CN116875912A - 一种高纯净度高碳钢线材及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯净度高碳钢线材及其生产方法，属于炼钢的技术领域，该高纯净度高碳钢线材，组分除合金元素及Fe元素外，还包括按质量百分数计的化学成分：C：0.5‑1.0%、P≤0.008%、S≤0.0025%、T.O≤0.0010%、N≤0.0020%、H≤0.0002%、Alt≤0.0010%、Ti≤0.0005%。该生产方法为铁水预处理—转炉冶炼—RH真空—大方坯连铸—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条。本发明获得高均质化的铸坯和高质量盘条，为高端线材产品提供高纯净度的母材。本发明提供了一种高纯净度高碳钢线材及其生产方法，可用于生产高洁净、高均质化线材产品。

Description

一种高纯净度高碳钢线材及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高纯净度高碳钢线材及其生产方法，属于炼钢的技术领域。

背景技术

高纯净度的高碳钢线材对杂质元素含量、夹杂物、偏析等均有非常高的技术要求，如高强汽车悬架弹簧、帘线钢、桥梁缆索钢等，直接影响到产品的疲劳寿命、拉拔性能等，进而影响应用装备或工程的整体寿命和使用安全性。为了得到高强度、高性能的高碳钢线材产品，需要提高其生产过程中的杂质元素、夹杂物控制水平；连铸过程中铸坯成分均匀性及内部和表面质量问题等，综合提高高碳钢线材产品质量。

弹簧是重要的基础件，广泛应用于汽车、机械、铁路等领域。作为安全性承载部件，弹簧在服役过程中要承担高周交变载荷，其失效方式主要是疲劳断裂。大量研究表明，对于高强度、高周疲劳弹簧，杂质元素、大尺寸夹杂物、偏析、表面质量等是引起疲劳失效的主要原因。帘线钢作为汽车轮胎橡胶中骨架类支撑材料，对其质量稳定性有极高的要求，大尺寸夹杂物、偏析、异常组织等是造成拉拔断裂和扭转合股断裂的主要原因，严重影响产品质量稳定性，进而影响汽车使用安全性。桥梁缆索钢主要应用于大型桥梁工程，其对磷含量、大尺寸夹杂、偏析、网碳等较为敏感，拉拔过程中会因为上述缺陷造成脆断或扭转断裂，影响产品质量，进而影响工程质量及安全性。

高品质高碳钢线材，如弹簧钢、缆索钢、帘线钢等，一般采用KR—转炉—LF精炼—VD/RH—连铸工艺生产，生产流程长。KR进行铁水预脱硫，转炉脱碳和脱磷，转炉出钢及LF精炼脱氧合金化造渣，VD/RH真空进行脱气及去夹杂物处理。弹簧钢部分厂家采用酸性渣系，将夹杂物控制为硅铝酸钙类低熔点夹杂，但酸性渣系对耐材侵蚀严重，易造成外来夹杂物超标，导致弹簧疲劳断裂，影响使用性能。缆索钢由于部分钢种含有Al，夹杂物以硅铝酸钙、铝酸钙类为主，夹杂物成分波动范围大，控制稳定性差，由于其产品规格较粗，拉拔加工过程一般不会因为夹杂物导致断裂问题，但在扭转过程易出现因为大尺寸夹杂物导致的断裂问题。帘线钢一般采用KR—转炉—LF精炼—连铸工艺生产，利用酸性渣系控制夹杂物熔点，提高拉拔性能，但酸性渣系对耐材侵蚀严重，外来脆性夹杂物是造成帘线钢拉拔断丝的主要原因，同时大尺寸低熔点的硅酸盐类夹杂在帘线钢合股、扭转过程中也会造成断裂问题，影响产品加工性能和质量稳定性。

专利202110338648X提供了一种高洁净度弹簧钢及其生产方法，采用铁水深脱硫、转炉脱磷、LF精炼、RH真空、连铸流程生产，铁水进行脱硫至铁水中S≤0.0015％；转炉吹炼得到P≤0.011％的钢液，精准控制转炉出钢和精炼过程底吹，并结合RH真空处理工艺、中间包感应加热技术，全程控制钢水夹杂物，获得具有高的洁净度弹簧钢盘条。但其采用高碱度渣系，其中CaO 55-60%，SiO₂ 20-25%，由于弹簧钢中C、Si含量高，在高碱度条件下，Si元素会将渣或耐材中Al₂O₃还原，造成钢水夹杂物中氧化铝组分升高，高熔点硅铝酸盐夹杂、脆性夹杂物出现的概率大幅增加，对弹簧钢疲劳寿命控制不利。

专利2022101243433提供了一种帘线钢的脆性夹杂物控制方法，采用低碱度、适量氧化性的炉渣进行冶炼，碱度0.9-1.2，渣中T.Fe+MnO含量2-5%，同时选择低铝含量的合金、低氧化铝含量的耐材进行生产，可以有效控制钢水中氧化铝、镁铝尖晶石类夹杂物，对帘线钢盘条拉拔性能非常有利。但由于其选择酸性渣系，虽然采用低铝含量的合金和耐材，但是炉渣有一定的氧化性，T.Fe+MnO含量显著偏高，会导致钢水总氧含量高。因此，会导致冶炼过程中对钢包、中间包耐材侵蚀性加强，耐材除了要控制成分，还需要对强度、致密度等物理性能提出更高的要求，否则耐材侵蚀进入钢水带入的大颗粒氧化镁等夹杂，存在造成帘线产品拉拔断裂的风险。

专利202010061162.1提供了一种帘线钢超低熔点塑性夹杂物控制方法，通过控制出钢钢水中的氧含量，在出钢过程中先通过锰合金脱氧，再加入适量碳粉辅助脱氧；精炼过程中，先将Mn、C元素调整达标后再加入硅合金调整钢水Si含量，使其达到目标成分。通过脱氧合金化工艺方式的设计，获得了超低熔点的SiO₂₊MnO系夹杂。但该工艺方案采用酸性低碱度渣系，同时利用Mn先预脱氧，再加Si脱氧，钢水整体脱氧效果较差，对耐材中C氧化作用显著，在炼钢、连铸过程会造成耐材脱碳侵蚀，增大耐材颗粒进入钢水造成脆性夹杂物超标的风险。同时，炉渣中MnO达到3-5%，同时SiO₂含量40-50%，进一步与耐材中MgO、Al₂O₃等组分反应形成低熔点硅酸盐，加剧耐材侵蚀，造成钢水中脆性夹杂物或大尺寸硅酸盐夹杂物增加。

专利2013106819801提供了一种用于控制夹杂物的弹簧钢线材生产工艺，包括如下步骤：1）按无铝脱氧工艺进行冶炼；2）转炉顶底复合吹炼；3）Ar站吹氩处理；4）LF钢包吹氩精炼，碱度控制目标0.7-2.0；5）真空处理；6）浇注成方坯，经高线轧制工艺成线材。该工艺虽然通过无铝脱氧，但是采用低碱度的炉渣，不能很好地吸附Si/Mn脱氧产生的硅酸盐类夹杂；同时，低碱度渣系对耐材侵蚀加剧，会增加耐材带入的外来夹杂物数量，如氧化铝、镁铝尖晶石等，该类夹杂物对疲劳寿命危害最大。

专利2012102042739提供了一种弹簧钢盘条及其夹杂物控制方法，其工艺路线为：1）转炉转炉高碳出钢；2）转炉炉后硅锰脱氧；3）LF精炼，终点钢中氧含量控制在20-40ppm；4）连铸低过热度浇注；5）连轧和线材轧制。钢中夹杂物宽度尺寸不大于10um，夹杂物长宽比大于3。其缺点是钢中具有较高（20-40ppm）的氧含量，且钢液中酸溶铝含量在0.01%-0.02%之间，易造成弹簧钢中非金属脆性夹杂物增多，对弹簧服役期内疲劳寿命影响非常大。

