CN103409682A - 高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，包括如下步骤：选用C含量在0.60～1.20%、Mn含量在0.20～0.45%的高碳碳素钢线材；去除高碳碳素钢线材表面氧化铁皮，然后进行7～15道次的初次连续拉拔，省去中间的退火工序，得到半成品钢丝；再进行热处理及淬火；最后进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝。本发明首先在线材生产过程中，通过加热炉工艺、高温轧制工艺和延缓快冷工艺，得到强度和硬度均较低于常规的线材。这种较柔软的高碳钢线材在冷加工时性能优良，既可以提高拉拔速度，也可以因内应力低而省略拉拔过程中的退火工序，有效的提高钢丝的生产效率，降低生产成本，且保证钢丝的强度性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及超细钢丝技术领域，具体地指一种高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法。
背景技术
随着汽车、橡胶工业以及道路、桥梁建设的快速发展，对高强度、高韧性超细钢丝的需求量也呈大幅上升趋势。目前，国内外各钢铁冶金企业普遍采用碳含量大于0.60%的高碳钢线材拉丝工艺来生产这些特殊用途的产品，该工艺具有生产成本低、经济效益明显的优点，已得到了广泛的推广和应用。
采用碳含量大于0.60%的高碳碳素钢线材拉丝工艺来生产超细（小于0.5mm）高碳钢丝时，要经过连续的冷拉变形，将原始的线材拉拔到不同规格直径的钢丝。在拉拔过程中，加工硬化会提高钢丝的强度。
影响线材拉拔性能的主要因素是材料的塑性，它主要取决于线材本身的化学成分，通常在一定碳含量的条件下，高碳碳素钢线材采用较高的锰含量（0.30-0.60%），即较高的碳当量来确保钢丝的强度。为便于表达这些材料的强度性能便通过大量试验数据的统计简单地以碳当量来表示。碳当量Ceq（百分比）值可按以下公式计算：
Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15
每一种元素的碳当量以1/X表示，X一般为正整数，由统计数据决定。若干元素的碳当量计算之和即各个1/X值之和。同一元素在不同的碳当量计算法中其X值不同。不同研究者得到的X值也不相同。
目前，国内许多高速线材厂轧制高碳碳素钢线材时采用低温轧制、轧后快速冷却等工艺，线材的晶粒细小（晶粒度大于8级），索氏体比率在85%以上。
由于较高的碳、锰含量和细小的晶粒，线材拉拔生产超细高碳钢丝时，加工硬化后的内应力高，容易断丝。并且，拉拔时的速度越高，产生的内应力越大。为了消除内应力，必须在拉拔过程中进行一次或多次的退火处理，由于拉拔速度受到限制，影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有超细钢丝生产效率不高，生产周期较长的缺陷，提供一种高效、简单易行且经济性好的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法。
为实现上述目的，本发明所设计的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，包括如下步骤：
（1）选用高碳碳素钢线材，按质量百分比其C含量在0.60～1.20%、Mn含量在0.20～0.45%、Si含量在0.10%～0.35%，Cr含量≤0.010%，Ni含量≤0.010%，Al含量≤0.005%，N含量≤0.005%，P含量≤0.010%，S含量≤0.005%；
（2）去除所述高碳碳素钢线材表面的氧化铁皮；
（3）对去除了氧化铁皮的线材进行7～15道次的初次连续拉拔，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度可以根据不同的钢丝直径，提高0.1～3.0m/s，得到半成品钢丝；
（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；
（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝。
优选地，所述步骤（3）中，半成品钢丝的直径为0.8～2.0mm。
优选地，所述步骤（4）中，对半成品钢丝进行淬火时，加热温度在850～900℃，淬火温度在450～550℃，以提高钢丝的强度。
优选地，所述步骤（1）中，高碳碳素钢线材的制备方法如下：
1）转炉顶底复合吹炼；
2）钢包吹氩精炼；
3）炉外精炼，得到精炼钢水；
4）精炼钢水浇注成方坯；
5）将方坯在加热炉中奥氏体化；
6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，得到钢丝线；
7）将钢丝线进行冷却处理，制得直径为5.0～6.5mm的高碳碳素钢线材。
其中，所述步骤5）将方坯在加热炉中奥氏体化的过程为：通过煤气和空气的燃烧加热方坯，方坯加热到结晶区温度为1100～1250℃。
其中，所述步骤6）将奥氏体化方坯轧制吐丝的过程为：在1100～1250℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制在1040～1110℃；再进行穿水冷却，在950～1050℃条件下进行吐丝。
其中，所述步骤7）将钢丝线进行冷却处理的过程为：钢丝线在风冷线上，在950～1000℃区间停留10～30s，然后在600～800℃区间的冷却速度控制在12～30℃/s。
本发明中采用的高碳碳素钢线材中各合金成份的作用机理如下：
本发明的碳（C）含量为0.60～1.20%，碳是钢中最重要的组成元素，含碳量直接决定其强度和塑性。在冷拉状态下，抗拉强度随含碳量的增加而不断提高，塑性随碳含量的的增加而降低。由于钢中的碳含量决定钢丝的最终强度，因此根据超细钢丝的强度要求，设计了不同范围的碳含量。
本发明的锰（Mn）含量为0.20～0.45%，它是炼钢的良好脱氧剂，冶炼反应中生成的硫化锰、氧化锰对线材的冷拉性能不产生有害影响，锰和硫化合生成MnS还能减轻硫的有害作用。锰还能增加珠光体相对量，并使珠光体变细。所以锰含量增加会使钢丝的强度和硬度提高，屈服极限和断面收缩率也有所增加。锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体碳化。锰能增大奥氏体的稳定性，降低钢的临界转变温度。而且锰还能增加钢的过热敏感性，使热处理时晶粒容易长大，影响冲击韧性。因此，本发明的锰含量控制不能太高。
本发明的硅（Si）含量为0.10～0.35%，硅也是作为一种脱氧剂，以硅铁形式加入钢中，能消除FeO夹杂的不良影响，对钢材起着均匀致密的作用。硅含量的上升，能明显提高钢丝的弹性极限，但也会使塑性、韧性和延展性能明显降低。当硅以硅酸盐形式出现在钢中时，则对拉拔不利，使拉丝模容易磨损，或形成夹杂物而造成钢丝断裂，同时有抗酸洗倾向，对酸洗也不利。
本发明选择铬（Cr）含量≤0.010%、镍（Ni）含量≤0.010%。铬、镍能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬、镍又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。
本发明的铝（Al）含量≤0.005%，铝是一种有效的还原剂。铝形成Al2O3，由于含有非金属，所以将降低钢的延展性。为此，本发明要求控铝含量，从而减轻其不利影响。
