CN105441787B - 一种制绳用高碳钢热轧盘条的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种制绳用高碳钢热轧盘条的生产方法，包括成分和性能设计、转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、控轧控冷等工序，技术要点是：(1)对高碳钢成分和性能进行设计，(2)转炉冶炼，控制磷含量；(3)LF炉精炼，去除钢中夹杂物；(4)控制钢中铝的来源；(5)连铸过程须减少大颗粒夹杂物;(6)减轻铸坯中心缺陷;(7)连铸过程采用全保护浇铸;(8)制定钢坯加热制度；(9)高压水除“鳞”;(10) 控轧控冷,提高微观组织索氏体化率。本发明优化设计60#～80#钢的成分和性能，对各工序严格控制，改善盘条的微观组织，提高盘条表面质量，生产的盘条制造的钢丝及钢绳质量良好，广泛用于拖拉、提升设备。

Description

一种制绳用高碳钢热轧盘条的生产方法
【技术领域】
本发明涉及金属的轧制方法，进一步来说，涉及轧制线材的方法，具体而言，涉及高碳钢热轧盘条的生产。
【背景技术】
高碳钢热轧盘条是金属制品行业用于拉拔钢丝、捻制钢绳的原料，需要经过多道次的拉拔，拉拔成单丝后，再对单丝进行高速捻股制成钢绳。盘条在整个加工过程中始终处于高应力状态，任何缺陷都会导致钢丝断裂，用户希望断丝率越低越好，制成的钢丝、钢绳具有高强度、高塑性，并且性能波动小，因此对原料盘条质量有以下要求：①钢质洁净，无脆性夹杂物；②钢中有害元素P、S含量低；③成分波动小；④盘条中心无网状渗碳体；⑤盘条微观组织索氏体化率高且均匀；⑥盘条强度高，塑性好，表面光洁，无耳子等缺陷，尺寸精度高。
中国专利数据库中，涉及用高碳钢热轧盘条生产相关的申请件不多，如CN101327490B号《拉拔用优质高碳钢热轧盘条的生产方法》、CN102851579A号《一种含Nb微合金化高碳钢热轧盘条及制造方法》、CN102560047B号《一种控制高碳钢盘条晶界脆化的热轧方法》、CN103028599B号《一种用于热轧带肋钢筋钢盘条的生产方法》、CN103305675B号《一种钢帘线用热轧盘条表面脱碳层的控制方法》等。上述专利技术都还不能完全满足用户对制绳用高碳钢热轧盘条的质量要求。目前尚无制绳用高碳钢热轧盘条生产的专利申请件。
【发明内容】
本发明旨在提供一种制绳用高碳钢热轧盘条的生产方法，使φ5.5～14mm的60#～80#盘条的质量和性能满足用户使用要求。
发明人针对φ5.5～14mm的60#、65#、70#、75#和80#高碳钢热轧盘条的生产技术进行了攻关，采用以下工序生产：顶底复吹转炉冶炼、挡渣出钢、钢包脱氧合金化、LF炉精炼、软吹氩、方坯连铸、铸坯加热、高速线材轧机轧制、风冷线冷却、收集、精整、打捆、称重挂牌、卸卷入库；本发明方法的技术要点在于：
(1)成分和性能设计
制绳用高碳钢盘条的成分既要满足成品钢丝的强度和塑性要求，又要满足拔丝、捻股加工过程中不断丝的要求，因此必须设计高碳钢中碳、硅、锰、磷、硫、氮、铜、镍、铬各元素和酸溶铝Als的控制目标值；
制绳用高碳钢盘条的性能要满足抗拉强度和断面收缩率的要求，故必须设计各种型号高碳钢盘条的抗拉强度和断面收缩率；
(2)转炉冶炼中采用高磷铁水，通过双渣操作、出钢双挡渣工艺，使钢水按质量分数计含P≤0.015％；
(3)LF炉精炼：采用电石、SiFe粉造白渣，采用MnFe调锰、SiFe调硅，在钢水成分和温度达到要求后，喂SiCa线对钢中夹杂物进行变性处理；喂SiCa线完毕软吹氩去除钢中夹杂物，软吹氩时间控制在10min以上，流量控制在20～80L/min；
(4)控制钢中铝的来源：为控制炉渣中Al2O3含量将钢中Als含量控制在10ppm以下，要求使用Al含量低的脱氧剂或不用铝脱氧，还要控制合金及其他原料中铝的含量，减少铝的来源；
(5)连铸过程须减少大颗粒夹杂物：在钢水连浇过程中要求下一包钢水坐上大包回转台后，前一包钢水才能停浇，要求连铸换大包时间控制在3min以内，中间包钢水液面确保400mm以上；大包采用引流砂自开浇技术，自开浇率100％；大包带Ar封保护套管浇注，中间包采用浸入式水口、采用挡渣坝和气幕挡墙改变钢水流场，使钢水中夹杂物充分上浮，净化钢水；
