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鋼簾線是制造汽車子午線輪胎骨架的理想材料,主要用于子午胎體、帶束層、胎側(cè)增強(qiáng)層和胎圈包布,制成的輪胎適合于車輛在高速狀態(tài)下行駛,具有載荷大、抓著力好、耐刺扎、壽命長、節(jié)油等一系列優(yōu)點(diǎn)。
近年來,國內(nèi)汽車、輪胎及鋼簾線的發(fā)展極為迅速,特別是在我國汽車產(chǎn)銷量居全球第一后,鋼簾線市場具有很大的潛力。不過,隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,對子午線輪胎的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求不斷提高,鋼簾線將加速向高強(qiáng)度、高滲透性等先進(jìn)技術(shù)方向發(fā)展,因此也對簾線鋼提出了更高的要求。
目前,世界上主要生產(chǎn)鋼簾線用線材的生產(chǎn)廠有德國撒斯特(SKD)、日本新日鐵住金(NSCMC)、日本神戶(KSL)和韓國浦項(xiàng)(POSCO)等。
鋼簾線對于高線廠來說附加值較高,國內(nèi)多家鋼簾線廠在尋找國內(nèi)的鋼簾線用線材供應(yīng)商,市場需求旺盛。原來依靠日本、德國、意大利等供應(yīng)鋼簾線用線材的廠家對國內(nèi)供應(yīng)貨源的需求更加強(qiáng)烈。迄今為止,國內(nèi)主要有寶武集團(tuán)(寶鋼和武鋼)、鞍鋼等鋼廠能生產(chǎn)一些簾線鋼,國內(nèi)一些生產(chǎn)簾線鋼的合資企業(yè)所使用的坯料還大量依靠進(jìn)口。國內(nèi)企業(yè)通過引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù),產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平有了顯著的提高,在產(chǎn)品質(zhì)量與國外差別不大的前提下,擁有較強(qiáng)的成本優(yōu)勢。
以寶武集團(tuán)寶鋼為例,寶鋼線材產(chǎn)線投產(chǎn)于1999年3月,年設(shè)計(jì)產(chǎn)能40萬噸,以鋼簾線、彈簧鋼、汽車用冷鐓鋼及高等級橋梁纜索用鋼為主。2010年,寶鋼鋼簾線生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)歷史突破,全年銷量逾12萬噸,形成了從72至92鋼簾線的全系列生產(chǎn)能力。2011年1月28日,寶鋼成功生產(chǎn)出B96LX極高強(qiáng)度鋼簾線盤條,標(biāo)志著寶鋼鋼簾線制造能力達(dá)到國際先進(jìn)水平,實(shí)現(xiàn)了鋼簾線盤條產(chǎn)品的全系列覆蓋。鋼簾線每提高一個等級,汽車輪胎就可以減重10%。因此,提高強(qiáng)度、減輕重量、延長壽命是汽車行業(yè)輕量化發(fā)展對鋼簾線提出的要求。如今,寶鋼現(xiàn)已成為世界子午線輪胎生產(chǎn)行業(yè)巨頭米其林的國內(nèi)最大鋼簾線供應(yīng)商,并向世界最大的鋼簾線、鋼絲及制品制造商貝卡爾特穩(wěn)定供貨。
目前,簾線鋼的冶煉工藝主要有以下兩種:①電爐→二次精煉→連鑄或模鑄;②高爐→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→二次精煉→連鑄。簾線鋼一般不宜采用電爐冶煉,因?yàn)槠錉t料廢鋼中殘留的有害微量元素(鎳、鉛、銅、鉻)會影響到鋼的質(zhì)量。由于鋼簾線用成品鋼絲的絲徑一般都在0.15毫米~0.38毫米,鋼中尺寸大于5微米的硬性夾雜(主要是氧化鋁)數(shù)量較多時,拉拔過程中的斷絲率將很高。因此,為減少夾雜物和改變其形態(tài),降低鋼絲脆斷率,簾線鋼必須采用二次精煉。
