CN101649416B - 高碳钢盘条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗拉强度在1200MPa以上,面收缩率在35%以上的高碳钢盘条及其制备工艺,该盘条包含C、Si、Mn、Cr和V等基本成分,以及Ni、Cu、Al、B、Ti、Nb和Mo等可选择成分,同时还包含余量的Fe和杂质,其制备工艺包括依次进行的冶炼、铸造、轧制和控冷工序,轧制工序的开轧温度控制在1000~1100℃之间,吐丝温度为870~930℃,控冷工序采用斯太尔摩控制冷却,在相变之前及相变前期采用快速冷却,在相变后期采用缓慢冷却方式。该高碳钢盘条机械性能优良,合金元素较少,成本低,且其制备工艺仅是对现有高碳钢盘条的生产工艺进行小幅度调整而得,几乎不会增加任何生产成本。

Description

高碳钢盘条及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明具体涉及一种高碳钢盘条及其制备方法,该高碳钢盘条的抗拉强度在 1200MPa以上,面收缩率在以上。

背景技术

[0002] 高碳钢盘条等线材在用于生产预应力钢绞线、镀锌钢丝、钢芯铝绞线、钢丝绳、弹 簧钢丝和琴钢丝等产品时,一般需要经过多道次拉拔,其减面率高达64〜96%。为使成品 钢丝具有较好机械性能,则对于原始盘条的强度、面缩率、反复弯曲及扭转性能等均有很高 要求。SWRH82B是高碳钢线材中产量最大、用途最广的一种产品,其成份位于!^e-C平衡相 图的共析点附近,基本组织为索氏体,片层间距通常为100〜200nm,盘条中心部索氏体化 率一般高于75%,并另含马氏体或网状渗碳体等常见有害组织,而心部马氏体和网状渗碳 体的存在往往会引发拉拔过程中的断丝事故,降低下游客户的生产率和最终产品的使用性 能。为满足现代化工业生产对于此类高碳钢线材性能的越来越高的要求,业界亟待对普通 SWRH82B盘条等材料的性能做进一步改善。

发明内容

[0003] 本发明的目的之一在于提出一种高碳钢盘条,其抗拉强度高,面缩率大,可克服现 有技术中的不足。

[0004] 为实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:

[0005] 一种高碳钢盘条,其抗拉强度在1200MPa以上,其特征在于,该高碳钢盘条包含的 组分及其重量百分比为:

[0006]基本成分:C 0. 77 〜0. 84%, Si 0. 20 〜0. 50%, Mn 0. 60 〜0. 75%, Cr 0. 30 〜 0. 40%和 V 0. 001 〜0. 10% ;

[0007]可选择成分:Ni 0. 02 〜0. 15 %、Cu 0. 02 〜0. 25 %、Al 0. 001 〜0. 05 %、B 0. 001 〜0. 005%、Ti 0. 01 〜0. 05%、Nb 0. 01 〜0. 05%和 Mo 0. 01 〜0. 10%中的一种或

二种以上的组合;

[0008] 以及余量的!^e和杂质。

[0009] 具体而言,该高碳钢盘条的面收缩率在35%以上。

[0010] 本发明的另一目的在于提出一种制备如上所述高碳钢盘条的工艺,其包括依次进 行的冶炼工序、铸造工序、轧制工序和控冷工序,其特征在于,所述轧制工序的开轧温度控 制在1000〜1100°C之间,吐丝温度为870〜930°C ;所述控冷工序采用斯太尔摩控制冷却, 在相变之前及相变前期采用快速冷却,风机风量为100%,在相变后期采用缓慢冷却方式, 风机风量在50%以下。

[0011] 进一步地讲,所述冶炼工序包括依次进行的电炉或转炉熔炼工序和钢包精炼工序。

[0012] 所述铸造工艺采用方坯连铸工艺。[0013] 以下对本发明的技术内容做详细说明:

