《帘线钢洁净度的理论及工艺研究——许中波博士提供》由会员分享，可在线阅读，更多相关《帘线钢洁净度的理论及工艺研究——许中波博士提供（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、帘线钢的开发与研制帘线钢的开发与研制北京科技大学冶金与生态工程学院北京科技大学冶金与生态工程学院2010-10-202010-10-202目录1. 前言； 2. 国内外72A盘条成分及洁净度对比分析； 3. 钢丝断裂原因分析； 4. 72A生产过程中夹杂物成分控制的研究； 5. CaO-SiO2-Al2O3-MnO系夹杂物及钢液成分的热力学优化； 6. 凝固过程钢中复合夹杂物的研究； 7. 课题展望。2010-10-2031.前言钢帘线被誉为钢铁产品中“皇冠上的明珠”、“线材中 的极品”，是超洁净钢的代表产品和钢铁企业线材生 产水平的标志性产品。帘线钢的生产对冶炼过程及 工艺具有特殊的要求，在
2、拉丝和合股的过程中几乎 不允许断丝。 因此帘线钢冶炼过程不仅要保证夹杂物数量要少、 尺寸要小，还要保证夹杂物有很好的变形性能，在 轧制过程能够沿轧制方向变形。为此以帘线钢72A为 例，对帘线钢冶炼过程中塑性夹杂物的控制相关问 题进行了研究。2010-10-204夹杂物的变形能力一般沿用 T.Malkiewicz和S.Rudnik提出的夹杂物 变形指数来表示，其意义为材料热加工 状态下夹杂物的真实延伸率与基体材料 的真实延伸率之比。夹杂物变形能力的衡量及不同夹杂物的变形温度LoghLog LnhLnsi =32 32这里，表示夹杂物的真实 伸长，b，a分别是夹杂物纵截面上的 长轴和短轴。abLn
3、Lni=表示钢的真实伸 长，Ao是钢锭的原始截面积，A1是 钢锭变形后的截面积。123 23 AALnLnho s=13251400125010005FeO,50MnO,45SiO211151150108082545SiO2,15Al2O3,40Fe O,147017001240125085SiO2,15(Fe,Mn)O147017001240120075SiO2,25(Fe,Mn)O14501660124090050SiO2,50(Fe,Mn)O12851330124085020SiO2,80(Fe,Mn)O128513501220107048FeO,4MnO,35Al2O3, 34SiO2
4、,8MgO12401300118097059FeO,3MnO,3Al2O3, 32SiO2130013501250102071MnO,29SiO211951210118094070FeO,30SiO2平均熔化 温度液相线 温度固相线 温度最低可塑 性温度硅酸盐夹杂物的成 分,%800900100011001200130014001500160017001098 7654 32温度，不同种类的夹杂物温度，不同种类的夹杂物最低可塑性温度最低可塑性温度 固相线固相线液相线液相线平均熔化温度平均熔化温度12010-10-205复合夹杂物变形和成分的关系G.Bernard给出了CaO-Al2O3-SiO
5、2、MnO-Al2O3-SiO2三元系夹杂物的变形能力与温度的关系。 对于MnO-Al2O3-SiO2三元系夹杂物，具有良好变形能力的夹杂物组成分布在锰铝榴石 （MnOAl2O33SiO2）及其周围的低熔点区在该区域内Al2O3的相成分在12%-28%。而在 CaO-Al2O3-SiO2三元系中，钙斜长石（CaOAl2O32SiO2）与磷石英和假硅灰石（CaOSiO2） 相邻的周边低熔点区的夹杂物有良好的变形能力。(a) MnO-SiO2-Al2O3系（b）CaO-SiO2-Al2O3系2010-10-206钢中塑性夹杂物的控制技术钢中塑性夹杂物的控制技术?理论上讲，合理地控制脱氧条件和钢包顶