國內(nèi)外簾線鋼主要采用LF(鋼包精煉爐)+VD(真空脫氣)或LF+RH(真空循環(huán)脫氣)法進(jìn)行精煉,通過采用Si-Mn合金脫氧以及改變精煉渣系,達(dá)到控制鋼中酸溶鋁含量,進(jìn)而使鋼中夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄訡aO-SiO2-Al2O3夾雜的目的。具體的做法是在轉(zhuǎn)爐出鋼時盡量控制下渣量,或者是在出完鋼后扒去鋼包內(nèi)的轉(zhuǎn)爐渣,再加入精煉渣。并且,LF與VD或者RH配合使用能有效脫硫,降低鋼中氧含量,使夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?、易聚合上浮的鈣鋁酸鹽。經(jīng)過鋼包爐處理的鋼液,雜質(zhì)元素含量和夾雜水平均有明顯改善,能生產(chǎn)硫含量0.0007%~0.003%、氧含量0.0013%~0.0017%、夾雜物0~1.0級的潔凈鋼。
成分允許波動范圍小。碳含量(碳當(dāng)量)對拔絲影響很大。據(jù)統(tǒng)計(jì),碳當(dāng)量每提高0.01%,斷絲率約提高5%。鋼簾線盤條的碳含量高、范圍窄,一般在0.7%以上。對于高碳鋼來說,碳含量與碳當(dāng)量的穩(wěn)定精確控制是個難點(diǎn),需要通過提高轉(zhuǎn)爐出鋼的含碳量、LF爐通過增碳劑精確調(diào)整碳含量來進(jìn)行控制。
夾雜物控制嚴(yán)格。在鋼簾線加工過程中,單絲直徑最小可以拉拔到ф0.15毫米,夾雜物的大小和形態(tài)直接決定著考核鋼簾線用線材質(zhì)量的一個最重要指標(biāo)——拉拔斷絲率??刂茒A雜物成為煉鋼廠冶煉水平的直接體現(xiàn)?,F(xiàn)在一些先進(jìn)鋼廠在研究零夾雜的超純凈鋼冶煉。冶煉過程中必須嚴(yán)格控制脫氧、精煉,減少鋼中的夾雜物含量。另外,用渣洗法進(jìn)行夾雜物無害化處理,不但可以減少夾雜物的數(shù)量,而且可以得到易變形的夾雜物。要合理確定鋼水罐、澆注水口的耐火材料來控制外來夾雜物的產(chǎn)生。
免成分偏析。碳、錳偏析一般產(chǎn)生在連鑄坯凝固過程中,對高碳鋼來說,更容易在心部產(chǎn)生偏析,它會強(qiáng)烈推遲線材軋制時心部珠光體的轉(zhuǎn)變。若冷卻速度較快,則形成心部馬氏體;若冷卻速度較慢,則形成心部滲碳體。這兩種組織都會導(dǎo)致線材在拉絲中斷裂。采用大方坯連鑄技術(shù)、電磁攪拌技術(shù)、輕壓下技術(shù)對控制偏析有很大好處。
簾線鋼夾雜物影響幾何?鋼簾線是線材制品中的極品,被稱為“皇冠上的明珠”。因?yàn)殇摵熅€要被拉至0.15毫米~0.38毫米鋼絲并制成繩,拉拔成細(xì)絲100千米不允許斷頭,所以鋼簾線的所有生產(chǎn)工序都有較嚴(yán)格的要求,其中對夾雜物的控制最為關(guān)鍵。鋼簾線在冷拔和捻股過程中發(fā)生斷絲,最主要的原因之一是鋼中存在硬而不變形的脆性夾雜物。實(shí)驗(yàn)表明,夾雜物大于被加工鋼絲直徑2%就會導(dǎo)致鋼絲在冷拉和合股過程中脆性斷裂。鋼簾線斷絲的主要原因有以下幾點(diǎn):
