm的盘条中夹杂物最大宽度应小于22μm。

图1 包装好的帘线钢及钢帘线产品

（二）合金元素的作用

C 碳是钢中最重要的组成元素，也是决定碳钢凝固后金相组织和性能的主要元素。当钢中含碳量升高时，硬度、强度均提高，而塑性、韧性和冲击韧性降低，冷淬倾向性和时效倾向性提高。XGLX82A的碳含量接近共析成分，通过轧后的控制冷却过程模拟铅浴淬火的效果，细化珠光体片间距，可以得到较高的索氏体含量，获得良好的拉拔性能。随碳含量的提高抗拉强度增加，钢丝的塑性则随含碳量的增加而减少。

Mn 锰与氧、硫的亲和力大于铁，作为脱氧剂和脱硫剂加入钢液，生成MnO和MnS残留在钢中，对钢丝的拉拔性能影响较小；锰与铁形成固溶体，提高钢丝的强度和硬度，当Mn≤0.9%时，随锰含量的增加抗拉强度提高，同时几乎不降低钢丝的韧性和塑性；锰的增加还能显著增大钢丝冷加工硬化后的弹性极限；锰能增加奥氏体稳定性，使奥氏体等温转变曲线右移，并降低钢的临界转变温度，容易引起细钢丝铅浴淬火冷速过快，不能获得理想的索氏体组织，而出现脆性相，这就是优质钢标准中限制铅淬火钢丝锰含量为0.3～0.6%

的原因；随着钢丝锰含量的增加钢丝的屈服强度增加，钢丝的断面收缩率也增大，改善钢丝承受冷加工的能力。

Si硅作为脱氧剂加入钢中，与钢液中氧化合，上浮不充分易形成硅酸盐夹杂，经压力加工变形或破碎，破坏钢材的整体性能；硅溶于铁素体中形成固溶体，提高钢的强度和硬度；硅能显著提高钢丝的弹性极限、屈服强度和屈强比；另外，硅含量上升会使钢丝的塑性和延伸性能相应降低，尤其是当硅酸盐以夹杂物的形式存在于钢中，易造成拉丝断裂。

Ti在帘线钢中Ti是极其有害的残余元素，其极易与C、N等间隙原子结合形成Ti(C,N)，呈立方体或长方体形状，具有棱角，对拉拔性能和疲劳性能影响很大。研究表明，带有棱角的6μm 尺度的Ti夹杂相当于25μm氧化物对疲劳性能的影响；大颗粒Ti夹杂形成于连铸冷却过程，其析出行为与Ti 和N的浓度积和温度条件有关，因此降低钢中Ti、N 的含量，有利于减少Ti 类夹杂的数量。一般对疲劳性能要求较高的钢种要求Ti含量应低于0.0015%。

Al铝形成的Al2O3内生夹杂，变形性极差，是拉丝等深加工产品极力避免的夹杂物。采用无铝脱氧，严格控制Als含量是帘线钢冶炼精炼的关键技术之一。Al是无法避免的，因此其可变形处理就显得尤为重要。

P、S 分别是容易引起冷脆和热脆的化学元素，通常希望其含量越低越好。该钢种深度拉拔、扭转及承受交变载荷的加工和使用特点，要求具有较低的磷、硫含量。原则上全部控制在0.01%以下，最好达到0.005%的水平。

Cu、Cr、Ni等作为有害残余元素，其含量应控制在非常低的水平。

表1帘线钢盘条氧氮含量

表2帘线钢盘条力学性能

表3帘线钢盘条的直径允许偏差和不圆度

（三）内在质量

1、显微组织

盘条的金相组织应主要为索氏体，不应有马氏体、全封闭的网状渗碳体等有害组织。

表4帘线钢显微组织要求

2、中心偏析

表5帘线钢中心偏析要求

3、非金属夹杂物

表6帘线钢非金属夹杂物要求

4、脱碳层

表7帘线钢脱碳层要求

5、晶粒度

表8帘线钢晶粒度要求

（四）表面质量

表面裂纹深度≤0.10mm。盘条表面允许有深度(或高度)不大于0.10mm的麻点、凹坑、划伤和氧化铁皮压入等轻微的局部缺陷。

（五）工艺路线

图2 帘线钢的冶炼生产工艺路线

1、铁水预脱硫：

⑴铁水脱硫选用镁基脱硫剂。镁在铁水温度下与硫有很高的亲和力，在低温条件下镁是最好的脱硫剂，它可以将铁水中的硫脱到极低的水平，这是传统脱硫技术所不能比拟的。在铁水脱硫处理时，镁基脱硫剂消耗小、处理时间短、铁水温降小；镁处理时产生的渣量小、铁损少，产生的渣是惰性的，甚至可以生产水泥；镁处理不改变铁水的化学成分，对环境也无损害。

⑵镁基脱硫剂在脱硫率、喷吹时间及铁水温降几方面明显优于传统的石灰脱硫剂。

⑶采用镁颗粒剂单吹脱硫技术比镁基复合（Mg+CaO）的脱硫技术在渣量、