一种帘线钢夹杂物塑性化控制方法及帘线钢与流程

1.本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种帘线钢夹杂物塑性化控制方法及帘线钢。


背景技术：

2.帘线钢广泛应用于制造业，是各种汽车、卡车、飞机子午线轮胎以及其他橡胶骨架材料不可或缺的产品。随着社会的发展，尤其汽车行业要求轻量化，要求帘线钢丝越来越细、同时强度也越来越高，并且轮胎对使用稳定性、寿命、安全等要求极高。因此，对帘线钢质量也提出了更高的要求。众所周知，夹杂物一直是影响帘线钢质量的关键指标之一，尤其塑性差的不变形夹杂物，对帘线钢的拉拔性能和使用稳定性影响最大。
3.帘线钢中高熔点的氧化铝、镁铝尖晶石类夹杂物控制主要从耐材、合金等方面进行管控，同时使用低碱度酸性渣，降低钢水总铝含量，达到减少氧化铝、镁铝尖晶石类脆性夹杂物的目的。对于脱氧产物与精炼渣形成的硅酸盐类夹杂物目前主要由两种控制方式，一种是将夹杂物控制在传统的sio
2-mno-al2o3系、sio
2-cao-al2o3系低熔点区，如中国专利201510631871.8所提供的，主要是控制sio
2-mno-al2o3系硅锰脱氧产物以及sio
2-cao-al2o3系钢水与精炼渣反应产物两大类低熔点塑性区夹杂，夹杂物熔点较低(≤1400℃)，变形性较好。但该方法的低熔点区成分范围较窄，很难保证夹杂物成分精确控制在该低熔点区域。此外，该类型夹杂物熔点虽然较低，但由于夹杂物中cao、al2o3等组分含量较高，盘条轧制拉拔过程中夹杂物变形能力差。
4.另一种是将夹杂物控制在高sio2组分的sio
2-mno系，控制夹杂物为sio
2-mno系低熔点夹杂，该类型夹杂物在盘条轧制、拉拔过程中具有良好的变形性能。但该方法夹杂物中mno组分含量要求≥20％，由于帘线钢中含有较高的si、c元素，会对mno组分进行还原，导致含量控制不稳定，且cao组分易进入钢水中，使夹杂物转变为sio
2-cao-mno系，工业大生产控制窗口较窄，冶炼过程控制难度较大。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的夹杂物变形能力差、工业生产控制窗口窄、控制难度大的缺陷，从而提供一种帘线钢夹杂物塑性化控制方法及帘线钢。
6.为此，本发明提供了以下技术方案。
7.本发明提供了一种帘线钢夹杂物塑性化控制方法，包括以下步骤：
8.步骤1、kr铁水预处理；
9.步骤2、冶炼；
10.步骤3、出钢控制：
11.先在钢包中垫入部分碳粉再出钢；出钢15％～35％时加入低钛低铝硅铁、金属锰脱氧合金化，低钛低铝硅铁的加入量为4.5-10.0kg/t、金属锰的加入量为4.0-6.5kg/t，出
钢60％～80％时加入改质剂，改质剂包括碱金属化合物，改质剂的加入量为1.0-2.5kg/t，出钢结束加入余下碳粉；出钢过程底吹流量1000-1500nl/min；出钢结束后底吹流量600-1000nl/min搅拌3-5min，底吹搅拌结束加碳化硅铺洒在钢水表面；
12.所述低钛低铝硅铁中ti≤0.015wt％、al≤0.01wt％；
13.步骤4、lf精炼：
14.升温并调整钢水成分，待温度、钢水成分全部达标后加入预熔渣造渣，加预熔渣过程开启通电保温模式，底吹流量为100-200nl/min，造渣完成后，进行软搅拌处理，所述软搅拌的底吹流量30-80nl/min；
15.步骤5、连铸。
16.进一步的，所述改质剂以合成渣球的方式加入，所述合成渣球包括改质剂和外壳；
17.优选地，所述碱金属化合物包括碱金属碳酸盐和/或碱金属氧化物；
18.更优选地，所述碱金属化合物包括li2co3，还包括na2o、k2o中的至少一种。
