帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法与流程

本发明属于冶金技术领域，尤其是一种帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法。

背景技术：

帘线钢盘条是生产轮胎子午线用钢—钢帘线的主要原料，钢帘线在加工过程中，其单丝直径小至φ0.15mm，从φ5.5mm的盘条开始拉拔，长度延伸达1344倍，对表面质量和盘条原始组织要求极高。

钢帘线生产工艺中的预处理工序主要作用之一即为去除盘条表面氧化铁皮，目前主要去除方式为机械除磷+酸洗、直接酸洗、机械除磷免酸洗，不论何种方式，其主要目标均为将盘条表面氧化铁皮去除干净，尽量降低残留比例。若表面氧化铁皮去除不净，会影响盘条表面硼化效果进而导致拉拔润滑不良，拉拔时残余的氧化铁皮也会划伤盘条表面导致断丝，还会损坏模具，降低模具使用寿命。

同时帘线钢氧化铁皮具有阻止盘条过快锈蚀的作用，即盘条氧化铁皮在预处理除磷前不能脱落，避免盘条基体接触潮湿空气导致锈蚀，具有良好质量的氧化铁皮保护的帘线钢盘条可以在室内环境下存在6～12个月而不发生明显锈蚀。实际生产的帘线钢盘条表面氧化铁皮经常存在气泡、局部脱落、红锈等缺陷，此类缺陷将加速导致盘条基体锈蚀，需要尽力避免。

氧化铁皮是钢材生产过程中普遍存在的一种氧化物，许多研究者已系统地研究了碳钢在空气中的高温氧化行为。在空气中随着温度高低变化，碳钢氧化铁皮中FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃三相比例会随之改变，最终形成一种复合层状结构，氧化铁皮形成组分比例和结构如图1、图2所示。其中FeO在200～560℃会发生共析转变，转变产物为Fe₃O₄和Fe，可以通过调节冷却速度控制此共析反应进行，FeO在空气的测得的共析转变温度时间转变曲线如图3所示。

帘线钢氧化铁皮要求具有一定的厚度、组分、结构等物性参数指标，通过这些物性参数，可以使之适合于不同氧化铁皮去除方式，达到良好的氧化铁皮去除效果。

日本学者通过研究认为，具备良好酸洗质量的氧化铁皮应该FeO比例较大，Fe₃O₄和Fe₂O₃难于酸洗的成分比例较低，氧化铁皮内部存在大量的裂纹，氧化铁皮与基体结合力较低，氧化铁皮厚度要薄；具备良好机械除磷质量的氧化铁皮应该氧化铁皮较厚且内部含有较少的裂纹，氧化铁皮不发生Fe₃O₄的转变，内应力要大，氧化铁皮与基体结合力较低，氧化铁皮厚度差要小，氧化铁皮与铁基体边界处尽量不出现Fe₃O₄，但以上研究结论没有介绍具体的工艺控制方法。

国内北京科技大学、武汉科技大学的学者研究了帘线钢氧化铁皮质量、生产工艺与机械除磷去除效果的关系，但研究只限于温度、冷却速度对机械除磷效果影响，无法实现适应于酸洗除磷方式，也无法灵活控制氧化铁皮物性参数及表面质量。

专利申请号201410282904.8公开了一种适于酸洗除鳞的80级帘线钢盘条及其生产方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、冷却工艺控制方法；但只针对盘条酸洗除鳞方式，且局限于盘条厚度的控制，不适用于其他除磷方式，也无法实现对氧化铁皮质量的灵活控制。

专利申请号201510393161.6公开了一种提高高碳钢盘条氧化铁皮酸洗性能的生产方法，通过精轧温度控制、风冷线风机风量控制实现了氧化铁皮组分的控制；但没有提及其他氧化铁皮指标的控制，也无法适用于机械除磷方式。

专利申请号201510807966.0公开了一种综合力学性能和氧化铁皮结构控制的柔性化生产方法，提出通过钢种的合理合金成分，加热，轧制温度等方式来得到较薄的氧化铁皮厚度和优良的表面质量；该方法没有涉及具体钢种，其主要目的是减少氧化铁皮，并不涉及后续氧化铁皮质量及对除磷方式的影响。

专利号201010189410.7公开了热轧带钢表面氧化铁皮柔性化控制方法，通过控制冷却速度和卷取温度通过控制FeO的共析反应程度来达到氧化铁皮结构的合理控制，主要适用于热轧带钢。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种控制灵活的帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括加热、轧制和冷却工序，其特征在于：所述轧制工序中，进精轧温度为880～930℃，吐丝温度880～935℃；所述冷却工序中，斯太尔摩冷却线的辊道速度为0.6～1.0m/s，前三架风机开启1～3台，前三架风机段冷却至≥830℃。