6、渣的成 分，能够得到熔点低、塑性良好的脱氧产物，从 而使得钢的塑性能和疲劳强度都大大提高。该技 术的关键是控制脱氧条件、调整渣的成分，创造 热力学条件使钢液、夹杂物和钢包顶渣之间达到 平衡。 ?钢中夹杂物的成分控制技术，可以降低夹杂物危 害，将有害夹杂物无害化。而低熔点夹杂物的控 制对于线材，特别是直径很小而强度要求较高的 细丝，如钢绞线、弹簧钢丝等有重要的意义。2010-10-2072. 72A盘条成分及洁净度的对比盘条成分及洁净度的对比我国目前的钢帘线生产水平远远不能满足轮胎行业迅猛发展的需 求，而且国产钢帘线无论品种还是质量与国外同类产品及用户的 需求相比都存在一定差距。盘条作为帘线钢钢
7、丝的半成品，其质 量直接影响了钢丝拉拔及质量。盘条中夹杂物的大小、形状、性 质和分布影响了盘条的质量。因此，为了对比国内外生产帘线钢 的质量水平，特取首钢、宝钢、沙钢和新日铁几个钢厂的72A盘 条，对其成分、夹杂物含量进行对比分析，找出差距。 ?通过光学显微镜对钢中夹杂物进行统计，并计算夹杂物含量； ?通过电镜分析夹杂物成分； ?由于盘条中总氧是影响其洁净度的重要原因，也是盘条洁净度 的标志，因此对盘条进行线切割得550的钢棒做总氧分析。 ?盘条中酸溶铝含量是影响夹杂物变形性能的重要因素，因此取 钢屑做酸溶铝分析。2010-10-208对比结果不同厂家夹杂个数以及夹杂物含量对比2.680.20
8、.22.811.813.8宝钢1.99002.816.88.2SKD*1.760.20.41.812.217新日铁7.9901.86.319.315.9首钢夹杂物含量（个 /mm2）20m1020m510m2.55m20m夹杂物个数(个)首钢新日铁SKD宝钢首钢盘条的夹杂物含量为7.99(个 /mm2)，而新日铁、SKD、宝钢的分别 为1.76、1.99、2.68(个/mm2)。然而，四 个钢厂的盘条中夹杂物在1.4后低熔点区域变化不大。2010-10-20634 CaO-SiO2-20%Al2O3-MnO系中等活度图系中等活度图?通过FactSage对CaO-SiO2-20%Al2O3-Mn
9、O系中各组 元成份及对应活度数据库的数据分析处理得到该 系中等SiO2活度线、等CaO活度线及等MnO活度线 分别如图。为以后的热力学计算提供了参考。2010-10-2064CaO-SiO2-20%Al2O3-MnO系中等SiO2活度线2010-10-2065CaO-SiO2-20%Al2O3-MnO系中等CaO活度线2010-10-2066CaO-SiO2-20%Al2O3-MnO系中等MnO活度线2010-10-2067钢液成分的控制?钢液中Mn、Al、O、Ca的控制； 由于SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO系低熔点区域最大， 因此通过前面的活度数据库和下列方程式来计算当 钢液
10、中C含量和Si含量分别为0.7和0.3时， 钢液中Mn、Al、O、Ca如何控制以得到低熔 点夹杂物。 22)(2)(MnSiOSiMnOincinc+=+TGo8 .3457001=J/mol 3/43/2)(2)(32AlSiOSiOAlincinc+=+TGo7 .352194002=)(2 2incSiOOSi=+TGo8 .2215819003+=J/molJ/mol。2010-10-2068钢液中Mn 、Si的控制1600 下SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO 系和钢液平衡的等锰线1600 下SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO 系和钢液平衡的等硅线? 从图中可
11、以看出，为了得到低熔点塑性区的夹杂物，钢液中锰的浓度应该在 0.2%以上。但当钢液中Mn含量为0.8%时，形成的SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO四元 系夹杂物的熔点最低。? 钢液中Si含量为0.3%时，形成的SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO四元系夹杂物的熔点 最低。2010-10-2069钢液中Al 、O的控制1600下SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO 系和钢液平衡的等铝线1600下SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO 系和钢液平衡的等氧线? 低熔点区域中的Al应该在1-10ppm之间，但当钢液中Al含量为1-2ppm时， 形成的SiO2-2