19.进一步的，满足条件(1)-(5)中的至少一项：
20.(1)所述改质剂以重量百分比计包括，li2co3：45-50％，na2o和/或k2o：40-45％，硅粉5-15％，以及其他不可避免的杂质组分；
21.(2)改质剂密度1.5-2.5g/cm3，改质剂粒度≤0.03mm和＞0.1mm的质量占比＜10％，0.03mm＜改质剂粒度≤0.1mm的质量占比≥90％；
22.(3)所述外壳为球形；
23.(4)所述外壳厚度0.15-0.35mm，外壳内部直径10-50mm，
24.(5)所述外壳主要成分以重量百分比计为al：0.003-0.008％、c≤0.0035％、si≤0.030％、mn：0.2-0.4％，其余为fe和不可避免的杂质元素。
25.进一步的，所述帘线钢的成分按质量百分比为：c：0.70％～0.95％、s：0.25％～0.55％、mn：0.40％～0.65％、p≤0.016％、s≤0.015％，其余为fe和其它不可避免的杂质。
26.进一步的，所述步骤1包括：铁水运至kr进行脱硫处理，脱硫后铁水温度≥1380℃，以重量百分数计，铁水中：c 4.30-4.65％、si 0.25-0.60％、s≤0.0050％。
27.进一步的，所述步骤2包括：转炉或电炉冶炼结束控制转炉或电炉出钢钢水温度为1650-1700℃，以重量百分数计，钢水中：o≤0.050％、c≥0.050％、p≤0.015％、s≤0.010％；
28.优选地，还包括转炉或电炉兑入铁水、废钢冶炼，废钢质量比5-10％。
29.进一步的，所述步骤3满足条件(1)-(3)中的至少一项：
30.(1)出钢采取滑板挡渣和留钢操作，优选地，留钢量为2-4t；
31.(2)出钢前钢包中垫入碳粉为总碳粉质量的20～40％；加入的总碳粉质量为7.5-10.5kg/t；
32.(3)加的碳化硅为1.5-2.5kg/t均匀铺洒在钢水表面。
33.进一步的，所述步骤4满足条件(1)-(4)中的至少一项：
34.(1)预熔渣主要成分以重量百分比计为sio2：45-50％，cao：40-45％，mgo：5-10％，其他为不可避免的杂质组分；
35.(2)加预熔渣过程中通电升温，升温的速度为1-2℃/min；
36.(3)预熔渣加料速度为300-500kg/min，加料总量1.2-1.8t；
37.(4)软搅拌时间15min以上。
38.进一步的，连铸中间包钢水中夹杂物主要成分含量sio2：40-60％、mno：10-20％、li2o+na2o或li2o+k2o：5-15％、cao+al2o3≤15％，以及其他不可避免的组分；
39.连铸中间包钢水总氧含量＜20ppm。
40.本发明还提供了一种帘线钢夹杂物塑性化控制方法制备的帘线钢。
41.预熔渣完全加入后，熔化好以后即为造渣完成。
42.本发明技术方案，具有如下优点：
43.1.本发明提供的帘线钢夹杂物塑性化控制方法，包括以下步骤：步骤1、kr铁水预处理；步骤2、冶炼；步骤3、出钢控制：先在钢包中垫入部分碳粉再出钢；出钢15％～35％时加入低钛低铝硅铁、金属锰脱氧合金化，低钛低铝硅铁的加入量为4.5-10.0kg/t、金属锰的加入量为4.0-6.5kg/t，出钢60％～80％时加入改质剂，改质剂包括碱金属化合物，改质剂的加入量为1.0-2.5kg/t，出钢结束加入余下碳粉；出钢过程底吹流量1000-1500nl/min；出钢结束后底吹流量600-1000nl/min搅拌3-5min，底吹搅拌结束加碳化硅铺洒在钢水表面；所述低钛低铝硅铁中ti≤0.015wt％、al≤0.01wt％；步骤4、lf精炼：升温并调整钢水成分，待温度、钢水成分全部达标后加入预熔渣造渣，加预熔渣过程开启通电保温模式，底吹流量为100-200nl/min，造渣完成后，进行软搅拌处理，所述软搅拌的底吹流量30-80nl/min；步骤5、连铸。
