CN109023074B - 一种抗拉强度为4000MPa级帘线用热轧盘条及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种抗拉强度为4000MPa级帘线用热轧盘条，其组分及wt%为：C：0.71～0.75%、Si：0.36～0.40%、Mn：0.10～0.14%、P≤0.01%、S≤0.01%、Cr：0.10～0.25%、B：0.0005～0.0015%。生产方法：转炉冶炼；RH真空处理；连铸成小方坯；对铸坯进行缓冷；对铸坯进行加热；进行高速轧制；吐丝；风冷并待用。本发明通过降低碳的含量，提高硅的含量及匹配的工艺，在保证其抗拉强度大于4000MPa的前提下，还使线材直径达到3.0~3.5mm，使线材断面组织均匀化性能更好、γ晶粒微细化、抑制拔丝加工时的时效、以及抑制渗碳体的破断；并提高线材的强度和拔丝极限，使捻股断丝次数不超过2次/吨钢，还能省略和简化用户的二次加工，从而降低生产成本和提高生产效率。

Description

一种抗拉强度为4000MPa级帘线用热轧盘条及生产方法

技术领域

本发明涉及一种盘条及生产方法，属于超高强度帘线用线材及生产方法，特别涉及一种抗拉强度为4000MPa级帘线用热轧盘条及其生产方法。

背景技术

伴随着汽车工业的蓬勃发展，帘线钢作为轮胎的骨架材料，国内年需求量超过200万吨并呈逐年增加趋势。

帘线钢是线材制品中的极品，被誉为“皇冠上的明珠”。其要求：最终直径细小(可达0.15mm)，吨钢拉拔长度超过3000公里，对于生产者来讲生产难度较大；并且存在：用户深加工流程长且复杂，即需经过几十道次的拉拔和热处理工序，并同时钢丝压缩率要超过99％、吨钢捻股断丝率在4次及以内，如帘线钢任何细微的缺陷，在深加工过程中均可能会造成断丝，钢丝的力学、扭转性能也会不能满足用户要求的不足。

在随着节能环保要求的日益严苛，帘线钢深加工要求盘条的氧化铁皮的去除由原来的酸洗改为机械剥壳，盘条的热处理要由铅浴变为更为环保的水浴工序，且有两次变为一次。这些都是生产工艺发生很大变化。

根据对轮胎行业的了解，其数据显示，若帘线钢每提高一个强度等级，则会使轮胎用钢量可减重10％，进而能降低轮胎的滚动阻力，及减少汽车油耗，因此帘线钢的高强化势不可挡。

然而在生产的4000MPa级帘线钢的现有技术中，由于其钢的成分中碳含量高达0.90wt％以上，故使钢质的均匀化控制存在困难，并且不仅生产成本高，盘条质量稳定性也难以保障。

帘线钢目前深加工流程为：盘条经过剥壳、粗拉、中拉后，再经过热处理重新奥氏体化后，再湿拉成直径极细小的帘线(如：0.175mm)，最后再进行捻股(多股钢丝编织在一起)成最终成品。

目前，不论70C、80C、90C，市场上帘线钢规格均为Ф5.5mm，也就是说若提供的盘条直径不变，则深加工工序就难以简化。只对于生产效率、节能降耗均难以实现。因此，开发直径小于Ф5.5mm的帘线，则成为关键。

经检索：

中国专利申请号为CN201210173758.6的文献，涉及一种含硼帘线钢及其制备方法，其在成分中加入了微量的硼：NT级：C：0.69％-0.76％，Si：0.15％-0.30％，Mn：0.40％-0.60％，P：≤0.025％，S≤0.025％，Cr：≤0.10％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.10％，B：0.0005％-0.0035％，As：≤0.030％，Al：≤0.0050％，N：≤0.0080％，余铁和微量杂质；HT级：C：0.79％-0.86％，Si：0.15％-0.30％，Mn：0.40％-0.60％，P：≤0.025％、S：≤0.025％，Cr：≤0.10％，Ni：≤0.10％，Cu：≤0.10％，B：0.0005％-0.0035％，As≤0.030％，Al：≤0.0050％，N：≤0.0080％，余铁和微量杂质。该发明除了添加硼之外，钢中C、Si、Mn等主要元素均为常规成分，同样面临高碳钢生产和应用的难题，随着强度的提高，钢中碳含量不断提高，造成钢质均匀性控制困难，限制了高强度、超高强度帘线钢的生产和应用。

