钢帘线生产现状和冶炼技术难点的攻克

钢帘线是橡胶制品，尤其是汽车子午胎理想的骨架材料，主要用于子午胎体、带束层、胎侧增强层和胎圈包布，制成的轮胎适合于车辆在高速状态下行驶，具有载荷大、抓着力好、耐刺扎、寿命长、节油等一系列优点。

　近年来，国内汽车、轮胎及钢帘线的发展极为迅速，特别是在我国汽车产销量居全球第一后，钢帘线市场具有很大的潜力。不过，随着汽车工业的迅猛发展，对子午线轮胎的安全性、舒适性和经济性等方面的要求不断提高，钢帘线将加速向高强度、高渗透性等先进技术方向发展，因此也对帘线钢提出了更大的要求。

1 国内外钢帘线生产现状

　1.1 国外钢帘线生产现状

目前世界上主要生产钢帘线用线材的生产厂有：德国撒斯特（SKD）、日本住友（SMI）、日本新日铁（NSC）、日本神户（KSL）和韩国浦项（POSCO）等。

世界上著名的钢帘线专用线材生产厂商德国SaarstahlAG公司冶炼帘线钢时，铁水经160t~170t鱼雷罐车运至炼钢厂，在140t铁水包中进行脱硫预处理，外加15%~20%返回废钢组成炼钢原料。在165t转炉内进行吹炼，转炉为顶底复吹式。炉顶有5个~6个氧枪，每分钟吹入500m3~650m3氧气。炉底有10个Φ4mm的孔，每分钟吹氩气量0.015Nm3/t~0.5Nm3/t。其氧枪的位置、吹氧速度和底吹氩气量均由声控仪或废气成分分析仪实现自动控制。炉外精炼采用RH，最大真空度为50Pa，二台TN喷粉装置，其中一台用于喷吹CaC2粉和CaSi粉。成分微调后加入冷料由送风站完成。此外还配有双线喂丝机喂CaSi线和Ca线，这些工艺技术的应用，是保证钢帘线专用线材纯净度必不可少的前提。

1.2 国内钢帘线生产现状

帘线钢对于高线厂来说附加值较高，国内多家钢帘线厂寻找国内帘线钢线材供应商，市场需求旺盛。原来依靠日本、德国、意大利等供应的帘线钢线材对国内供应货源的需求更加强烈。迄今我国国内只有宝钢、武钢、鞍钢等能生产一些帘线钢。国内一些生产帘线钢的合资企业所使用的坯料还大量依靠进口。国内企业通过引进消化吸收国外先进技术，产品质量和技术水平有了显著的提高，在产品质量与国外差别不大的前提下，拥有较强的成本优势。

1.3 国内主要生产企业状况

　宝钢线材产线投产于1999年3月，年设计产能40万t，以钢帘线、弹簧钢、汽车用冷镦钢及高等级桥梁缆索用钢为主。2010年，钢管事业部把市场需求较大的钢帘线等汽车用高附加值产品作为主攻目标，钢帘线生产实现历史突破，全年销量逾12万t，形成了从72至92钢帘线全系列生产能力。

2011年1月28日，宝钢成功生产出B96LX极高强度钢帘线盘条。经检测，各元素成分均达到内控标准，铸坯偏析度控制在1.04以下，夹杂物尺寸全部控制在5μm以下；成品盘条检验结果完全达到了极高强帘线用盘条质量要求，盘条偏析按照ISO16120标准评级为一级，标志着宝钢钢帘线制造能力达到国际先进水平，实现了钢帘线盘条产品的全系列覆盖。钢帘线每提高一个等级，汽车轮胎就可以减重10%。因此，提高强度、减轻重量、延长寿命是汽车行业轻量化发展对钢帘线提出的要求。

宝钢现已成为世界子午线生产行业巨头米其林的国内最大钢帘线供应商，并向世界最大的钢帘线、钢丝及制品制造商贝卡尔特稳定供货。

武钢是从2000年1月开始帘线钢WLX72A线材研究的。随着汽车轮胎向轻量化发展，高强度钢帘线的需求量越来越大。2005年起，武钢先后开始了帘线钢WLX82A、WLX92A线材的研究，并在五个对帘线钢线材质量最为关键的部分加以突破，即：非金属夹杂塑性化技术、钛夹杂控制技术、200mm×200mm连铸坯轻压下技术、铁水脱硫防止回硫技术、帘线钢线材控制控冷技术。

武钢是国内钢厂中第一家获得法国米其林公司、比利时贝卡尔特公司的质量认证，并成为国内最早获得了贝卡尔特公司颁发的全球最佳供应商奖的钢厂之一，在整个国内帘线钢线材市场占据了主导地位，质量达到了国际先进水平。其钢帘线产品已广泛地供应米其林、固特异、普林斯通、韩泰、佳通等国内外轮胎厂家，生产轿车、轻卡、客车、工程车等多种类型的轮胎。