专利2016102603055提供了一种用于弹簧钢夹杂物控制的冶炼工艺，包括1）电炉初炼；2）吹氩；3）LF炉精炼；4）VD炉精炼；5）连铸；电炉初炼出钢过程中采用Si/Mn无铝脱氧工艺进行预脱氧，并同时采用活性石灰、复合剂和精炼渣。虽然能很好地控制钢中脆性夹杂物，但精炼后期的炉渣碱度控制在0.7-1.4，酸性炉渣对钢包、连铸中间包耐材侵蚀严重，易造成外来夹杂物超标。

专利2020111278482提供了一种2300MPa预应力钢绞线用盘条及其生产方法。盘条生产依次经过“铁水预脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→大方坯连铸→开坯→ 高线轧制→风冷→盐浴处理”等工艺过程。连铸中间包钢水过热度12-25℃，采用电磁搅拌、动态轻压下等措施减小凝固偏析，采用大方坯两火成材轧制工艺，相变之前强冷，抑制网状渗碳体形成，盐浴处理后盘条组织：索氏体≥95％，网碳≤1级。同样采用低过热度浇注，对夹杂物上浮和大压下造成的裂纹控制不利。铸坯经过轧制后，还需经过盐浴工序处理，整体工艺流程长，生产成本高。

专利2021110884598提供了一种深拉拔高碳钢盘条的生产方法，钢的化学成分，C：0.69-1.02%，Si：0.15-0.35%，Mn：0.40-0.90%，Cr≤0.35%，P≤0.025%，S≤0.025%，余量为铁和不可避免的杂质。连铸采用专用保护渣及大倒角结晶器，高线加热采用高温，控制保温时间以及采用氧化性气氛增加钢坯表面在加热炉烧损，盘条表面网状渗碳体≤0.5级。但适用的高碳钢盘条P、S等杂质元素整体含量高，洁净度差。加热炉采用强强化性气氛，会导致坯料表层脱碳严重，增大修磨了，对生产成本及盘条质量控制不利，不适用与高品质高碳钢线材产品的生产。

专利2022109583109提供了一种弹簧钢线材及其生产方法，涉及了铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、RH真空处理、大方坯连铸、开坯及修磨、高线轧制和风冷工艺流程。冶炼过程对合金、炉渣成分等均进行了控制，将夹杂物控制为Al₂O₃含量为10-25%，SiO₂含量为45-65%，CaO含量为15-30%的硅铝酸钙夹杂。通过连铸坯凝固中心固相率fs大小分为三段来控制压下量，实在对铸坯偏析的控制。并通过控制修磨、加热炉气氛、轧制工艺等控制盘条内部及表面质量，提升弹簧钢线材及产品的性能。但其炉渣碱度整体偏高，夹杂物为Al₂O₃含量10-25%，SiO₂含量45-65%，CaO含量15-30%的硅铝酸钙夹杂，该类型夹杂物熔点1400-1500℃，虽然钢水温度下为低熔点液态夹杂，但在轧制温度下为固态，几乎不变形，对弹簧疲劳性能控制不利。此外，采用1.6-2.0的中碱度渣系，且钢水中夹杂物SiO₂含量高，对耐材有一定的侵蚀作用，尤其在真空强搅拌下，会加剧耐材侵蚀。此外，未对所用的耐材及其他辅料做进一步限定，耐材及辅料质量得不到控制，外来高熔点脆性夹杂物会显著影响弹簧的疲劳寿命。三段式分布控制压下，难以精准控制铸坯压下效果；同时坯料无涂层保护，加热炉内坯料表层氧化脱碳严重，依靠大量修磨来控制，对生产效率、质量控制稳定性等均不利。

高级别、重要用途的高碳钢线材产品对杂质元素、夹杂物、成分及组织均匀性等均具有严格的要求，因此，控制杂质元素含量、夹杂物类型及尺寸、成分组织均匀性等一直是高级别高碳钢线材研发领域的重点。分析表明，杂质元素主要需要通过控制P、S来降低其造成产品冷脆性、热脆性等质量问题，同时也需要控制钢水中Al、Ti及N含量，防止形成氧化铝、镁铝尖晶石、氮化钛类硬质夹杂；对于脱氧产物、渣金反应、耐材剥落等形成的夹杂物还需要从塑性化、小尺寸两方面进行控制。成分及组织均匀性、表面质量主要通过连铸、轧制过程进行控制，连铸过程通过控制钢水过热度、冷却水强度、压下工艺等，获得高组分均匀性铸坯，结合开坯修磨、控轧控冷技术，减轻偏析、网碳及表面质量等问题。进而获得高纯净度的高碳钢线材产品。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种高纯净度高碳钢线材及其生产方法，其具体技术方案如下：

一种高纯净度高碳钢线材，所述高纯净度高碳钢线材组分除合金元素及Fe元素外，还包括按质量百分数计的化学成分：C：0.5-1.0%、P≤0.008%、S≤0.0025%、T.O≤0.0010%、N≤0.0020%、H≤0.0002%、Alt≤0.0010%、Ti≤0.0005%。

进一步的，所述高碳钢线材中夹杂物除SiO₂-MnO类夹杂物之外，其他组分的质量含量≤20%，1μm以上夹杂物数量密度≤3.5个/mm²，5μm以上夹杂物数量密度≤0.06个/mm²，横向最大尺寸夹杂物≤12μm，纵向夹杂物最大宽度≤10μm，长度≤25μm，脆性夹杂物尺寸≤3μm，铸坯C偏析指数0.95-1.05，盘条C偏析指数≤1.05。

一种制造高纯净度高碳钢线材的方法，按铁水预处理—转炉冶炼—RH真空—大方坯连铸—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条工艺流程进行生产，具体包括以下步骤：

步骤1：KR铁水预处理，得到低硫铁水，兑入转炉；

步骤2：转炉冶炼，转炉装入量为145±5t，铁水比80-90%，选用洁净废钢冶炼，转炉采用双渣脱磷；

步骤3：转炉出钢，出钢开始时，向钢包中先加30-40%的低氮增碳剂、再加20-30%金属锰进行预脱氧，待加入的低氮增碳剂和金属锰全部溶于钢水，表面无漂浮的碳粉颗粒，完成出钢，然后按顺序向钢包渣面加入碳化硅、合成渣，对渣面进行脱氧及造渣；转炉出钢时全程开钢包底吹，钢包的双底吹中一个透气砖最大流量为600-800NL/min，另一个透气砖流量为最大流量的30-50%，两个透气砖在钢包底部呈135度角分布，从钢包中心起，位于半径的55%位置，向钢水中吹入氩气搅拌钢水和炉渣；

转炉出钢结束，加入碳化硅对钢包渣进行脱氧，加入量0.5-1.5kg/t，碳化硅加完后加合成渣进行造渣，加入量8-12kg/t，合成渣加入后钢包双底吹流量均控制为150-250NL/min，合成渣铺洒均匀后运至RH进行处理。

步骤4：RH炉精炼，RH炉进站温度≥1590℃，C含量≥0.2%，Mn含量0.15-0.35%，氧含量≤0.020%，RH进站快速抽真空处理的真空室工作压力≤1mbar，提升气体流量为150-200Nm³/min，然后根据进站成分先加入碳化硅脱氧，深真空处理时间≥15min，并取样检测成分，根据成分检测结果和冶炼的钢种成分要求，选择补加低氮增碳剂、超纯硅、金属锰、铬铁、钒铁中的一种或多种进行合金化，成分达标后，RH真空系统抽气能力降低40-60%，提升气体流量降至80-100Nm³/min，真空室压力升高至50mbar以上，净循环≥5min后，破空；

RH破空后软搅拌时间≥6min，双透气砖最大透气砖流量60-80NL/min，另一透气砖流量为最大透气砖流量的40-50%，再运至连铸平台静置10分钟以上，然后开始浇注；

步骤5：大方坯连铸，大方坯的断面为300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中间包电磁感应加热设备将中间包钢水过热度控制波动≤5℃，中间包感应加热电流1500-1800A、电压1600-2000V，钢种0.5≤C＜0.8%时，钢水过热度20-35℃，钢种0.8≤C＜1.0%时，钢水过热度30-45℃，中间包吨位保持48±1吨，换包时吨位40-45吨。

