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1、蒂森克虏伯和神户制钢生产帘线钢的先进工艺2010-11-27 9:38:36 来源：中国钢铁产业网信息中心 编辑：韩静随着汽车轻量化的发展，生产钢帘线用钢丝逐步向高强化发展。钢帘线是由钢丝拉拔成直径 0.15mm-0.38mm 的细丝捻绞而成，拉拔的钢丝被拉至 100 千米不允许断线，其质量取决于帘线用钢坯的质量和帘线盘条性能及质量。如果线材中存在氧化铝和尖晶石等硬质非金属夹杂物，在拉拔和捻股期间容易断线。因此，对帘线钢的每步生产工序都有严格的要求，且化学成分要求苛刻，夹杂物的类型、形状、大小和数量的控制要求高。生产钢丝用线材时，减少或软化非金属夹杂物至关重要。1 生产帘线钢的先进工艺帘线钢的
2、冶炼工艺主要有两种：电炉二次精炼连铸或模铸。高炉铁水预处理转炉冶炼二次精炼连铸。由于电炉炉料废钢中残留的有害微量元素 Ni、Pb、Cu、Cr 影响钢质量，一般采用电炉冶炼帘线钢要严格控制炼钢用废钢的化学成分。德国蒂森克虏伯钢铁公司是世界上著名的钢帘线专用线材生产厂家，其生产帘线钢的工艺流程是：铁水经鱼雷罐车运至炼钢厂，在 140 吨铁水包中进行脱硫预处理，外加 15%-20%返回废钢组成炼钢原料。然后在 165 吨转炉内进行吹炼，转炉顶底复吹。炉顶有 6 支氧枪，每分钟吹入 500m3-650m3氧气。炉底设有直径为 4mm 的 10 孔供气元件，每分钟吹氩流量 0.015Nm/t-0.5Nm
3、/t。其氧枪的位置、吹氧速度和底吹氩气流量均由声控仪或废气成分分析仪自动控制。最后采用 RH 炉外精炼，最大真空度为 50Pa，两台 TN 喷粉装置，其中一台用于喷吹 CaC2粉和 CaSi 粉成分微调。此外还配有双线喂丝机喂 CaSi 线和 Ca 线。这些工艺技术的应用，为保证钢帘线专用线材的洁净度创造了条件。2 帘线钢的化学成分控制新技术国外先进钢铁厂生产的帘线钢的化学成分稳定，C、Mn 和 Si 含量波动小。帘线钢生产先进企业都有其帘线钢化学成分控制技术，在此仅分析日本神户制钢发明的一系列帘线钢化学成分控制新技术。神户制钢生产帘线钢在钢包精炼时，搅拌气体流量为 0.0005Nm3/min
4、t-0.004Nm3/mint。2007 年，神户制钢提出的一系列帘线钢化学成分控制原则如下：C：0.4%-1.3%。因为 C 能提高帘线钢的强度，所以要求 C 高于 0.4%，最好在 0.5%以上。但 C 过剩易使帘线钢脆化，从而降低线材的拔丝性能，因此 C 最好控制在 0.5%-1.2%。Si：0.1%-2.5%。Si 具有脱氧功能，要想发挥 Si 的脱氧功能，其含量必须在 0.1%以上，最好大于 0.2%。但是，如果 Si 过剩，就会生成大量的 SiO2，从而降低线材的拔丝性能，一般将 Si 控制在 2.5%以下，最好在 2.3%以下。Mn：0.2%-1.0%。Mn 具有脱氧功能，同时还
5、具有控制夹杂物的作用。要将 Mn 控制在 0.2%以上（最好在 0.3%以上）。但 Mn 过剩也会使钢材脆化，降低其拔丝性能，因此要将 Mn 控制在 1.0%以下，最好在 0.9%以下。Al：低于 0.003%。Al 是控制夹杂物形态的元素，含量最好在 0.001%左右。如果 Al 含量过高，就会生成粗大的Al2O3夹杂，引起断线，因此 Al 要控制在 0.003%以下，最好在 0.002%以下。另外，钢水中含有下列元素可以进一步有效地提高线材的性能。Ni：0.05%-0.1%。Ni 可以提高拉拔材韧性，要想发挥其这一效果，Ni 含量要大于 0.05%，最好大于 0.06%。但是，即使 Ni
6、过剩，也只能达到饱和，因此 Ni 要低于 0.1%，最好低于 0.09%。Cu：0.05%-1%。Cu 有助于提高线材强度，Cu 通过析出硬化作用来提高线材强度。要想发挥 Cu 的这一作用，Cu 要大于 0.05%，最好大于 0.06%。如果 Cu 过剩，会形成晶界偏析，在热轧工序容易出现裂纹和划伤，因此 Cu 要低于 1%，最好低于 0.9%。Cr：0.05%-1.5%。在拉拔加工时，Cr 可以硬化线材，即使拉拔量较少，也能确保线材的高强度。而且，Cr 还能提高钢的耐腐蚀性能。例如，Cr 用于钢帘线时，可以有效地控制该超细钢丝的腐蚀。要想发挥 Cr 的这些作用，Cr 要大于 0.05%，最好
