CN107435123A - 极低线膨胀电缆钢及生产方法 - Google Patents

极低线膨胀电缆钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种极低线膨胀电缆钢，其特征在于：该电缆钢的化学成份按质量百分数Wt％计为：C为0.03～0.10％、Si≤0.02％、Mn为0.05～0.2％、P≤0.020％、S≤0.01％、Als为0.010～0.030％、Ti为0.10～0.20％、Ni为30～33％、Cu+Cr+Mo≤0.030％，余量为铁及不可避免的杂质。本发明具有良好的冷拉拔性能，高的导电率，产品有较高的强度和较低的热膨胀，适用于极低线膨胀电缆钢丝的制作。

Description

极低线膨胀电缆钢及生产方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种极低线膨胀电缆钢及生产方法。
背景技术
极低线膨胀电缆钢，主要用于无轨电车、地铁、铁路、高铁输电滑线制作，过去用户无轨电车、地铁、铁路、高铁输电滑线主要用纯铜片制作，但铜有强度低、热膨胀大，成本高、维修不方便等缺点，尤其是热膨胀大会直接限制高铁的速度，由于热膨胀大，同样的杆间距，会使滑线下垂变大，一般来讲，火车速度愈高，电车线的磨损会约大，而且电车线与导电弓之间会发生瞬时脱离，无法获得稳定的电流。为了避免这种瞬时脱离情况的发生，必须提高电车线自身的波传播速度。有效的方法是降低它单位长度重量或者减少输电线下垂，即用更大的拉力拉直输电线，这样架设后电车线的波传播速度为:式中T为架线张力(N)，p为电车线的单位长度重量(kg/m)。当导电弓的运行速度V升高至接近于线的波传播速度时，将会发生导电弓与电车线的瞬间脱离现象，为了获得稳定电流，V/C必须小于0.7，即要尽量提高C值，要想C值提高，就要使输电线下垂小，输电线下垂的大小主要取决于强度和线膨胀系数。现行各种高铁电车线的性能比较见表1所示。
表1现行各种高铁电车线的性能比较
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提出一种极低线膨胀电缆钢及生产方法，本发明具有良好的冷拉拔性能和较高的导电率。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种极低线膨胀电缆钢，其特征在于：该电缆钢的化学成份按质量百分数Wt％计为：C为0.03～0.10％、Si≤0.02％、Mn为0.05～0.2％、P≤0.020％、S≤0.01％、Als为0.010～0.030％、Ti为0.10～0.20％、Ni为30～33％、Cu+Cr+Mo≤0.030％，余量为铁及不可避免的杂质。电缆钢的化学成份中Mn/S≥10。
上述极低线膨胀电缆钢的生产方法，极低线膨胀电缆钢的生产过程依次包括铁水脱硫、磷和硅处理、转炉冶炼处理、挡渣出钢处理、合金化处理、吹氩处理、连铸处理铸成园坯、园坯检查及验收处理、电渣重熔处理、开坯或锻造处理、方钢坯制造处理、高线轧制处理、盘条退火处理；
其中，进行铁水脱硫、磷和硅处理的铁水的化学成份按质量百分数Wt％要求为S≤0.025％，Mn≤0.30％，Cu≤0.060％，P≤0.030％，Si≤0.80％；
进行转炉冶炼处理的铁水的化学成份按质量百分数Wt％要求为：S≤0.001％。
本发明的有益效果：
本发明具有良好的冷拉拔性能，高的导电率(电渣重熔不仅可去气体夹杂也可去残余金属，使产品纯洁度非常高，是产品冷拉拔性能好，导电率也高)，产品有较高的强度(相对于纯铜)和较低的热膨胀(由于钢中加入了较多镍元素)，适用于极低线膨胀电缆钢丝的制作。
附图说明
图1为本发明钢的塑性与温度关系曲线；
图2为纯铁的塑性与温度关系曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的一种极低线膨胀电缆钢，该电缆钢的化学成份按质量百分数Wt％计为：C为0.03～0.10％、Si≤0.02％、Mn为0.05～0.20％、P≤0.020％、S≤0.01％、Als为0.010～0.030％、Ti为0.10～0.20％、Ni为30～33％、Cu+Cr+Mo≤0.030％(即Cu、Cr和Mo的含量之和≤0.030％)，余量为铁及不可避免的杂质。电缆钢的化学成份中Mn/S≥10(锰硫比)。
