過共析簾線鋼中鈦夾雜的析出機(jī)理及其控制.pdf

1、簾線鋼是制造汽車子午線輪胎骨架-鋼簾線的理想材料，是超潔凈鋼的代表產(chǎn)品。它在生產(chǎn)中對冶煉、軋制、加工等每個環(huán)節(jié)都有特殊的要求，是名副其實(shí)的全過程精品鋼材。簾線鋼盤條被譽(yù)為“線材中的極品”、“線材皇冠上的明珠”，其生產(chǎn)過程包含極高的技術(shù)含量。
　　簾線鋼產(chǎn)品的發(fā)展從二十世紀(jì)九十年代普通強(qiáng)度的SWRH62A、SWRH67A，到二十世紀(jì)末高強(qiáng)度的SWRH72A，發(fā)展到二十一世紀(jì)的超高強(qiáng)度級SWRH82A、SWRH90A等牌號。在制造業(yè)低

2、碳、節(jié)能、環(huán)保和低成本生產(chǎn)的大背景下，簾線鋼用戶在拉絲工藝中省去了一道鉛浴淬火工序，使得鋼絲在冷加工過程中產(chǎn)生的加工應(yīng)力無法充分釋放。鋼絲隨后還要承受彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，因而極易造成拉拔和合股斷絲。氧化物夾雜塑性化技術(shù)的發(fā)展，解決了脆性氧化物夾雜造成的簾線鋼拉拔過程中的斷絲問題。但隨著簾線鋼強(qiáng)度級別的提高，以及直接拉拔工藝的變化，因鈦夾雜造成的拉拔斷絲現(xiàn)象明顯增加。盡管通過爐外精煉技術(shù)能夠?qū)⒃豑i和N的含量控制在很低范圍，但簾線鋼產(chǎn)品中的

3、鈦夾雜依然無法控制在理想水平。對于超高強(qiáng)度級別的過共析簾線鋼而言，尺寸大于4.0μm的鈦夾雜就會顯著增加鋼絲的斷絲次數(shù)。
　　本文在充分文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和熱力學(xué)理論，研究了過共析鋼凝固過程中鈦夾雜的析出條件和C、N、Ti對凝固析出鈦夾雜行為的影響;分析了鈦夾雜形成元素Ti和N在簾線鋼生產(chǎn)各工序中的影響因素、變化規(guī)律和控制措施。并對簾線鋼鑄坯在加熱過程中的分解固溶行為進(jìn)行了研究和探索。以此為依據(jù)，結(jié)合某廠過共析

4、簾線鋼生產(chǎn)過程中鈦夾雜的控制開展了工藝優(yōu)化研究。結(jié)論如下:
　　(1)熱力學(xué)分析表明:碳含量一定時，TiN夾雜在凝固前沿析出的決定性因素是:初始w[N]0×w[Ti]0積，與Ti或N單一元素含量的高低無關(guān)。冷卻速率顯著影響凝固析出TiN夾雜的最終尺寸。冷卻速率和碳含量一定時，影響TiN夾雜最終尺寸的決定性因素是鋼液初始N含量而不是Ti含量。
　　(2)簾線鋼強(qiáng)度級別越高，鋼的碳含量就越高，鈦夾雜析出時的凝固前沿溫度越低，鈦夾

5、雜形成元素的過飽和度越大，其形核-析出-長大的驅(qū)動力就越大，也就越有利于鈦夾雜的析出與長大。為了控制過共析簾線鋼中鈦夾雜的尺寸，必須實(shí)施比亞共析簾線鋼更為苛刻的煉鋼和連鑄工藝措施，進(jìn)一步降低鋼水中Ti和N的初始含量，特別是N含量的控制。
　　(3)高爐鐵水中鈦含量和硅含量存在一定的線性關(guān)系，硅含量（爐溫）對鈦含量產(chǎn)生顯著影響。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼液鈦含量受轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼液碳含量和溫度的影響，其中溫度的影響尤為明顯。為了降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鈦含量，適當(dāng)降

6、低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，將轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量控制在0.06％～0.12％是必要的。為了減少精煉過程以及后續(xù)工序中鋼液增鈦的情況，必須嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐下渣量以及轉(zhuǎn)爐終渣中的TiO2含量，降低加入爐內(nèi)的造渣料中的TiO2含量。采用低鈦合金及使用含TiO2量低的精煉渣、大包覆蓋劑、中包覆蓋劑及連鑄保護(hù)渣。
　　(4)轉(zhuǎn)爐冶煉中期，碳氧反應(yīng)激烈，脫碳速度很大，有利于鋼液中的氮脫除。為控制終點(diǎn)氮含量，應(yīng)適當(dāng)提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳含量。吹煉后期向爐內(nèi)加入礦石或白云石