(6)减轻铸坯中心缺陷：采取控制中间包钢水过热度，优化结晶器电磁搅拌，稳定铸坯拉坯速度和改善二冷条件，减轻铸坯中心缺陷；
(7)连铸过程采用全保护浇铸：从盛钢桶到中间包的钢流采用长保护套管输送，并用吹氩气的方法进行密封；中间包采用专用覆盖剂覆盖钢水，使空气与钢水隔绝，同时对钢水保温；从中间包到结晶器的钢流采用长套管输送，使钢流与空气隔绝；结晶器采用专用保护渣，使钢水与空气隔绝，同时对钢坯表面进行润滑，提高铸坯表面质量；
(8)制定钢坯加热制度：按炉组坯，加热炉温度控制：钢坯加热要应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象；要求铸坯在低温阶段加热缓慢，而在高温阶段加热快速，尽量缩短在高温段的滞留时间；
(9)高压水除“鳞”:利用高压水的机械冲击力来除去钢坯表面氧化形成的铁皮：
(10)控轧控冷：控制轧件出预穿水温度和吐丝温度，并对风冷进行控制，使盘条的微观组织索氏体化率达到80％以上。
上述技术要点(1)中，所述各元素和酸溶铝Als的控制目标值是：碳含量的控制目标是设计成分的中线±0.01％，硅含量0.21％～0.25％，锰含量0.65％～0.68％，磷P≤0.015％，硫S≤0.015％，酸溶铝Als≤10ppm，氮含量N≤80ppm，Cu含量不超过0.20％，镍含量不超过0.15％，铬含量不超过0.10％；所述设计的抗拉强度和断面收缩率是：将60#～80#盘条的性能设计如下：抗拉强度Rm为900～1050MPa，断面收缩率为25％。
上述技术要点(3)中，所述软吹氩时间控制在10min以上，流量控制在20～80L/min。
上述技术要点(4)中，所述Al含量低的脱氧剂是铝含量小于1％的脱氧剂。
上述技术要点(6)中，所述中间包钢水过热度控制在20℃～30℃；所述优化结晶器电磁搅拌的措施是60#～70#的结晶器电磁搅拌频率为4Hz、电流240A，75#～80#的结晶器电磁搅拌频率为5Hz、电流320A；所述稳定铸坯拉坯速度的要求是60#～75#的铸坯拉坯速度稳定在1.90±0.02m/min，二冷比水量为0.71L/kg，80#的铸坯拉坯速度稳定在1.73±0.02m/min，二冷比水量为0.60L/kg。
上述技术要点(8)中，所述加热炉温度控制为加热段1130℃～1180℃，均热段控制为1100℃～1150℃，轧机入口钢坯温度控制为980℃～1050℃，目标温度控制为1015℃。
上述技术要点(10)中，所述轧件出预穿水温度控制在880℃～910℃，吐丝温度控制在820℃～860℃。
发明人指出：“碳含量的控制目标是设计成分的中线”是为了控制碳含量变化小使盘条强度波动小，例如70#钢碳的中线是0.70％,则控制在0.69％～0.71％，65#钢碳中线是0.65％,则控制在0.64％～0.66％，如此类推。
本发明对60#～80#钢的成分进行了优化设计，通过对转炉冶炼、LF炉精炼、连铸的过程控制，减少钢中的Al2O3、TiN等脆性夹杂物，减轻铸坯的中心缺陷，通过控制轧制控制冷却工艺，改善盘条的微观组织，提高盘条表面质量，用本发明方法生产的盘条供钢丝绳厂制造钢丝及钢绳，钢丝用于制造弹簧和钢绳，广泛用于煤矿、海洋、港口、电梯等拖拉、提升设备。
【具体实施方式】
以申请人公司炼钢厂和轧钢厂采用本发明生产制绳用60#～80#高碳钢热轧盘条为例，进一步说明本发明。
该厂生产工艺包括以下工序：100吨顶底复吹转炉冶炼，挡渣出钢，钢包脱氧合金化，LF炉精炼，软吹氩，150方坯连铸(钢水与空气隔绝的全保护浇注，六机六流连铸，结晶器配有电磁搅拌，二冷段气雾冷却红坯)，铸坯加热，高速线材轧机轧制(除鳞，粗轧，切头尾，中轧，切头尾，预精轧，预穿水，切头尾，精轧，轧后穿水，夹送，吐丝)，stellmor风冷线冷却，收集，精整，打捆，称重挂牌，卸卷，入库。
1炼钢
1.1 100t顶底复吹转炉冶炼
原料条件：铁水成分以质量分数计为Si＝0.30％～0.80％、Mn＝0.30％～0.80％、P≤0.120％、S≤0.040％，Cr≤0.12％，Ni≤0.10％，Cu≤0.15％，铁水温度≥1250℃，采用优质废钢，石灰成分以质量分数计为CaO＞90％、SiO2≤1.5％、S＜0.15％，石灰活性度＞310ml。