[0014] 对于钢制品而言,C是最基本的强化元素,过量的C会促进先共析渗碳体的析出, 严重时会形成网状渗碳体,降低盘条的塑性,而C含量不足时会形成先共析铁素体,同样会 降低盘条的性能。如在SWRH82B等材料中,C含量接近平衡相图中的共析点,其可能含有部 分的心部马氏体或网状渗碳体,从而影响盘条的性能。而只有在控制盘条中C含量在合适 范围时,才可使盘条中的组织在工厂生产的冷却条件下基本形成较之马氏体等组织具有更 好的加工性能和更大的加工硬化率的全珠光体组织,该组织非常适合拉丝加工。同时,Si亦 是一种铁素体强化元素,其可通过固溶强化提高铁素体的强度,且Si还是一种重要的脱氧 剂,Si在铁素体/渗碳体界面的富集有助于防止渗碳体在热镀锌和稳定化处理过程中发生 分解,提高加工过程中的热稳定性,但过多的Si会引起脱碳,降低表面质量。又及,Mn作为 一种重要的脱氧剂,可减少S在钢中的危害,有助于提高盘条的强度。但过多的Mn会促进 中心偏析和心部马氏体的形成,提高拉丝加工过程中发生断丝的几率。另外,Cr是细化珠 光体组织的有效元素,能够显著提高线材的强度和硬度,但另一方面会促进中心偏析和心 部马氏体的形成。此外,V可在钢材中形成细小的C、N化物,而且在奥氏体温度区间具有较 大的固溶度,能有效阻止奥氏体晶粒长大,细化产品的组织结构,提高产品性能,而且能够 有效阻止网状渗碳体的析出,但过多的V会使V (C,N)颗粒粗化,降低产品的塑性,而且V的 价格较高,不利于成本控制。

[0015] 考虑到上述原因,本案发明人经长期研究和实践,采用将高碳钢盘条中的C含量 控制在0. 77〜0. 84%,Si含量控制在0. 20〜0. 50%,Mn含量控制在0. 60〜0. 75%,Cr 含量控制在0. 30〜0. 40%,V含量控制在0. 001〜0. 10%,从而有效提高盘条强度及其它 机械性能,防止心部马氏体的形成,并降低成本,且实践结果确切表明,由上述含量的组分 构成的高碳钢盘条,其抗拉强度可达到1200MPa以上,面收缩率可达到35%以上。

[0016] 为制备上述高碳钢盘条,本发明采用了包含冶炼、铸造、轧制和斯太尔摩控冷等工 序的工艺。在冶炼工序中,主要选用优质废钢和铁水为原料进行电炉或转炉熔炼,其中铁水 比率可根据生产情况和市场行情调整,以降低生产成本,熔炼完成后,采用钢包精炼炉法进 行精炼,并在精炼后期脱氧完成后添加V、Cr等合金元素,最后添加Ti,以提高合金收得率, 其后采取方坯连铸工艺,降低拉坯速率,并在结晶器和连铸末端的合适位置使用电磁搅拌, 以进一步减少中心偏析。在轧制工序中,为确保Cr3C2的充分溶解,可将加热温度和开轧温 度适当提高20°C左右,即将开轧温度控制在1000〜1100°C之间,吐丝温度控制在870〜 930°C。同时,对于斯太尔摩控冷工艺,相变前采用快速冷却,以减少网状渗碳体的生成,并 形成细小的组织结构,相变后期采用较慢的冷却速率,以抑制马氏体的生成,并减少残余应 力。该制备工艺是对常规的SWRH82B等材料的制备工艺进行调整而得,几乎不会增加生产 成本,且所需操作人员、工时、设备等亦大致相同,但生产所得高碳钢盘条的性能远远优于 现有SWRH82B等材料。

[0017] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:该高碳钢盘条机械性能优良,抗拉强度 在1200MPa以上,面收缩率在35%以上,合金元素较少,可广泛应用于各种钢丝生产工艺, 且该高碳钢盘条的制备工艺仅是对现有高碳钢盘条的生产工艺进行小幅度调整而得,几乎 不会增加任何生产成本。附图说明

[0018] 图1是本发明具体实施方式中斯太尔摩在线测量的冷却曲线图;