中国专利申请号为CN201510817739.6的文献，公开了一种含铬帘线钢，为NT级(2000MPa级)和HT级(3000MPa级)帘线钢为提高淬透性，其加入了Cr。NT级化学成分：C：0.69-0.76％，Si：0.15-0.30％，Mn：0.15-0.60％，Cr：0.30-0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Ni≤0.10％，Cu≤0.10％，As≤0.030％，Al≤0.0050％，N≤0.0080％，O≤0.0030％；HT级化学成分：C：0.79-0.86％，Si：0.15-0.30％，Mn：0.15-0.60％，Cr：0.30-0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Ni≤0.10％，Cu≤0.10％，As≤0.030％，Al≤0.0050％，N≤0.0080％，O≤0.0030％。该发明帘线钢添加控制钢中微量元素Cr的含量，提高了钢质的淬透性，提高了钢组织的稳定性，与含硼专利一样，只是对个别元素成分进行了微调，钢中C、Si、Mn等主要元素均为常规成分，因此面临同样的难题。

中国专利申请号为CN201510532359.8的文献，公开了一种含硼高端帘线钢及其生产方法，属于抗拉强度为4000MPa级。其化学成分按重量比为：C：0.89～0.96％、Si：0.14～0.30％、Mn：0.3～0.6％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cu≤0.08％、Ni≤0.08％、Cr：0.10～0.50％、Als：0.001～0.008％、Mo≤0.08％、B：0.0008～0.0035％，其余为Fe和杂质元素。其由于C含量高达0.89～0.96％，使所生产的帘线钢的碳含量超过共析钢水平，因而会造成铸坯偏析，进而恶化盘条的均匀性。

中国专利申请号为CN201310663361.X的文献，公开了一种直径为5mm的帘线钢盘条生产工艺，即其通过粗轧6道次、中轧6道次、预精轧4道次、精轧10道次、减定径4道次累计30道次的控制轧制，使成品表面质量和尺寸精度满足要求。但由于盘条直径在5.0mm，所以其生产工艺长，轧制工序多，生产成本会相应增加。

铸坯凝固过程中，随着温度的降低，由于溶质元素在液相和固相的溶解度差异和凝固过程的选分结晶，导致凝固过程中产生溶质元素分布的不均匀性，且不同元素不均匀性(亦称为，偏析)程度不一、其中碳的偏析较为严重且由于高碳钢中碳含量较高，因此碳的偏析对钢质的影响较高，并且随着碳含量的增加，会增加钢中Si、Mn的偏析程度。综上所述，共析钢以及过共析钢的冶炼和轧钢，均面临难以克服的技术难题，造成产品质量波动和用户的质量抱怨。而本发明，有效避免了高碳钢生产面临的冶金技术难题，提高了产品质量和用户适应性，具有显著的技术创新性。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种能在保证帘线钢的抗拉强度大于4000MPa的前提下，使线材断面组织均匀化性能好，γ晶粒实现微细化，抑制渗碳体的破断，使捻股断丝次数不超过2次/吨钢，并可省略粗拉工序的4000MPa级帘线用热轧盘条及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度为4000MPa级帘线用热轧盘条，其组分及重量百分比含量为：C：0.71～0.75％、Si：0.36～0.40％、Mn：0.10～0.14％、P≤0.01％、S≤0.01％、Cr：0.10～0.25％、B：0.0005～0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产一种抗拉强度为4000MPa级帘线用热轧盘条的方法，其步骤：

1)进行转炉冶炼，控制进转炉之前的铁水中P＜0.015％，S＜0.01％；并控制出钢时钢水中的C不低于0.1％，并在出钢过程中常规进行脱氧合金化；

2)进行RH真空处理，处理时间不低于10个循环周期；

3)连铸成小方坯：中间包采用电磁感应加热，并控制钢水过热度不超过15℃；小方坯断面尺寸不超过160mm×160mm，拉坯速度稳定在0.55～0.75m/min；采用凝固末端动态轻压下工艺，铸坯总压下量在14～19mm；