所使用的结晶器电磁搅拌电流450-650A，频率6-8Hz，结晶器水量2750-3050NL/min，二冷段水量550-650NL/min，结晶器液位波动≤2mm，连铸恒拉速浇注，连铸拉速控制在0.6-0.7m/min。

连铸坯凝固中心固相率fs分为三段，当0.1≤fs＜0.3时，压下率占比为10-15%；当0.3≤fs＜0.5时，压下率占比为20-30%；当0.5≤fs＜0.8时，压下率占比为50-60%；当0.8≤fs＜1时，压下率占比为10-20%，总压下量控制15-30mm，得到铸坯C偏析指数0.95-1.05。

步骤6：开坯修磨；

步骤7：轧制及风冷，控制冷却强度，改进组织及性能。

进一步的，所述步骤2中，转炉吹炼前期大底吹搅拌，高枪位、低吹氧流量，采用中碱度渣系，碱度1.8-2.2，加入球团控制炉渣T.Fe≥25%，前期吹炼结束停止吹氧，温度1380-1430℃，底吹搅拌3分钟以上，P含量≤0.016%，倒渣；倒渣结束继续吹炼，采用低枪位、大供氧流量吹炼，加石灰造高碱度渣系，加球团，控制吹炼过程最低T.Fe≥15%，吹炼结束温度≥1650℃，T.Fe≥25%，碱度≥6，先倒渣，倒渣结束采用滑板挡渣出钢。

进一步的，所述步骤6：开坯修磨：将所述连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，控制坯料温度1100-1200℃，开轧温度1040-1180℃，开坯轧制后得到轧坯，对轧坯进行磁粉探伤，然后对表面全修磨，表面有明显探伤缺陷的位置再进行点修，修磨平均深度≥0.5mm；

轧坯喷涂层：将修磨后的轧坯表面喷耐高温涂层，涂层厚度0.3-1.5mm。

在控制加热炉内气氛情况下，将所述喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，并控制所述轧钢加热炉内所述轧坯温度1030-1190℃、开轧温度910-1170℃、精轧入口温度840-960℃、精轧出口温度990-1050℃，其中，在所述加热炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤2.5%。

进一步的，所述步骤7：轧制及风冷，将在高线轧制工序中得到的轧后所述线材进行控温风冷冷却，风冷线吐丝温度控制在820-925℃。

进一步的，所述KR到站温度≥1380℃，铁水S含量≤0.045%，C含量4.1-4.6%，Si含量0.25-0.60%、Ti含量≤0.03%、P含量≤0.11%，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素；KR到站先扒除高炉带渣，扒渣率≥95%，然后加脱硫剂脱硫，脱硫结束再进行扒渣，扒渣率≥95%，然后再加入脱硫剂第二次脱硫，扒渣率≥98%，KR出站温度≥1330℃，出站S含量≤0.0008%。

进一步的，所述转炉所用洁净废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，还包括常规C、Si、Al、Mn以及Fe元素；转炉吹炼结束C含量0.03-0.07%，O含量0.035-0.075%，P含量≤0.008%，转炉出钢量为135±5t。

进一步的，所述转炉出钢过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；

金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；

合成渣成分包括：CaO：45-55%、SiO₂ 20-30%、CaF₂ 5-10%、MnO 1-3%、MgO ≤3%、Al₂O₃≤1.5%，以及其他不可避免的杂质组分，合成渣碱度1.5-2.0，合成渣主要物相中硅酸一钙占比35-45%、硅酸二钙15-25%，其余为CaO、CaF₂、MnO及不可避免的相。

进一步的，所述RH真空处理过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；

金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；

超纯硅中Si含量80-85%、Al含量≤0.0035%、Ti含量≤0.001%、P含量≤0.005%、S含量≤0.0025%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

铬铁中Cr含量55-60%、C含量≤1.8%、S含量≤0.006%、P含量≤0.013%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

钒铁中V含量45-50%，C含量≤1.6%、S含量≤0.005%、P含量≤0.012%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

进一步的，所述步骤3所用的钢包砖为镁碳砖，其中镁铝尖晶石含量≤3.0%，C含量≤3%，其余为不可避免的杂质组分；

步骤4中RH真空炉的浸渍管、底部槽所用耐材为镁铬超低碳砖，其中C含量≤1.5%，MgO：85-95%，Cr₂O₃:5-12%，镁铝尖晶石≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

进一步的，所述步骤5中，连铸低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO40-50%，SiO₂ 30-40%，CaF₂：3-6%，Al₂O₃≤2%，MgO 3-6%，以及其他不可避免的组分；

中间包内壁镁质喷涂料成分包括MgO≥80%，CaO 5-10%，SiO₂ 1-3%，以及其他不可避免的组分。

进一步的，所述步骤5中采用整体式浸入式水口浇注，浸入式水口插入深度10-15mm，结晶器保护渣渣层厚度10-20mm，消耗量0.15-0.25kg/吨；

塞棒、水口材质为镁碳质，塞棒棒头成分以质量百分计，MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分；

浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分以质量百分计，包括MgO含量75-80%，C含量6-10%，SiC 3-5%，SiO₂ 5-10%，以及其他不可避免杂质组分。

进一步的，所述步骤6中，轧坯进加热炉前喷涂层防护，涂层厚度0.3-1.5mm，高温涂料成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZrO 、C以及少量碱金属氧化物、无机粘结剂、表面活性剂等物质组成。

所述大方坯开坯成断面为140mm×140mm坯料，探伤修磨、加热炉加热、轧制、斯太尔摩风冷线控温冷却，获得的盘条表面无折叠、结疤、划痕缺陷，且其表面无全脱碳层。

本发明还申请保护：由本发明方法制得的高纯净度高碳钢线材。

本发明还申请保护：由所述的高纯净度高碳钢线材制得的盘条，所述盘条包括C含量≤0.87%拉拔直径0.1mm以上细丝的高质量帘线钢盘条和0.87%＜C含量≤1.0%拉拔直径0.05mm以上细丝的高质量金钢线盘条。

本发明还申请保护：由所述的高纯净度高碳钢线材制得的1600-2400MPa级弹簧钢、1800-2200MPa级缆索钢。

帘线钢需要良好的拉拔和合股扭转性能、弹簧钢需要较高的抗疲劳性能、缆索钢对材料的扭转性能要求高，此类高性能要求的高碳钢线材产品对洁净度、偏析、脱碳、表面质量等均有非常高的要求。为了获得高纯净的钢液、高均质化的铸坯以及高纯净度的盘条，本发明在常规冶炼工艺的基础上，首先，在铁水冶炼阶段，将钢水中的S脱至极低的水平，同时，转炉采用优质废钢，降低回硫量，综合减少精炼过程脱硫。精炼脱硫主要依靠大底吹、强搅拌，促进渣金反应脱硫，此方法极易导致卷渣或渣金反应改变夹杂物类型，因此，本发明在KR、转炉将S含量降至较低的水平，避免了强烈的渣金反应，使得钢水中生成大尺寸夹杂物，以便去除。选用冷轧硅钢、不含钛的厚板废钢（管线钢、桥梁钢等）进行冶炼，同时转炉采用滑板挡渣，可有效避免下渣导致回Al、Ti、P等问题，进一步避免连铸过程析出氧化钛、氮化钛类脆性夹杂物。

其次，转炉冶炼过程除了使用低磷、清洁废钢减少带入的杂质元素外，转炉吹炼各阶段精准添加石灰、球团造渣，保持吹炼前期、中期、后期炉渣合适的碱度、氧化性，加强炉渣脱磷。尤其要做好转炉吹炼前期脱磷，在传统脱磷工艺基础上，转炉前期吹炼底吹，大底吹搅拌一定时间，促进渣金反应，前期做好脱磷控制。转炉吹炼中期主要是高速脱碳，炉渣容易返干，因此，吹炼过程中要精准控制好石灰、球团加入量，保持吹炼中期炉渣氧化性、碱度，可以大幅减少高速脱碳期回磷；转炉吹炼后期采用超高碱度、高氧化性炉渣，确保吹炼后期高温、低磷出钢，获得低磷钢水，同时出钢温度满足直接运至RH处理的要求。避免了LF升温过程吸氮、卷渣等问题，提升高水洁净度。

