胎圈鋼絲用SWRH77A線材的研制與開(kāi)發(fā)

李西德，黃振國(guó)，郭建華，藍(lán)毅維

(柳州鋼鐵股份有限公司，廣西 柳州 545002)

胎圈鋼絲作為骨架材料在子午線輪胎中被廣泛應(yīng)用，其主要作用為固定輪轂與胎體的連接，服役過(guò)程承受彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)、復(fù)合交變載荷以及沖擊載荷，要求其具備動(dòng)態(tài)彈性率大、強(qiáng)度高、拉伸蠕變小、尺寸穩(wěn)定性好、彎曲剛度高等特性，這些特性決定了胎圈鋼絲用線材必須滿足高強(qiáng)度、高潔凈度、高韌性、均勻的索氏體組織以及完好的表面質(zhì)量[1]。柳鋼為優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)，拓展國(guó)內(nèi)外精品工業(yè)線材市場(chǎng)，進(jìn)行了高性能胎圈鋼絲用SWRH77A高碳鋼線材的研制與開(kāi)發(fā)。

1 化學(xué)成分及工藝路線

1.1 成分設(shè)計(jì)

胎圈鋼絲用線材后續(xù)需要進(jìn)行深拉拔加工，其技術(shù)及質(zhì)量要求相比預(yù)應(yīng)力鋼絞線用鋼等線材更為嚴(yán)格。為滿足加工性能和成品鋼絲使用性能的需求，必須收窄化學(xué)成分控制范圍，降低有害元素及殘余元素含量，SWRH77A線材設(shè)計(jì)化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 SWRH77A線材化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.2 工藝路線

SWRH77A鋼生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→KR鐵水預(yù)脫硫→150 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF精煉→RH精煉→165 mm×165 mm小方坯連鑄(8機(jī)8流)→鋼坯檢驗(yàn)→步進(jìn)梁式加熱爐加熱→高壓水除鱗→控制軋制→控制冷卻→檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)。

2 生產(chǎn)過(guò)程控制

2.1 煉鋼工藝

2.1.1 轉(zhuǎn)爐冶煉

采用150 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉，總裝入量為155～160 t，要求使用脫硫鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼，降低鋼中有害元素和殘余元素含量。保證鐵水中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%～0.60%，穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐拉碳終點(diǎn)控制，杜絕鋼水過(guò)氧化?？刂妻D(zhuǎn)爐終點(diǎn)出鋼w(C)=0.08%～0.15%，以降低終點(diǎn)鋼水氧含量，減少一次氧化夾雜。采用“雙渣留渣”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低磷P出鋼，加強(qiáng)出鋼過(guò)程擋渣操作，采用擋渣帽和擋渣錐雙擋渣出鋼，嚴(yán)格控制下渣量小于50 mm。采用硅錳、中碳錳鐵、高碳鉻鐵進(jìn)行脫氧合金化，嚴(yán)禁加入任何含鋁、鈦的合金和脫氧劑，確保鋼水中w(Als)≤0.0010%。

2.1.2 LF-RH雙聯(lián)精煉

非金屬夾雜物會(huì)破壞金屬的連續(xù)性，造成應(yīng)力集中，在拉拔或扭轉(zhuǎn)時(shí)首先在夾雜物上形成微裂紋，隨后長(zhǎng)大、拓展最終導(dǎo)致材料斷裂。胎圈鋼絲拉拔變形比高達(dá)95%以上，扭轉(zhuǎn)次數(shù)要求大于28次，這就要求SWRH77A鋼在生產(chǎn)時(shí)必須采用夾雜物塑性化控制技術(shù)[2-6]，通過(guò)渣-鋼界面反應(yīng)的二次精煉嚴(yán)格控制大顆粒和脆性?shī)A雜物，采用CaO-Al2O3-SiO2精煉渣系，LF精煉前期用石灰、螢石造高堿度渣脫氧、脫硫，后期加入石英砂造酸性渣，精煉渣的堿度(CaO/SiO2)控制在0.8～1.2，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在10%以下，使鋼中夾雜物的成分處于低熔點(diǎn)的塑性區(qū)間，此時(shí)該夾雜物具有良好的形變能力，可在軋制和拉拔時(shí)隨著基體的伸長(zhǎng)而伸長(zhǎng)，從而減少拉拔斷絲率[7-8]。LF精煉終渣主要成分和堿度見(jiàn)表2。

