鋼簾線用盤條生產(chǎn)工藝技術(shù)概述

付長(zhǎng)亮，王朝陽(yáng)，梁云科，張 霞

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300301）

1 引言

鋼簾線因其強(qiáng)度高、耐磨性好、散熱快、彈性好等諸多優(yōu)異的性能，被廣泛地應(yīng)用于子午胎生產(chǎn)中。據(jù)預(yù)測(cè)，2015年輪胎總產(chǎn)量將達(dá)到近5 億條，輪胎子午化率將達(dá)到90%以上，生產(chǎn)性能優(yōu)異、質(zhì)量可靠的鋼簾線產(chǎn)品仍然具有很大的市場(chǎng)空間。但鋼簾線用盤條質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，包括嚴(yán)格的化學(xué)成分范圍控制，嚴(yán)格的夾雜物類型、尺寸、形狀及數(shù)量控制，凝固過(guò)程中成分偏析盡量降至最低，均勻的金相組織及良好的表面質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)鋼簾線盤條的廠家已有十余家，但能夠生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定和更高級(jí)別產(chǎn)品的廠家仍然不多。本文重點(diǎn)綜述了當(dāng)前國(guó)內(nèi)的鋼簾線用盤條生產(chǎn)工藝技術(shù)狀況。

2 鋼簾線用盤條生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國(guó)鋼簾線用盤條的研制起步較晚，但近十多年的時(shí)間里取得了很大進(jìn)步。寶鋼于1987年開始研發(fā)簾線鋼，1999年投產(chǎn)高線軋機(jī)才實(shí)現(xiàn)到鋼簾線用盤條的生產(chǎn)。到目前為止，寶鋼已經(jīng)能夠規(guī)模生產(chǎn)72、82、86 和92 級(jí)產(chǎn)品，并于2011年成功研制出96 級(jí)產(chǎn)品。武鋼于1999年12月開始研發(fā)推廣72A 和82A 簾線鋼線材產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)10 多年的時(shí)間，已形成該級(jí)別如 WLX72A、WLX72AE、WLX82A、WLX82AE 等多牌號(hào)的產(chǎn)品，并于2010年8月，采用轉(zhuǎn)爐—連鑄工藝成功研制出92 級(jí)超高強(qiáng)度鋼簾線用鋼。青鋼的72 和82 級(jí)別鋼簾線用盤條產(chǎn)品性能可靠、質(zhì)量穩(wěn)定性較高，受到下游企業(yè)的好評(píng)，近年來(lái)開發(fā)的92 級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)份額也在逐步提高。寶鋼、武鋼和青鋼鋼簾線用盤條的生產(chǎn)工藝[1-4]見(jiàn)表1。

3 質(zhì)量要求

鋼簾線的生產(chǎn)過(guò)程，是將鋼簾線用盤條拉拔成極細(xì)的細(xì)絲（0.15～0.38 mm），在此過(guò)程中，線材長(zhǎng)度增加1 000～1 400 倍，而截面積縮小到原來(lái)的萬(wàn)分之八，且要求拉拔過(guò)程中斷絲率小于1 次/100 km，然后還要經(jīng)過(guò)高速雙捻機(jī)捻制成繩，因此對(duì)鋼簾線鋼的質(zhì)量有嚴(yán)格的要求[5-6]。

表1 寶鋼、武鋼和青鋼鋼簾線用盤條生產(chǎn)工藝路線

3.1 化學(xué)成分

精確控制化學(xué)成分，是鋼簾線用盤條獲得穩(wěn)定性能的首要保證。冶煉過(guò)程中化學(xué)成分應(yīng)保持均勻，波動(dòng)較小，防止盤條通條性不穩(wěn)，造成拉拔斷絲。

新國(guó)標(biāo)GB/T 27691-2011 規(guī)定了鋼簾線用盤條成分（見(jiàn)表2）。

表2 GB/T27691-2011《鋼簾線用盤條》中規(guī)定的化學(xué)成分 /%

3.2 力學(xué)性能

根據(jù)我國(guó)目前軋機(jī)控制能力，新標(biāo)準(zhǔn)將LX70和LX80 盤條的抗拉強(qiáng)度控制在970～1 120 MPa和1 070～1 220 MPa，斷面收縮率分別為不小于40%和35%。