钢中的C:该钢需要一定的强度，同时要求有一定的导电率，碳含量应适中，选择C＝0.03～0.10％。
钢中的Si：对强度贡献不大，其存在，也降低导电率，Si≤0.02为宜。
钢中的Mn：提高钢的强韧性，同时保证锰硫比，防止热脆，Mn为0.05～0.20％为宜。
钢中的P、S：越低越好。
钢中的Als：铝是脱氧元素，但为了提高钢的导电率，同时提高钢的强度和拉拔性能铝选择为0.010～0.030％为宜。
钢中的Ti：主要提高钢的拉拔性能，及第二相强化提高钢的强度，形成的TiN可作为氢的陷阱，提高钢的抗延迟断裂能力，选择为0.10～0.20％为宜。
钢中的Cu+Cr+Mo:Cu、Cr、Mo为残余元素，其存在既影响导电率，所以要求Cu+Ni+Cr+Mo≤0.030％。
一种上述极低线膨胀电缆钢的生产方法，极低线膨胀电缆钢的生产过程依次包括铁水脱硫、磷和硅处理、转炉冶炼处理、挡渣出钢处理、合金化处理、吹氩处理、连铸处理铸成园坯作为电渣重熔自耗电极棒、园坯检查及验收处理、电渣重熔处理、开坯或锻造处理、方钢坯制造处理、高线轧制处理、盘条退火处理。
其中，进行铁水脱硫、磷和硅处理的铁水的化学成份按质量百分数Wt％要求为S≤0.025％，Mn≤0.30％，Cu≤0.060％，P≤0.030％，Si≤0.80％；来料铁水温度≥1250℃；
进行转炉冶炼处理的铁水的化学成份按质量百分数Wt％要求为：S≤0.001％(因为铁水还要经过很多工序，每个工序都会增一点硫)。转炉冶炼处理时，铁水扒渣干净；采用自留废钢或低硫废钢，废钢中不得混入含大量Cu、Cr、Mo的废钢，否则全用低硫铁水。
上述技术方案中，所述挡渣出钢处理过程中采用挡渣球挡渣出钢；渣层厚度≤50mm，终渣碱度R控制在3.0～4.0(尽量减少钢中的夹杂物)。
上述技术方案中，转炉出钢终点碳含量的质量百分数为0.06％，转炉出钢采用铝锰铁合金预脱氧，转炉出钢目标温度为1680～1700℃(温度高有利于增加钢水镇静时间，减少钢中夹杂物)，并取渣样送检。
上述技术方案中，合金化处理之前钢包渣面抛洒Al丸0.1～0.5kg/吨钢，电石0.1～0.3kg/吨钢，将渣中氧化铁总量(TFe)降低到10％以下，喂铝线终脱氧；加入镍、钛、锰合金和碳粉后吹氩时间≥3min；顶吹≥5min，底吹≥4min(保证合金混合均匀)。
上述技术方案的连铸处理过程中，中包温度控制目标为：钢液液相线温度+25～35℃；(保证原始坯料尽量无偏析)
连铸处理过程采用长水口和浸入式水口保护浇注(浸入深度100～150mm)，防止钢水二次氧化；
连铸处理过程中，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣，避免增碳。浇注过程严格按温度、拉速匹配操作。二冷水、拉速参照同类钢种执行(参考拉速为：1.1～1.6m/min)，要求拉速稳定，液面波动小。铸坯断面尺寸：φ150mm(电渣重熔原始坯料尺寸)。
上述技术方案中，所述电渣重熔处理采用的渣系中CaF2：A1203：CaO：Ti02＝76：10：8：6(有利于去除钢中的氧，减少钢中的氧化物夹杂)，渣量为35.5kg/吨，成坯为边长260mm的方坯。电渣重熔属于二次精炼，其不但可以去除钢中的非金属夹杂，还可去除一些有害金属能有效控制产品化学成分、晶粒尺寸、夹杂物的形态及性质、显微偏析、结晶方向、碳化物颗粒度及结构，使冶炼的钢锭表面光滑。
上述技术方案中，所述高线轧制处理过程中的铸坯加热时，铸坯加热温度为1110～1200℃，均热段温度为1150～1250℃，边长260mm的方坯断面温差为≤30℃，在炉时间为240～310min(在炉时间(小时)＝(0.15-0.20)×铸坯边长)。
上述技术方案中，高线轧制处理过程中的高压水除鳞有如下要求，每个水龙头必须全开，水压正常，保证除鳞效果，严防轧制过程中氧化铁皮压入钢的基体；高线轧制处理过程的粗轧工艺中开轧温度为1100～1200℃；高线轧制处理过程中的精轧工艺中精轧机入口温度为985～1115℃，为了控制钢的强度过高，精轧机入口温度与吐丝温度之差不能太大，减定径机入口温度为990～1010℃，盘条直径允许偏差和椭圆度按GB/T 14981中B级精度控制；高线轧制处理过程中的高线控冷工艺参数为吐丝温度：940～960℃，钢相变温度：750～800℃。开轧温度要保证钢在粗轧和中轧过程中的温度避开热脆区，并使钢的塑性尽量高。由附图1看出该钢的热脆区为800℃左右，但其范围很大，为600～1000℃，一般的碳钢热脆区为950℃左右，但其范围较窄为850～1000℃，见附图2所示。