表2 LF精煉終渣主要成分和堿度

RH真空精煉的主要目的為脫氣和去夾雜。生產(chǎn)過(guò)程保證真空度≤67 Pa，純脫氣時(shí)間15～20 min，真空精煉結(jié)束后必須保證20 min以上的鋼液鎮(zhèn)靜時(shí)間，以促進(jìn)鋼液中的大顆粒夾雜物上浮，提高鋼的潔凈度。

2.1.3 連鑄

用小方坯生產(chǎn)高碳鋼，鑄坯中心疏松、縮孔和偏析等缺陷對(duì)軋后線材產(chǎn)品的拉拔性能有重要影響。采用低拉速、低冷卻強(qiáng)度、低過(guò)熱度的“三低”工藝，控制拉速1.6～1.7 m/min，二冷比水量0.6 L/kg，鋼水過(guò)熱度控制在25～35 ℃范圍，提高鑄坯中心等軸晶比例，使溶質(zhì)元素分散在較寬范圍內(nèi)的枝晶之間，減輕中心元素的聚集，從而降低鑄坯中心偏析度。此外，采用結(jié)晶器+凝固末端組合電磁攪拌技術(shù)(M+F-EMS)，進(jìn)一步減輕中心疏松、縮孔和偏析等缺陷。連鑄過(guò)程采用全程保護(hù)澆鑄工藝，大包保護(hù)套管與浸入式下水口必須裝密封墊并進(jìn)行吹氬保護(hù)，中間包用覆蓋劑完全覆蓋鋼水液面，杜絕鋼水裸露，避免鋼水二次氧化。使用塞棒中間包澆鑄控流技術(shù)實(shí)現(xiàn)連鑄恒拉速，將液面波動(dòng)穩(wěn)定控制在±3 mm范圍，避免拉速波動(dòng)造成鋼水液面卷渣，提高鑄坯潔凈度。

2.2 軋鋼工藝

2.2.1 加熱工藝

為防止表面脫碳嚴(yán)重和大量氧化鐵皮的產(chǎn)生，合理制定加熱工藝參數(shù)和加熱制度。采用步進(jìn)式加熱爐進(jìn)行加熱，爐內(nèi)壓力保持微正壓，調(diào)整加熱爐空燃比確保爐膛呈弱還原性氣氛，避免盤(pán)條脫碳層超標(biāo)。嚴(yán)格控制鋼坯在高溫區(qū)的加熱時(shí)間，并根據(jù)入爐鑄坯溫度調(diào)整加熱段目標(biāo)溫度，防止出現(xiàn)過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象，出爐溫度控制在1080±30 ℃，要求出爐鑄坯頭尾溫差小于30 ℃。

2.2.2 軋制工藝

采用低溫開(kāi)軋獲得較小的奧氏體晶粒，開(kāi)軋溫度950～980 ℃。由于高碳鋼變形抗力大，粗、中軋需均勻分配壓下量，避免單機(jī)架壓下量過(guò)大，并保證合理的活套量及連軋常數(shù)。為有利于后道工序加工，對(duì)晶粒度及氧化鐵皮進(jìn)行控制，入精軋溫度900～930 ℃，吐絲溫度860～880 ℃。高碳鋼盤(pán)條作為拉拔鋼絲的原材料，最優(yōu)的組織為具有較大的冷塑性變形能力的索氏體組織，鐵素體含量應(yīng)盡量少。通過(guò)大量試驗(yàn)對(duì)比，將吐絲前穿水冷卻速度及吐絲后相變前的風(fēng)冷速度控制在10～15 ℃/s范圍內(nèi)，相變區(qū)間冷卻速度控制在8～10 ℃/s，可以最大限度地得到索氏體組織，線材的強(qiáng)度和韌性同時(shí)得到提高。