3.3 內(nèi)在質(zhì)量

3.3.1 顯微組織

盤條金相組織主要為索氏體，避免形成馬氏體和全封閉的網(wǎng)狀滲碳體等有害組織，70 級(jí)別索氏體化率≥80%，80 級(jí)別索氏體化率≥85%，盤條奧氏體晶粒度≥6 級(jí)。

3.3.2 成分偏析

偏析會(huì)影響盤條的組織和引起鋼簾線斷絲，要求偏析級(jí)別不大于3 級(jí)。

3.3.3 非金屬夾雜物

非金屬夾雜物控制技術(shù)是簾線鋼生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵，對(duì)非金屬夾雜物的級(jí)別及最大尺寸均有嚴(yán)格要求（見(jiàn)表3）。

3.3.4 脫碳層

70 級(jí)盤條脫碳層不大于盤條公稱直徑的1.2%，80 級(jí)盤條脫碳層不大于盤條公稱直徑的1.2%。

3.4 表面質(zhì)量

盤條不應(yīng)有裂紋、折疊、夾雜、耳子等對(duì)使用有害的缺陷；麻點(diǎn)、凹坑、劃傷和氧化鐵皮壓入等輕微的局部缺陷，深度不大于0.10 mm；盤條表面氧化鐵皮重量應(yīng)不大于0.8%。

4 關(guān)鍵工藝技術(shù)控制

4.1 煉鋼工序

4.1.1 化學(xué)成分及氣體控制

鋼簾線最終拉成極細(xì)的細(xì)絲，要獲得產(chǎn)品的穩(wěn)定性，首先要保證簾線鋼生產(chǎn)過(guò)程中具有均勻穩(wěn)定的化學(xué)成分。多數(shù)企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定更為嚴(yán)格的要求，碳成分波動(dòng)一般控制在±0.01%～±0.02%內(nèi)，硅、錳成分波動(dòng)一般控制在±0.050%，P≤0.020%、S≤0.010%，其余成分參見(jiàn)表1。

表3 非金屬夾雜物級(jí)別及最大尺寸要求

氮存在于鋼中通常作為有害元素，氮化鈦夾雜外形多為方形、三角形、菱形，其硬度高、不變形，在拉絲的過(guò)程中造成應(yīng)力而集中斷絲，同時(shí)對(duì)鋼簾線的疲勞性有不良影響，因此標(biāo)準(zhǔn)中明確要求N≤0.006%。

4.1.2 夾雜物控制

夾雜物控制是能否生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼簾線產(chǎn)品的關(guān)鍵，尤其是Al2O3脆性?shī)A雜物的存在是導(dǎo)致鋼簾線在拉拔及合股過(guò)程中發(fā)生斷絲的主要因素之一。因此，簾線鋼生產(chǎn)過(guò)程中，夾雜物控制的關(guān)鍵就是要避免Al2O3等脆性?shī)A雜物產(chǎn)生。以往對(duì)夾雜物的尺寸、形狀和數(shù)量做了許多工作，近年來(lái)，很多企業(yè)和研究者對(duì)夾雜物的性質(zhì)越來(lái)越重視，進(jìn)行了大量研究。鈣斜長(zhǎng)石（CaO·Al2O3·2SiO2）、鈣黃長(zhǎng)石（2CaO·Al2O3·SiO2）、假硅灰石（CaO·SiO2）和錳鋁榴石類（3MnO﹒Al2O3﹒SiO2），以及共晶線周邊區(qū)域的夾雜物均屬于玻璃態(tài)塑性?shī)A雜物（見(jiàn)圖1）[7]，是理想的球形夾雜物。

圖1 簾線鋼理想夾雜物控制區(qū)域

武鋼在生產(chǎn)簾線鋼的過(guò)程中，采用Si-Mn 脫氧來(lái)減少鋼液中的溶解氧，并用Ca-Si 輔助脫氧，向鋼液中加入合適成分的頂渣，采用LF、VD 或RH等二次精煉工藝控制夾雜物的形態(tài)，最終獲得CaO·Al2O3﹒3SiO2夾雜物（鈣長(zhǎng)石），夾雜物中的Al2O3含量控制在20%左右[8]。