装入制度：钢铁料入炉总量为90t,其中铁水80t，废钢10t。
造渣制度：当铁水含P以质量分数计＞0.100％时，采用双渣操作，当铁水P≤0.100％时，采用单渣操作。
终点控制：采用高拉补吹，避免多次后吹，确保钢水不过氧化，出钢成分以质量分数计含C≥0.08％、P≤0.012％、S≤0.030％。若终点C＜0.08％，则改炼其它钢种。要求等样出钢，首先保证P≤0.012％。
出钢操作：保证出钢口状况良好，出钢时间≥3min，采用挡渣塞+挡渣棒双挡渣出钢，钢包渣层厚度≤50mm。
钢包要求：要求用红钢包，钢包温度≥900℃，底吹砖畅通，钢包洁净，不得有包沿，确保大包水口自开。
脱氧合金化：80#钢采用低氮增碳剂增碳，其它牌号钢采用普通增碳剂增碳，采用硅锰铁+锰铁配锰,不足硅用硅铁补齐。采用SiCaBa合金进行终脱氧，加入量60～120kg/炉，当终点氧化性强时，适当增加SiCaBa合金的加入量。合金加入顺序为硅锰铁－增碳剂－硅铁－SiCaBa合金。
转炉温度控制：以保证钢水到精炼站温度为目标，出钢温度＝1600～1640℃，到精炼站温度＝1500～1530℃。
钢水成分控制：转炉冶炼钢包脱氧合金化后的钢水成分按成品成分的中下限控制，再通过LF精炼工艺调整成分到产品目标成分。钢水进LF炉精炼站成分如下：
牌号 C(％) Si(％) Mn(％)
0.42～0.55 0.12～0.17 0.50～0.60
0.47～0.60 0.12～0.17 0.50～0.60
0.52～0.65 0.12～0.17 0.50～0.60
0.57～0.70 0.12～0.17 0.50～0.60
0.62～0.75 0.12～0.17 0.50～0.60
1.2 LF炉精炼
精炼工艺流程：钢水进站→测温、预吹Ar→入位→一次加热→测温、取样→成分粗调→加热、造白渣→测温、取样→成分精调、精炼→测温→出位→喂丝、取样→软吹Ar、测温→加保温剂→连铸。
精炼操作：在相应的到站温度下，采用相应的档位化渣，在供电10min内形成液态白渣，必须保证供电15min内形成白渣，并保持白渣时间不小于10min，加入合成渣、精炼渣造渣，并根据炉内温度、钢水硫含量和化渣情况增加合成渣用量。采用电石、SiFe粉、铝粒(粒度≤3mm)和铝钒土造白渣。精炼过程调节钢包底吹氩气流量，防止精炼大翻溢渣，并调节除尘风机风量保证精炼炉微正压操作。
喂丝及软吹氩：LF炉精炼处理完毕，喂SiCa线或纯钙线进行钙处理，喂丝完毕后软吹氩时间大于10min，以钢包渣面微微涌动不裸露钢液面为宜。
精炼周期：每炉钢的精炼周期(钢包进入LF炉加热位到软吹氩完毕)按38～45min控制。
精炼结束钢水成分如下：
牌号 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％)
0.59～0.61 0.21～-0.25 0.60～0.65 ≤0.015 ≤0.015
0.64～0.66 0.21～0.25 0.60～0.65 ≤0.015 ≤0.015
0.69～0.71 0.21～0.25 0.6～-0.68 ≤0.015 ≤0.015
0.74～0.76 0.21～0.25 0.65～0.68 ≤0.015 ≤0.015
0.79～0.81 0.21～0.25 0.65～0.68 ≤0.015 ≤0.015
精炼结束钢水温度如下：
牌号 第一炉 连浇炉次
1560～1575 1540～1555
1555～1570 1535～1550
1555～1570 1530～1545
1555～1565 1530～1540
1550～1560 1530～1540
1.3连铸
采用高碳钢专用保护渣，全保护浇注，电磁搅拌参数见下表，方坯断面为150mm×150mm，钢坯长度按生产计划执行。
采用塞棒浇注，拉坯速度1.90±0.02m/min(80#钢拉坯速度1.73±0.02m/min)，二冷比水量为60#～75#钢0.71L/kg(80#钢0.60L/kg)，塞棒出现两流失控必须停止浇注。