3 試制結(jié)果及分析

3.1 力學(xué)性能

試驗(yàn)鋼軋制Φ5.5 mm規(guī)格盤(pán)條，其力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)4。盤(pán)條力學(xué)性能完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的同一爐號(hào)、同一公稱直徑及同一軋制制度的盤(pán)條抗拉強(qiáng)度的波動(dòng)范圍不大于170 MPa的要求。

表3 SWRH77A盤(pán)條力學(xué)性能

3.2 金相組織

試驗(yàn)鋼經(jīng)控制軋制和控制冷卻后的軋態(tài)組織為索氏體+珠光體+鐵素體，經(jīng)光學(xué)顯微鏡觀測(cè)，其索氏體含量達(dá)到93%以上，均未觀察到中心區(qū)域網(wǎng)狀滲碳體和馬氏體組織，如圖1所示。索氏體組織具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，拉拔性能優(yōu)良，索氏體化率越高，越適合拉拔。試驗(yàn)鋼盤(pán)條較高含量的索氏體組織保證了試驗(yàn)鋼熱軋盤(pán)條的力學(xué)性能和拉拔性能良好。

圖1 SWRH77A盤(pán)條金相組織

3.3 非金屬夾雜物

鋼中全氧含量平均控制在0.0020%，A、B、C、D類非金屬夾雜物均控制在0.5級(jí)以下。盤(pán)條非金屬夾雜物數(shù)量及組成分析統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4、表5。

表4 非金屬夾雜物分析統(tǒng)計(jì)(N：個(gè)數(shù)；η：每100 mm2夾雜物個(gè)數(shù))

表5 非金屬夾雜物組成(%)

鋼中非金屬夾雜物的組成控制情況較好，CaO-Al2O3-SiO2系夾雜物處于塑性區(qū)間范圍，未發(fā)現(xiàn)存在Al2O3等脆性?shī)A雜物，非金屬夾雜物直徑全部在15 μm以下，極大地降低了拉拔過(guò)程中脆斷的可能性。

4 使用效果

SWRH77A胎圈鋼絲用盤(pán)條經(jīng)貴州、廣東、湖南等終端用戶試用，Φ5.5 mm盤(pán)條經(jīng)12道次連續(xù)拉拔至Φ1.65 mm鋼絲，總減面率Q=92%，中間無(wú)退回狀態(tài)下每道次平均減面率q=1-(1-Q)1/12=18.18%。拉絲工藝：Φ5.5 mm盤(pán)條→機(jī)械剝殼→在線酸洗→Φ5.05 mm→Φ4.52 mm→Φ4.07 mm→Φ3.66 mm→Φ3.30 mm→Φ2.97 mm→Φ2.67 mm→Φ2.42 mm→Φ2.19 mm→Φ1.96 mm→Φ1.77 mm→Φ1.65 mm。

柳鋼SWRH77A盤(pán)條制成的Φ1.65 mm鍍青銅回火鍍銅胎圈鋼絲成品性能較好，強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)性能、彎曲等指標(biāo)具體見(jiàn)表6。

表6

5 結(jié)語(yǔ)

(1)該鋼種設(shè)定的化學(xué)成分、性能指標(biāo)、工藝制度合理，實(shí)際生產(chǎn)的化學(xué)成分穩(wěn)定，鋼中w(P)、w(S)、w(O)含量低，有利于成品的

拉拔深加工。

(2)連鑄通過(guò)低拉速、低冷卻強(qiáng)度、低過(guò)熱度工藝，采用結(jié)晶器+凝固末端組合電磁攪拌技術(shù)，方坯低倍質(zhì)量較好，中心疏松0.5級(jí)，中心碳偏析度小于1.10，鋼中全氧含量平均控制在0.0020%，A、B、C、D類非金屬夾雜物均控制在0.5級(jí)以下。

(3)柳鋼SWRH77A盤(pán)條主要用于生產(chǎn)Φ1.65 mm的1870 MPa以上級(jí)別的鍍青銅回火胎圈鋼絲，無(wú)退火狀態(tài)下最大總減面率達(dá)到92%，拉絲成材率達(dá)到98%以上，強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)性能、彎曲等指標(biāo)滿足用戶要求。