12、0wt%Al2O3-CaO-MnO四元系夹杂物的熔点最低。? 低熔点区域中的O应该在20-120ppm之间，但当钢液中O含量为50ppm时， 形成的SiO2-20wt%Al2O3-CaO-MnO四元系夹杂物的熔点最低。2010-10-2070本章小结本章小结本文首次通过热力学计算软件FactSage计算分析CaO- SiO2-Al2O3-MnO系夹杂物的低熔点区域，为了控制CaO- SiO2-Al2O3-MnO系夹杂物在低熔点区域，得出以下结论： ? Al2O3含量，CaO含量对CaO-SiO2-Al2O3-MnO系夹杂物低熔 点区域大小影响有着相同的规律，随着Al2O3含量，CaO含量 的增
13、加，夹杂物低熔点区域大小都是先增大，后减小。为 了得到低熔点夹杂物，应控制 SiO2-Al2O3-CaO-MnO系中 Al2O3含量为20%左右，CaO含量在25%-30%； ? SiO2含量，MnO含量对CaO-SiO2-Al2O3-MnO系夹杂物低熔 点区域大小影响有着相同的规律，随着SiO2含量，MnO含量 的增加，夹杂物低熔点区域大小都是一直增大。即适量的 SiO2含量、MnO含量对降低夹杂物的熔点和扩大塑性区有作 用，与文献的结果一致。也证实了本文介绍的方法可行；2010-10-2071结论结论?CaO/SiO2比值对CaO-SiO2-Al2O3-MnO系夹杂物低熔点区域 大小有着重
14、要影响，应控制CaO/SiO2比值为0.8-1，由于 夹杂物的成分可以用钢液与夹杂物间的平衡热力学来预 测，当钢渣间达到热力学平衡时，夹杂物的成分与钢渣 的成分趋于一致。因此本文的研究将为更好的控制钢渣 的成分提供了有力的理论基础，并为研究钢液与夹杂 物，钢-渣之间的关系提供另一可靠途径，大大减少工作 量； ?绘制了CaO-SiO2-20%Al2O3-MnO系SiO2、CaO、MnO的等活 度图； ?为了在CaO-SiO2-20%Al2O3-MnO系中获得低熔点夹杂物， 钢液中Mn、Si含量控制范围较大，而Al要控制在 0.55.010-6，O要控制在50120 10-6。2010-10-20
15、726. 凝固过程钢中复合夹杂物的研究凝固过程钢中复合夹杂物的研究H.Gaye对帘线钢中夹杂物进行了分类，如图所示。第一种为没有上浮去除 的原生脱氧产物。主要成份为SiO2、Al2O3、CaO及少量MnO和MgO。这类 夹杂物析出时为球形。在钢液冷却过程中(Mg-Mn)O-Al2O3会从液态夹杂物 中析出。这类夹杂物占总量的70%左右；第二种为钢液凝固过程中生成的夹 杂物。在凝固初期生成的夹杂物主要为Al2O3，在凝固后期，由于偏析作用 SiO2开始形成；第三类为二次氧化生成的夹杂物，含大量MnO、SiO2及少 量Al2O3。因此本章对凝固过程中钢液中析出夹杂物和液态夹杂物中析出第 二相进行了
16、分析、计算。2010-10-2073钢液凝固过程析出夹杂物的理论分析钢液凝固过程析出夹杂物的理论分析钢液凝固过程中的偏析如图所示。可以看 出随着凝固的进行，枝晶间溶质元素含量 升高，而夹杂物在枝晶间析出并长大的驱 动力正是浓度差。 凝固过程的溶质显微偏析可用Ohnaka方 程表示)1/(1/()1( 0)()1/(1 (1 +=kk sLtfkCC2/4LD=溶质在凝固过程t时刻的质量百分浓度(%)； 溶质的初始质量百分浓度(%)； k溶质在液相和相间的平衡分配系数； fs凝固百分数； D溶质在固相中的扩散系数(cm2/s)； L二次枝晶距(m)； 局部凝固时间（min）； 二次枝晶间距可用下面方程表示：式中为冷却 速率（K/min）LC0C36. 0688=cRL钢 液 凝 固 过 程 中 的
