鋼棉纖維用熱軋盤條的開發生產實踐

肖士偉，謝紅委，孫萬信

1 前言

鋼棉是一種由低碳鋼經刮削加工而成的金屬纖維，纖維直徑為0.003～0.100 mm，呈棉絮狀，主要用于阻磨材料，塑料和橡膠的補強，屏蔽材料，還可以用于消聲、過濾、拋光、工業和生活用具的擦洗等。鋼棉摩擦材料比石棉摩擦材料有著極其優越的工藝性能，摩擦系數高，在350℃時，其摩擦系數＞0.35；摩損率比石棉摩擦材料小50%以上，并具有耐熱性能高、摩擦性能穩定、強度高、不易刮傷對偶件、無噪聲、無火花等優點，與石棉相比較可提高使用壽命1～2倍。鋼棉可替代石棉用于生產汽車剎車片和離合器等，由于比石棉具有更好的制動性能，且壽命長、無污染等，在國內外得到廣泛應用，近些年已經完全替代石棉而得到廣泛使用。

鋼棉鋼絲是用Φ6.5～Φ8.0 mm的低碳易切削原料盤條經過拉絲生產的，鋼棉生產企業制作鋼棉對原料盤條的總體要求是不斷裂、易刮削、纖維長、不掉渣。國內目前有許多高速線材廠開發生產這種用于制作鋼棉的低碳易切削原料盤條，其技術條件基本是根據鋼棉纖維生產用戶提出的要求各自設計的。為了加快企業發展步伐，提高產品的技術含量，增強企業的市場競爭能力，開發市場前景好的新產品成為企業發展的關鍵。張鋼根據目前的工藝裝備水平，完全具備滿足生產鋼棉纖維用熱軋盤條的條件。為此，根據客戶提出的產品標準要求，成功開發生產了鋼棉纖維用熱軋盤條。

2 產品開發

張鋼現有設備1 350 m3高爐1座，鐵水預處理、脫硫等設施，2座100 t頂底復吹轉爐，2座爐外精煉LF+VD爐，2臺7機7流連鑄機（可生產150 mm×150 mm、165 mm×165 mm斷面鋼坯，擁有結晶器和末端電磁攪拌系統），1套設計產量為60×2萬t/a高速線材機組，其中2架預精軋機組、8+4精軋機組、飛剪、夾送輥和吐絲機等設備2011年從意大利達涅利公司引進。

工藝路線：鐵水→1#轉爐→2#LF爐→2#連鑄→加熱爐加熱→高壓水除磷→粗中軋→預精軋→水冷→精軋→水冷→減定徑終軋→吐絲→風冷線冷卻→緩冷線緩冷→打包→稱重掛牌→入庫。

2.1 化學成分設計

市場上使用最多的是碳含量＜0.10%的盤條，不同的用戶拉絲和鋼棉生產工藝對不同原料盤條的適應性有較大差異。為使鋼棉用熱軋盤條產品系列化，有必要按碳含量細分產品牌號，更有利于用戶根據自己生產工藝的特點和實際情況選用原料盤條。根據鋼棉鋼絲抗拉強度等力學性能的要求，碳含量為0.10%左右是適宜的，若碳含量較高對鋼絲剃削加工將產生不利影響。結合行業標準YB/T 4433—2014，設計了鋼棉用熱軋盤條產品成分，首先開發了碳含量＜0.10%的盤條，制定了產品標準，其牌號和成分設計見表1。

表1 鋼棉鋼化學成分設計（質量分數）%

2.2 煉鋼連鑄工藝

鐵水溫度不低于1 280℃，經過撈渣處理，選用自產廢鋼、軋廢作為冷卻廢鋼。轉爐采用“低碳鎮靜鋼模式”進行底吹，終點低拉碳，出鋼溫度控制在1 640～1 660℃。精煉過程注意控制渣的堿度，出鋼到1/3時開始陸續加入Si-Ca-Ba進行脫氧，采用雙擋渣出鋼，控制下渣量。造黃白渣保持時間控制在10 min以上，然后出站進行軟吹，采用氬氣進行軟吹，軟吹不少于10 min。軟吹時要保持渣面微動不裸露鋼水，精煉完畢加鋼包蓋進行保溫。拉矯前鑄坯溫度控制在920～950℃，鑄坯未保護澆注的部分，更換水口部位，鋼坯切割掉。