中间包钢水过热度目标按25±5℃控制如下。连铸五流浇铸时温度按上限控制，采用挡渣墙的中间包前3包钢水精炼出站温度上调10～15℃。
矫直温度控制：矫直温度≥900℃，避开矫直裂纹敏感区。
连浇时保证满中间包操作，中间包钢水液面600～700mm，最低不低于400mm。
连铸每组钢按开浇，中期和停浇，在不同流次共取3个炉号低倍试样检验。连铸坯低倍检验的质量目标：中心疏松≤1.0级，缩孔≤0.5级，非金属夹杂物≤0.5级，中心裂纹≤1.0级，中间裂纹≤1.0级，所有检验结果之和不超过3.0级。
铸坯标明炉号、钢种，分炉号堆放，集中组织轧制。连铸每组钢前3个炉次取试样进行气体分析，若生产过程有增氮异常情况要及时取试样进行气体分析，质量目标：钢中[O]≤30ppm、[N]≤80ppm。
2轧钢
2.1加热温度
按炉组坯，加热炉温度控制：加热段1130～1180℃，均热段1100～1150℃，1#轧机入口钢坯温度980～1050℃，目标1015℃。
钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧等现象；炉内为微还原性气氛；若停轧时间在30min以上，则立即降温到900℃保温。
2.2轧制控制
轧制规格：φ6.5mm、φ8mm。对于80#钢，每小时轧制支数≤45支。
高压水除“鳞”。
轧件出预穿水温度850℃～910℃；吐丝温度820℃～860℃，目标值840℃。
轧后水箱全部开启。
2.3风冷控制
风冷辊道速度设定如下：
辊道段号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 其余
超前率 0 2 4 4 30 35 45 50 50 55
风机、辊道主速度控制如下：
保温罩全部打开。
2.4其它要求
1)轧制前，对各机架进出口导卫、轧槽的使用情况进行检查，对不符合质量要求的要及时更换。
2)盘条φ6.5mm规格每根头部剪切15圈，尾部剪切5圈；φ8mm规格每根钢头部剪切5圈，尾部剪切4圈。如缺陷没有剪切干净，则加大剪切力度，直到剪干净为止。
3)成品外形尺寸精度控制：不圆度≤0.30mm。成品表面应光滑，无肉眼可见的裂纹、折叠、耳子、结疤、分层及夹杂等缺陷，允许有压痕及局部的凸块、划痕、麻面，其深度或高度不得大于0.10mm，防止多头、乱卷。
4)盘圆在散冷辊道上运行时严禁停止辊道运转或降速，否则在辊道上的盘圆全部判废。盘圆尾部在散冷辊道上严禁提速。
2.5要求记录的参数
钢坯入加热炉时间、加热炉各段参数、出炉时间、开轧(1#轧机前)温度、轧制速度、小时轧制支数、进精轧机轧件温度、吐丝温度、成品尺寸(温度测量以手提式测温枪为准)。
2.6检验内容及要求
1)在开始轧制、更换牌号、改变规格或停轧时间超过8小时等情况下，必须对前三个批号产品进行快速力学检验；对每个批号取力学样，8小时后送样进行力学性能检验判定。
2)60#、65#钢每间隔5个批号、70#～80#钢每间隔3个批号做一个金相检验、气体检验，成品外观每根必检，尺寸、脱碳层每批抽检。
3)60#～80#盘条气体含量[O]＞30ppm或[N]＞80ppm按废品进行管理。
4)盘条夹杂物级别≤2.0级判合格，级别＞2.0级按废品进行管理。
5)70#～80#盘条微观组织索氏体率低于80％按废品进行管理。
该公司用本发明实现了规模化生产，盘条供钢丝绳厂制造钢丝及钢绳，钢丝用于制造弹簧和钢绳，钢绳销售到全国各地，被广泛用于各行业设备中，没有出现任何质量异议。拉动了区域经济的发展。

Claims (6)

1.一种制绳用高碳钢热轧盘条的生产方法，盘条系采用以下工序生产的：顶底复吹转炉冶炼、挡渣出钢、钢包脱氧合金化、LF炉精炼、软吹氩、方坯连铸、铸坯加热、高速线材轧机轧制、风冷线冷却、收集、精整、打捆、称重挂牌、卸卷入库，其特征在于包括以下技术要点：
(1)成分和性能设计