44.本发明通过引入碱金属氧化物，在不影响洁净度的情况下，通过系统的研究设计转炉出钢、lf精炼脱氧合金化及造渣工艺，同时匹配合适的底吹制度，将钢水中夹杂物控制成sio
2-mno-m
x
o(碱金属氧化物)系超低熔点塑性夹杂物。实现将夹杂物熔点稳定控制在850℃-1250℃之间，该类型夹杂物在盘条热加工过程中可保持良好的塑性，可显著降低帘线钢拉拔断丝问题。
45.在钢包底部预加一部分碳粉进行脱氧，出钢初期钢包内钢水少，净空大，碳氧反应产生的气体均可排出，不会造成钢水沸腾溢出，碳粉脱氧减少了合金脱氧夹杂物的生成。然后采用低钛低铝硅铁、金属锰脱氧合金化的同时加入碱金属化合物，出钢过程全程都不加石灰、合成渣等造渣料，避免了cao、al2o3等组分进入钢水，脱氧产物主要是sio2、mno，碱金属化合物加进去后，配合钢包底吹强搅拌处理，促进脱氧产物与碱金属氧化物快速、充分的反应，形成超低熔点夹杂物。
46.由于合成渣主要成分也是cao，精炼软搅拌过程无渣料不利于吸附钢水中上浮的夹杂物，对洁净度不利，但又要避免炉渣污染钢水，导致夹杂物中cao组分含量上升。本发明精炼过程通电升温、钢水成分调整阶段均不加造渣料，此阶段底吹相对较大，不加造渣料可以减少卷渣，待成分、温度达标后精准加入酸性预熔渣，同时设计合理的通电模式及底吹，确保预熔渣快速熔化，减轻渣金反应及卷渣问题。
47.通过系统的工艺技术研究，大幅降低了炉渣成分对夹杂物组成及夹杂物改性效果的影响，避免了高熔点的cao、al2o3等高熔点组分进入钢水中影响夹杂物组成，确保得到以脱氧产物和碱金属氧化物为主的超低熔点塑性夹杂物。该类夹杂物在轧钢和盘条热加工过程中夹杂物塑性非常高，变形能力强，对推动高端线材产品质量的提升具有重大意义。制定了碱金属氧化物工业大生产工艺方案，为工业大生产稳定应用提供了技术支撑。
48.2.本发明提供的帘线钢夹杂物塑性化控制方法，所述碱金属化合物包括li2co3，还
包括na2o、k2o中的至少一种。碱金属化合物加入钢水后，受高温，li2co3分解成li2o和co2，有助于改质剂的分散，促进脱氧产物与碱金属氧化物快速、充分的反应。
49.3.本发明提供的帘线钢夹杂物塑性化控制方法，出钢采取滑板挡渣和留钢操作，避免了转炉渣进入钢包中，减少了cao、mgo、al2o3等组分的带入。
50.4.本发明提供的帘线钢夹杂物塑性化控制方法，所述改质剂以重量百分比计包括，li2co3：45-50％，na2o或k2o：40-45％，硅粉5-15％，以及其他不可避免的杂质组分。改质剂中包括碱金属化合物和硅粉，加入钢水中后，硅粉与钢水中的氧形成sio2，形成的碱金属氧化物和sio2的接触概率较高，可进一步促进生成本发明的目标夹杂物。
51.5.本发明提供的帘线钢夹杂物塑性化控制方法，预熔渣主要成分以重量百分比计为sio2：45-50％，cao：40-45％，mgo：5-10％，其他为不可避免的杂质组分；预熔渣加料速度为300-500kg/min。通过配合控制加渣速度、通电模式，确保化渣速度，避免过度升温或温降过大。
具体实施方式
52.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
53.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
54.实施例1-6
55.一种帘线钢夹杂物塑性化控制方法，包括以下步骤：
56.步骤1、kr铁水预处理：铁水运至kr进行脱硫处理，脱硫后铁水参数见表1(即转炉入炉铁水参数)。
57.步骤2、冶炼：
