一种超精细切割丝用钢中夹杂物塑性化的控制方法

摘要

本发明属于钢铁冶金技术领域，公开了一种超精细切割丝用钢中夹杂物塑性化的控制方法。用真空感应炉冶炼切割丝用钢的过程中，向钢中加入一种钾硅(KSi)合金，其化学质量百分比为：3％～7％的钾(K)，其余为硅(Si)。控制钢中钾含量按质量分数为0.001％～0.005％。采用本发明，有利于变质切割丝用钢中夹杂物，使SiO

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种超精细切割丝用钢中夹杂物塑性化的控制方法。

背景技术

高端切割丝是径向为Φ0.55～0.18mm的极细钢丝，其直径比子午线用钢帘线更细，强度也更高，主要用于太阳能级硅的切割。为了减少切割丝硅的损耗，切割丝朝着直径更细和强度更高的方向发展。目前市场主流的切割丝规格为Φ0.55～0.07mm，其生产难度比轮胎子午线用钢帘线更大。

断丝是切割丝加工与使用过程中最主要的问题：生产使用过程中发现，当切割丝直径为60μm时，直径＞5μm的硬质夹杂物都有可能导致断丝。塑性化良好的夹杂物在钢丝拉拔过程中能随钢基体变形、破碎成小颗粒夹杂，有效地降低其对切割钢丝的损害。因此，对切割丝用钢中夹杂物塑性化的要求极为严格。

切割丝用钢中夹杂物主要为SiO₂-MnO-Al₂O₃、SiO₂-CaO-Al₂O₃系两类，而对这两类夹杂物塑性化控制的方法是将其成分控制在低熔点区，其中SiO₂-MnO-Al₂O₃系夹杂物以1300℃以内为低熔点区，SiO₂-CaO-Al₂O₃系夹杂物以1400℃以内为低熔点区。

但是国内钢厂生产试验表明，使用传统的精炼方法冶炼的切割丝用钢中夹杂物的塑性化控制并不理想，大约有20％左右数量的夹杂物仍会落到低熔点区以外(成分组成)。

碱金属锂(Li)、钠(Na)、钾(K)处理能有效地变质钢中夹杂物，使其生成低熔点的复合夹杂。当SiO₂-MnO-Al₂O₃、SiO₂-CaO-Al₂O₃系夹杂物中含有质量分数为5％～15％K₂O时，这两类夹杂物的熔点明显降低。

切割丝用钢为硅锰(Si-Mn)脱氧钢，加之LF精炼过程使用的渣为SiO₂-CaO-Al₂O₃渣系，所以钢中夹杂物主要为SiO₂-MnO-Al₂O₃、SiO₂-CaO-Al₂O₃系两类。

发明内容

针对切割丝用钢中SiO₂-MnO-Al₂O₃、SiO₂-CaO-Al₂O₃系夹杂物低熔点区面积较小，部分夹杂物仍会落到低熔点区以外的情况，本发明中使用钾硅(KSi)合金处理，变质切割丝用钢中夹杂物，降低夹杂物的熔点，改善夹杂物塑性，以达到减弱大颗粒硬质夹杂对成品钢丝的损害、降低钢丝断丝率的目的。

本发明的具体技术方案为：

一种超精细切割丝用钢中夹杂物塑性化的控制方法，所述方法按照目标钢种成分，准备冶炼所需原料包括纯铁、C、Cr、Mn；原料中还包括钾硅合金，在真空感应炉中按照以下步骤进行冶炼：