2 钢帘线冶炼工序及精炼

帘线钢的冶炼工艺主要有以下两种：①电炉→二次精炼→连铸或模铸；②高炉→铁水预处理→转炉冶炼→二次精炼→连铸。一般不宜采用电炉冶炼，由于其炉料废钢中残留有害微量元素（Ni、Pb、Cu、Cr）会影响到钢的质量。

　　由于帘线钢用成品钢丝的丝径一般都在0.15mm~0.38mm，钢中尺寸大于5μm的硬性夹杂（主要是Al2O3）数量较多时，拉拔过程中的断丝率将很高。因此，为减少夹杂物和改变其形态，降低钢丝脆断率，帘线钢必须采用二次精炼。

国内外帘线钢主要采用LF+VD或LF+RH法进行精炼，通过采用Si-Mn合金脱氧以及改变精炼渣系，达到控制钢中酸溶铝含量，进而使钢中夹杂物转变为塑性CaO-SiO2-Al2O3夹杂的目的。在具体的做法上，转炉出钢时尽量控制下渣量，或者是在出完钢后扒去钢包内的转炉渣，再加入精炼渣。并且，LF与VD或LF与RH配合使用能有效脱S，降低钢中O含量，使夹杂物转变为液相、易聚合上浮的钙铝酸盐。经过钢包炉处理的钢液，杂质元素含量和夹杂水平均有明显改善，能生产S含量0.0007%~0.003%，O含量0.0013%~0.0017%，夹杂物0~1.0级的洁净钢。

　　钢帘线是橡胶制品，尤其是汽车子午胎理想的骨架材料，主要用于子午胎体、带束层、胎侧增强层和胎圈包布，制成的轮胎适合于车辆在高速状态下行驶，具有载荷大、抓着力好、耐刺扎、寿命长、节油等一系列优点。

　　近年来，国内汽车、轮胎及钢帘线的发展极为迅速，特别是在我国汽车产销量居全球第一后，钢帘线市场具有很大的潜力。不过，随着汽车工业的迅猛发展，对子午线轮胎的安全性、舒适性和经济性等方面的要求不断提高，钢帘线将加速向高强度、高渗透性等先进技术方向发展，因此也对帘线钢提出了更大的要求。

　　3 钢帘线冶炼技术攻关

　　3.1 钢帘线冶炼技术难点

　　钢帘线冶炼技术难点在于以下几点：

　　1）成分允许波动范围小

　　碳含量（碳当量）对拔丝影响很大，据统计，碳当量每提高0.01%，断丝率约提高5%。钢帘线盘条的C含量高、范围窄，一般在0.7%以上。对于高碳钢来说，碳含量与碳当量稳定精确控制是个难点。需要通过提高转炉出钢的含C量、LF炉通过增碳剂精确调整C含量进行控制。

　　2）夹杂物控制严格

　　要求纯净钢。在钢帘线加工过程中，单丝直径最小拉拔到Φ0.15mm，夹杂物的大小和形态直接决定着考核帘线钢线材质量的一个最重要指标——拉拔断丝率。控制夹杂物成为炼钢厂冶炼水平的直接体现。现在一些先进钢厂在研究零夹杂的超纯净钢冶炼。冶炼过程中必须严格控制脱氧、精炼，减少钢中的夹杂物含量。另外，通过渣洗法进行夹杂物无害化处理，一可以减少夹杂物的数量和尺寸，二可以得到易变形的夹杂物。要合理确定钢水罐、浇注水口的耐火材料来控制外来夹杂的产生。

　　3）避免成分偏析

　　C、Mn偏析一般产生在连铸坯凝固过程中，对高碳钢来说，更容易在心部产生偏析，它会强烈推迟线材轧制时心部珠光体转变。冷却速度较快，则形成心部马氏体，冷却速度较慢，则形成心部渗碳体。这两种组织都会导致线材在拉丝中断裂。采用大方坯连铸技术、电磁搅拌技术、轻压下技术对控制偏析有很大好处。

　　3.2 钢帘线夹杂物的影响分析

　　钢帘线是线材制品中的极品，被称为“皇冠上的明珠”。因为钢帘线用钢要被拉至0.15mm~0.38mm丝并制成绳，拉拔成细丝100km不允许断头，所以钢帘线所有生产工序都有较严格的要求，其中对夹杂物的控制最为关键，钢帘线在冷拔和捻股过程中发生断丝，最主要的原因之一是钢中存在硬而不变形的脆性夹杂物。实验表明，夹杂物大于被加工钢丝直径2%就会导致钢丝在冷拉和合股过程中脆性断裂。钢帘线断丝的主要原因有以下几点：