7、使?fàn)t渣發(fā)泡，從而避免火點(diǎn)區(qū)鋼水裸露，能夠有效阻止鋼水吸氮。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中吸氮量的多少主要與轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)氧含量相關(guān)。當(dāng)鋼液中w[O]在0％～0.03％范圍時，吸氮量△w[N]E或吸氮率ηE隨著氧含量的增加而明顯減小;當(dāng)w[O]＞0.03％時，吸氮量△w[N]E隨著氧含量的增加變化趨于平緩，此時鋼液的吸氮量△w[N]E小于0.0004％。
　　(5)對72A和82A鑄坯進(jìn)行原位分析檢測表明，簾線鋼鑄坯存在較為明顯的中心偏析，鈦夾雜主要分布

8、在鑄坯的中心和內(nèi)弧區(qū)域。此次鑄坯取樣的72A氮含量明顯高于82A，原位分析檢測結(jié)果表明N含量高的72A鑄坯中的鈦夾雜尺寸和數(shù)量明顯大于N含量低的82A鑄坯。這也證明了熱力學(xué)計算結(jié)果的正確性。
　　(6)模擬轉(zhuǎn)爐和精煉條件下外來氮化鈦顆粒的溶解行為實(shí)驗(yàn)表明，若在較早的冶煉工序存在外來鈦夾雜，其在短時間內(nèi)就可以在鋼液中完全溶解。簾線鋼盤條中存在的大顆粒鈦夾雜，它最有可能來自連鑄工序。改善連鑄保護(hù)渣性能和連鑄操作工藝，對于控制簾線鋼盤條

9、中可能出現(xiàn)的大顆粒外來鈦夾雜具有重要的指導(dǎo)意義。
　　(7)簾線鋼鑄坯中的鈦夾雜在加熱過程中分解的熱力學(xué)環(huán)境不同于鋼液中鈦夾雜析出的熱力學(xué)環(huán)境。簾線鋼強(qiáng)度級別越高，鈦夾雜分解溫度越高;對同一強(qiáng)度級別的簾線鋼，鋼中Ti或N含量越高，鈦夾雜開始分解溫度也越高。在1150℃～1250℃溫度范圍，隨著加熱溫度的升高和保溫時間的增加，鈦夾雜會不斷溶解，鈦夾雜的尺寸和數(shù)量得到有效控制。
　　(8)結(jié)合某廠的實(shí)際生產(chǎn)工藝，通過優(yōu)化煉鋼和軋

10、鋼工藝措施，在精煉取消VD真空精煉的不利條件下，通過提高軋鋼加熱爐溫度，鑄坯中鈦夾雜加速分解，82A盤條鈦夾雜罰分合格率明顯提高。
　　本文的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　(1)通過熱力學(xué)理論計算，提出了“等氮鈦積線”的概念，結(jié)合鑄坯鈦夾雜的原位分析檢測，發(fā)現(xiàn)鈦夾雜的最終尺寸受鋼水N含量的影響遠(yuǎn)大于受鋼水Ti含量的影響。提出控制簾線鋼中鈦夾雜的尺寸和數(shù)量，關(guān)鍵在于鋼水中初始N含量及初始w[N]0×w[Ti]0積的控制。

11、
　　(2)簾線鋼凝固析出的鈦夾雜中TiC的摩爾分?jǐn)?shù)，以及鈦夾雜本身尺寸取決于簾線鋼C含量。簾線鋼C含量越高，鈦夾雜析出溫度越低，鈦夾雜形核-析出-長大的驅(qū)動力就越大，析出的鈦夾雜中TiC的摩爾分?jǐn)?shù)也越高，鈦夾雜析出就越早，也就越有機(jī)會長大。
　　(3)探索了鑄坯在高溫加熱過程中鈦夾雜的分解固溶規(guī)律，簾線鋼強(qiáng)度級別越高，鈦夾雜分解溫度越高;對同一強(qiáng)度級別的簾線鋼，鋼中Ti或N含量越高，鈦夾雜開始分解溫度也越高。并據(jù)此提出了通