首鋼簾線鋼控夾雜措施：冶煉過(guò)程全程控鋁，轉(zhuǎn)爐采用Si-Mn 脫氧，精煉過(guò)程采用Si-Fe 脫氧，夾雜物中Al2O3含量控制在20%左右；造CaO-SiO2系精煉渣，爐渣堿度為0.9～1.2，得到合適形態(tài)的夾雜物；優(yōu)化VD 真空精煉參數(shù)，保證軟吹時(shí)間，利于夾雜物碰撞、聚集和上浮[9]。

王立峰[10]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究論述了通過(guò)頂渣控制簾線鋼中夾雜物的重要性，通過(guò)硅脫氧，不用鋁脫氧，可以同時(shí)控制爐渣的堿度和Al2O3含量以得到鋼中塑性?shī)A雜物。研究表明：對(duì)于爐渣堿度為0.71～1.00 的酸性渣系，當(dāng)渣中Al2O3含量小于15.06%時(shí)，可以得到鋼中塑性?shī)A雜物；對(duì)于爐渣堿度為1.05～1.20 的中性渣系，當(dāng)渣中Al2O3含量小于12.08%時(shí)，可以得到鋼中塑性?shī)A雜物；對(duì)于爐渣堿度為1.23～1.36 的低堿性渣系，當(dāng)渣中Al2O3含量小于8.54%時(shí)，可以得到鋼中塑性?shī)A雜物。

4.1.3 鑄坯質(zhì)量控制

簾線鋼鑄坯質(zhì)量控制的關(guān)鍵就是保證鋼液純凈度和較低的鑄坯中心偏析，在連續(xù)鑄鋼過(guò)程中主要采取措施：連鑄全程保護(hù)澆注；避免使用含鋁耐材；嚴(yán)格控制鋼水過(guò)熱度和拉速，一般過(guò)熱度≤25℃；均勻穩(wěn)定的二次冷卻工藝；開啟結(jié)晶器和末端電磁攪拌。

4.2 軋鋼工序

鋼簾線用盤條對(duì)表面脫碳、盤條組織、和表面質(zhì)量等提出較為嚴(yán)格要求。

4.2.1 表面脫碳

降低脫碳層厚度應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備條件和鑄坯質(zhì)量綜合考慮制定合適的加熱制度。同時(shí)，要重視對(duì)加熱爐內(nèi)氣氛的控制，武鋼采取的技術(shù)措施[11]：一加熱段采用“大風(fēng)量、低爐壓”操作，爐內(nèi)為氧化性氣氛；二加熱段將空氣量適當(dāng)減少，爐氣為中性或弱氧化性氣氛；均熱段采用“小風(fēng)量、正爐壓”操作，使?fàn)t內(nèi)氣氛為弱還原性氣氛；確定混合煤氣的最佳空燃比。

4.2.2 盤條組織

盤條組織索氏體化率≥85%，不能有馬氏體、貝氏體和網(wǎng)狀滲碳體組織。此外，盤條邊部和中部要冷卻均勻，保證組織性能均勻。鞍鋼盤條軋后在斯太爾摩風(fēng)冷線上控制冷卻的過(guò)程中盡量創(chuàng)造條件增大吐絲圈徑，通過(guò)減小軋速及增加輥速來(lái)控制盤條搭接密度；同時(shí)，在風(fēng)冷線上安裝佳靈裝置，通過(guò)改變風(fēng)向來(lái)保證風(fēng)冷輥道各區(qū)域較小的冷卻差別，以獲得均勻盤條組織[12]。

4.2.3 表面質(zhì)量

劃傷是鋼簾線盤條最常見(jiàn)的表面質(zhì)量問(wèn)題，根據(jù)產(chǎn)生劃傷環(huán)節(jié)，鞍鋼采取了如下相關(guān)措施：將軋機(jī)滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)改成滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)；為消除托板下降過(guò)程劃傷改進(jìn)托板下降方式；盤卷頭尾加防護(hù)墊，防止打包時(shí)產(chǎn)生劃傷；盤條在堆放過(guò)程中加防劃墊；打外包裝，防止堆放、運(yùn)輸、裝卸過(guò)程發(fā)生劃傷。

5 發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)汽車用輪胎產(chǎn)品性能的要求已越來(lái)越高，開發(fā)高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼簾線可以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命，提高輪胎安全的性能，同時(shí)可以減小輪胎中鋼簾線的用量，降低輪胎生產(chǎn)成本。

