帘线钢精炼工艺技术研究

针对高品质帘线钢对钢中夹杂物组分及钢液洁净度的严格要求,系统地开展了钢包顶渣组成和精炼工艺流程的研究。理论研究结果和生产实践表明,精炼过程将钢包顶渣二元碱度(CaO/SiO_2)控制在1.0左右,渣中Al_2O_3含量控制在6%~8%,可以将夹杂物基本控制在低熔点塑性区域;与De S-LD-LF-Ar-CC工艺相比,采用De SLD-LF-RH-CC生产工艺可以在实现夹杂物塑性化转变的同时进一步降低钢中T[O]、[N],提高钢液洁净度。所生产的帘线钢吨钢断丝率平均为0.47次/t,疲劳寿命在2万次以上。     

帘线钢凝固过程夹杂物生成热力学及工业实践

 非金属夹杂物是影响帘线钢拉拔性能的重要因素之一,为了研究帘线钢中夹杂物的生成及转变机理,使用ASPEX自动扫描电镜观察分析了帘线钢工业生产过程中不同碱度条件下从钢液到铸坯中非金属夹杂物的转变现象,并使用FactSage7.0热力学计算软件对非金属夹杂物的转变机理进行了讨论。在高碱度条件下,钢液中非金属夹杂物主要类型为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MnO,铸坯中非金属夹杂物的CaO和MnO含量有所降低,同时SiO₂含量有所增加。在低碱度炉次中,钢液中非金属夹杂物主要为较高熔点的SiO₂-MnO-CaO类型,Al₂O₃含量较低。连铸坯中非金属夹杂物的SiO₂含量与钢液相比有所增加,同时MnO含量降低。热力学计算结果表明,帘线钢凝固和冷却过程中的非金属夹杂物转变由夹杂物自身的相转变和析出、非金属夹杂物和钢液间的化学反应以及溶解氧和钢基体化学成分的反应3方面原因造成。热力学计算结果较好地解释了帘线钢工业生产中钢液和铸坯中非金属夹杂物成分和形貌的转变,为帘线钢中非金属夹杂物的控制提供参考。     

帘线钢轧制和拉拔过程中夹杂物变形能力的研究

对帘线钢热轧过程夹杂物变形能力及其影响因素进行了分析,并对帘线钢冷拉拔过程中夹杂物变形能力的影响因素进行了探讨。研究发现帘线钢热轧过程夹杂物的变形能力随夹杂物中Al_2O_3和(MgO+Al_2O_3)含量的增加呈现出先增加后降低的变化趋势。整体上看夹杂物热轧变形指数与夹杂物的固相线温度成反比,即随着夹杂物熔点的降低,夹杂物热轧过程中的变形能力增强。同时采用杨氏模量来评估帘线钢冷拉拔过程中夹杂物的变形能力。研究认为冷拔过程夹杂物变形能力与杨氏模量成反比,为了降低夹杂物引起的断丝率,应将帘线钢夹杂物控制到低杨氏模量区域,即SiO_2含量高且Al_2O_3含量极低的区域。     

碱金属氧化物对帘线钢中夹杂物的影响

帘线钢主要用于制作轮胎骨架和切割硅片的线锯，其中主流切割钢丝的直径已经达到了47μm。夹杂物的大小、变形能力对帘线钢拉拔过程中的断丝率极为关键。为了提高帘线钢中夹杂物的变形能力，通过向钢液中添加碱金属氧化物以变质钢中夹杂物，从而获得塑性良好的低熔点夹杂物。向帘线钢中分别添加了吨钢质量分数为0.3%、0.5%、1.0%的Na₂CO₃、K₂CO₃、B₂O₃,共冶炼了9炉钢，对产品取样并用扫描电镜观察夹杂物形貌和统计成分。FactSage(FactPS+FToxid数据库)相图计算和试验结果表明，随着帘线钢中Na₂CO₃加入量的增加，夹杂物中铝含量逐渐降低，当Na₂CO₃加入吨钢质量分数为0.5%时，钢中绝大部分夹杂物落在低熔点区域；随着帘线钢中K₂CO₃加入量的增加，夹杂物中硅含量逐渐降低，当K₂CO     

