CN109794515A

CN109794515A - 一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法

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Publication number: CN109794515A
Application number: CN201910080281.9A
Authority: CN
Inventors: 李志峰; 曹光明; 王海宾; 于聪; 王皓; 刘振宇
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: CN109794515B

Abstract

本发明的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，属于冶金技术领域。该方法将连铸坯料放置于加热炉中加热至1040～1120℃，控制坯料在炉时间为60～180min；对出加热炉后的连铸坯料进行高压水除鳞，并经轧制得到中间坯料；将中间坯料进行吐丝工序后，经冷却工序，得到盘条成品。本发明通过优化加热、轧制、吐丝、冷却过程的相关工艺参数，调节氧化铁皮厚度、Fe₃O₄组成比例及索氏体含量，并控制氧化铁皮厚度为8～14μm、Fe₃O₄组成比例为10～40％，基体索氏体含量达到85％以上，在确保力学性能的前提下，提高氧化铁皮的机械剥离性能，使客户在机械除鳞时盘条表面氧化铁皮以大片状和长条状剥落且表面无氧化铁皮残留。

Description

一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法

技术领域：

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法。

背景技术：

高碳钢盘条广泛应用于汽车、铁路、建筑、通讯等行业，是钢铁行业的重要组成部分。高碳钢盘条一般需经过多道次拉拔工艺，使成品钢丝的力学性能得到大幅度提升。盘条在冷拉拔前需去除表面氧化铁皮，若去除不净会导致用于拉丝的模具快速磨损及造成盘条损伤。以前常采用酸洗法去除表面氧化铁皮，但酸洗法易造成氢脆、欠酸洗及过酸洗等质量问题，此外酸洗法产生的废水、废气、废渣，易对环境造成污染，违背了国家大力提倡产业绿色升值结构、减少酸耗的原则，所以原始传统的酸洗除鳞工艺在的盘条生产过程中会逐渐被取代，进而转变为绿色环保的机械除鳞新工艺，因此机械剥离法应运而生。

热轧盘条表面氧化层是由最外侧Fe₂O₃、中间层侧Fe₃O₄及靠近基体侧FeO所组成，其中后两者占97％以上。FeO层疏松多孔，破坏应力约为0.4MPa；Fe₃O₄层结构致密，破坏应力约为40MPa。氧化铁皮中Fe₃O₄含量较高有利于提高氧化层的强度，当承受相同破坏强度时，FeO层易先萌生裂纹进而导致破碎，而Fe₃O₄层强度高，能承受相同破坏强度而不断裂，氧化铁皮往往呈块状剥离基体。盘条氧化铁皮的剥离性能往往是氧化铁皮组织和厚度两者共同作用的结果。氧化铁皮层越厚，氧化层强度越高，在剥离时裂纹易在结合面处产生。较厚的氧化层本身能承受更大的剪切应力不断裂，往往以大片状形式脱落，但较厚的氧化铁皮影响用户的成材率。较薄的氧化铁皮层更易产生密集的裂纹而断裂，往往以细丝或粉末状脱落。因此，通过调节加热、轧制、吐丝和冷却过程中的相关工艺参数来控制氧化铁皮厚度、相组成比例及索氏体含量，从而保证力学性能的前提下使氧化铁皮以大片状和长条状形式剥落。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，该方法通过优化加热、轧制、吐丝和后续冷却过程中工艺参数，来控制氧化铁皮厚度、相组成比例及索氏体含量，保证力学性能前提下提高盘条氧化铁皮的机械剥离性能。此方法不会增加生产成本也不会改变工艺流程。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，包括以下步骤：

(1)将高碳钢连铸坯料放置于加热炉中加热至1040～1120℃，控制坯料在炉时间为60～180min，炉内气体压力为5～50Pa；

(2)对出加热炉后的连铸坯料进行高压水除鳞，再进行粗轧和精轧，得到中间坯料；

(3)将中间坯料进行吐丝工序后，经冷却传送辊道进行冷却工序，第一阶段冷却速率为8.8～9.5℃/s，冷却至550～630℃，第二阶段冷却速率为2～2.5℃/s，冷却至490～530℃，得到高碳钢盘条成品，其中冷却辊道速度为0.60～0.92m/s。

所述的步骤(1)中，高碳钢连铸坯料化学成分重量百分比为C：0.60～0.85％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.45～0.90％，P≤0.012％，S≤0.008％，P+S≤0.020％，Cr≤0.30％，Ni≤0.03％，Mo≤0.02％，Cu≤0.03％，Al≤0.004％，余量为铁及不可避免杂质。