针对φ5.5～14mm的60#、65#、70#、75#和80#制绳用高碳钢盘条，其成分既要满足成品钢丝的强度和塑性要求，又要满足拔丝、捻股加工过程中不断丝的要求，因此必须设计高碳钢中碳、硅、锰、磷、硫、氮、铜、镍、铬各元素和酸溶铝Als的控制目标值；所述各元素和酸溶铝Als的控制目标值是：碳含量的控制目标是设计成分的中线±0.01％，硅含量0.21％～0.25％，锰含量0.65％～0.68％，磷P≤0.015％，硫S≤0.015％，酸溶铝Als≤10ppm，氮含量N≤80ppm，Cu含量不超过0.20％，镍含量不超过0.15％，铬含量不超过0.10％；
制绳用高碳钢盘条的性能要满足抗拉强度和断面收缩率的要求，故必须设计各种型号高碳钢盘条的抗拉强度和断面收缩率；
(2)转炉冶炼：采用高磷铁水，通过双渣操作、出钢双挡渣工艺，控制钢水按质量分数计含P≤0.015％；
(3)LF炉精炼：采用电石、SiFe粉造白渣，采用MnFe调锰、SiFe调硅，在钢水成分和温度达到要求后，喂SiCa线对钢中夹杂物进行变性处理；喂SiCa线完毕软吹氩去除钢中夹杂物，软吹氩时间控制在10min以上，流量控制在20～80L/min；
(4)控制钢中铝的来源：为控制炉渣中Al2O3含量将钢中Als含量控制在10ppm以下，要求使用Al含量低的脱氧剂或不用铝脱氧，还要控制 合金及其他原料中铝的含量，减少铝的来源；
(5)连铸过程需减少大颗粒夹杂物：在钢水连浇过程中要求下一包钢水坐上大包回转台后，前一包钢水才能停浇，要求连铸换大包时间控制在3min以内，中间包钢水液面确保400mm以上；大包采用引流砂自开浇技术，自开浇率100％；大包带Ar封保护套管浇注，中间包采用浸入式水口、采用挡渣坝和气幕挡墙改变钢水流场，使钢水中夹杂物充分上浮，净化钢水；
(6)减轻铸坯中心缺陷：采取控制中间包钢水过热度，优化结晶器电磁搅拌，稳定铸坯拉坯速度和改善二冷条件，减轻铸坯中心缺陷；
(7)连铸过程采用全保护浇铸：从盛钢桶到中间包的钢流采用长保护套管输送，并用吹氩气的方法进行密封；中间包采用专用覆盖剂覆盖钢水，使空气与钢水隔绝，同时对钢水保温；从中间包到结晶器的钢流采用长套管输送，使钢流与空气隔绝；结晶器采用专用保护渣，使钢水与空气隔绝，同时对钢坯表面进行润滑，提高铸坯表面质量；
(8)制定钢坯加热制度：按炉组坯，加热炉温度控制：钢坯加热应均匀，钢坯头、中、尾温差≤50℃，加热过程中防止钢坯出现过热、过烧现象；要求铸坯在低温阶段加热缓慢，而在高温阶段加热快速，尽量缩短在高温段的滞留时间；
(9)高压水除“鳞”:利用高压水的机械冲击力来除去钢坯表面氧化形成的铁皮：
(10)控轧控冷：控制轧件出预穿水温度和吐丝温度，并对风冷进行控制，使盘条的微观组织索氏体化率达到80％以上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于(1)中，所述设计的抗拉强度和断面收缩率是：将60#～80#盘条的性能设计如下：抗拉强度Rm为 900～1050MPa，断面收缩率为25％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于(4)中，所述Al含量低的脱氧剂是铝含量小于1％的脱氧剂。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于(6)中，所述中间包钢水过热度控制在20℃～30℃；所述优化结晶器电磁搅拌的措施是60#～70#的结晶器电磁搅拌频率为4Hz、电流240A，75#～80#的结晶器电磁搅拌频率为5Hz、电流320A；所述稳定铸坯拉坯速度的要求是60#～75#的铸坯拉坯速度稳定在1.90±0.02m/min，二冷比水量为0.71L/kg，80#的铸坯拉坯速度稳定在1.73±0.02m/min，二冷比水量为0.60L/kg。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于(8)中，所述加热炉温度控制为加热段1130℃～1180℃，均热段控制为1100℃～1150℃，轧机入口钢坯温度控制为980℃～1050℃。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于(10)中，所述轧件出预穿水温度控制在880℃～910℃，吐丝温度控制在820℃～860℃。
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