再次，转炉冶炼高碳钢线材时，采用低碳出钢工艺，适当提高钢水氧化性，可以将合金中带入的少量的Al、Ti等元素全部氧化彻底，从钢水中去除；同时出钢前通期先加少量的碳粉、金属锰预脱氧，进一步降低钢水氧化性，使后继脱氧合金化过程形成的氧化硅、氧化铝等总量大幅降低。采用碳粉、金属锰不完全脱氧，可以避免钢水大量吸气，降低钢水中N含量；结合钢包开非对称中小底吹，可防止形成偏流，加快碳粉溶解进入钢水。出钢结束加入碳化硅对炉渣进行脱氧改质，滑板挡渣控制较低的下渣量，碳化硅改质后炉渣氧化性控制在较低水平，同时加入中碱度硅酸盐合成渣，将碳化硅覆盖，避免了空气烧损，提高了炉渣脱氧改质效果。同时以硅酸钙化合物形式存在的合成渣，有利CaO含量少，可以减少CaO卷入钢水，使钢水中形成以SiO₂、MnO组分为主的脱氧产物。

将半脱氧出钢的钢水直接运至RH处理，利用钢水中的碳在高真空下将氧含量脱至较低的水平，同时加入碳化硅加强C、Si复合脱氧，是钢水中总氧降至极低水平，然后按顺序加入低碳增碳剂、超纯硅、金属锰、铬铁、钒铁等合金化，碳化硅可以给钢水增C、Si，减少C粉加入量，减轻因加入大量碳粉而导致的钢水温降问题，同时，碳化硅加入后，Si元素、C元素同时脱氧，可将氧含量降至极低水平，Si元素少量氧化放热，稳定钢水温度。高真空下碳元素大量参与脱氧，也减少了Mn、Cr等其他合金元素的氧化，提高合金元素收得率，同时减少了氧化物夹杂生成总量，Si元素降低了钢水最终的氧含量，少数高碳钢可能需要添加少量的金属铝，在真空炉Si、C脱氧完成后再加入金属铝，可大幅降低铝的氧化，减少氧化铝类夹杂物，提高钢水洁净度。

最后，采用低氧化铝含量的钢包耐材、真空炉耐材、连铸三大件等，进一步减少了氧化铝夹杂物的来源，同时对耐材质量提高要求，减少了耐材侵蚀，避免镁质外来夹杂。根据相关研究结果，氧化铝、氧化镁、镁铝尖晶石等高熔点外来夹杂才是造成弹簧疲劳断裂、帘线拉拔脆断、缆索钢钢扭转脆断的主要夹杂物。RH真空炉过程前期采用深真空、中碱度渣系快速对酸性低熔点SiO₂-MnO夹杂物进行吸附去除，中后期采用弱循环搅动模式，避免钢水对耐材持续高强度的冲刷，使少量的耐材侵蚀形成的复合夹杂物上浮去除，破空后进一步采用非对称软搅拌、钢水镇静，使破空渣面扰动卷渣、及钢水中存在的夹杂物快速上浮，获得高纯净度钢水。

连铸过程利用高碱度镁质喷补料吸附夹杂物，同时利用中间包电磁感应加热、结晶器电磁搅拌等技术进一步促进夹杂物上浮去除。

连铸过程采用窄区间稳定过热度浇注，根据钢水C、Si含量调节合适的过热度，C含量低、Si含量高，过热度适量提高，避免了低过热度导致坯料硬度过大，易因为压下或矫直造成裂纹；过热度适当提高同时有助于压下，结合控制合适的压下量，可以显著改善铸坯偏析问题。C含量高、Si含量低，过热度适量降低，但仍较传统工艺高，匹配合适的压下工艺、冷却水量，确保各区段液相区比例，采用压下量逐渐递减模式，确保总压下量不变，减弱中心偏析，同时避免压下量过大造成内部裂纹等问题。控制稳定的结晶器液面波动，可杜绝结晶器卷渣问题的发生。转炉出钢弱脱氧工艺、RH真空脱气等技术，结合连铸冷却强度控制与恒拉速浇注技术，减少析出物的产生。

加热炉采用高温加热、延长保温时间的技术思路，进一步促进合金元素的扩散均匀，减少偏析、网碳等问题，同时开坯后采用全修磨技术，消除原始铸坯表面质量问题，轧制坯采用耐高温涂层，减轻铸坯表面脱碳问题，提高组织性能均匀性。利用控轧控冷技术，得到索氏体和珠光体组织，减少马氏体和铁素体组织，获得高纯净度、高质量的高碳钢盘条，用于加工制备各类高碳钢产品。

（1）常规工艺冶炼弹簧钢，一般脱硫任务主要在LF精炼工位，本发明在KR、转炉将钢水中S含量控制在极低的水平，有效避免了精炼大量脱硫造成的卷渣及夹杂物类型的改变，可有效降低夹杂物尺寸，同时，精准控制夹杂物的类型。

（2）转炉开发了双渣高效脱磷工艺，通过设计吹炼前期炉渣碱度、氧化性、底吹搅拌，结合钢水温度控制获得低磷半钢铁水，开发转炉高速脱碳期炉渣氧化性控制技术，避免了炉渣返干回磷问题，结合转炉后期高碱度、高氧化性炉渣控制技术，获得高温低磷钢水。

（3）钢包、RH真空炉、连铸耐材及辅料全部选用高纯净度标准材质，减轻高碳、酸性渣、硅酸盐夹杂物等造成的侵蚀问题，有效控制外来夹杂物，为高品线材外来有害夹杂物提供了有效的控制方法。

（4）独创性的提出了双底吹钢包全流程非对称流量控制方法，有效降低了对流造成的钢液搅动死区，大幅促进了夹杂物的上浮去除，也降低了气体的消耗，对钢水质量和降低成本均有积极意义。

（5）全流程系统设计考虑钢中各类杂质元素及夹杂物控制，降低钢中杂质元素含量和气体含量，同时大幅降低内生和外来夹杂物尺寸和数量，显著提高了钢水洁净度。

（6）精准设计高碳钢转炉出钢半镇静脱氧工艺方式，打破传统工艺方法，设计转炉出钢先采用少量碳粉、金属锰弱脱氧，结合RH真空条件下碳化硅强脱氧及增碳，避免转炉出钢脱氧合金化过程吸气及精准控制SiO₂-MnO类低熔点夹杂；RH真空炉C、Si复合脱氧及变真空强度操作，既降低了夹杂物数量及尺寸，同时控制了低熔点塑性夹杂物类型。

（7）采用精准分段式压下工艺，结合加热炉高温、长时保温技术，进一步促进元素扩散均匀，并采用耐高温涂层技术，有效控制铸坯表层脱碳问题，全方位的提升铸坯质量。

本发明主要通过系统的设计冶炼工艺及原辅料控制标准，降低钢水杂质元素含量；开发高效的脱氧合金化及精炼技术方法，获得高纯净度的钢水，同时使夹杂物塑性化及小尺寸化；精准的连铸及轧制控制技术方法，获得高均质化的铸坯和高质量盘条，为高端线材产品提供高纯净度的母材。本发明提供了一种高纯净度高碳钢线材及其生产方法，可用于生产高洁净、高均质化线材产品。

本发明采取了深脱硫、转炉双渣脱磷技术；转炉出钢加部分碳粉和部分金属锰弱脱氧合金化，控制钢水氧含量，减少Al、Ti含量，同时降低钢水吸氮；然后加入特定物相的中碱度合成渣，加强夹杂物吸附，控制夹杂物类型；不经过精炼处理，直上RH真空炉，先采用深真空脱气、去夹杂物，再通过降低RH抽气能力、提升气体流量等降低循环流量，减轻对耐材的侵蚀，加强夹杂物去除，提高洁净度；结合耐材、合金及辅料理化指标控制，减少外来脆性夹杂物；连铸控制覆盖剂、保护渣等吸附夹杂物，提高洁净度；连铸采用根据固相率的精准压下等技术，减轻偏析；高温加热、坯料防护、增加加热时间等减轻偏析，提高盘条质量等。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

