鋼棉纖維用熱軋盤條的開發(fā)生產(chǎn)實踐

肖士偉，謝紅委，孫萬信

1 前言

鋼棉是一種由低碳鋼經(jīng)刮削加工而成的金屬纖維，纖維直徑為0.003～0.100 mm，呈棉絮狀，主要用于阻磨材料，塑料和橡膠的補強，屏蔽材料，還可以用于消聲、過濾、拋光、工業(yè)和生活用具的擦洗等。鋼棉摩擦材料比石棉摩擦材料有著極其優(yōu)越的工藝性能，摩擦系數(shù)高，在350℃時，其摩擦系數(shù)＞0.35；摩損率比石棉摩擦材料小50%以上，并具有耐熱性能高、摩擦性能穩(wěn)定、強度高、不易刮傷對偶件、無噪聲、無火花等優(yōu)點，與石棉相比較可提高使用壽命1～2倍。鋼棉可替代石棉用于生產(chǎn)汽車剎車片和離合器等，由于比石棉具有更好的制動性能，且壽命長、無污染等，在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，近些年已經(jīng)完全替代石棉而得到廣泛使用。

鋼棉鋼絲是用Φ6.5～Φ8.0 mm的低碳易切削原料盤條經(jīng)過拉絲生產(chǎn)的，鋼棉生產(chǎn)企業(yè)制作鋼棉對原料盤條的總體要求是不斷裂、易刮削、纖維長、不掉渣。國內(nèi)目前有許多高速線材廠開發(fā)生產(chǎn)這種用于制作鋼棉的低碳易切削原料盤條，其技術(shù)條件基本是根據(jù)鋼棉纖維生產(chǎn)用戶提出的要求各自設(shè)計的。為了加快企業(yè)發(fā)展步伐，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量，增強企業(yè)的市場競爭能力，開發(fā)市場前景好的新產(chǎn)品成為企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。張鋼根據(jù)目前的工藝裝備水平，完全具備滿足生產(chǎn)鋼棉纖維用熱軋盤條的條件。為此，根據(jù)客戶提出的產(chǎn)品標準要求，成功開發(fā)生產(chǎn)了鋼棉纖維用熱軋盤條。

2 產(chǎn)品開發(fā)

張鋼現(xiàn)有設(shè)備1 350 m3高爐1座，鐵水預(yù)處理、脫硫等設(shè)施，2座100 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，2座爐外精煉LF+VD爐，2臺7機7流連鑄機（可生產(chǎn)150 mm×150 mm、165 mm×165 mm斷面鋼坯，擁有結(jié)晶器和末端電磁攪拌系統(tǒng)），1套設(shè)計產(chǎn)量為60×2萬t/a高速線材機組，其中2架預(yù)精軋機組、8+4精軋機組、飛剪、夾送輥和吐絲機等設(shè)備2011年從意大利達涅利公司引進。

工藝路線：鐵水→1#轉(zhuǎn)爐→2#LF爐→2#連鑄→加熱爐加熱→高壓水除磷→粗中軋→預(yù)精軋→水冷→精軋→水冷→減定徑終軋→吐絲→風冷線冷卻→緩冷線緩冷→打包→稱重掛牌→入庫。

2.1 化學(xué)成分設(shè)計

市場上使用最多的是碳含量＜0.10%的盤條，不同的用戶拉絲和鋼棉生產(chǎn)工藝對不同原料盤條的適應(yīng)性有較大差異。為使鋼棉用熱軋盤條產(chǎn)品系列化，有必要按碳含量細分產(chǎn)品牌號，更有利于用戶根據(jù)自己生產(chǎn)工藝的特點和實際情況選用原料盤條。根據(jù)鋼棉鋼絲抗拉強度等力學(xué)性能的要求，碳含量為0.10%左右是適宜的，若碳含量較高對鋼絲剃削加工將產(chǎn)生不利影響。結(jié)合行業(yè)標準YB/T 4433—2014，設(shè)計了鋼棉用熱軋盤條產(chǎn)品成分，首先開發(fā)了碳含量＜0.10%的盤條，制定了產(chǎn)品標準，其牌號和成分設(shè)計見表1。

表1 鋼棉鋼化學(xué)成分設(shè)計（質(zhì)量分數(shù)）%

2.2 煉鋼連鑄工藝

鐵水溫度不低于1 280℃，經(jīng)過撈渣處理，選用自產(chǎn)廢鋼、軋廢作為冷卻廢鋼。轉(zhuǎn)爐采用“低碳鎮(zhèn)靜鋼模式”進行底吹，終點低拉碳，出鋼溫度控制在1 640～1 660℃。精煉過程注意控制渣的堿度，出鋼到1/3時開始陸續(xù)加入Si-Ca-Ba進行脫氧，采用雙擋渣出鋼，控制下渣量。造黃白渣保持時間控制在10 min以上，然后出站進行軟吹，采用氬氣進行軟吹，軟吹不少于10 min。軟吹時要保持渣面微動不裸露鋼水，精煉完畢加鋼包蓋進行保溫。拉矯前鑄坯溫度控制在920～950℃，鑄坯未保護澆注的部分，更換水口部位，鋼坯切割掉。