含锆氧化镁耐火材料对帘线钢中夹杂物的影响

通过实验研究了含锆氧化镁耐火材料对帘线钢中夹杂物成分的影响,并采用熔点测试和热力学计算考察了ZrO_2对帘线钢中夹杂物熔点的影响规律.研究发现MgO耐火材料能使帘线钢中夹杂物的MgO含量上升.耐火材料中微量的ZrO_2也会对钢中的夹杂物产生较大的影响.ZrO_2使帘线钢中SiO_2-MnO-Al_2O_3系夹杂物和SiO_2-CaO-Al_2O_3系夹杂物熔点显著升高,使夹杂物塑性变差.在帘线钢的生产过程中,应该避免使用含锆的耐火材料.     

子午线轮胎用帘线钢非金属夹杂物的研究进展

随着汽车轻量化的发展,子午线轮胎用帘线钢对夹杂物的要求越趋严格。根据钢帘线用盘条对夹杂物的要求,综述了国内外帘线钢冶炼工艺和目前关于帘线钢中夹杂物的研究进展,并对未来需关注的夹杂物控制方向提出观点。随着90级极高强度级帘线钢将成为主流产品,富含Al_2O_3类夹杂物和钛夹杂物依旧是控制的重难点所在。除了进一步加强冶炼过程中夹杂物塑性化控制外,对于轧制和拉拔等各个环节中夹杂物的性质行为都应予以重视,从而更好地实现全过程控制。     

帘线钢钢中夹杂物塑性化控制技术

介绍了武钢通过超低[0]冶炼、钢中[Als]控制以及非金属夹杂物的形貌和成分控制等关键工艺技术,对转炉出钢、吹氩、LF精炼、连铸等不同工艺阶段钢液、炉渣、夹杂物的组成变化的分析研究,攻克高纯净帘线钢钢中夹杂物塑性化控制技术,满足了高附加值硬线产品的要求.     

低飞溅气保焊丝钢ER70S-6夹杂物的塑性化控制

针对气保焊丝钢ER70S-6中大颗粒不变形夹杂易在拉拔过程引起断丝的问题,通过FactSage软件对其夹杂物的塑性化控制进行了热力学分析以及工业试验。计算结果表明,非铝脱氧的低飞溅气保焊丝钢中夹杂物熔点随Al_2O_3含量的增加先降低后升高,随MgO含量的增加呈上升趋势;钢液中Ca、Mg、Al的含量随着精炼渣碱度的升高而升高。实际生产过程中,随着精炼渣碱度提高,夹杂物中Al_2O_3和MgO含量有所上升,夹杂物的变形能力降低。     

顶渣成分对夹杂物塑性化的影响

首先采用Fact Sage热力学软件对Ca O-Al2O3-Si O2-Mg O(10%)系夹杂物的塑性化控制进行了讨论,并进行了顶渣成分对夹杂物成分影响的实验室和工业试验研究。研究表明:在Ca O-Al2O3-Si O2-Mg O(10%)相图中,当w(Ca O)=8%~48%,w(Si O2)=35%~75%,w(Al2O3)=0~32%时,夹杂物处于塑性区域。随着顶渣中Al2O3含量的升高,帘线钢夹杂物中的Al2O3含量也随之升高,且夹杂物的分布也随顶渣中w(Al2O3)的升高而变得分散。综合实验室试验研究和工业试验生产结果,通过调节顶渣的成分,将顶渣碱度控制在0.7~0.9,w(Al2O3)=2%~5%时,可控制钢中非金属夹杂物的塑性化,断丝率降低了30%,达到了提高盘条质量的目的。     

合成渣精炼法控制帘线钢中的非金属夹杂物

主要论述了帘线钢中非金属夹杂物的控制方法.根据帘线钢对非金属夹杂物的要求和夹杂物对帘线钢性能的影响,利用CaO-SiO2-A12O3三元相图确定合成精炼渣的成分,优化设计帘线钢的冶炼工艺,使钢中夹杂物的尺寸变小,满足了帘线钢性能的要求.     