本发明所述冷却工序中，相变后冷却速度控制在0.5～15℃/s, 控制集卷温度为100～400℃。

本发明所述轧制工序中，控制精轧机成品辊或减定径轧辊表面粗糙度Rz≤2um。

本发明所述加热工序中，控制钢坯加热温度1050～1080℃，加热总时间90～130min；其中高温段加热时间≤40min，炉气残氧量≤3.0wt%；出钢后高压水除磷≥15MPa，除磷温度为1000～1050℃。所述轧制工序中，精轧后水箱冷却水水嘴压力控制在≤5.0Bar。

本发明所述冷却工序中，出前三架风机段之后至盘条相变温度点冷却速度在15～25℃/s。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：A）可实现盘条表面氧化铁皮厚度6～16um范围内灵活控制。

B）可以实现盘条表面氧化铁皮FeO:Fe₃O₄两相比例在1:1至4:1之间调整，满足机械除磷+酸洗、机械除磷免酸洗、酸洗除磷三种方式。

C）可以实现氧化铁皮厚度差≤3um，氧化铁皮内部存在或不存在裂纹，使之适应酸洗和机械除磷的不同要求。

D）氧化铁皮表面无气泡，改进了红锈、脱落等异常问题。

本发明适用于φ5.5mm规格帘线钢的氧化铁皮质量的柔性化控制，通过调整加热温度、加热时间、炉内气氛控制、除磷水压力、轧辊表面质量、进精轧温度、精轧后水冷压力、吐丝温度、风机开启数量和斯太尔摩辊道速度等参数，实现氧化铁皮厚度、组分、内部裂纹、表面质量等物性参数的匹配，使之能够适用于直接酸洗、机械除磷免酸洗、机械除磷+酸洗等不同氧化铁皮去除方式，同时改进帘线钢氧化铁皮局部脱落、气泡、出现红锈的质量问题，延长帘线钢室内保存时间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是碳钢在空气中氧化铁皮形成组分比例图；

图2是碳钢在空气中氧化铁皮形成结构示意图；

图3是FeO在空气中测得的共析转变温度时间转变曲线图；

图4本发明实施例1的φ5.5mm帘线钢盘条氧化铁皮金相图（50μm）；

图5本发明实施例1的φ5.5mm帘线钢盘条氧化铁皮显微分析图（10μm）；

图6本发明实施例2的φ5.5mm帘线钢盘条氧化铁皮金相图（50μm）；

图7本发明实施例2的φ5.5mm帘线钢盘条氧化铁皮显微分析图（10μm）；

图8本发明实施例3的φ5.5mm帘线钢盘条氧化铁皮金相图（50μm）；

图9本发明实施例3的φ5.5mm帘线钢盘条氧化铁皮显微分析图（10μm）。

具体实施方式

本帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法，是采用钢坯经加热、轧制和冷却工序生产成帘线钢盘条，钢坯成分符合GB/T 27691-2011帘线钢用盘条标准的要求；通过控制温度和不同温度段的时间长短来实现对氧化铁皮组分和厚度的调控，通过对冷却速度和FeO共析反应的控制来调整氧化铁皮内部裂纹状态，通过控制钢坯除磷质量和轧辊的状态来控制氧化铁皮厚度差，通过控制水箱冷却压力和吐丝温度等参数来控制氧化铁皮表面状态，最终实现氧化铁皮物性参数的柔性化控制，方法工艺如下所述：

1、氧化铁皮厚度的控制工艺：通过控制进精轧温度为880～930℃，吐丝温度为880～935℃，进入斯太尔摩冷却线，辊道速度为0.6～1.0m/s，前三架风机开启1～3台四项参数，前三架风机段冷却至830～865℃；可以调整盘条在935～(830～865)℃这个高温段所处时间，实现氧化铁皮厚度7～16um之间灵活控制，从影响大小排序分别为吐丝后前三架风机开启数量＞辊道速度=吐丝温度＞进精轧温度，其影响程度分别为12%、9%、9%、3%。

2、氧化铁皮组分的控制工艺：通过控制吐丝温度为880～935℃，相变后冷却速度控制在0.5～15℃/s, 控制集卷温度为100～400℃三项参数，可以控制氧化铁皮生产组分比例和FeO共析转变，实现对FeO:Fe₃O₄重量比例在1:1至4:1之间灵活控制。

3、氧化铁皮内部裂纹的控制工艺：通过控制减定径轧辊表面粗糙度Rz≤2um，控制相变后冷却速度控制在0.5～15℃/s, 控制集卷温度为100～400℃三项参数可以控制氧化铁皮内部是否存在裂纹。

氧化铁皮内部裂纹存在与否是由于氧化铁皮内应力和相对厚度差共同决定的，通过控制相变后冷却速度，可以控制氧化铁皮内应力的大小；氧化铁皮厚度差是由钢坯除磷质量和精轧成品辊、减定径轧辊表面粗糙度决定的，氧化铁皮相对厚度差是氧化铁皮厚度和厚度差的比值，厚度差越容易产生裂纹。同时FeO发生共析转变时也会导致内应力变化产生裂纹。