　　1）原辅材料有害元素的影响

　　原辅材料是保证帘线钢质量的前提，入炉铁水、废钢、添加的渣料、合金料等均需要对有害元素进行控制。钢帘线用钢除C，Si，Mn按规定成分控制以外，其它各元素更要严格控制，否则就会导致断丝，如Cu含量超标会引起“红脆”等，电炉加入40%废钢，带入的Cu元素不能在后道工艺中去除，必须使用优质废钢。Ti元素在钢中危害也很大，与N元素在凝固过程中形成小尺寸、带棱角的、硬脆的TiN夹杂，即钛夹杂。钛夹杂在钢丝拉拔过程中加重模耗，并严重恶化成品的抗疲劳性能。由于Ti元素性质活泼，极易与O、N发生反应，炼钢残留的少量Ti元素也会对成品造成很大的危害，因此必须控制其来源，使用特殊合金及合成渣，将原辅材料中的钛元素限制在最低水平。Al是强脱氧元素，钢液脱氧过程中一旦析出A12O3夹杂，精炼过程中无法将它们从钢液中彻底去除；特别是尺寸小于10μm的夹杂，要通过常规的精炼工艺从钢液中有效去除是十分困难的。即使将钢液全氧质量分数降低到（5~6）×10-6，材料疲劳断口上仍然发现直径为10μm~20μm的A12O3颗粒。另外，钢中A1元素还会与渣中的TiO2发生反应：4[A1]+3（TiO2）=3[Ti]+2（A12O3），使渣中的氧化钛被还原后进人钢液中，不利于Ti元素的去除。

　　2）全氧含量的影响

　　氧的控制是冶炼钢帘线用钢的一项非常重要的工作。全氧含量高夹杂物数量高后无论夹杂成分控制的多好，都会导致断丝。

　　3）偏析的影响

　　高碳钢偏析也是影响断丝的一个重要因素，偏析高对轧钢组织控制带来不良影响；同时使夹杂物的分布不均，产生断丝。钢帘线用钢盘条偏析评级≤2级，应达到标准。

　　4）气体含量的影响

　　气体对钢帘线断丝的影响主要是H和N的含量。

　　5）夹杂物的影响

　　杂物是影响断丝的主要原因，特别是A12O3夹杂。

　　3.3 夹杂物的控制

　　夹杂物形态控制主要依靠精炼渣来实现，但每个钢厂有不同的工艺条件，夹杂物受很多因素制约，如原材料、合金、耐火材料等，所以各厂设备不一样，冶炼方法也不一样。可以从钢丝断口形貌、断丝入手借助电子探针和图形仪分析夹杂物。同时对LF精炼夹杂物进行有限控制，用电解和金相分析铸坯中的夹杂物可以有效的减少夹杂物对质量的影响。

　　国际上，钢帘线用钢最常用的标准是皮拉利标准，该标准对夹杂物的要求：钢中总氧含量≤30×10-6；夹杂物最大尺寸，一般要求<Φ15μm，更细的丝及高强度帘线要求夹杂物直径小于钢丝直径的2％；钢中不允许纯A12O3夹杂存在，复合氧化物夹杂中A12O3要求质量分数≤50％；夹杂物数量根据不同强度级别、不同钢丝直径的要求，一般要控制在1000个/cm2以下。

　　严格控制钢中A1，所有合金、原料中不允许含A1，同时要控制渣中碱度（CaO/SiO2）。当碱度在≤1.0时，渣中A12O3≤15％可以实现A1的微量控制，即能满足夹杂物中A12O3控制在20％左右。

　　但日本研究表明，精炼渣中CaO，SiO2与钢中全氧含量有较大关系。当碱度≤1.0时，全氧水平在（20~25）×10-6左右，但实际操作中全氧很难达到这一水平。全氧含量高即夹杂物数量多，也是影响断丝的重要因素。

　　4 结束语

　　帘线钢作为钢帘线的生产材料，是线材制品中的高技术含量、高附加值产品。钢帘线主要用于子午轮胎的胎体骨架层，而轮胎又是汽车的重要配套产品，汽车工业的发展、汽车产量和保有量的增长直接决定了轮胎行业的市场前景，间接影响钢帘线行业的市场前景。

　　由于近年来钢帘线企业纷纷扩能，目前业内不少企业正在或者准备扩能。虽然国内子午胎产量不断增加，但其对钢帘线的需求增长并不是无限的，而出口市场的波动、翻新轮胎比例的提高以及新型工艺材料的应用将对市场产生潜在影响，国内钢帘线企业扩能应慎重。