钻石切割线用高碳钢的快速电渣重熔工艺研究.docx

钻石切割线用高碳钢的快速电渣重熔工艺研究薛正学1，一，郑亚旭1，一，林鹏1，郭保善1，都郢祁心，姜方1，2(1．邢台钢铁有限责任公司，河北邢台054027；2．河北省盘条工程技术研究中心，河北邢 台054027)摘要：为了稳定控制钢中夹杂物细小均匀，满足生产钻石切割线的质量要求，邢钢尝试 采用气氛保护快速电渣重熔工艺(Electroslag Rapid Remelting．ESRR)生产钻石切割线用 高碳钢82A通过控制渣系、熔速等参数，最终生产出满足拉拔要求的盘条，盘条中的夹杂物细小均匀，平均尺寸不超过61xrn；将①5．5mm的高碳钢盘条拉拔成中0．10mm的细丝， 可达到3000km以上不断丝，经用户使用能够满足钻石切割线的要求 关键词：气氛保护；电渣重熔：高碳钢：夹杂物：钻石切割线Study on the Electroslag Rapid Remelting Process of HighCarbon Steel for Diamond Saw WireXue Zheng-xuel一．Zheng Ya-xul”，Lin Pen91．Guo Bao-shanl．Du Ying-qilP。

Jiang Fangl，2(1．Xingtai kon and Steel Corp．，LTD，Xingtai 054027，Hebei，China．2．Wire Rod Engineering and Technology Researching Center ofHebei，Xingtai 054027，Hebei，China)Abstract：In order tO make the inclusions much smaller and more uniform in diamond saw wire， Xingtai Iron and Steel Corp．，LTD tried tO use Electroslag Rapid Remelting process to produce clean steel．Through adjusting slag composition，melting rate and other parameters，Xingtaiproduced high quality wire rod．The inclusions m wire rod are small and uniform,the average size of which did not exceeded 6um．It can be used for drawing中0．1 0mm fine wire withoutbreakage as long as 3000km and can reach the requirement of cutting diamond．4132Q!垒生2旦2Q!垒生壁塑生会途塞塞墨曼卫!：2Q!垒Keywords：protective atmosphere；Electroslag Rapid Remelting；high carbon steel；inclusion； diamond saw wire1前言钻石切割线是通过在细金属线的表面电沉积镍或热固化树脂来固定一层金刚石磨料， 适用于硅片、蓝宝石、磁性材料、特种玻璃、精密陶瓷等领域的线切割，如图1所示。

钻 石切割线对芯线要求非常高，必须使用线径在①o．08—0．10mm的高碳钢超细丝而由于传 统BOF／EAF—LF—cc工艺去除大颗粒夹杂物效果有限，仅能用于①o．10mm以上的高碳钢 细丝的稳定生产目前，除日本个别企业外n1，尚未见韩国及国内企业能够稳定提供该类 产品的报道图1单晶硅切割丝示意图Fig．1 Schematic of silicon ingot cutting邢台钢铁有限责任公司是全国最大的优特钢线材专业生产企业，产品种类包括：冷镦 钢、轴承钢、弹簧钢、帘线钢、易切削钢及不锈钢等切割丝用钢属于邢钢帘线钢中的高 端品种为了满足客户对钻石切割线的要求，邢钢重熔钢研究所尝试采用气氛保护快速重熔电渣炉(ESRR，Electroslag Rapid Remelting)生产超细高碳钢丝，以有效去除钢中的大 颗粒夹杂物并使钢中夹杂物细小弥散嘲，从而实现切割丝用盘条稳定的拉拔性能2实验条件本实验在邢钢重熔钢研究所中试车间2号快速电渣重熔炉上进行，如图2所示其主 要参数如表l所示该电渣炉2012年4月投产，是兼有ESR和ESRR功能的组合式气氛 保护抽锭式电渣炉采用奥地利INTECO公司快速重熔工艺，具备生产过程全自动控制、 恒熔速、连续抽锭、方锭切割、自动出坯等功能，装备配置达到国际领先水平，具备 生产160mmx 160mmx9m方锭和①600mmx4m圆锭等锭型的能力。