斯太尔摩控冷线辊道速度设定见表2。
表2斯太尔摩控冷线辊道速度
实施例1：
按照钢成分要求，其钢水化学成分：C为0.03％、Si为0.02％、Mn为0.20％、P为0.020％、S为0.010％、Als为0.03％、Ti为0.20％、Ni为33％、Cu+Cr+Mo≤0.030％。将钢在炉内加热到1250℃，断面温差≤30℃。保温180min以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛。出炉后，高线轧制，产品直径8.5mm，开轧温度：1200℃，精轧机入口温度：1015℃。减定径机入口温度：1010℃。吐丝温度：960℃。斯太尔摩控冷线入口速度0.30m/s，最大速度0.50m/s，风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭。保温盖开启状态：2～4组关闭，其余打开。使盘条的平均冷速在1.5～2.0℃/s，650℃后集卷冷却到室温。
实施例2：
按照钢成分要求，其钢水化学成分为：C为0.05％、Si为0.015％、Mn为0.15％、P为0.015％、S为0.008％、Als为0.025％、Ti为0.17、Ni32％、Cu+Cr+Mo≤0.030％。将钢在炉内加热到1230℃，断面温差≤30℃。保温170min以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛。出炉后，高线轧制，产品直径7.5mm，开轧温度：1180℃，精轧机入口温度：1010℃。减定径机入口温度：1005℃。吐丝温度：955℃。斯太尔摩控冷线入口速度0.25m/s，最大速度0.45m/s，风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭。保温盖开启状态：2～4组关闭，其余打开。使盘条的平均冷速在1.4～1.9℃/s，650℃后集卷冷却到室温。
实施例3：
按照钢成分要求，其钢水化学成分为：C为0.07％、Si为0.01％、Mn为0.10％、P为0.010％、S为0.006％、Als为0.02％、Ti为0.15、Ni为31％、Cu+Cr+Mo≤0.030％。将钢在炉内加热到1200℃，断面温差≤30℃。保温150min以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛。出炉后，高线轧制，产品直径6.5mm，开轧温度：1150℃，精轧机入口温度：1000℃。减定径机入口温度：1000℃。吐丝温度：950℃。斯太尔摩控冷线入口速度0.20m/s，最大速度0.40m/s，风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭。保温盖开启状态：2～4组关闭，其余打开。使盘条的平均冷速在1.0～1.5℃/s，650℃后集卷冷却到室温。
实施例4：
按照钢成分要求，其钢水化学成分为：C为0.09％、Si为0.007％、Mn为0.08％、P为0.008％、S为0.005％、Als为0.015％、Ti为0.13、Ni为31％、Cu+Cr+Mo≤0.030％。将钢在炉内加热到1170℃，断面温差≤30℃。保温130min以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛。出炉后，高线轧制，产品直径6.0mm，开轧温度：1130℃，精轧机入口温度：990℃。减定径机入口温度：995℃。吐丝温度：945℃。斯太尔摩控冷线入口速度0.20m/s，最大速度0.35m/s，风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭。保温盖开启状态：2～4组关闭，其余打开。使盘条的平均冷速在1.0～1.5℃/s，650℃后集卷冷却到室温。
实施例5：