4)对铸坯进行缓冷，缓冷时间不少于48个小时；

5)对铸坯进行加热，控制其均热温度在1115～1145℃，均热时间在100～140min；

6)进行高速轧制，粗轧累计压下率不低于40％；

7)进行吐丝，控制吐丝温度不低于925℃；吐丝后直径在3.0mm～3.5mm；

8)进行风冷，在冷却速度为10～15℃/s下冷却至室温；待用。

本发明中各元素及主要工艺的作用及机理：

C：碳是钢中最重要的组成元素，对盘条的强度和塑性影响最为显著，随着碳含量的增加，盘条强度不断提高，但塑性急剧降低，同时碳含量越高，生产控制难度越大、产品质量稳定性越差。因此，为降低冶炼生产难度，本发明中碳含量与同级别帘线钢相比显著降低。本发明中，碳含量若高于0.75wt％，则生产难度和成本与现有技术相比，无显著优势；若低于0.71wt％，则最终钢丝产品强度难以满足4000MPa的要求。因此，为降低冶炼生产难度，本发明中碳含量与同级别帘线钢相比显著降低。本发明碳含量为0.71～0.75wt％。

Si：硅是钢中重要的强化元素，能显著提高拉拔后钢丝的弹性极限，并能有效减少热处理而导致的强度降低，同时，硅元素还能减缓拉拔过程渗碳体的破碎，提升钢丝综合力学性能。因此，为弥补碳含量降低造成的强度缺口，提升拉拔后钢丝性能，本发明硅含量显著高于同级别传统帘线钢。本发明硅含量若高于0.40wt％，则钢丝脆性倾向增大，导致钢丝拉拔断丝增加，若硅含量若低于0.36wt％，则钢丝强度无法满足2000MPa级别的要求，综合各方面因素，硅含量定为0.36～0.40wt％。

Mn：锰是贵重的合金元素，与硫结合生成MnS，进而减轻硫的危害，并能细化珠光体、提高钢丝强度，但过高的锰会增加钢材的过热敏感性，使热处理时晶粒容易长大。本发明采用铁水三脱，硫含量控制较低，为降低成本，不需要过高的锰，Mn含量控制在0.10～0.14wt％。若低于0.10wt％，则盘条和钢丝强度不足；若高于0.14wt％则容易出现晶粒粗大，同样导致力学性能不足。

P、S：磷和硫在本钢种属于有害元素，磷容易产生冷脆，硫容易产生热脆，进而恶化钢丝拉拔和热处理加工条件，因此需要尽量降低其含量。从成本角度出发，本发明P≤0.01wt％、S≤0.01wt％最为适宜。

Cr：铬能细化珠光体片层，提高成品钢丝强度，但过高的铬(超过0.25wt％)，会提高盘条淬透性，导致热轧过程出现马氏体等异常组织，同时，过于细小的片层，会降低盘条韧性，进而恶化钢丝最为关键的指标—扭转性能；另外，低于0.10wt％铬含量，对钢材强度和细化片层效果不明显，因此本发明Cr：0.10～0.25wt％。

B：高碳钢中微量(大于0.0005wt％)的硼能抑制P在晶界的富集，并改善夹杂物的形态，进而能提高盘条的冷加工性能，但过量的硼(超过0.0015％)会减弱晶界结合力恶化盘条力学性能。因此本发明B：0.0005～0.0015wt％。

本发明之所以将拉坯速度稳定控制在0.55～0.75m/min，是因为对应断面不超过160mm×160mm的铸坯，当拉速稳定在0.55～0.75m/min之间某个固定值时，最有利于偏析的控制以及中包夹杂物的上浮去除。

本发明之所以对铸坯进行缓冷的时间不少于48个小时，是因为本发明钢属于合金钢种，进行缓冷有助于降低坯料内应力，进而减少吊装或加热过程的开裂。

本发明之所以控制均热温度在1115～1145℃，均热时间在100～140min，是因为帘线钢对盘条脱碳要求严格，通过确定在炉温度和在炉时间，能有效控制盘条的脱碳情况。

本发明之所以控制吐丝温度不低于925℃，是因为吐丝温度是盘条控冷过程的关键工艺参数之一，通过吐丝温度的控制是获得理想的组织的必要条件，本发明中吐丝温度需要与风冷速度匹配，当吐丝温度不低于925℃时，既可以获得优良的金相组织，还能获得最佳的氧化铁皮状态，便于用户的机械除鳞。

