鋼簾線用盤條生產(chǎn)工藝技術(shù)概述

付長亮，王朝陽，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，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)定和更高級別產(chǎn)品的廠家仍然不多。本文重點(diǎn)綜述了當(dāng)前國內(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

我國鋼簾線用盤條的研制起步較晚，但近十多年的時間里取得了很大進(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 級產(chǎn)品，并于2011年成功研制出96 級產(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10 多年的時間，已形成該級別如 WLX72A、WLX72AE、WLX82A、WLX82AE 等多牌號的產(chǎn)品，并于2010年8月，采用轉(zhuǎn)爐—連鑄工藝成功研制出92 級超高強(qiáng)度鋼簾線用鋼。青鋼的72 和82 級別鋼簾線用盤條產(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，近年來開發(fā)的92 級產(chǎn)品市場份額也在逐步提高。寶鋼、武鋼和青鋼鋼簾線用盤條的生產(chǎn)工藝[1-4]見表1。

3 質(zhì)量要求

鋼簾線的生產(chǎn)過程，是將鋼簾線用盤條拉拔成極細(xì)的細(xì)絲（0.15～0.38 mm），在此過程中，線材長度增加1 000～1 400 倍，而截面積縮小到原來的萬分之八，且要求拉拔過程中斷絲率小于1 次/100 km，然后還要經(jīng)過高速雙捻機(jī)捻制成繩，因此對鋼簾線鋼的質(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。冶煉過程中化學(xué)成分應(yīng)保持均勻，波動較小，防止盤條通條性不穩(wěn)，造成拉拔斷絲。

新國標(biāo)GB/T 27691-2011 規(guī)定了鋼簾線用盤條成分（見表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 級別索氏體化率≥80%，80 級別索氏體化率≥85%，盤條奧氏體晶粒度≥6 級。

3.3.2 成分偏析

偏析會影響盤條的組織和引起鋼簾線斷絲，要求偏析級別不大于3 級。

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，對非金屬夾雜物的級別及最大尺寸均有嚴(yán)格要求（見表3）。

3.3.4 脫碳層

70 級盤條脫碳層不大于盤條公稱直徑的1.2%，80 級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，碳成分波動一般控制在±0.01%～±0.02%內(nèi)，硅、錳成分波動一般控制在±0.050%，P≤0.020%、S≤0.010%，其余成分參見表1。

表3 非金屬夾雜物級別及最大尺寸要求

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，在拉絲的過程中造成應(yīng)力而集中斷絲，同時對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脆性夾雜物的存在是導(dǎo)致鋼簾線在拉拔及合股過程中發(fā)生斷絲的主要因素之一。因此，簾線鋼生產(chǎn)過程中，夾雜物控制的關(guān)鍵就是要避免Al2O3等脆性夾雜物產(chǎn)生。以往對夾雜物的尺寸、形狀和數(shù)量做了許多工作，近年來，很多企業(yè)和研究者對夾雜物的性質(zhì)越來越重視，進(jìn)行了大量研究。鈣斜長石（CaO·Al2O3·2SiO2）、鈣黃長石（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)塑性夾雜物（見圖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)簾線鋼的過程中，采用Si-Mn 脫氧來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：冶煉過程全程控鋁，轉(zhuǎn)爐采用Si-Mn 脫氧，精煉過程采用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)，保證軟吹時間，利于夾雜物碰撞、聚集和上浮[9]。

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

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)格控制鋼水過熱度和拉速，一般過熱度≤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，要重視對加熱爐內(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程中盡量創(chuàng)造條件增大吐絲圈徑，通過減小軋速及增加輥速來控制盤條搭接密度；同時，在風(fēng)冷線上安裝佳靈裝置，通過改變風(fēng)向來保證風(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的表面質(zhì)量問題，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)滑動導(dǎo)衛(wèi)改成滾動導(dǎo)衛(wèi)；為消除托板下降過程劃傷改進(jìn)托板下降方式；盤卷頭尾加防護(hù)墊，防止打包時產(chǎn)生劃傷；盤條在堆放過程中加防劃墊；打外包裝，防止堆放、運(yùn)輸、裝卸過程發(fā)生劃傷。

5 發(fā)展趨勢

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

我國能夠大批量化生產(chǎn)的鋼簾線產(chǎn)品主要有72、82 級，近幾年武鋼、鞍鋼和寶鋼成功試制出86、92 和96 級別的鋼簾線盤條，但達(dá)到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)尚有差距。將來我國鋼簾線用鋼發(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 等更高級別鋼簾線產(chǎn)品的開發(fā)力度，擴(kuò)大高等級鋼簾線產(chǎn)品的市場份額，滿足市場需求，提高企業(yè)自身的競爭力。

6 結(jié)語

（1）我國近十幾年來鋼簾線產(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)過程中，表面脫碳層厚度應(yīng)嚴(yán)格控制，國外的先進(jìn)水平普遍能做到盤條表面無脫碳層，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。

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