参见图1，本制造高纯净度高碳钢线材的方法，按铁水预处理—转炉冶炼—RH真空—大方坯连铸—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条工艺流程进行生产，具体包括以下步骤：

步骤1：KR铁水预处理，得到低硫铁水，兑入转炉。KR到站温度≥1380℃，铁水S含量≤0.045%，C含量4.1-4.6%，Si含量0.25-0.60%、Ti含量≤0.03%、P含量≤0.11%，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素；KR到站先扒除高炉带渣，扒渣率≥95%，然后加脱硫剂脱硫，脱硫结束再进行扒渣，扒渣率≥95%，然后再加入脱硫剂第二次脱硫，扒渣率≥98%，KR出站温度≥1330℃，出站S含量≤0.0008%。

步骤2：转炉冶炼，转炉装入量为145±5t，铁水比80-90%，选用清洁废钢冶炼，转炉采用双渣脱磷。转炉吹炼前期大底吹搅拌，高枪位、低吹氧流量，采用中碱度渣系，碱度1,8-2.2，加入球团控制炉渣T.Fe≥25%，前期吹炼结束停止吹氧，温度1380-1430℃，底吹搅拌3分钟以上，P含量≤0.016%，倒渣；倒渣结束继续吹炼，采用低枪位、大供氧流量吹炼，加石灰造高碱度渣系，加球团，控制吹炼过程最低T.Fe≥15%，吹炼结束温度≥1650℃，T.Fe≥25%，碱度≥6，先倒渣，倒渣结束采用滑板挡渣出钢。

转炉所用洁净废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，还包括常规C、Si、Al、Mn以及Fe元素；转炉吹炼结束C含量0.03-0.07%，O含量0.035-0.075%，P含量≤0.008%，转炉出钢量为135±5t。

步骤3：转炉出钢，出钢开始时，向钢包中先加30-40%的低氮增碳剂、再加20-30%金属锰进行预脱氧，待加入的低氮增碳剂和金属锰全部溶于钢水，表面无漂浮的碳粉颗粒，完成出钢，然后按顺序向钢包渣面加入碳化硅、合成渣，对渣面进行脱氧及造渣；转炉出钢时全程开钢包底吹，钢包的双底吹中一个透气砖最大流量为600-800NL/min，另一个透气砖流量为最大流量的30-50%，两个透气砖在钢包底部呈135度角分布，从钢包中心起，位于半径的55%位置，向钢水中吹入氩气搅拌钢水和炉渣；

所用的钢包砖为镁碳砖，其中镁铝尖晶石含量≤3.0%，C含量≤3%，其余为不可避免的杂质组分；

转炉出钢过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；合成渣成分包括：CaO：45-55%、SiO₂ 20-30%、CaF₂ 5-10%、MnO 1-3%、MgO ≤3%、Al₂O₃≤1.5%，以及其他不可避免的杂质组分，合成渣碱度1.5-2.0，合成渣主要物相中硅酸一钙占比35-45%、硅酸二钙15-25%，其余为CaO、CaF₂、MnO及不可避免的相；

转炉出钢结束，加入碳化硅对钢包渣进行脱氧，加入量0.5-1.5kg/t，碳化硅加完后加合成渣进行造渣，加入量8-12kg/t，合成渣加入后钢包双底吹流量均控制为150-250NL/min，合成渣铺洒均匀后运至RH进行处理。

步骤4：RH炉精炼，RH炉进站温度≥1590℃，C含量≥0.2%，Mn含量0.15-0.35%，氧含量≤0.020%，RH进站快速抽真空处理的真空室工作压力≤1mbar，提升气体流量为150-200Nm³/min，然后根据进站成分先加入碳化硅脱氧，深真空处理时间≥15min，并取样检测成分，根据成分检测结果和冶炼的钢种成分要求，选择补加低氮增碳剂、超纯硅、金属锰、铬铁、钒铁中的一种或多种进行合金化，成分达标后，RH真空系统抽气能力降低40-60%，提升气体流量降至80-100Nm³/min，真空室压力升高至50mbar以上，净循环≥5min后，破空；

RH真空炉的浸渍管、底部槽所用耐材为镁铬超低碳砖，其中C含量≤1.5%，MgO：85-95%，Cr₂O₃:5-12%，镁铝尖晶石≤3%，以及其他不可避免的杂质组分；

RH真空处理过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；超纯硅中Si含量80-85%、Al含量≤0.0035%、Ti含量≤0.001%、P含量≤0.005%、S含量≤0.0025%，其余为铁和不可避免的杂质元素；铬铁中Cr含量55-60%、C含量≤1.8%、S含量≤0.006%、P含量≤0.013%，其余为铁和不可避免的杂质元素；钒铁中V含量45-50%，C含量≤1.6%、S含量≤0.005%、P含量≤0.012%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

RH破空后软搅拌时间≥6min，双透气砖最大透气砖流量60-80NL/min，另一透气砖流量为最大透气砖流量的40-50%，再运至连铸平台静置10分钟以上，然后开始浇注。

步骤5：采用大方坯连铸，大方坯的断面为300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中间包电磁感应加热设备将中间包钢水过热度控制波动≤5℃，中间包感应加热电流1500-1800A、电压1600-2000V，钢种0.5≤C＜0.8%时，钢水过热度20-35℃，钢种0.8≤C＜1.0%时，钢水过热度30-45℃，中间包吨位保持48±1吨，换包时吨位40-45吨；

所使用的结晶器电磁搅拌电流450-650A，频率6-8Hz，结晶器水量2750-3050NL/min，二冷段水量550-650NL/min，结晶器液位波动≤2mm，连铸恒拉速浇注，连铸拉速控制在0.6-0.7m/min；

连铸坯凝固中心固相率fs分为三段，当0.1≤fs＜0.3时，压下率占比为10-15%；当0.3≤fs＜0.5时，压下率占比为20-30%；当0.5≤fs＜0.8时，压下率占比为50-60%；当0.8≤fs＜1时，压下率占比为10-20%，总压下量控制15-30mm，得到铸坯C偏析指数0.95-1.05；

连铸低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO 40-50%，SiO₂ 30-40%，CaF₂：3-6%，Al₂O₃≤2%，MgO 3-6%，以及其他不可避免的组分；

中间包内壁镁质喷涂料成分包括MgO≥80%，CaO 5-10%，SiO₂ 1-3%，以及其他不可避免的组分；

采用整体式浸入式水口浇注，浸入式水口插入深度10-15mm，结晶器保护渣渣层厚度10-20mm，消耗量0.15-0.25kg/吨；

塞棒、水口材质为镁碳质，塞棒棒头成分以质量百分计，MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分；

浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分以质量百分计，包括MgO含量75-80%、C含量6-10%，SiC 3-5%，SiO₂ 5-10%，以及其他不可避免杂质组分。

步骤6：开坯修磨，将所述连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，控制坯料温度1100-1200℃，开轧温度1040-1180℃，开坯轧制后得到轧坯，对轧坯进行磁粉探伤，然后对表面全修磨，表面有明显探伤缺陷的位置再进行点修，修磨平均深度≥0.5mm；

轧坯喷涂层：将修磨后的轧坯表面喷耐高温涂层，涂层厚度0.3-1.5mm。

在控制加热炉内气氛情况下，将所述喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，并控制所述轧钢加热炉内所述轧坯温度1030-1190℃、开轧温度910-1170℃、精轧入口温度840-960℃、精轧出口温度990-1050℃，其中，在所述加热炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤2.5%。

步骤7：轧制及风冷，将在高线轧制工序中得到的轧后所述线材进行控温风冷冷却，风冷线吐丝温度控制在820-925℃。

轧坯进加热炉前喷涂层防护，涂层厚度0.3-1.5mm，高温涂料成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZrO 、C以及少量碱金属氧化物、无机粘结剂、表面活性剂等物质组成。