(1)装料：坩埚中加入纯铁、Cr、C；料仓按顺序装料：钾硅合金、Mn、C、V；其中，坩埚中的C含量:料仓中的C含量为4:1；

(2)启动真空泵；

(3)给电升温，要求真空度≤5Pa；

(4)开始熔化，炉内通入氩气；

(5)熔清后，加入钾硅合金；

(6)5～7min后，加入料仓中的C；

(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内；

(8)再次通入氩气；

(9)加入料仓中的Mn；

(10)3～5min后测温，调整功率使温度达到1540℃～1560℃，加入V；

(11)3～5min后进行浇注。

进一步地，上述钾硅合金中钾含量按质量分数为3％～7％，其余为硅。

进一步地，上述控制钢中钾含量按质量分数为0.001％～0.005％。

上述钢液中溶解氧质量分数在10×10^-6以下；钢液中酸溶铝的质量分数在5×10^-6以下。

本发明的有益效果是：

通过在真空感应炉冶炼过程中，用钾硅(KSi)合金进行处理，使深脱氧过程生成的K₂O可将切割丝用钢中的非金属夹杂物由SiO₂-MnO-Al₂O₃、SiO₂-CaO-Al₂O₃转变为SiO₂-MnO-Al₂O₃-K₂O、SiO₂-CaO-Al₂O₃-K₂O四元系的夹杂物，使夹杂物的熔点更低，塑性更好，对后续加工过程的不利影响更小。采用本发明技术，可在切割丝用钢生产时减弱大尺寸硬质夹杂对切割钢丝的损害，降低切割钢丝断丝率。

附图说明

图1为实例1盘条夹杂物形貌及能谱；(a)形貌，(b)能谱。

图2为实例2盘条夹杂物形貌及能谱；(a)形貌，(b)能谱。

图3为实例3盘条夹杂物形貌及能谱；(a)形貌，(b)能谱。

具体实施方式

为为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例1～3对本发明进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。本实验中所选钢种为C96V切割丝用钢，是一种过共析钢，具体目标成分如表1所示。

表1实验钢种目标的成分/wt,％

实施例1

一种超精细切割丝用钢中夹杂物塑性化的控制方法，具体实施情况如下：按照钢种成分，准备冶炼所需的包括纯铁、石墨块、金属铬、电解锰、钾硅(KSi)合金等原料。其特征在于：所述方法包括使用一种钾硅(KSi)合金进行处理，在200kg真空感应炉中按照以下步骤进行冶炼：

(1)装料：坩埚中加入工业纯铁、Cr、C；料仓按顺序装料：钾硅合金、Mn、C、V；其中，坩埚中的C含量:料仓中的C含量为4:1；

(2)启动真空泵；

(3)给电升温，要求真空度≤5Pa；

(4)开始熔化，炉内通入氩气至50kPa；

(5)熔清后，加入钾硅(KSi)合金；

(6)5min后测温，温度到1560℃，加入料仓中的C；

(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内，保持15min，停泵；

(8)氩气压力提高到10kPa；

(9)加入料仓中的Mn；

(10)3～5min后测温，调整功率使温度达到1540℃～1560℃，加入V；

(11)3～5min后进行浇注。

上述方法所述的钾硅(KSi)合金的化学质量百分比为：钾(K)含量为3％～7％，其余为Si。在步骤(5)中控制控制钢中钾(K)含量按质量分数在0.001％。

结果如表2所示。

表2 C96V切割丝用钢的成分(wt％)

通过金相及扫描电镜分析，实施例1制备轧制盘条后夹杂物组成为SiO₂-MnO-Al₂O₃-K₂O、SiO₂-CaO-Al₂O₃-K₂O四元系的夹杂物，变形性良好，尺寸在1.0～5.0μm。

将实施例1制备的切割丝用钢轧制成盘条，然后拉拔成直径分别为65μm切割丝，进行拉拔检测以及生产试用，其断丝率情况如表3所示。从表3可以看出，与空白对照组相比，经钾硅(KSi)合金处理后，实施例1中切割丝用钢生产的65μm的切割丝，断丝率大大降低。

表3钢丝断丝率情况

实施例2

一种超精细切割丝用钢中夹杂物塑性化的控制方法，具体实施情况如下：按照钢种成分，准备冶炼所需的包括纯铁、石墨块、金属铬、电解锰、钾硅(KSi)合金等原料。其特征在于：所述方法包括使用一种钾硅(KSi)合金进行处理，在200kg真空感应炉中按照以下步骤进行冶炼：