本发明之所以控制风冷速度为10～15℃/s，是因为当冷却速度低于10℃/s时，盘条中将出现大量先共析铁素体，甚至沿晶界分布，严重弱化了晶间结合力，是异常组织；当冷却速度大于15℃/s时，钢中将出现粗大的马氏体，导致盘条拉拔过程出现断丝。

本发明通过降低碳的含量，提高硅的含量，再配以匹配的工艺，在保证其抗拉强度大于4000MPa的前提下，还使线材直径达到3.0～3.5mm，进而能提高线材热轧后的冷却效果，使线材断面组织均匀化性能更好、γ晶粒微细化、抑制拔丝加工时的时效、以及抑制渗碳体的破断；并可进一步提高线材的强度和拔丝极限，使捻股断丝次数不超过2次/吨钢，还能省略和简化用户的二次加工，从而降低生产成本和提高生产效率。在环保方面，用户使用细径线材，减少了拔丝加工的能源消费和省略热处理。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；

表2为本发明各实施例及对比例的冶炼过程工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例的轧制过程工艺参数列表；

表4为本发明各实施例及对比例的深加工流程对比列表；

表5为本发明各实施例及对比例的试验结果列表.

本发明各实施例均按照以下步骤进行生产：

1)进行转炉冶炼，控制进转炉之前的铁水中P＜0.015％，S＜0.01％；并控制出钢时钢水中的C不低于0.1％，并在出钢过程中常规进行脱氧合金化；

2)进行RH真空处理，处理时间不低于10个循环周期；

3)连铸成小方坯：中间包采用电磁感应加热，并控制钢水过热度不超过15℃；小方坯断面尺寸不超过160mm×160mm，拉坯速度稳定在0.55～0.75m/min；；采用凝固末端动态轻压下工艺，铸坯总压下量在14～19mm；

4)对铸坯进行缓冷，缓冷时间不少于48个小时；

5)对铸坯进行加热，控制其均热温度在1115～1145℃，均热时间在100～140min；

6)进行高速轧制，粗轧累计压下率不低于40％；

7)进行吐丝，控制吐丝温度不低于925℃；吐丝后直径在3.0mm～3.5mm；

8)进行风冷，在冷却速度为10～15℃/s下冷却至室温；待用。

表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)

表2本发明各实施例及对比例的冶炼过程工艺参数列表

表3本发明各实施例及对比例的轧制过程工艺参数列表

表4本发明各实施例及对比例的深加工流程对比列表

表5本发明各实施例及对比例的试验结果列表

从表4和表5可知，本发明产品质量稳定，完全满足用户标准要求，并且开创了全新成分体系和超细径规格帘线钢，简化了用户深加工流程，降低拉拔过程的能源消耗，并可稳定满足捻股断丝率＜2次/吨钢的要求。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (1)

1.一种抗拉强度为4000MPa级帘线用热轧盘条，其组分及重量百分比含量为：C：0.71～0.75 %、Si：0.36～0.40 %、Mn：0.10～0.14 %、P≤0.01 %、S≤0.01 %、Cr：0.10～0.195 %、B：0.0006～0.0009%，其余为Fe及不可避免的杂质；

生产方法：

1）进行转炉冶炼，控制进转炉之前的铁水中P＜0.015 %， S＜0.01 %；并控制出钢时钢水中的C不低于 0.1 %，并在出钢过程中常规进行脱氧合金化；

2）进行RH真空处理，处理时间不低于10个循环周期；

3）连铸成小方坯：中间包采用电磁感应加热，并控制钢水过热度不超过15℃；小方坯断面尺寸不超过160mm×160mm，拉坯速度稳定在0.55～0.75m/min；采用凝固末端动态轻压下工艺，铸坯总压下量在14～19mm；

4）对铸坯进行缓冷，缓冷时间不少于48个小时；

5）对铸坯进行加热，控制其均热温度在1115～1145℃，均热时间在100～140min；

6）进行高速轧制，粗轧累计压下率不低于40%；

7）进行吐丝，控制吐丝温度不低于925℃；吐丝后直径在3.0mm～3.5mm；

8）进行风冷，在冷却速度为10～15℃/s下冷却至室温；待用。