414图2中试车间2号快速重熔电渣炉Fig．2 No．2 ESRR furnace at the testing workshop表1 2号快速电渣重熔炉主要参数Table 1 Main parameters for No．2 ESRR fUlTIaCC参数数值自耗电极断面，mill280x325电渣锭断面，inm160x160电渣锭长度，m 9冷却水流量，m3／h 70保护气体种类Ar保护气体流量，m3／h 4本研究所用自耗电极原料82A成分如表2所示，其来源于“高炉—铁水预处理一转炉—LF一大方坯连铸”工艺所生产的连铸坯自耗电极经抛丸后去除表面的氧化铁皮，以减少电渣过程中钢液的增氧重熔后的电渣锭可用于生产05．5mm的高速盘条，进而拉拔成①0．10mm的细丝表2自耗电极82A成分Table 2 Chemical composition of the electrode 82A415本研究的实验条件如表3所示实验主要对比了不同渣系和熔速下夹杂物的成分和尺 寸，进而对最优的方案进行了拉拔实验其中，A渣系为标准渣系，为优化前使用的渣系； B渣系为低A1203渣系，以提高夹杂物的变形能力：C渣系为高A1203渣系，以提高炉渣 发热能力。

夹杂物的成分及尺寸采用扫描电镜一能谱仪(SEM—EDS)进行分析表3主要实验条件Table 3 Main experimental conditions3结果分析及讨论3．1渣系对盘条夹杂物尺寸的影响渣系对夹杂物尺寸的影响不仅与电渣锭中夹杂物原始尺寸有关，而且与轧制过程中夹 杂物本身的变形能力有关，盘条中的夹杂物尺寸更能综合反映渣系对夹杂物尺寸的影响， 因此，本研究将电渣重熔后的160mmxl60mm的方坯轧制成q)5．5mm的盘条，对盘条中的 夹杂物进行检验检验标准为：取盘条样24cm，连续切割成12个2cm的试样，然后检测 每个试样纵面最大夹杂物尺寸，以12个试样最大夹杂物尺寸的平均值作为该批盘条的夹 杂物指标图3为盘条中夹杂物平均尺寸和最大尺寸的检测结果可以看出，与A渣系(标准型) 相比，B渣系(低A1203型)生产的盘条中夹杂物尺寸明显减小，尤其是夹杂物的最大尺 寸而采用C渣系(高A1203型)盘条中夹杂物平均尺寸略有增加，而夹杂物最大尺寸明 显增加这可能与三种渣系在夹杂物去除或者夹杂物塑性化方面的影响不同有关4162Q!垒生2旦2Q!垒堡挂翅生全途塞塞墨曼卫!：2Q!垒土渣系B渣系C渣系●207◆◆耋15◆◆＼ 薹10·◆最大夹杂物尺寸／um◆霉●■ i一● 二： 二· 一·一一_平均夹杂物尺寸／um 嵌S{；K0123456789 10 11 12 13炉次图3盘条夹杂物检测结果Fig．3 Inclusion size ofwire rod for different heats3．2渣系对夹杂物成分的影响考虑到轧制过程中夹杂物可能会发生变化，而在快速凝固状态下电渣锭中夹杂物成分 比较均匀，更能有效地反映渣系对夹杂物成分的影响，本研究仅对电渣重熔后电渣锭上的 夹杂物成分进行了检测。