[0019] 图2是本发明具体实施方式中高碳钢盘条横截面的金相组织照片;

[0020] 图3是本发明具体实施方式中高碳钢盘条横截面的扫面电镜照片。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。

[0022] 江苏省沙钢集团采用如下工艺进行高碳钢盘条的生产,该工艺包括依次进行的冶 炼工序、铸造工序、轧制工序和控冷工序。其中,在冶炼工序中,主要选用优质废钢和铁水为 原料进行电炉或转炉熔炼,其中铁水比率可根据生产情况和市场行情调整,以降低生产成 本,熔炼完成后,采用钢包精炼炉法进行精炼,并在精炼后期脱氧完成后添加V、Cr等合金 元素,最后添加Ti,以提高合金收得率,精炼过程中温度控制在1490〜1550°C,精炼渣二元 碱度控制在2. 5〜3. 0,白渣时间控制在15分钟以上,精炼出钢温度为1530士 10°C。精炼 后采取方坯连铸工艺,降低拉坯速率,并在结晶器和连铸末端的合适位置使用电磁搅拌等, 以进一步减少中心偏析,连铸过程浇注温度为1490°C,过热度为30°C,目标拉速为2. 7m/s, 结晶器液面波动控制在士3mm之间,结晶器电磁搅拌电流为350A,频率为4Hz,末端电磁搅 拌为400A,频率为18Hz。在轧制工序中,为确保Cr3C2的充分溶解,可将加热温度和开轧温 度适当提高20°C左右,即将开轧温度控制在1000〜1100°C之间,吐丝温度控制在870〜 930°C。同时,对于斯太尔摩控冷工艺,相变前采用快速冷却,以减少网状渗碳体的生成,并 形成细小的组织结构,相变后期采用较慢的冷却速率,以抑制马氏体的生成,并减少残余 应力。以13mm盘条为例,斯太尔摩上各段的辊道速率可分别控制在1. 100、1. 210、1. 331、 1. 464,1. 391,1. 252,1. 252,1. 252,1. 252,1. 001,0. 851 和 1. 000 米 / 秒,亦即,相变前及 相变前期尽可能提高辊道速率,以降低堆积密度,实现快速冷却,相变后期降低辊道速率, 以实现缓冷;而对应辊道速率,还设定了与之配合的风机风量,使相变前及相变前期风机开 100%,实现快速冷却,相变后期风机开在50%以下,以实现缓冷。在此控冷工艺下在线测量 的斯太尔摩冷却曲线如图1所示。表1列出的是部分根据上述工艺生产的产品的化学成分。 如图2〜3所示,金相检测(500倍)及扫描电镜测试结果表明,该等产品基本组织为细片状 珠光体(即索氏体),其索氏体化率在93. 3%以上(较之普通的SWRH82B高3%左右),片 层间距为100〜200nm,除此之外产品组织中还含有少量的片层状珠光体和先共析铁素体, 各类夹杂物都控制在1级以内,同时,组织中心部马氏体、网状碳化物、表面质量、晶粒度等 其它检测项目也完全符合相关的国家标准和日本JIS标准。该等产品的力学性能试验结果 如表2所示,即,产品的抗拉强度在1200MPa以上,面缩率在35%以上,无论是强度还是塑 性,都普遍高于普通的SWRH82B产品。

[0023] 本发明的高碳钢盘条机械性能优良,抗拉强度在1200MPa以上,面收缩率在35% 以上,合金元素较少,成本低,可广泛应用于各种钢丝生产工艺,且该高碳钢盘条的制备工 艺仅是对现有高碳钢盘条的生产工艺进行小幅度调整而得,其几乎不会增加任何生产成 本。