連鑄中間包溫度控制在1 540～1 560℃，使用砌筑擋渣墻、擋渣壩的塞棒包，拉速控制在1.7～2.0 m/min。實施全保護澆注，大包長水口氬封。大包開澆后向中包內(nèi)投入低碳堿性覆蓋劑，使其迅速覆蓋渣面，滿包后加碳化稻殼做保溫劑。澆注過程中沖擊區(qū)需要加入低碳堿性覆蓋劑進行保溫，不能使用碳化稻殼，避免增碳。保持高液面澆注。連鑄使用電磁攪拌技術(shù)，能減少鑄坯皮下氣泡，減少偏析和縮孔，改善鑄坯表面質(zhì)量，增加微細等軸晶，防止結(jié)晶器內(nèi)的不均勻凝固。

2.3 控冷工藝

控制終軋溫度主要是控制奧氏體晶粒尺寸，一般終軋溫度高時晶粒大。對于主要用于生產(chǎn)拉拔等用途的低碳鋼、焊線鋼等，要求得到低強度、高塑性的粗鐵素體組織，終軋溫度可相應(yīng)提高到880～950℃。吐絲溫度對鋼材性能影響很大，低碳鋼（C≤0.15%）在保持其他條件不變的前提下，吐絲溫度越高，線材的抗拉強度越低，一般控制在880～900℃。為了保證線材性能均勻，要求將吐絲溫度嚴格控制在規(guī)定范圍內(nèi)，允許波動一般約為±10℃。

低碳鋼線材為了得到比較大的鐵素體晶粒，需要有較高的吐絲溫度以及緩慢的冷卻速度，以得到較大的奧氏體晶粒，同時要求鋼中雜質(zhì)含量少，轉(zhuǎn)變后鐵素體晶粒大。對于低碳鋼來說，沉淀強化的危害較小，因此必須使溶解于鐵素體中的碳沉淀出來。對于主要以鐵素體組織為主的低碳鋼線材，一般離開軋機后在水冷箱立即被急冷到900℃左右，水冷時間控制在1 s以內(nèi)，目的是防止線材表面出現(xiàn)淬火組織。在水冷箱控制冷卻的目的在于延遲晶粒長大，限制形成較厚氧化鐵皮并冷卻到接近但又明顯高于相變的溫度［1］。

軋制線共設(shè)有7個水冷箱，1#、2#水冷箱在精軋機組前，3#～5#水冷箱在精軋后控制終軋溫度，6#、7#水冷箱在終軋后。每個水冷箱形成溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，在軋制過程中，根據(jù)來料長度方向上的溫度偏差，微處理器通過流量調(diào)節(jié)閥對冷卻水進行連續(xù)調(diào)節(jié)，同時水冷箱之間設(shè)有均溫導(dǎo)槽（溫度恢復(fù)段）,這將使離開水箱的軋件溫度非常均勻，與設(shè)定溫度的偏差在±5℃范圍內(nèi)。風冷可采用緩慢型冷卻，盤條在風冷輥道運輸過程中加蓋保溫罩，風冷輥道速度可設(shè)定為低一些，可使散卷線材以很慢的冷卻速度冷卻。因此，設(shè)計軋制工藝參數(shù)為開軋溫度970～990℃，精軋機入口溫度880～900℃，減定徑入口溫度870～890℃，吐絲溫度870～890℃，風冷輥道速度0.2 m/s，風機及保溫罩全部關(guān)閉并在打捆入庫前進行空冷。

3 產(chǎn)品質(zhì)量分析

3.1 化學(xué)成分

對所生產(chǎn)Ф6.5 mm盤條抽取5批次進行了化學(xué)成分分析，其結(jié)果見表2，化學(xué)成分完全滿足客戶要求。

表2 Ф6.5 mm盤條化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） %

3.2 組織性能

對Ф6.5 mm熱軋盤條進行外觀尺寸檢查，尺寸偏差（6.5±0.10）mm，不圓度≤0.20 mm，均達到C級精度；盤條的力學(xué)性能及金相檢驗結(jié)果見表3。

表3 力學(xué)性能及金相組織

張鋼開發(fā)生產(chǎn)的鋼棉纖維用熱軋盤條，組織性能穩(wěn)定，完全滿足客戶要求，生產(chǎn)順行，工藝參數(shù)穩(wěn)定。山東某客戶鋼棉生產(chǎn)工藝：原料準備→上料→機械剝殼→6道次拉拔至2.95 mm→刮削→粉碎→篩分→質(zhì)量檢驗→包裝→入庫。張鋼生產(chǎn)的鋼棉鋼盤條力學(xué)性能穩(wěn)定，達到了用戶提出的技術(shù)要求。鋼絲成棉率高達75%以上，剃削速度高，刀具壽命長，剃削時不斷絲，粉末少，纖維長且尺寸均勻。

4 結(jié) 語

生產(chǎn)實踐證明，采用控軋控冷技術(shù)生產(chǎn)的棉纖維用熱軋盤條產(chǎn)品均能滿足技術(shù)標準要求，質(zhì)量穩(wěn)定，完全能夠滿足顧客需要。棉纖維用熱軋盤條的開發(fā)成功及批量生產(chǎn)，加快了張鋼調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的步伐，提高了煉鋼廠冶煉品種鋼的水平，進一步挖掘了高線生產(chǎn)的潛力，并取得了良好的經(jīng)濟效益。

［1］ 王有銘，李曼云，韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻［M］.2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.