所述大方坯开坯成断面为140mm×140mm坯料，探伤修磨、加热炉加热、轧制、斯太尔摩风冷线控温冷却，获得的盘条表面无折叠、结疤、划痕缺陷，且其表面无全脱碳层。

实施例

所生产的高纯净度高碳钢线材组分除合金元素及Fe元素外，还包括按质量百分数计的化学成分：C：0.5-1.0%、P≤0.008%、S≤0.0025%、T.O≤0.0010%、N≤0.0020%、H≤0.0002%、Alt≤0.0010%、Ti≤0.0005%。

分别以弹簧钢55SiCr/65Mn、帘线钢72A/82A/97A、缆索钢87B/92Si为例，介绍本发明技术生产工艺过程。

弹簧钢55SiCr化学成分质量百分数：C：0.50-0.60%、Si：1.35-1.65%、Mn：0.60-0.80%、Cr：0.55-0.80%、V：0.15-0.35%。

弹簧钢65Mn化学成分质量百分数：C：0.60-0.70%、Si：0.20-0.40%、Mn：0.90-1.00%。

帘线72A化学成分质量百分数：C：0.70-0.78%、Si：0.15-0.30%、Mn：0.50-0.60%。

帘线82A化学成分质量百分数：C：0.78-0.86%、Si：0.15-0.35%、Mn：0.50-0.65%。

帘线97A化学成分质量百分数：C：0.95-1.00%、Si：0.15-0.30%、Mn：0.35-0.45%。

缆索钢87B化学成分质量百分数：C：0.85-0.90%、Si：0.45-0.60%、Mn：0.70-0.85%、Cr：0.20-0.35%、V：0.02-0.05%。

缆索钢92Si化学成分质量百分数：C：0.90-0.95%、Si：1.1-1.3%、Mn：0.75-0.90%、Cr：0.20-0.35%、V：0.01-0.04%。

高纯净度高碳钢线材按铁水预处理—转炉冶炼—RH真空—大方坯连铸—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条工艺流程进行生产。

步骤1：KR铁水预处理

铁水运至KR处理工位，经过三次扒渣，两次深脱硫，得到低硫铁水，然后兑入转炉冶炼。

表1 弹簧钢KR到站铁水主要参数

表2 弹簧钢KR脱硫处理主要参数

表3 帘线钢KR到站铁水主要参数

表4 帘线钢KR脱硫处理主要参数

表5 缆索钢KR到站铁水主要参数

表6 缆索钢KR脱硫处理主要参数

步骤2：转炉冶炼

转炉装入铁水、清洁废钢后，采用双渣脱磷。转炉吹炼前期大底吹搅拌，高枪位、低吹氧流量，采用中碱度、高氧化性渣系，前期吹炼结束底吹搅拌，倒渣；倒渣结束继续吹炼，采用低枪位、大供氧流量吹炼，加石灰造高碱度、高氧化性渣系，控制吹炼过程T.Fe含量，吹炼结束先倒渣，倒渣结束采用滑板挡渣出钢。转炉所用洁净废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，还包括常规C、Si、Al、Mn以及Fe元素。

表7 弹簧钢转炉冶炼第一阶段主要参数

表8 弹簧钢转炉冶炼第二阶段主要参数

表9 帘线钢转炉冶炼第一阶段主要参数

表10 帘线钢转炉冶炼第二阶段主要参数

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表11 缆索钢转炉冶炼第一阶段主要参数

表12 缆索钢转炉冶炼第二阶段主要参数

步骤3：转炉出钢

转炉出钢开始时，向钢包中先加部分低氮增碳剂、金属锰进行预脱氧，待加入的低氮增碳剂和金属锰全部溶于钢水，表面无漂浮的碳粉颗粒，完成出钢。然后按顺序向钢包渣面加入碳化硅、合成渣，对渣面进行脱氧及造渣。转炉出钢时全程开钢包底吹，钢包的双底吹中一个透气砖最大流量为600-800NL/min，另一个透气砖流量为最大流量的30-50%，两个透气砖在钢包底部呈135度角分布，从钢包中心起，位于半径的55%位置，向钢水中吹入氩气搅拌钢水和炉渣；所用的钢包砖为镁碳砖，其中镁铝尖晶石含量≤3.0%，C含量≤3%，其余为不可避免的杂质组分；转炉出钢过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；合成渣成分包括：CaO：45-55%、SiO₂ 20-30%、CaF₂ 5-10%、MnO 1-3%、MgO ≤3%、Al₂O₃≤1.5%，以及其他不可避免的杂质组分，合成渣碱度1.5-2.0，合成渣主要物相中硅酸一钙占比35-45%、硅酸二钙15-25%，其余为CaO、CaF₂、MnO及不可避免的相。

转炉出钢结束，加入碳化硅对钢包渣进行脱氧，碳化硅加完后加合成渣进行造渣，合成渣加入后调低钢包流量，双底吹流量大小一致，合成渣铺洒均匀后运至RH进行处理。

表13 弹簧钢转炉出钢主要参数

表14 帘线钢转炉出钢主要参数

表15 缆索钢转炉出钢主要参数

步骤4：RH炉精炼

RH炉进快速抽真空处理，设置大提升气体流量，然后根据进站成分先加入碳化硅脱氧，保持深真空处理一定时间，并取样检测成分，根据成分检测结果和冶炼的钢种成分要求，选择补加低氮增碳剂、超纯硅、金属锰、铬铁、钒铁中的一种或多种进行合金化，成分达标后，RH真空系统抽气能力降低，提升气体流量降低，真空室压力升高，净循环后，破空；

RH真空炉的浸渍管、底部槽所用耐材为镁铬超低碳砖，其中C含量≤1.5%，MgO：85-95%，Cr₂O₃:5-12%，镁铝尖晶石≤3%，以及其他不可避免的杂质组分；

RH真空处理过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；超纯硅中Si含量80-85%、Al含量≤0.0035%、Ti含量≤0.001%、P含量≤0.005%、S含量≤0.0025%，其余为铁和不可避免的杂质元素；铬铁中Cr含量55-60%、C含量≤1.8%、S含量≤0.006%、P含量≤0.013%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

RH破空后软搅拌，双透气砖底吹流量设置差异化，其中较小流量底吹数值是大流量底吹的40-50%，再运至连铸平台静置10分钟以上，然后开始浇注。

表16 弹簧钢RH进站及深真空处理参数

表17 弹簧钢RH处理后期及出钢参数

表18 帘线钢RH进站及深真空处理参数

表19 帘线钢RH处理后期及出钢参数

表20 缆索钢RH进站及深真空处理参数

表21 缆索钢RH处理后期及出钢参数

步骤5：大方坯连铸

大方坯的断面为300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中间包电磁感应加热设备控制钢水过热度稳定，设置中间包感应加热电流、电压。根据钢种C含硫变化，调节中间包钢水过热度，浇注和换包过程保持中间包吨位稳定；

设置结晶器电磁搅拌电流、频率6-8Hz，加强搅拌，设置结晶器水量、二冷段水量，控制铸坯冷却效果，连铸恒拉速浇注，保持结晶器液位稳定；

将连铸坯凝固中心固相率fs分为三段，分配不同区段压下量，当0.1≤fs＜0.3时，压下率占比为10-15%；当0.3≤fs＜0.5时，压下率占比为20-30%；当0.5≤fs＜0.8时，压下率占比为50-60%；当0.8≤fs＜1时，压下率占比为10-20%，通过控制压下量获得C偏析指数0.95-1.05的铸坯；

连铸采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO 40-50%，SiO₂ 30-40%，CaF₂：3-6%，Al₂O₃≤2%，MgO 3-6%，以及其他不可避免的组分，中间包内壁镁质喷涂料成分包括MgO≥80%，CaO 5-10%，SiO₂ 1-3%，以及其他不可避免的组分；

采用整体式浸入式水口浇注，浸入式水口插入深度10-15mm，结晶器保护渣渣层厚度10-20mm，消耗量0.15-0.25kg/吨；

塞棒、水口材质为镁碳质，塞棒棒头成分以质量百分计，MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分；

浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分以质量百分计，包括MgO含量75-80%、C含量6-10%，SiC 3-5%，SiO₂ 5-10%，以及其他不可避免杂质组分。