我國(guó)能夠大批量化生產(chǎn)的鋼簾線產(chǎn)品主要有72、82 級(jí)，近幾年武鋼、鞍鋼和寶鋼成功試制出86、92 和96 級(jí)別的鋼簾線盤條，但達(dá)到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)尚有差距。將來(lái)我國(guó)鋼簾線用鋼發(fā)展方向：一方面是進(jìn)一步穩(wěn)定和改善當(dāng)前72、82 級(jí)鋼簾線產(chǎn)品，繼續(xù)優(yōu)化冶煉工藝，煉鋼向著鋼水高純凈度方向發(fā)展，控制夾雜物的類型、形態(tài)、數(shù)量和大小，優(yōu)化澆鑄工藝以減小鑄坯的中心偏析，軋鋼優(yōu)化加熱、軋制和控冷工藝以提高盤條組織性能和表面質(zhì)量；另一方面，加強(qiáng)86、92 和96 等更高級(jí)別鋼簾線產(chǎn)品的開發(fā)力度，擴(kuò)大高等級(jí)鋼簾線產(chǎn)品的市場(chǎng)份額，滿足市場(chǎng)需求，提高企業(yè)自身的競(jìng)爭(zhēng)力。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）我國(guó)近十幾年來(lái)鋼簾線產(chǎn)品取得了較大進(jìn)步，輪胎子午化率由2003年的50%增長(zhǎng)到2011年的87.3%，但一些高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度、高附加值產(chǎn)品的鋼簾線盤條仍然需要大量進(jìn)口。因此，我國(guó)鋼簾線用盤條生產(chǎn)企業(yè)仍然還有很大的產(chǎn)品技術(shù)提高空間。

（2）簾線鋼生產(chǎn)過(guò)程中，夾雜物的性質(zhì)必須得到足夠的重視，關(guān)鍵就是合理控制三氧化二鋁夾雜和氮化鈦夾雜。為此，煉鋼過(guò)程中要嚴(yán)格控制鋼中鋁含量和氮含量，以及制定合理的造渣制度。

（3）簾線鋼生產(chǎn)過(guò)程中，表面脫碳層厚度應(yīng)嚴(yán)格控制，國(guó)外的先進(jìn)水平普遍能做到盤條表面無(wú)脫碳層，因此軋鋼生產(chǎn)要嚴(yán)格控制加熱爐內(nèi)各段的爐膛氣氛，制定合理的加熱制度。

[1]張弛，萬(wàn)根節(jié)，施青，等.寶鋼鋼簾線盤條的技術(shù)進(jìn)步[J].寶鋼技術(shù)，2010（1）:58-63.

[2]黃寶，何立波，高真鳳，等.亞洲簾線鋼線材生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].金屬制品，2011，37（6）:43-47.

[3]蔣躍東，吳杰，桂美文，等.簾線鋼線材的生產(chǎn)技術(shù)[N].世界金屬導(dǎo)報(bào)，2010.

[4]鐘浩，宋誠(chéng)，李春峰，等.簾線鋼軋制工藝優(yōu)化改進(jìn)[J].山東冶金，2009，31（5）:121.

[5]GB/T27691-2011，鋼簾線用盤條[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[6]任翠英.制定《鋼簾線用盤條》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提升我國(guó)高端線材產(chǎn)品質(zhì)量[J].標(biāo)準(zhǔn)研究，2012，50（3）：9-12.

[7]趙中福，余新河，洪軍，等.簾線鋼中非金屬夾雜物的控制技術(shù)研究[J].鋼鐵，2009，44（3）：40-44.

[8]蔣躍東，桂美文.簾線鋼盤條的研制[J].煉鋼，2004，20（1）:39-43.

[9]王勇，李本海，許曉東.LX72A鋼簾線盤條的研制及開發(fā)[J].中國(guó)冶金，2005，15（8）:37-41.

[10]王立峰，張炯明，王新華，等.低堿度頂渣控制簾線鋼中CaOSiO2-Al2O3-MgO 類夾雜物成分的實(shí)驗(yàn)研究[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（1）：26-29.

[11]劉占增，曾漢生，丁翠嬌，等.降低簾線鋼脫碳層厚度的技術(shù)研究[J].武鋼技術(shù)，2005，43（6）：12-15.

[12]王秉喜，任玉輝，郭大勇，等.鞍鋼B 級(jí)鋼簾線盤條軋制工藝研究[J].金屬制品，2008，34（4）：14-16.