[0024] 表1部分高碳钢盘条成品的化学组分

[0025]实施例 直径(mm) C Si Mn P S Cr Ni Cu Al Ti V1 11 0.82 0.25 0. 62 0.008 0.006 0.34 0.03 0.08 0.0025 0.0021 0.00332 11 0.82 0. 27 0. 66 0. 010 0. 006 0. 33 0. 03 0. 08 0. 0024 0. 0023 0. 00343 11 0.81 0. 27 0. 64 0. 012 0. 009 0. 33 0. 03 0. 09 0. 0025 0. 0023 0. 00334 11 0.81 0. 26 0. 63 0. 012 0.006 0.34 0.03 0.10 0.0026 0.0023 0.00355 11 0.82 0. 25 0. 63 0. 009 0. 003 0. 33 0. 03 0. 08 0. 0024 0. 0023 0. 00316 11 0.81 0.26 0.63 0.011 0.007 0.33 0.03 0.08 0.0027 0.0024 0.00347 11 0.82 0. 26 0. 62 0. 011 0. 004 0. 33 0. 03 0. 08 0. 0024 0. 0022 0. 00358 11 0. 83 0. 26 0.62 0.011 0.005 0.33 0.03 0.08 0.0023 0.0022 0.00309 11 0.82 0.26 0.63 0.014 0.004 0.33 0.03 0.08 0.0030 0.0022 0.003210 11 0.81 0. 25 0. 63 0. Oil 0. 005 0. 32 0. 03 0. 09 0. 0028 0. 0022 0. 003311 13 0.81 0.25 0. 63 0.011 0.004 0. 33 0.04 0. 12 0.0019 0.0024 0.002712 13 0.84 0. 36 0. 77 0. 012 0. 006 0. 17 0. 06 0.12 0. 0964 0. 0220 0. 055013 13 0.80 0. 36 0. 77 0. 015 0. 002 0. 17 0. 05 0.14 0. 0135 0. 0208 0.063414 13 0.81 0. 23 0. 64 0. OlO 0. 003 0. 33 0. 09 0. 15 0. 0024 0. 0033 0.002315 13 0.82 0. 24 0. 64 0. Oil 0. 007 0. 33 0. 05 0. 12 0. 0022 0. 0029 0.002116 13 0.82 0.24 0.65 0.006 0.005 0.33 0.03 0.10 0.0023 0.0032 0.0021

[0026] 表2部分高碳钢盘条的力学性能

[0027]

实施例 直径(mm) 抗拉强度(MPa) 面缩率(% )1 11 1230 37. 52 11 1245 41. 53 11 1235 46. 54 11 1255 41. O5 11 1240 41. O6 11 1225 43. O7 11 1230 39. 5

Figure CN101649416BD00071

Claims (5)

1. 一种高碳钢盘条,其抗拉强度在1200MPa以上,其特征在于,该高碳钢盘条包含的组 分及其重量百分比为:基本成分:c 0. 77 〜0. 84%,Si 0. 20 〜0. 50%,Mn 0. 60 〜0. 75%,Cr 0. 30 〜0. 40% 和 V 0. 001 〜0. 10% ;可选择成分:Ni 0. 02 〜0. 15%,Cu 0. 02 〜0. 25%,Al 0. 001 〜0. 05%,B 0. 001 〜 0. 005%,Ti 0. 01 〜0. 05%、Nb 0. 01 〜0. 05%和 Mo 0. 01 〜0. 10%中的一种或二种以上 的组合;以及余量的1¾和杂质。
2.根据权利要求1所述的高碳钢盘条,其特征在于,该高碳钢盘条的面收缩率在35% 以上。
3.如权利要求1所述高碳钢盘条的制备方法,其包括依次进行的冶炼工序、铸造工序、 轧制工序和控冷工序,其特征在于,所述轧制工序的开轧温度控制在1000〜1100°C之间, 吐丝温度为870〜930°C ;所述控冷工序采用斯太尔摩控制冷却,在相变之前及相变前期采 用快速冷却,风机风量为100%,在相变后期采用缓慢冷却方式,风机风量在50%以下。
4.根据权利要求3所述的如权利要求1所述高碳钢盘条的制备方法,其特征在于,所述 冶炼工序包括依次进行的电炉或转炉熔炼工序和钢包精炼工序。
5.根据权利要求3所述的如权利要求1所述高碳钢盘条的制备方法,其特征在于,所述 铸造工艺采用方坯连铸工艺。
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