本发明的氮（N）含量≤0.005%，在590℃时，氮在铁素体中的溶解度最大约为0.1%，随后在室温和稍高温度下，氮逐渐以Fe4N形式析出，使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。另外，钢水[N]升高，加剧了氮化钛的析出。
本发明的磷（P）含量≤0.010%、硫（S）含量≤0.005%。磷在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度等不利影响。硫易与锰结合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理、真空处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。
本发明的有益效果：高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，主要通过钢中的碳、锰元素的含量确保超细钢丝的最终强度性能，在线材生产过程中，通过加热炉工艺、高温轧制工艺和延缓快冷工艺，得到索氏体含量比率不超过80%，线材的强度和硬度均较低于常规工艺生产的线材性能。这种较柔软的高碳钢在冷加工时性能优良，即可以提高拉拔速度，也可以因内应力低而省略拉拔过程中的退火工序，有效的提高钢丝的生产效率，降低生产成本，且保证钢丝的强度性能指标。同时，本发明还可广泛用作其它规格的钢丝生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
高碳碳素钢线材1#，其C含量在0.70%wt、Mn含量在0.45%wt、Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ6.5mm。
生产线材1#方法如下：
1）转炉顶底复合吹炼；
2）钢包吹氩精炼；
3）炉外精炼，得到精炼钢水；
4）精炼钢水浇注成方坯；
5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度1110±10℃；
6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1110±10℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1010±10℃，终轧温度控制在1060±10℃；进行穿水冷却，在951℃条件下进行吐丝，得到钢丝线；
7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在950～1000℃区间停留29s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制在12℃/s，制得直径为6.5mm的高碳碳素钢线材1#。
利用高碳碳素钢线材1#生产超细钢丝，其步骤如下：
（1）去除高碳碳素钢线材1#表面氧化铁皮；
（3）对去除了氧化铁皮的线材1#进行7～15道次的初次连续拉拔至直径0.80mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由9.0m/s提升至12m/s，提高3.0m/s，得到半成品钢丝；
（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温度在855±5℃区间，铅液淬火温度在455±5℃区间
（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝1#，其强度达到2780MPa。
实施例2
高碳碳素钢线材2#，其C含量在0.80%wt、Mn含量在0.40%wt、Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ5.5mm。
生产线材2#方法如下：
1）转炉顶底复合吹炼；
2）钢包吹氩精炼；
3）炉外精炼，得到精炼钢水；
4）精炼钢水浇注成方坯；
5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度1240±10℃；
6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1240±10℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1050±10℃，终轧温度控制在1100±10℃；进行穿水冷却，在1049℃条件下进行吐丝，得到钢丝线；
7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在950～1000℃区间停留11s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制在22℃/s，制得直径为5.5mm的高碳碳素钢线材2#。
利用高碳碳素钢线材2#生产超细钢丝，其步骤如下：
（1）去除高碳碳素钢线材2#表面氧化铁皮；
（3）对去除了氧化铁皮的线材2#进行7～15道次的初次连续拉拔至直径1.80mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由8.0m/s提升至10.5m/s，提高2.5m/s，得到半成品钢丝；
（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温度在895±5℃区间，铅液淬火温度在545±5℃区间
（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝2#，其强度达到3180MPa。
实施例3
高碳碳素钢线材3#，其C含量在0.90%wt、Mn含量在0.35%wt、Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ6.5mm。
生产线材3#方法如下：
1）转炉顶底复合吹炼；
2）钢包吹氩精炼；
3）炉外精炼，得到精炼钢水；
4）精炼钢水浇注成方坯；
5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度1140±10℃；
6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1140±10℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1020±10℃，终轧温度控制在1060±10℃；进行穿水冷却，在1010℃条件下进行吐丝，得到钢丝线；
7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在950～970℃区间停留17s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制在21℃/s，制得直径为6.5mm的高碳碳素钢线材3#。
利用高碳碳素钢线材3#生产超细钢丝，其步骤如下：
（1）去除高碳碳素钢线材3#表面氧化铁皮；
（3）对去除了氧化铁皮的线材3#进行7～15道次的初次连续拉拔至直径1.60mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由8.5m/s提升至10.5m/s，提高2.0m/s，得到半成品钢丝；
（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温度在875±5℃区间，铅液淬火温度在500±5℃区间