(1)装料：坩埚中加入工业纯铁、Cr、C；料仓按顺序装料：钾硅合金、Mn、C、V；其中，坩埚中的C含量:料仓中的C含量为4:1；

(2)启动真空泵；

(3)给电升温，要求真空度≤5Pa；

(4)开始熔化，炉内通入氩气至50kPa；

(5)熔清后，加入钾硅(KSi)合金；

(6)5min后测温，温度到1560℃，加入料仓中的C；

(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内，保持15min，停泵；

(8)氩气压力提高到10kPa；

(9)加入料仓中的Mn；

(10)3min后测温，调整功率使温度达到1550℃，加入V；

(11)3min后进行浇注。

上述方法所述的钾硅(KSi)合金的化学质量百分比为：钾(K)含量为3％～7％，其余为Si。在步骤(5)中控制控制钢中钾(K)含量按质量分数在0.0030％。

结果如表4所示。

表4 C96V切割丝用钢的成分(wt％)

通过金相及扫描电镜分析，实施例2制备钢轧制盘条后夹杂物组成为SiO₂-MnO-Al₂O₃-K₂O、SiO₂-CaO-Al₂O₃-K₂O四元系的夹杂物，变形性良好，尺寸在0.5～3.5μm。

将实施例2制备的切割丝用钢轧制成盘条，然后拉拔成直径分别为65μm切割丝，进行拉拔检测以及生产试用，其断丝率情况如表5所示。从表5可以看出，与空白对照组相比，经钾硅(KSi)合金处理后，实施例2中切割丝用钢生产的65μm的切割丝，断丝率大大降低。

表5钢丝断丝率情况

实施例3

一种超精细切割丝用钢中夹杂物塑性化的控制方法，具体实施情况如下：按照钢种成分，准备冶炼所需的包括纯铁、石墨块、金属铬、电解锰、钾硅(KSi)合金等原料。其特征在于：所述方法包括使用一种钾硅(KSi)合金进行处理，在200kg真空感应炉中按照以下步骤进行冶炼：

(1)装料：坩埚中加入工业纯铁、Cr、C；料仓按顺序装料：钾硅合金、Mn、C、V；其中，坩埚中的C含量:料仓中的C含量为4:1；

(2)启动真空泵；

(3)给电升温，要求真空度≤5Pa；

(4)开始熔化，炉内通入氩气至50kPa；

(5)熔清后，加入钾硅(KSi)合金；

(6)5min后测温，温度到1560℃，加入料仓中的C；

(7)启动真空泵，不断降低真空度，直到1Pa以内，保持15min，停泵；

(8)氩气压力提高到10kPa；

(9)加入料仓中的Mn；

(10)3后测温，调整功率使温度达到1550℃，加入V；

(11)3min后进行浇注。

上述方法所述的钾硅(KSi)合金的化学质量百分比为：钾(K)含量为3％～7％，其余为Si。在步骤(5)中控制控制钢中钾(K)含量按质量分数在0.005％。

结果如表6所示。

表6 C96V切割丝用钢的成分(wt％)

通过金相及扫描电镜分析，实施例3制备钢轧制盘条后夹杂物组成为SiO₂-MnO-Al₂O₃-K₂O、SiO₂-CaO-Al₂O₃-K₂O四元系的夹杂物，变形性良好，尺寸在0.5～3.0μm。

将实施例3制备的切割丝用钢轧制成盘条，然后拉拔成直径分别为65μm切割丝，进行拉拔检测以及生产试用，其断丝率情况如表7所示。从表7可以看出，与空白对照组相比，经钾硅(KSi)合金处理后，实施例3中切割丝用钢生产的65μm的切割丝，断丝率大大降低。

表7钢丝断丝率情况