【摘要】：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品。它在生產中對冶煉、軋制、加工等每個環(huán)節(jié)都有特殊的要求,是名副其實的全過程精品鋼材。簾線鋼盤條被譽為“線材中的極品”、“線材皇冠上的明珠”,其生產過程包含極高的技術含量。簾線鋼產品的發(fā)展從二十世紀九十年代普通強度的SWRH62A、SWRH67A,到二十世紀末高強度的SWRH72A,發(fā)展到二十一世紀的超高強度級SWRH82A、SWRH90A等牌號。在制造業(yè)低碳、節(jié)能、環(huán)保和低成本生產的大背景下,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生的加工應力無法充分釋放。鋼絲隨后還要承受彎曲、扭轉應力,因而極易造成拉拔和合股斷絲。氧化物夾雜塑性化技術的發(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能夠將元素Ti和N的含量控制在很低范圍,但簾線鋼產品中的鈦夾雜依然無法控制在理想水平。對于超高強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)。本文在充分文獻調研的基礎上,結合現(xiàn)場實際生產數(shù)據(jù)和熱力學理論,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行了研究和探索。以此為依據(jù),結合某廠過共析簾線鋼生產過程中鈦夾雜的控制開展了工藝優(yōu)化研究。結論如下:(1)熱力學分析表明: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。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,鈦夾雜形成元素的過飽和度越大,其形核-析出-長大的驅動力就越大,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,必須實施比亞共析簾線鋼更為苛刻的煉鋼和連鑄工藝措施,進一步降低鋼水中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系,硅含量(爐溫)對鈦含量產生顯著影響。轉爐終點鋼液鈦含量受轉爐終點鋼液碳含量和溫度的影響,其中溫度的影響尤為明顯。為了降低轉爐終點鈦含量,適當降低轉爐出鋼溫度,將轉爐終點碳含量控制在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,必須嚴格控制轉爐下渣量以及轉爐終渣中的tio2含量,降低加入爐內的造渣料中的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渣。(4)轉爐冶煉中期,碳氧反應激烈,脫碳速度很大,有利于鋼液中的氮脫除。為控制終點氮含量,應適當提高轉爐終點碳含量。吹煉后期向爐內加入礦石或白云石使爐渣發(fā)泡,從而避免火點區(qū)鋼水裸露,能夠有效阻止鋼水吸氮。轉爐出鋼過程中吸氮量的多少主要與轉爐終點氧含量相關。當鋼液中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,鈦夾雜主要分布在鑄坯的中心和內弧區(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。這也證明了熱力學計算結果的正確性。(6)模擬轉爐和精煉條件下外來氮化鈦顆粒的溶解行為實驗表明,若在較早的冶煉工序存在外來鈦夾雜,其在短時間內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。改善連鑄保護渣性能和連鑄操作工藝,對于控制簾線鋼盤條中可能出現(xiàn)的大顆粒外來鈦夾雜具有重要的指導意義。(7)簾線鋼鑄坯中的鈦夾雜在加熱過程中分解的熱力學環(huán)境不同于鋼液中鈦夾雜析出的熱力學環(huán)境。簾線鋼強度級別越高,鈦夾雜分解溫度越高;對同一強度級別的簾線鋼,鋼中ti或n含量越高,鈦夾雜開始分解溫度也越高。在1150°c~1250°c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)結合某廠的實際生產工藝,通過優(yōu)化煉鋼和軋鋼工藝措施,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)通過熱力學理論計算,提出了“等氮鈦積線”的概念,結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,關鍵在于鋼水中初始N含量及初始w[N]0×w[Ti]0積的控制。(2)簾線鋼凝固析出的鈦夾雜中TiC的摩爾分數(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-長大的驅動力就越大,析出的鈦夾雜中TiC的摩爾分數(shù)也越高,鈦夾雜析出就越早,也就越有機會長大。(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,簾線鋼強度級別越高,鈦夾雜分解溫度越高;對同一強度級別的簾線鋼,鋼中Ti或N含量越高,鈦夾雜開始分解溫度也越高。并據(jù)此提出了通過適當提高簾線鋼鑄坯軋前加熱溫度控制軋后盤條中鈦夾雜尺寸和數(shù)量的工藝措施。
【學位授予單位】：武漢科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TF76
【圖文】：

子午線輪胎我國從上世紀60年代初開始用進口的簾線鋼盤條研制鋼簾線生產工藝，而國

[37]所示。近九年我國輪胎子午化率變化趨勢如圖2.1所示。表 2.1 近九年我國汽車輪胎、子午線輪胎、子午化率及其鋼簾線產量年份汽車輪胎產量/萬條子午線輪胎產量/萬條汽車輪胎子午化率/%鋼簾線產量/萬噸2005 25200 14352 57.0 40.72006 28000 18096 64.6 56.52007 33000 23776 72.0 76.62008 34290 26292 76.7 88.72009 39000 30138 77.3 106.52010 44300 36400 82.2 147.02011 45600 39800 87.3 158.52012 47000 41400 88.0 163.72013 58376 54429 93.2 173.5圖 2.1 近九年我國輪胎子午化率變化趨勢

2.1.1 鋼簾線及簾線鋼的生產工藝流程（1）鋼簾線生產流程傳統(tǒng)鋼簾線的生產工藝流程如圖2.2所示。對直徑φ5.5mm熱軋線材進行拔絲、鉛浴淬火、鍍銅，在濕式拔絲中進行高速拔絲，然后對超細鋼絲進行捻絞使之形成鋼簾線[38]。圖 2.2 鋼簾線的生產工藝流程粗拉拔就是把直徑φ5.5mm 的盤條，在利用模具和潤滑劑的基礎上拉拔成φ3.0 mm 的鋼絲，拉拔過程中產生的加工硬化需要經過鉛浴等溫淬火熱處理加以消除。中拉是把φ3.0mm 的鋼絲拉拔到φ0.8mm~φ1.6mm，以獲得更小直徑的鋼絲，通過第二道鉛浴等溫淬火進一步消除加工硬化，然后進行最終拉拔成細絲。為了增加鋼簾線和輪胎之間的親和力，需要在經過中拉的鋼絲上鍍上一層黃銅，這就是電鍍處理。最后一道拉拔工序是在水箱中完成（濕拉），把電鍍的鋼絲拉拔成直徑為φ0.15mm~φ0.38mm 的單絲。捻股就是按照用戶的需求把幾根或十幾根單絲捻成一股繩。成品生產出來后還要檢測它的平直度、色澤、扭轉以及松散等。外繞就是在捻股的基礎上在其表面繞一根φ0.15mm 的外擾絲

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本文編號：2787870