原輔材料有害元素的影響。原輔材料是保證簾線鋼質(zhì)量的前提,入爐鐵水、廢鋼,以及添加的渣料、合金料等均需要對有害元素進(jìn)行控制。鋼簾線用鋼除要按規(guī)定控制碳、硅、錳成分以外,其他各元素更要嚴(yán)格控制,否則就會導(dǎo)致斷絲,如銅含量超標(biāo)會引起“紅脆”等。電爐加入40%廢鋼,帶入的銅元素不能在后道工藝中去除,必須使用優(yōu)質(zhì)廢鋼。鈦元素在鋼中危害也很大,與氮元素在凝固過程中形成小尺寸、帶棱角的、硬脆的氮化鈦夾雜(即鈦夾雜)。鈦夾雜在鋼絲拉拔過程中加重模耗,并嚴(yán)重惡化成品的抗疲勞性能。鈦元素性質(zhì)活潑,極易與氧、氮元素發(fā)生反應(yīng),煉鋼殘留的少量鈦元素也會對成品造成很大的危害,因此必須控制其來源,使用特殊合金及合成渣,將原輔材料中的鈦元素限制在最低水平。鋁是強(qiáng)脫氧元素,鋼液脫氧過程中一旦析出氧化鋁夾雜,精煉過程中就無法將它們從鋼液中徹底去除。特別是尺寸小于10微米的氧化鋁夾雜,要通過常規(guī)的精煉工藝從鋼液中有效去除是十分困難的。即使將鋼液全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到(5~6)×10-6,材料疲勞斷口上仍然發(fā)現(xiàn)直徑為10微米~20微米的A12O3顆粒。另外,鋼中鋁元素還會與渣中的二氧化鈦發(fā)生反應(yīng):4A1+3TiO2=3Ti+2A12O3,使渣中的二氧化鈦被還原后進(jìn)人鋼液中,不利于鈦元素的去除。
全氧含量的影響。氧的控制是冶煉簾線鋼的一項(xiàng)非常重要的工作。全氧含量高于夾雜物數(shù)量后無論夾雜成分控制得多好,都會導(dǎo)致斷絲。
偏析的影響。高碳鋼偏析也是影響斷絲的一個重要因素。高碳鋼偏析高對軋鋼組織控制帶來不良影響,同時使夾雜物的分布不均,產(chǎn)生斷絲。鋼簾線用盤條偏析評級≤2級,應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
氣體含量的影響。氣體對鋼簾線斷絲的影響主要是氫和氮的含量。
夾雜物的影響。雜物是影響斷絲的主要原因,特別是氧化鋁夾雜。
夾雜物形態(tài)控制主要依靠精煉渣來實(shí)現(xiàn),但每個鋼廠有不同的工藝條件,夾雜物受很多因素制約,如原材料、合金、耐火材料等,所以各廠設(shè)備不一樣,冶煉方法也不一樣。技術(shù)人員可以從鋼絲斷口形貌、斷絲入手借助電子探針和圖形儀分析夾雜物;同時對LF精煉夾雜物進(jìn)行有限控制,用電解和金相分析鑄坯中的夾雜物可以有效地減少夾雜物對質(zhì)量的影響。
國際上,簾線鋼最常用的標(biāo)準(zhǔn)是皮拉利標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)對夾雜物的要求為:鋼中總氧含量≤30×10-6;夾雜物最大尺寸,一般要求<ф15微米,更細(xì)的絲及高強(qiáng)度簾線要求夾雜物直徑小于鋼絲直徑的2%;鋼中不允許純氧化鋁夾雜存在,復(fù)合氧化物夾雜中氧化鋁要求質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤50%;夾雜物數(shù)量根據(jù)不同強(qiáng)度級別、不同鋼絲直徑的要求,一般要控制在每平方厘米1000個以下。
嚴(yán)格控制鋼中鋁元素,所有合金、原料中不允許含鋁元素,同時要控制渣中堿度(氧化鈣/二氧化硅)。當(dāng)堿度在≤1.0時,渣中氧化鋁≤15%可以實(shí)現(xiàn)氯元素的微量控制,即能將夾雜物氧化鋁控制在20%左右。
但日本研究表明,精煉渣中的氧化鈣和二氧化硅與鋼中全氧含量有較大關(guān)系。當(dāng)堿度≤1.0時,全氧水平在(20~25)×10-6左右,但實(shí)際操作中全氧很難達(dá)到這一水平。全氧含量高即夾雜物數(shù)量多,這也是影響斷絲的重要因素。