58.采用135t转炉冶炼，转炉入炉铁水、废钢条件及终点控制情况如表1、表2所示。
59.表1转炉入炉铁水条件及废钢比
[0060][0061][0062]
表2转炉出钢终点控制情况
[0063]
实施例终点温度，℃终点碳，％终点氧，％终点p，％终点s，％116650.0680.0420.0140.0085216500.0830.0350.0120.0100316980.0730.0490.0110.0052
417000.0500.0500.0150.0043516860.0620.0400.0130.0067616750.0750.0310.0120.0071
[0064]
步骤3、出钢控制：
[0065]
出钢采取滑板挡渣和留钢操作，留钢量2-4t，钢包中先垫入30％碳粉，出钢1/3时加入低钛低铝硅铁、金属锰脱氧合金化，出钢2/3时加入合成渣球，出钢结束加入余下碳粉，出钢过程不加造渣料，全过程钢包开大底吹搅拌，出钢结束开中等强度底吹搅拌，底吹搅拌结束加碳化硅均匀铺洒在钢水表面造渣料加入量如表4所示。本实施例添加的低钛低铝硅铁中，以质量百分比计：ti≤0.015％、al≤0.01％，si：73-78％、其余为fe和不可避免的杂质组分。
[0066]
实施例1-3采用li2co3与na2o合成渣球，实施例4-6采用li2co3与k2o合成渣球。
[0067]
表3合成渣球参数
[0068][0069]
表4转炉出钢造渣料加入情况
[0070][0071][0072]
步骤4、lf精炼：
[0073]
钢水运至精炼，快速通电升温及调整钢水成分，待温度、钢水成分全部达标后加入预熔渣造渣，加料过程开启通电保温模式，底吹流量为弱底吹，保证预熔渣均匀熔化，且不卷入钢水中，造渣完成后，进行软搅拌处理。
[0074]
表5精炼过程工艺参数控制情况
[0075]
[0076]
表6预熔渣的成分，wt％
[0077]
实施例sio2caomgo余量为杂质145.041.510.03.5248.540.68.62.3350.043.25.01.8447.145.05.82.1546.843.57.81.9649.243.36.11.4
[0078]
步骤5、运至连铸浇铸。
[0079]
通过上述生产方法得到连铸中间包钢水中的夹杂物主要成分含量sio2：50-60％、mno：10-20％、碱金属氧化物：5-15％、cao+al2o3≤15％，以及其他不可避免的组分。其中，实施例1-3的夹杂物为sio
2-mno-li2o-na2o系夹杂物，实施例4-6的夹杂物为sio
2-mno-li2o-k2o系夹杂物。连铸中间包钢水总氧含量如表7。
[0080]
表7连铸中间包钢水总氧含量
[0081]
实施例123456t.o，ppm19.512.815.613.511.717.3
[0082]
实施例7-12
[0083]
一种帘线钢夹杂物塑性化控制方法，包括以下步骤：
[0084]
步骤1、kr铁水预处理：铁水运至kr进行脱硫处理，脱硫后铁水参数见表1(即转炉入炉铁水参数)。
[0085]
步骤2、冶炼：
[0086]
采用100t电炉冶炼，电炉入炉铁水、废钢条件及终点控制情况如表8、9所示。
[0087]
表8电炉入炉铁水条件及废钢比
[0088]
实施例温度，℃c，％si，％s，％废钢比，％713904.500.250.00256814104.460.600.00265913804.610.370.0015101014054.300.550.003781113964.650.390.001791213854.560.450.00217
[0089]
表9电炉出钢终点控制情况
[0090]