表22 弹簧钢连铸中间包主要参数

表23 弹簧钢连铸结晶器及压下控制参数

表24 帘线钢连铸中间包主要参数

表25 帘线钢连铸结晶器及压下控制参数

表26 缆索钢连铸中间包主要参数

表27 缆索钢连铸结晶器及压下控制参数

步骤6：开坯修磨

将所述连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，控制坯料温度1100-1200℃，开轧温度1040-1180℃，开坯轧制后得到轧坯，对轧坯进行磁粉探伤，然后对表面全修磨，表面有明显探伤缺陷的位置再进行点修，修磨平均深度≥0.5mm；

在控制加热炉内气氛情况下，将所述喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，并控制所述轧钢加热炉内所述加热时间、轧坯温度、开轧温度，其中，在所述加热炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤2.5%。

表28 弹簧钢开坯修磨主要工艺参数

表29 帘线钢开坯修磨主要工艺参数

表30 缆索钢开坯修磨主要工艺参数

步骤7：轧制及风冷

将开坯得到的140mm×140mm轧坯修磨，然后在轧坯表面喷耐高温涂层，涂层厚度0.3-1.5mm。

将在高线轧制工序中得到的轧后所述线材进行控温风冷冷却，风冷线吐丝温度控制在820-900℃。

高温涂料成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZrO、C以及少量碱金属氧化物、无机粘结剂、表面活性剂等物质组成。

所述大方坯开坯成轧坯料，探伤修磨、加热炉加热、轧制、斯太尔摩风冷线控温冷却，获得的盘条表面无折叠、结疤、划痕缺陷，且其表面无全脱碳层。

高纯净度高碳钢线材制得的盘条，所述盘条包括C含量≤0.87%拉拔直径0.1mm以上细丝的高质量帘线钢盘条和0.87%＜C含量≤1.0%拉拔直径0.05mm以上细丝的高质量金钢线盘条。

由高纯净度高碳钢线材制得的1600-2400MPa级弹簧钢、1800-2200MPa级缆索钢。

表31 弹簧钢轧制及风冷主要工艺参数

表32 帘线钢轧制及风冷主要工艺参数

表33 缆索钢轧制及风冷主要工艺参数

本发明实现：

（1）KR、转炉将S含量降至较低的水平，避免精炼过程造高碱度渣系脱硫，脱硫过程渣金反应剧烈，夹杂物组分体系发生改变，KR和转炉控制好S含量，可实现夹杂物组分类型的精准控制。

（2）转炉采用双渣工艺，通过精准控制吹炼前期熔池温度，炉渣碱度、氧化性以及底吹搅拌等措施，获得低磷的半钢钢水，进一步造高碱度、高氧化性炉渣，尤其通过吹炼过程球团的精准加入，控制全程炉渣氧化性，避免回磷问题，获得低磷钢水。

（3）转炉出钢先采用碳粉、金属锰弱脱氧，减少钢水吸氮问题，同时夹杂物中主要形成MnO类夹杂，RH深真空条件下采用碳化硅、超纯硅、碳粉脱氧合金化，减少夹杂物生成总量，降低RH抽气能力，减弱钢水搅拌强度，减少了Si元素对MnO夹杂的还原，获得高MnO组分的SiO₂-MnO夹杂，结合合金、耐材、低碱度渣系控制，进一步减少了夹杂物中CaO、Al₂O₃、MgO高熔点组分含量。

（4）精炼全流程采用限定最大流量的非对称流量搅拌模式，减少钢水对冲死区，促进钢水循环，加快温度、成分均匀，缩短渣金剧烈反应时间，减少卷渣等带入夹杂物，同时促进夹杂物高效去除。

（5）钢包、真空槽、连铸耐材等辅料的控制，减少氧化铝类夹杂物的来源，提高耐材质量，降低耐材侵蚀形成外来大尺寸脆性夹杂；同时RH采用变循环强度的方式去除夹杂物，前期采用高真空高提升气体流量去除低熔点酸性夹杂，该类夹杂对耐材有一定的侵蚀作用，耐材采用低碳材质，减弱脱氧侵蚀，中后期使用弱循环搅拌，减弱对耐材的侵蚀，促进前期侵蚀形成的大尺寸硅酸盐类复合夹杂物的上浮，结合破空后的软搅拌及镇静、连铸电磁搅拌等进一步促进夹杂物上浮。

（6）连铸采用窄区间过热度、合金元素与过热度匹配控制及恒拉速浇注技术，实现精准分区段压下控制，可减轻铸坯中各类元素的偏析，即减少析出物夹杂的形成；同时避免应压力量分配不合适造成的内部裂纹等问题。

（7）开坯及轧制过程采用高温、长时加热技术，促进元素的扩散均匀，消除元素偏析等问题，同时结合坯料全修磨及新型涂层材料应用技术，减少盘条表层脱碳；优化控制控冷工艺，获得组织性能优良的盘条。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (28)

1.一种高纯净度高碳钢线材，其特征在于，所述高纯净度高碳钢线材组分除合金元素及Fe元素外，还包括按质量百分数计的化学成分：C：0.5-1.0%、P≤0.008%、S≤0.0025%、T.O≤0.0010%、N≤0.0020%、H≤0.0002%、Alt≤0.0010%和Ti≤0.0005%。

2.根据权利要求1所述的高纯净度高碳钢线材，其特征在于，所述高碳钢线材中夹杂物除SiO₂-MnO类夹杂物之外，其他组分的质量含量≤20%，1μm以上夹杂物数量密度≤3.5个/mm²，5μm以上夹杂物数量密度≤0.06个/mm²，横向最大尺寸夹杂物≤12μm，纵向夹杂物最大宽度≤10μm，长度≤25μm，脆性夹杂物尺寸≤3μm，铸坯C偏析指数0.95-1.05，盘条C偏析指数≤1.05。

3.一种制造权利要求1或2所述的高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，按铁水预处理—转炉冶炼—RH真空—大方坯连铸—开坯及修磨—高线轧制—斯太尔摩风冷—成品盘条工艺流程进行生产，具体包括以下步骤：

步骤1：KR铁水预处理，得到低硫铁水，兑入转炉；

步骤2：转炉冶炼，转炉装入量为145±5t，铁水比80-90%，选用清洁废钢冶炼，转炉采用双渣脱磷；

步骤3：转炉出钢，出钢开始时，向钢包中先加30-40%的低氮增碳剂、再加20-30%金属锰进行预脱氧，待加入的低碳增碳剂和金属锰全部溶于钢水，表面无漂浮的碳粉颗粒，完成出钢，然后按顺序向钢包渣面加入碳化硅、合成渣，对渣面进行脱氧及造渣；

步骤4：RH炉精炼，RH炉进站温度≥1590℃，C含量≥0.2%，Mn含量0.15-0.35%，氧含量≤0.020%，RH进站快速抽真空处理，然后先加入碳化硅脱氧，并取样检测成分，根据成分检测结果和冶炼的钢种成分要求，选择补加低氮增碳剂、超纯硅、金属锰、铬铁、钒铁中的一种或多种进行合金化，成分达标后，RH真空系统抽气能力降低40-60%，升高真空室压力，提升气体流量降至80-100Nm³/min，净循环≥5min后，破空，开钢包底吹软搅拌处理，再运至连铸平台静置10分钟以上，然后开始浇注；

步骤5：采用大方坯连铸；

步骤6：开坯修磨，改善表面质量；

步骤7：轧制及风冷，控制冷却强度，改进组织及性能。

4.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤2中，转炉吹炼前期大底吹搅拌，高枪位、低吹氧流量，采用中碱度渣系，碱度1.8-2.2，加入球团控制炉渣T.Fe≥25%，前期吹炼结束停止吹氧，温度1380-1430℃，底吹搅拌3分钟以上，P含量≤0.016%，倒渣；倒渣结束继续吹炼，采用低枪位、大供氧流量吹炼，加石灰造高碱度渣系，加球团，控制吹炼过程最低T.Fe≥15%，吹炼结束温度≥1650℃，T.Fe≥25%，碱度≥6，先倒渣，倒渣结束采用滑板挡渣出钢。