（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝3#，其强度达到3600MPa。
实施例4
高碳碳素钢线材4#，其C含量在1.00%wt、Mn含量在0.30%wt、Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ5.5mm。
生产线材4#方法如下：
1）转炉顶底复合吹炼；
2）钢包吹氩精炼；
3）炉外精炼，得到精炼钢水；
4）精炼钢水浇注成方坯；
5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度1190±10℃；
6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1180±10℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1030±10℃，终轧温度控制在1080±10℃；进行穿水冷却，在1040℃条件下进行吐丝，得到钢丝线；
7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在980～1000℃区间停留25s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制在20℃/s，制得直径为5.5mm的高碳碳素钢线材4#。
利用高碳碳素钢线材4#生产超细钢丝，其步骤如下：
（1）去除高碳碳素钢线材4#表面氧化铁皮；
（3）对去除了氧化铁皮的线材4#进行7～15道次的初次连续拉拔至直径1.80mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由7.0m/s提升至9.5m/s，提高2.5m/s，得到半成品钢丝；
（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温度在880±5℃区间，铅液淬火温度在480±5℃区间
（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝4#，其强度达到4000MPa。
实施例5
高碳碳素钢线材5#，其C含量在1.10%wt、Mn含量在0.21%wt、Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ5.0mm。
生产线材5#方法如下：
1）转炉顶底复合吹炼；
2）钢包吹氩精炼；
3）炉外精炼，得到精炼钢水；
4）精炼钢水浇注成方坯；
5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度1240±10℃；
6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1120±10℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1035±10℃，终轧温度控制在1090±10℃；进行穿水冷却，在1048℃条件下进行吐丝，得到钢丝线；
7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在990～1000℃区间停留28s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制在19℃/s，制得直径为5.0mm的高碳碳素钢线材5#。
利用高碳碳素钢线材5#生产超细钢丝，其步骤如下：
（1）去除高碳碳素钢线材5#表面氧化铁皮；
（3）对去除了氧化铁皮的线材5#进行7～15道次的初次连续拉拔至直径1.90mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由6.5m/s提升至9.2m/s，提高2.7m/s，得到半成品钢丝；
（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温度在885±5℃区间，铅液淬火温度在465±5℃区间
（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝5#，其强度达到4500MPa。
Claims (7)
1.一种高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）选用高碳碳素钢线材，按质量百分比其C含量在0.60～1.20%、Mn含量在0.20～0.45%、Si含量在0.10～0.35%，Cr含量≤0.010%，Ni含量≤0.010%，Al含量≤0.005%，N含量≤0.005%，P含量≤0.010%，S含量≤0.005%；
（2）去除所述高碳碳素钢线材表面的氧化铁皮；
（3）对去除了氧化铁皮的线材进行7～15道次的初次连续拉拔，得到半成品钢丝；
（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；
（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝。
2.根据权利要求1所述的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，半成品钢丝的直径为0.8～2.0mm。
3.根据权利要求1所述的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，对半成品钢丝进行淬火时，加热温度在850～900℃，淬火温度在450～550℃。
4.根据权利要求1或2或3所述的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，高碳碳素钢线材的制备方法如下：
1）转炉顶底复合吹炼；
2）钢包吹氩精炼；
3）炉外精炼，得到精炼钢水；
4）精炼钢水浇注成方坯；
5）将方坯在加热炉中奥氏体化；
6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，得到钢丝线；
7）将钢丝线进行冷却处理，制得直径为5.0～6.5mm的高碳碳素钢线材。
5.根据权利要求4所述的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，其特征在于：所述步骤5）中，将方坯在加热炉中奥氏体化的过程为：通过煤气和空气的燃烧加热方坯，方坯加热到结晶区温度为1100～1250℃。
6.根据权利要求4所述的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，其特征在于：所述步骤6）中，将奥氏体化方坯轧制吐丝的过程为：在1100～1250℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1000～1050℃，终轧温度控制在1040～1110℃；再进行穿水冷却，在950～1050℃条件下进行吐丝。
7.根据权利要求4所述的高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，其特征在于：所述步骤7）中，将钢丝线进行冷却处理的过程为：钢丝线在风冷线上，在950～1000℃区间停留10～30s，然后在600～800℃区间的冷却速度控制在12～30℃/s。
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