帘线钢小方坯夹杂物的控制

阐述了帘线钢对夹杂物的要求,及夹杂物对盘条性能的影响。针对本钢北营炼钢厂小方坯连铸机生产的帘线钢出现的夹杂物断丝的问题,通过检测分析得出其主要夹杂物为钛夹杂、铝夹杂、铝镁复合夹杂、氧化钾及氧化钠等。从夹杂物的产生机理入手,通过对钛来源进行控制、炼钢全流程控氮降低氮化钛析出,精炼渣系调整及铝含量控制避免纯Al2O3析出,精炼过程碱度的调整和萤石量降低避免耐材侵蚀MgO析出,连铸液面自动控制改进避免卷渣后钾钠氧化物夹杂带入,工艺优化后再未出现钛夹杂超标以及夹杂物引起的断丝率超标问题。     

硅锰脱氧钢中CaO-SiO2-Al2O3夹杂在固态钢中的结晶行为

 为了避免Al₂O₃、MgO·Al₂O₃等高熔点硬质夹杂物对钢材加工和产品使用性能带来危害,气门簧、切割丝用钢和手撕钢等钢种均采用了硅锰脱氧夹杂物塑性化控制工艺。夹杂物塑性化控制工艺只关注夹杂物成分是否处在相图低熔点区域是不足的,钢中硅酸盐类夹杂物之所以在非液态条件下能发生良好塑性变形,主要是因为它们具有玻璃类材料性质,其软化温度点明显低于钢材热轧温度。而硅酸盐夹杂物的热轧流变性很大程度上取决于其结晶状态,所以夹杂物从玻璃态到结晶态的转变需要予以研究和控制。从微观结构及加热软化行为方面对比了玻璃态与结晶态夹杂物的不同,指出夹杂物结晶对夹杂物塑性化控制工艺所带来的不利影响。阐明在铸坯凝固冷却和轧制前的加热过程中,玻璃态夹杂都有可能发生结晶转变。为了防止玻璃态夹杂出现严重结晶,需要结合夹杂物TTT曲线优化铸坯加热温度和时间,或控制夹杂物组成落入玻璃相更稳定区域。对于CaO-SiO₂-Al₂O₃体系夹杂物,认为磷石英、假硅灰石和钙长石三相共熔区是实现玻璃态稳定控制的理想组成区域。关于MgO及碱金属氧化物对硅锰脱氧钢氧化物夹杂结晶性能的影响规律需要进一步研究揭示,可以借助单丝法等方法来研究氧化物夹杂对应成分的TTT图。     

帘线钢脱氧过程中非金属夹杂物生成热力学

帘线钢要求良好的拉拔性能,而影响其拉拔性能的主要因素之一是钢中非金属夹杂物。钢中非金属夹杂物的主要来源为钢液的脱氧反应,为了更好地控制帘线钢中非金属夹杂物,必须对其脱氧热力学有深刻认识。然而,目前教科书中纯铁液脱氧热力学不能指导工业生产实践,且当前实际钢液的脱氧热力学没有系统化,需要进行深入研究。对帘线钢成分条件下的脱氧热力学进行了计算,并与纯铁液条件下的脱氧平衡曲线进行了对比分析,发现帘线钢成分条件和纯铁液条件下的脱氧平衡曲线差异明显。由于帘线钢实际生产过程中不可避免地存在多种合金元素,相比于纯铁液条件,帘线钢成分条件下的脱氧平衡曲线能够更加准确地指导帘线钢实际生产过程中的脱氧和非金属夹杂物的控制。     

钢包耐火材料对帘线钢82A夹杂物的影响和工艺改进

帘线钢82A经80 t LD-LF-CC工艺冶炼,分析发现钢包耐火材料对钢中Al含量有明显的影响。通过采用两种钢包耐火材料(镁碳砖和镁Al碳砖)进行工业生产。试验结果表明,精炼渣系碱度采用0.9,钢包采用镁碳耐火材料生产帘线钢82A,可以将钢中Al含量控制在0.001%以下,夹杂物控制在低熔点区,有利于提高帘线钢82A的质量,断丝率由原1%降至0.42%。     