連鑄中間包溫度控制在1 540～1 560℃，使用砌筑擋渣墻、擋渣壩的塞棒包，拉速控制在1.7～2.0 m/min。實施全保護澆注，大包長水口氬封。大包開澆后向中包內投入低碳堿性覆蓋劑，使其迅速覆蓋渣面，滿包后加碳化稻殼做保溫劑。澆注過程中沖擊區需要加入低碳堿性覆蓋劑進行保溫，不能使用碳化稻殼，避免增碳。保持高液面澆注。連鑄使用電磁攪拌技術，能減少鑄坯皮下氣泡，減少偏析和縮孔，改善鑄坯表面質量，增加微細等軸晶，防止結晶器內的不均勻凝固。

2.3 控冷工藝

控制終軋溫度主要是控制奧氏體晶粒尺寸，一般終軋溫度高時晶粒大。對于主要用于生產拉拔等用途的低碳鋼、焊線鋼等，要求得到低強度、高塑性的粗鐵素體組織，終軋溫度可相應提高到880～950℃。吐絲溫度對鋼材性能影響很大，低碳鋼（C≤0.15%）在保持其他條件不變的前提下，吐絲溫度越高，線材的抗拉強度越低，一般控制在880～900℃。為了保證線材性能均勻，要求將吐絲溫度嚴格控制在規定范圍內，允許波動一般約為±10℃。

低碳鋼線材為了得到比較大的鐵素體晶粒，需要有較高的吐絲溫度以及緩慢的冷卻速度，以得到較大的奧氏體晶粒，同時要求鋼中雜質含量少，轉變后鐵素體晶粒大。對于低碳鋼來說，沉淀強化的危害較小，因此必須使溶解于鐵素體中的碳沉淀出來。對于主要以鐵素體組織為主的低碳鋼線材，一般離開軋機后在水冷箱立即被急冷到900℃左右，水冷時間控制在1 s以內，目的是防止線材表面出現淬火組織。在水冷箱控制冷卻的目的在于延遲晶粒長大，限制形成較厚氧化鐵皮并冷卻到接近但又明顯高于相變的溫度［1］。

軋制線共設有7個水冷箱，1#、2#水冷箱在精軋機組前，3#～5#水冷箱在精軋后控制終軋溫度，6#、7#水冷箱在終軋后。每個水冷箱形成溫度閉環控制系統，在軋制過程中，根據來料長度方向上的溫度偏差，微處理器通過流量調節閥對冷卻水進行連續調節，同時水冷箱之間設有均溫導槽（溫度恢復段）,這將使離開水箱的軋件溫度非常均勻，與設定溫度的偏差在±5℃范圍內。風冷可采用緩慢型冷卻，盤條在風冷輥道運輸過程中加蓋保溫罩，風冷輥道速度可設定為低一些，可使散卷線材以很慢的冷卻速度冷卻。因此，設計軋制工藝參數為開軋溫度970～990℃，精軋機入口溫度880～900℃，減定徑入口溫度870～890℃，吐絲溫度870～890℃，風冷輥道速度0.2 m/s，風機及保溫罩全部關閉并在打捆入庫前進行空冷。

3 產品質量分析

3.1 化學成分

對所生產Ф6.5 mm盤條抽取5批次進行了化學成分分析，其結果見表2，化學成分完全滿足客戶要求。

表2 Ф6.5 mm盤條化學成分（質量分數） %

3.2 組織性能

對Ф6.5 mm熱軋盤條進行外觀尺寸檢查，尺寸偏差（6.5±0.10）mm，不圓度≤0.20 mm，均達到C級精度；盤條的力學性能及金相檢驗結果見表3。

表3 力學性能及金相組織

張鋼開發生產的鋼棉纖維用熱軋盤條，組織性能穩定，完全滿足客戶要求，生產順行，工藝參數穩定。山東某客戶鋼棉生產工藝：原料準備→上料→機械剝殼→6道次拉拔至2.95 mm→刮削→粉碎→篩分→質量檢驗→包裝→入庫。張鋼生產的鋼棉鋼盤條力學性能穩定，達到了用戶提出的技術要求。鋼絲成棉率高達75%以上，剃削速度高，刀具壽命長，剃削時不斷絲，粉末少，纖維長且尺寸均勻。

4 結 語

生產實踐證明，采用控軋控冷技術生產的棉纖維用熱軋盤條產品均能滿足技術標準要求，質量穩定，完全能夠滿足顧客需要。棉纖維用熱軋盤條的開發成功及批量生產，加快了張鋼調整產品結構的步伐，提高了煉鋼廠冶煉品種鋼的水平，進一步挖掘了高線生產的潛力，并取得了良好的經濟效益。

［1］ 王有銘，李曼云，韋光.鋼材的控制軋制和控制冷卻［M］.2版.北京：冶金工業出版社，2009.