nr]L一Ur]／L．j图4(a)自耗电极中夹杂物形貌；(b)JJ案A夹杂物形貌； (c)方案B夹杂物形貌；(d)方案C夹杂物形貌Fig．4(a)Inclusion in electrode；(b)Inclusion oftesting A；(c)Inclusion oftesting B；(d)Inclusion oftesting C417图5自耗电极及电渣锭夹杂物成分Fig．5 Chemical composition ofinclusions in electrode and ESR ingots图4和图5分别是自耗电极和电渣锭中夹杂物的形貌和成分可以看出，自耗电极及 电渣锭中夹杂物呈球形自耗电极中的夹杂物以Cat)．Si02夹杂为主，电渣锭中夹杂物的组成主要为Ah03．CaO．Si02三种试验方案，电渣重熔后夹杂物中的Ah03含量都明显升 高，其成分中氧化铝差距不大这说明夹杂物尺寸的不同可能与夹杂物的去除有关，与夹 杂物塑性化关系不大然而，渣系不同对夹杂物成分影响不大的原因还需要进一步的研究3．3夹杂物尺寸与熔速的关系三种渣系在不同熔速下生产的盘条中>lOpm的夹杂物个数统计结果如图6所示。

从图 中可以看出，熔速为350kg／h时，A和B试验方案的夹杂物尺寸都最小，C方案在熔速为 375kg／h和400kg／h时，虽然夹杂物数量较少，但是尺寸都大于20pm所以方案B，熔速 为350kg／h时夹杂物指标最好这可能是由于熔速较低时，渣池热量不足，熔渣的流动性较差，熔渣吸附夹杂物的动 力学条件变差：而随着熔速的增加，熔渣流动性变化，夹杂物去除的效率提高；而当熔速 升高到400kg／h时，钢中大尺寸夹杂物增加，可能与熔池深度增加有关自耗电极中较大 的夹杂物随钢液滴落到熔池后，如果熔池深度较浅，大尺寸的夹杂物从熔池上浮到钢渣界 面需要的时间较短，能够在钢液凝固前上浮并被渣液吸收如果熔池深度较深，大尺寸的 夹杂物从熔池上浮到钢渣界面需要的时间较长，去除效果较差418图6不同熔速下的大尺寸夹杂物个数Fig．6 Big size inclusion number under different melting rate4拉拔试验结果为了进一步验证电渣重熔工艺生产的盘条的夹杂物控制效果，使用试验方案B的渣系， 在熔速为350kg／h时冶炼3根电渣锭，轧成05．5mm盘条后进行拉拔试验拉拔工艺流程 为：盘条预处理一粗拉一中丝热处理一中拉一电镀—湿拉(00．10mm成品丝)，记录第一次断丝时的拉拔长度。

拉拔结果如表4所示表4拉拔试验结果Table 4 Testing results of saw wire drawing从表中可以看出，三炉的拉拔均达到了3000km以上不断丝利用扫描电镜和能谱仪 对断口进行了分析，断口形貌见图7可以看出，图7(a)中的断口形貌属于夹杂物引起的 断裂，夹杂物尺寸约109m，由于夹杂物脱落无法检测夹杂物的成分图7(b)的断口形貌属 于脆断，图7(c)的断口形貌属于劈裂，这两种断裂方式可能与拉拔工艺有关，与夹杂物关 系不大419图7拉拔断口形貌Fig．7 Fracture surface of the wire cord5结论通过对快速重熔电渣炉生产的电渣锭和盘条进行夹杂物及拉拔检测，可以得到如下结论：(1)与标准渣系相比，低A1203型渣系生产的盘条中夹杂物尺寸明显降低，尤其是夹 杂物的最大尺寸，而采用高A1203型渣系盘条中夹杂物平均尺寸略有增加，而夹杂物最大 尺寸明显增加2)自耗电极及电渣锭中夹杂物呈球形，自耗电极中的夹杂物以CaO—Si02夹杂为主， 电渣锭中夹杂物的组成主要为A1203一CaO—Si02，电渣重熔后夹杂物中的A1203含量都明显 升高，其成分中氧化铝差距不大。

3)熔速为350kg／h时，夹杂物尺寸都最小，其中低熔A1203型渣系生产的盘条夹杂 物检测指标最好。