4、氧化铁皮表面质量的控制工艺：通过控制钢坯加热温度1050～1080℃，加热总时间90～130min，其中高温段加热时间≤40min，炉气残氧量≤3.0wt%，出钢后高压水除磷≥15MPa，除磷温度为1000～1050℃，保证钢坯除磷质量及轧辊表面粗糙度Rz≤2um，减少氧化铁皮脱落问题。

通过控制精轧后水箱冷却水水嘴压力控制在≤5.0Bar，吐丝温度880～935℃，可以减少表面红锈及氧化铁皮气泡问题。

实施例1：本帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法的具体工艺如下所述。

（1）加热工序：控制钢坯加热温度1060℃，加热总时间90min，其中高温段加热时间30min，炉气残氧量≤2.0wt%，出钢后高压水除磷15MPa，除磷温度为1050℃。

（2）轧制工序：除磷后钢坯通过6道次粗轧机、6道次中轧机及6道次预精轧机组，进入8道次精轧机组和4道次减定径机组，控制减定径轧辊表面粗糙度Rz≤1um，进精轧温度为930℃，精轧后水箱冷却水水嘴压力控制在3.0Bar，吐丝温度935℃

（3）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，辊道速度为0.6m/s，前三架风机开启1台，进入高冷速段温度（风冷段）温度865℃。控制865℃至盘条相变温度点625℃冷却速度在15～20℃/s，相变后冷却速度控制10～15℃/s, 控制集卷温度100～200℃，盘卷头尾不冷头尾要求去除干净。

由图4、5可见，本实施例所得帘线钢盘条的氧化铁皮厚度16um，氧化铁皮厚度差≤1.5um，FeO:Fe₃O₄=3:1，氧化铁皮内部无裂纹，氧化铁皮内部内应力较大，FeO未发生共析转变，氧化铁皮表面无气泡、红锈、脱落现象，适合机械除磷免酸洗及机械除磷+酸洗的氧化铁皮去除方式。

实施例2：本帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法的具体工艺如下所述。

（1）加热工序：控制钢坯加热温度1080℃，加热总时间100min，其中高温段加热时间35min，炉气残氧量≤3.0wt%，出钢后高压水除磷17MPa，除磷温度为1020℃。

（2）轧制工序：除磷后钢坯通过6道次粗轧机、6道次中轧机及6道次预精轧机组，进入8道次精轧机组和4道次减定径机组，控制减定径轧辊表面粗糙度Rz≤2um，进精轧温度为900℃，精轧后水箱冷却水水嘴压力控制在5.0Bar，吐丝温度900℃

（3）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，辊道速度为0.75m/s，前三架风机开启2台，进入高冷速段温度（风冷段）温度850℃。控制850℃至盘条相变温度点625℃冷却速度在20～25℃/s，相变后冷却速度控制5～10℃/s, 控制集卷温度300～400℃，盘卷头尾不冷头尾要求去除干净。

由图6、7可见，本实施例所得帘线钢盘条的氧化铁皮厚度10um，氧化铁皮厚度差≤1.5um，FeO:Fe₃O₄=3:1，氧化铁皮内部无裂纹，氧化铁皮内部内应力较大，FeO未发生共析转变，氧化铁皮表面无气泡、红锈、脱落现象，适合机械除磷+酸洗的氧化铁皮去除方式。

实施例3：本帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法的具体工艺如下所述。

（1）加热工序：控制钢坯加热温度1050℃，加热总时间130min，其中高温段加热时间40min，炉气残氧量≤2.0wt%，出钢后高压水除磷16MPa，除磷温度为1000℃。

（2）轧制工序：除磷后钢坯通过6道次粗轧机、6道次中轧机及6道次预精轧机组，进入8道次精轧机组和4道次减定径机组，控制精轧机成品辊（最后2架轧机轧辊）表面粗糙度Rz≤2um，进精轧温度为880℃，精轧后水箱冷却水水嘴压力控制在4.2Bar，吐丝温度880℃

（3）冷却工序：进入斯太尔摩冷却线，辊道速度为1.0m/s，前三架风机开启3台，进入高冷速段温度（风冷段）温度830℃。控制830℃至盘条相变温度点（645℃）冷却速度在18～22℃/s，相变后冷却速度控制在0.5～5℃/s之间, 控制集卷温度为200～300℃，盘卷头尾不冷头尾要求去除干净。

由图8、9可见，本实施例所得帘线钢盘条的氧化铁皮厚度7um，氧化铁皮厚度差≤2um，FeO:Fe₃O₄=4:1，FeO发生少量的共析转变，氧化铁皮内部存在裂纹，氧化铁皮表面无气泡、红锈、脱落现象，适合直接酸洗的氧化铁皮去除方式。