CaO-MgO-SiO2-Al2O3类夹杂物塑性化对帘线钢加工断丝率的影响

通过分析70 t转炉流程和180 t转炉流程生产的LX72A帘线钢合股断丝率,得出中心偏析相同的条件下,当钢中脆性夹杂物比例由90.7%降至20.5%,也就是塑性夹杂物的比例由9.3%提高79.5%时,平均盘条断丝率由4.20次/t降至2.56次/t。通过采用碱度1.05不含MgO的LF精炼渣,控制钢中Als含量≤0.001%,氧含量≤22×10^-6,可有效地降低钢中脆性夹杂物含量,降低盘条断丝率。     

交通车辆用帘线钢LX70A在合股过程中断丝原因分析

研究分析了酒钢生产的Ф5.5 mm交通车辆用帘线钢LX70A在拉拔合股过程中的不同类型的断口,发现夹杂物和组织不均匀是造成断裂的主要原因,为帘线钢性能改善提供了依据,并开发了百万米断丝率为0.067%的优质交通车辆用钢帘线盘条。     

SWRH82B硬线钢CaO- Al2O3- SiO2系夹杂物塑性化控制的生产实践

为了研究SWRH82B硬线钢通过控制精炼渣的组成实现夹杂物塑性化的可行性,通过对炼钢过程中各工序的精炼渣和钢液进行取样,并对精炼渣成分、钢液总氧含量以及夹杂物的形貌、尺寸、成分等进行检测分析。结果表明,采用无铝化脱氧,并将精炼渣的碱度控制在0.8~1.2,Al2O3质量分数控制在10%以下时,能使CaO- Al2O3- SiO2系夹杂物成为塑性夹杂物;钢水经过RH真空精炼后夹杂物尺寸变大,并且夹杂物的Al2O3质量分数降低,SiO2质量分数升高,通过相关检测分析了造成此现象的原因,并提出了改进措施。     

湘钢帘线钢XLX72A的研制

介绍了湘钢通过超低[O]冶炼、钢中[Als]控制以及非金属夹杂物的形貌和成分控制等关键工艺技术,对转炉出钢、吹氩、LF精炼、连铸等不同工艺阶段进行了分析研究,攻克高纯净帘线钢钢中夹杂物塑性化控制技术,满足了高附加值硬线产品的要求。     

钙处理时机对LF-RH精炼过程Al2O3基夹杂物的影响

为研究LF-RH精炼工艺生产Q690钢时不同钙处理时机下夹杂物特征的变化,开展工业试验对RH精炼前后钙处理炉次取样进行定量分析对比。钙处理后夹杂物中CaO质量分数持续增加,CaS质量分数瞬态增加,夹杂物熔点降低。RH精炼前钙处理炉次中,RH精炼过程夹杂物的成分接近低熔点区,结束时夹杂物数量密度和面积分数分别为15个/mm2和0.01%。RH精炼后钙处理炉次中,RH精炼过程夹杂物依旧为高熔点Al₂O₃-MgO类型,结束时夹杂物数量密度和面积分数分别降至1个/mm2和0.002 5%。RH精炼前钙处理会使RH精炼过程夹杂物熔点以及夹杂物与钢液间的接触角降低,导致夹杂物去除驱动力降低,从而抑制夹杂物的去除。因此LF-RH精炼工艺生产铝脱氧钢时,为提高精炼过程钢中非金属夹杂物的去除效率,应在RH精炼后进行钙处理操作。     

帘线钢精炼与连铸过程中夹杂物的研究

对"LD→LF→VD→CC"工艺流程生产帘线钢各工位夹杂物类型、形貌和分布进行了研究。研究结果表明:帘线钢转炉出钢过程中加入帘线钢精炼渣对钢脱硫不利,但为后续精炼预造渣和对钢中夹杂物的变性提供了条件;为了使夹杂物获得良好的塑性,精炼过程中采用中性渣,调渣时禁止使用铝矾土,要求终渣碱度为0.9~1.1;对钢中大型夹杂物的分析发现,多数夹杂物成分为SiO2-Al2O3,部分存在Na2O和K2O,应该是耐火材料卷入造成的。选用优质耐火材料,控制钢水温度、铸坯拉速显得尤为重要。