按照钢成分要求，其钢水化学成分为：C为0.10％、Si为0.005％、Mn为0.05％、P为0.007％、S为0.004％、Als为0.010％、Ti为0.10、Ni30为％、Cu+Cr+Mo≤0.030％。将钢在炉内加热到1150℃，断面温差≤30℃。保温120min以使钢充分奥氏体化。奥氏体化温度和时间与钢的成分有关，要确保钢中的合金元素完全固溶，炉压保持微正压，炉内气氛保持弱还原性气氛。出炉后，高线轧制，产品直径5.5mm，开轧温度：1100℃，精轧机入口温度：985℃。减定径机入口温度：990℃。吐丝温度：940℃。斯太尔摩控冷线入口速度0.10m/s，最大速度0.30m/s，风机及保温盖：最后一台风机全开，其余关闭。保温盖开启状态：2～4组关闭，其余打开。使盘条的平均冷速在1.0～1.5℃/s，650℃后集卷冷却到室温。
以实施例1～5制得的一种极低线膨胀电缆钢性能。见表3
表3
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种极低线膨胀电缆钢，其特征在于：该电缆钢的化学成份按质量百分数Wt％计为：C为0.03～0.10％、Si≤0.02％、Mn为0.05～0.2％、P≤0.020％、S≤0.01％、Als为0.010～0.030％、Ti为0.10～0.20％、Ni为30～33％、Cu+Cr+Mo≤0.030％，余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的极低线膨胀电缆钢，其特征在于：电缆钢的化学成份中Mn/S≥10。
3.一种权利要求1所述极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：极低线膨胀电缆钢的生产过程依次包括铁水脱硫、磷和硅处理、转炉冶炼处理、挡渣出钢处理、合金化处理、吹氩处理、连铸处理铸成园坯、园坯检查及验收处理、电渣重熔处理、开坯或锻造处理、方钢坯制造处理、高线轧制处理、盘条退火处理；
其中，进行铁水脱硫、磷和硅处理的铁水的化学成份按质量百分数Wt％要求为S≤0.025％，Mn≤0.30％，Cu≤0.060％，P≤0.030％，Si≤0.80％；
进行转炉冶炼处理的铁水的化学成份按质量百分数Wt％要求为：S≤0.001％。
4.根据权利要求3所述的极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：所述挡渣出钢处理过程中采用挡渣球挡渣出钢；渣层厚度≤50mm，终渣碱度R控制在3.0～4.0。
5.根据权利要求3所述的极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：转炉出钢终点碳含量的质量百分数为0.06％，转炉出钢采用铝锰铁合金预脱氧，转炉出钢目标温度为1680～1700℃。
6.根据权利要求3所述的极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：合金化处理之前钢包渣面抛洒Al丸0.1～0.5kg/吨钢，电石0.1～0.3kg/吨钢，将渣中氧化铁总量降低到10％以下，喂铝线终脱氧；加入镍、钛、锰合金和碳粉后吹氩时间≥3min。
7.根据权利要求3所述的极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：连铸处理过程中，中包温度控制目标为：钢液液相线温度+25～35℃；
连铸处理过程采用长水口和浸入式水口保护浇注，防止钢水二次氧化；
连铸处理过程中，中包保护渣先加碱性渣后再加炭化糠壳，结晶器保护渣采用低碳钢保护渣，避免增碳。
8.根据权利要求3所述的极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：所述电渣重熔处理采用的渣系中CaF2：A1203：CaO：Ti02＝76：10：8：6。
9.根据权利要求3所述的极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：所述高线轧制处理过程中的铸坯加热时，铸坯加热温度为1110～1200℃，均热段温度为1150～1250℃，边长260mm的方坯断面温差为≤30℃，在炉时间为240～310min。
10.根据权利要求3所述的极低线膨胀电缆钢的生产方法，其特征在于：高线轧制处理过程中的粗轧工艺中开轧温度为1100～1200℃；高线轧制处理过程中的精轧工艺中精轧机入口温度为985～1115℃，减定径机入口温度为990～1010℃；高线轧制处理过程中的高线控冷工艺参数为吐丝温度：940～960℃，钢相变温度：750～800℃。
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