实施例终点温度，℃终点碳，％终点氧，％终点p，％终点s，％716750.0880.0320.0130.0075816580.0970.0280.0150.0030916500.1060.0350.0120.00521016960.0680.0430.0110.00951117000.0500.0500.0140.00281216700.0850.0310.0120.0046
[0091]
步骤3、出钢控制：
[0092]
电炉冶炼出钢采取滑板挡渣和留钢操作，留钢量2-4t，钢包中先垫入30％碳粉，出钢1/3时加入低钛低铝硅铁、金属锰脱氧合金化，出钢2/3时加入合成渣球，出钢结束加入余下碳粉，出钢过程不加造渣料，全过程钢包开大底吹搅拌，出钢结束开中等强度底吹搅拌，底吹搅拌结束加碳化硅均匀铺洒在钢水表面，造渣料加入量如表11所示。本实施例添加的低钛低铝硅铁中，以质量百分比计：ti≤0.015％、al≤0.01％，si：73-78％、其余为fe和不可避免的杂质组分。
[0093]
实施例7-9采用li2co3与na2o合成渣球，实施例10-12采用li2co3与k2o合成渣球。
[0094]
表10合成渣球参数
[0095][0096]
表11电炉出钢造渣料加入情况
[0097][0098]
步骤4、lf精炼：
[0099]
钢水运至精炼快速通电升温及调整钢水成分，待温度、钢水成分全部达标后加入预熔渣造渣，加料过程开启通电保温模式，底吹流量为弱底吹，保证预熔渣均匀熔化，且不卷入钢水中，造渣完成后，进行软搅拌处理。
[0100]
表12精炼过程工艺参数控制情况
[0101][0102]
表13预熔渣的成分,wt％
[0103]
实施例sio2caomgo余量为杂质746.540.39.33.9
849.342.55.62.6948.741.68.21.51047.144.26.62.11146.8455.92.3125042.55.81.7
[0104]
步骤5、运至连铸浇铸。
[0105]
通过上述生产方法得到连铸中间包钢水中夹杂物主要成分含量sio2：50-60％、mno：15-20％、碱金属氧化物：5-15％、cao+al2o3≤15％，以及其他不可避免的组分。其中，实施例7-9的夹杂物为sio
2-mno-li2o-na2o系夹杂物，实施例10-12的夹杂物为sio
2-mno-li2o-k2o系夹杂物。连铸中间包钢水总氧含量如表14。
[0106]
表14连铸中间包钢水总氧含量
[0107]
实施例789101112t.o，ppm17.211.513.616.712.816.5
[0108]
对比例1
[0109]
原工艺生产帘线钢时，转炉或电炉出钢加石灰、萤石、合成渣造渣，然后运至精炼处理，精炼将钢水与炉渣成分、钢水温度调整到位后，炉渣碱度0.85-1.05，然后进行软搅拌处理，软搅拌时间20min以上。得到中间包钢水的夹杂物类型主要为sio
2-cao-al2o3和sio
2-al2o
3-mno系夹杂，其中sio2含量40-60％，cao含量20-40％，mno含量5-12％，al2o3含量3-15％，mgo含量3-7％，夹杂物组分范围波动大，部分夹杂物处在高熔点区，轧制过程不易变形。
[0110]
试验例
[0111]
将实施例和对比例制备的铸坯采用同一工艺轧制成φ5.5mm的盘条，然后对其进行拉拔，将其制备成φ0.015mm的丝。本发明所述的方法在盘条拉拔过程中，夹杂物延展变长，长宽比＞10，拉拔或合股扭转过程的断丝率≤3.5次/吨。对比例1的原工艺夹杂物在盘条拉拔过程中，夹杂变形量小，长宽比2-9，拉拔或合股扭转过程的断丝率5-8次/吨。
[0112]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。