7、要大于 0.06%。但是 Cr 过剩时，珠光体相变的淬火性能提高，铅浴淬火处理困难。再就是二次氧化铁皮明显致密，机械除鳞性能和酸洗性能下降。因此，Cr 要小于 1.5%，最好小于 1.4%。从 Li（0.02ppm-20ppm）、Na（0.02ppm-20ppm）、Ce（3ppm-100ppm）、La（3ppm-100ppm）4 种元素中选择 1 种以上。这些元素具有软化钢中非金属夹杂物的作用。要想发挥其作用，要按要求添加。如果添加 Li，Li 要大于O.02ppm，最好大于 0.03ppm。如果添加 Na，Na 要大于 0.02ppm，最好大于 0.03ppm。如果添加 Ce，最好大于 5p
8、pm。如果添加 La，要大于 3ppm，最好大于 5ppm。但即使元素添加过剩，也只是饱和状态，所以 Li 和 Na 都低于 20ppm，最好低于 10ppm。另外，Ce 和 La 都要低于 100ppm，最好低于 80ppm。3 对帘线钢中夹杂物的要求国际上对帘线钢洁净度要求常用意大利的皮拉利标准，该标准对夹杂物的要求如下：夹杂物总量一般要求 TO3010 -6；要求夹杂物数量小于 1000 个/厘米；一般夹杂物的尺寸应小于 15m，高强度帘线钢要求夹杂物直径小于钢丝直径的 2%；不允许有纯 Al2O3夹杂物存在，复合夹杂物中 Al2O3含量50%，因为铝酸钙类夹杂物无可塑性，也不允许存在。
9、神户制钢对帘线钢中夹杂物的要求是：在包含线材轴线的任意断面内，与轧制方向垂直且宽度大于 2m 的氧化物系夹杂物满足下述 X 组成。X 组成：Al 2O3+MgO+CaO+SiO2+MnO=100%，且 Al2O3+CaO+SiO270%。采用该方法生产的线材具有拔丝性能和抗疲劳性能优良的特点。其中，满足下面 A 组成的上述氧化物系夹杂物，每 100mm2的个数为 1 个以上 20 个以下，而满足下面 B 组成的上述氧化物系夹杂物，每 100mm2的个数不到 1 个。A 组成：Al2O3+CaO+SiO2=100%，且 20%CaO50%及 Al2O330%。B 组成：Al 2O3+CaO+Si
10、O2=100%，且 CaO50%。此外，为了软化线材中的非金属夹杂物，提高延性，2005 年-2007 年，神户制钢相继公开了 4 项添加锂冶炼高强度超细钢丝用纯净钢的专利。在炼超细钢丝用钢时，与添加钠、钾等碱金属相比，添加锂效果独特。锂不但在降低夹杂熔点方面与钠、钾等元素作用相同，而且还能明显降低钢中 CaO、Al 2O3、SiO 2、MnO 和 MgO 等多种氧化物夹杂，从而显著提高钢的冷加工性能和抗疲劳性能。4 帘线钢中锂的作用及其添加方法锂能够明显地改变多组分氧化物夹杂的韧性，可以通过适当的方法将 Li 加入钢中，从而显著地改善钢的冷加工性能和疲劳强度。实验发现，通过向钢水中添加新型含
11、 Li 材料，Li 可以在钢水中有效混合，使多组分氧化物夹杂的韧性提高，细化夹杂颗粒。在炼超细钢丝用纯净钢时，添加 Li 是该技术最显著的特点，要点如下：Li 的总含量控制在0.000002%-0.002%。精炼时，通过控制温度和相平衡，使每 50g 钢中尺寸超过 20m 的氧化物夹杂个数平均在 0.1 以下。含 Li 的超纯净钢经过精炼后，可定量地控制来源于耐火材料的氧化物系夹杂物。SiO 2被控制在夹杂总量的 20%-70%，Al 2O3在 35%以下，MgO 在 20%以下，Li 2O 在 0.5%-20%，CaO 在 15%-55%。Li 的添加方式为：喂含 Li 合金丝、投入 Li
12、合金或以惰性气体为载体喷含 Li 粉料等。可以向钢包、中间罐和结晶器等容器中添加，并施加搅拌。Li 的最佳添加时机：以钢包精炼为例，在成分、温度调节以及钢包精炼等的最后阶段（最后阶段是指总时间的最后 1/3 时期，总时间为 90min 时，最后阶段是最后的 30min），含 Li 材料必须添加到钢水中，以便调节夹杂物的成分。试验表明，在钢水处理过程中的后期添加 Li，钢中大于 20m 的粗大不变形夹杂物数量少，每 50g 钢中大于和等于20m 的氧化物夹杂个数为 0.09 个-0.23 个，且夹杂物最大尺寸较小，疲劳强度测试结果也符合相关要求。结语帘线钢正逐步向高强化发展，以实现轮胎的轻量化，降低汽车用燃料费用和减排废气，同时有利于生态环境保护。日本、德国和英国是帘线钢生产技术先进的国家，日本神户制钢和德国蒂森克虏伯是世界上生产帘线钢技术领先的企业，应用神户制钢开发的新技术，控制帘线钢的化学成分，进而控制夹杂物和残余元素的类型、形状、大小和数量，可生产出冷加工性能和疲劳性能均优异的超洁净帘线钢，获得显著的经济效益。