5.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤3中，转炉出钢时全程开钢包底吹，钢包的双底吹中一个透气砖最大流量为600-800NL/min，另一个透气砖流量为最大流量的30-50%，两个透气砖在钢包底部呈135度角分布，从钢包中心起，位于半径的55%位置，向钢水中吹入氩气搅拌钢水和炉渣。

6.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤3中，转炉出钢结束，加入碳化硅对钢包渣进行脱氧，加入量0.5-1.5kg/t，碳化硅加完后加合成渣进行造渣，加入量8-12kg/t，合成渣加入后钢包双底吹流量均控制为150-250NL/min，合成渣铺洒均匀后运至RH进行处理。

7.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤4中，RH进站快速抽真空处理的真空室工作压力≤1mbar，提升气体流量为150-200Nm³/min，深真空处理时间≥15min，成分达标后真空室压力升高至50mbar以上。

8.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤4中，RH破空后软搅拌时间≥6min，双透气砖最大透气砖流量60-80NL/min，另一透气砖流量为最大透气砖流量的40-50%。

9.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤5中大方坯的断面为300mm×390mm，连铸全程保护浇注，采用低碱度低氧化铝中间包覆盖剂，利用中间包电磁感应加热设备将中间包钢水过热度控制波动≤5℃，中间包感应加热电流1500-1800A、电压1600-2000V，钢中0.5≤C＜0.8%时，钢水过热度20-35℃，钢中0.8≤C＜1.0%时，钢水过热度30-45℃，中间包吨位保持48±1吨，换包时吨位40-45吨。

10.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤5中，所用的结晶器电磁搅拌电流450-650A，频率6-8Hz，结晶器水量2750-3050NL/min，二冷段水量550-650NL/min，结晶器液位波动≤2mm，连铸恒拉速浇注，连铸拉速控制在0.6-0.7m/min。

11.根据权利要求10所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤5中，连铸坯凝固中心固相率fs分为四段，当0.1≤fs＜0.3时，压下率占比为10-15%；当0.3≤fs＜0.5时，压下率占比为20-30%；当0.5≤fs＜0.8时，压下率占比为50-60%；当0.8≤fs＜1时，压下率占比为10-20%，总压下量控制在15-30mm，得到铸坯C偏析指数0.95-1.05。

12.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤6：开坯修磨：将连铸坯在开坯加热炉中加热及均热保温，控制坯料温度1100-1200℃，开轧温度1040-1180℃，开坯轧制后得到轧坯，对轧坯进行磁粉探伤，然后对表面全修磨，表面有明显探伤缺陷的位置再进行点修，修磨平均深度≥0.5mm；

轧坯喷涂层：将修磨后的轧坯表面喷耐高温涂层，涂层厚度0.3-1.5mm。

13.根据权利要求12所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤6，在控制加热炉内气氛情况下，将所述喷涂后的轧坯在轧钢加热炉中加热及均热保温，并控制所述轧钢加热炉内所述轧坯温度1030-1190℃、开轧温度910-1170℃、精轧入口温度840-960℃、精轧出口温度990-1050℃，其中，在所述加热炉内气氛成分中，以体积百分比计，H₂O和O₂含量总和≤2.5%。

14.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤7，将在高线轧制工序中得到的轧后线材进行控温风冷冷却，风冷线吐丝温度控制在820-925℃。

15.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述KR到站温度≥1380℃，铁水S含量≤0.045%，C含量4.1-4.6%，Si含量0.25-0.60%，Ti含量≤0.03%，P含量≤0.11%，其余为Fe和其他不可避免的杂质元素；KR到站先扒除高炉带渣，扒渣率≥95%，然后加脱硫剂脱硫，脱硫结束再进行扒渣，扒渣率≥95%，然后再加入脱硫剂第二次脱硫，扒渣率≥98%，KR出站温度≥1330℃，出站S含量≤0.0008%。

16.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述转炉所用洁净废钢成分包括P≤0.015%，S≤0.0050%，Ti≤0.01%，还包括常规C、Si、Al、Mn以及Fe元素。

17.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述转炉吹炼结束C含量0.03-0.07%，O含量0.035-0.075%，P含量≤0.008%，转炉出钢量为135±5t。

18.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述转炉出钢过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；

金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素。

19.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述转炉出钢所加入的合成渣成分包括：CaO：45-55%，SiO₂：20-30%，CaF₂：5-10%，MnO：1-3%，MgO ≤3%，Al₂O₃≤1.5%，以及其他不可避免的杂质组分，碱度1.5-2.0，物相中硅酸一钙占比35-45%、硅酸二钙15-25%，其余为CaO、CaF₂、MnO及不可避免的相。

20.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述RH真空处理过程加入的低碳增碳剂N含量≤0.045%，其余为C和不可避免的杂质元素；

金属锰中Mn元素含量≥99%、Ti含量≤0.003%、Al含量≤0.005%、P含量≤0.0065%、S含量≤0.0035%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

碳化硅中SiC含量≥98%，以及其它不可避免的杂质元素；

超纯硅中Si含量80-85%、Al含量≤0.0035%、Ti含量≤0.001%、P含量≤0.005%、S含量≤0.0025%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

铬铁中Cr含量55-60%、C含量≤1.8%、S含量≤0.006%、P含量≤0.013%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

钒铁中V含量45-50%，C含量≤1.6%、S含量≤0.005%、P含量≤0.012%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

21.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤3所用的钢包砖为镁碳砖，其中镁铝尖晶石含量≤3.0%，C含量≤3%，其余为不可避免的杂质组分；

步骤4中RH真空炉的浸渍管、底部槽所用耐材为镁铬超低碳砖，其中C含量≤1.5%，MgO：85-95%，Cr₂O₃:5-12%，镁铝尖晶石≤3%，以及其他不可避免的杂质组分。

22.根据权利要求9所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤5中，连铸低碱度低氧化铝中间包覆盖剂主要成分包括：CaO：40-50%，SiO₂ ：30-40%，CaF₂：3-6%，Al₂O₃≤2%，MgO：3-6%，以及其他不可避免的组分；

中间包内壁镁质喷涂料成分包括MgO≥80%，CaO：5-10%，SiO₂：1-3%，以及其他不可避免的组分。

23.根据权利要求10所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤5中，采用整体式浸入式水口浇注，浸入式水口插入深度10-15mm，结晶器保护渣渣层厚度10-20mm，消耗量0.15-0.25kg/吨；

塞棒、水口材质为镁碳质，塞棒棒头成分以质量百分数计，MgO含量80-85%，C含量8-12%，Al₂O₃含量≤1.5%，SiC含量1-4%，SiO₂含量2-3%，以及其他不可避免的杂质组分；

浸入式水口内壁厚度5-7mm，成分以质量百分数计，包括MgO：75-80%，C：6-10%，SiC：3-5%，SiO₂ ：5-10%，以及其他不可避免杂质组分。

24.根据权利要求3所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述步骤6中，轧坯进加热炉前喷涂层防护，涂层厚度0.3-1.5mm，高温涂料成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZrO₂、C以及少量碱金属氧化物、无机粘结剂、表面活性剂。

25.根据权利要求9所述的制造高纯净度高碳钢线材的方法，其特征在于，所述大方坯开坯成断面为140mm×140mm坯料，探伤修磨、加热炉加热、轧制、斯太尔摩风冷线控温冷却，获得的盘条表面无折叠、结疤、划痕缺陷，且其表面无全脱碳层。

26.一种由权利要求3-25任一所述的方法制得的高纯净度高碳钢线材。

27.一种盘条，其特征在于，由权利要求26所述的高纯净度高碳钢线材制得，所述盘条包括C含量≤0.87%拉拔直径0.1mm以上细丝的高质量帘线钢盘条和0.87%＜C含量≤1.0%拉拔直径0.05mm以上细丝的高质量金钢线盘条。

28.一种由权利要求26所述的高纯净度高碳钢线材制得的1600-2400MPa级弹簧钢、1800-2200MPa级缆索钢。