所述的步骤(1)中，连铸坯料尺寸为150×150×12000mm³。

所述的步骤(2)中，粗轧开轧温度为990～1060℃，入精轧温度为860～960℃，轧制速度为50～90m/s。

所述的步骤(3)中，吐丝温度为860～950℃。

所述的步骤(3)中，产品规格为直径Φ5.5～10mm。

所述的步骤(3)中，冷却方式为采用风机进行强冷，具体的，1～3号风机开启90％，4～11号风机开启50％，其余风机全关，保温罩全开。

所述的步骤(3)中，盘条成品氧化铁皮厚度为8～14μm，氧化铁皮中Fe₃O₄组成比例为10～40％，所述的成品盘条基体组织的索氏体含量达到85％以上。

所述的步骤(3)中，盘条成品中氧化铁皮重量不高于7kg/t。

本发明通过优化加热、轧制、吐丝、冷却工艺参数来控制氧化铁皮厚度及Fe₃O₄组成比例，使氧化铁皮厚度为8～14μm，Fe₃O₄组成比例为10～40％。

本发明控制成品盘条基体组织的索氏体含量达到85％以上，以确保力学性能，抗拉性能1135-1280MPa。

本发明的有益效果：

在既不增加设备投资和生产成本，也不改变原有工艺流程的情况下，通过优化加热温度、炉内气压、开轧温度、入精轧温度、吐丝温度、风机开启数量、保温罩开关、辊道速度等工艺参数来改善和控制氧化铁皮厚度和组成比例，生产出易剥落、环保型、免酸洗的高碳钢盘条，使下游客户在进行盘条机械剥壳时，氧化铁皮以大片状和长条状剥落且表面无氧化铁皮残留，以便于拉拔等后续工序；控制氧化铁皮重量不高于7kg/t。

附图说明：

图1为实施例1获得的盘条表面宏观形貌；

图2为实施例1获得的盘条氧化铁皮断面微观结构；

图3为实施例2获得的盘条氧化铁皮断面微观结构；

图4为实施例2获得的盘条表面脱落后的氧化铁皮形貌；

图5为实施例3获得的盘条氧化铁皮断面微观结构；

图6为实施例4获得的盘条氧化铁皮断面微观结构；

图7为实施例4获得的盘条基体显微组织；

图8为实施例5获得的盘条氧化铁皮断面微观结构；

图9为实施例5获得的盘条基体显微组织；

图10为实施例5获得的盘条表面脱落后的氧化铁皮形貌，其中，A：钢基体，B：FeO，C：Fe₃O₄，D：先共析Fe₃O₄。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例作为对比例，分别包括以下步骤：

钢种化学成分重量百分比分别为C＝0.71％，Si＝0.15％，Mn＝0.45％，P＝0.010％，S＝0.005％，P+S＝0.015％，Cr＝0.04％，Ni＝0.02％，Mo＝0.01％，Cu＝0.02％，Al＝0.0017％，其余为Fe。

按钢种化学成分配比经冶炼，连铸成坯后，将连铸坯料放置于加热炉中加热至1100C，控制坯料在炉时间为60min，炉内气体压力为50Pa；开轧温度为1080℃；入精轧温度为980℃；轧制速度70m/s；吐丝温度为800℃；吐丝后采用风机强冷，冷却速率为8.5℃/s，冷却至500℃，冷却线辊道速度为1.0m/s，1～11号风机开启90％，其余风机全关，保温罩全开，得到Φ6.5mm高碳钢盘条成品。

本实施例中，盘条表面宏观形貌如图1所示。氧化铁皮断面结构如图2所示。氧化铁皮厚度为10.9-11μm，Fe₃O₄约占整个氧化层7％，FeO约占90％。盘条经机械剥壳后，氧化铁皮剥落后多呈现粉状，不满足客户需求。

实施例2

本实施例中钢种连铸坯料化学成分重量百分比分别为C＝0.70％，Si＝0.20％，Mn＝0.54％，P＝0.010％，S＝0.004％，P+S＝0.014％，Cr＝0.03％，Ni＝0.02％，Mo＝0.01％，Cu＝0.02％，Al＝0.0015％，其余为Fe。

提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，包括以下步骤：

将尺寸为150×150×12000mm³连铸坯料放置于加热炉中加热至1040C，控制坯料在炉时间为60min，炉内气体压力为50Pa；开轧温度为990℃；入精轧温度为860℃，轧制速度为90m/s；吐丝温度为920℃；吐丝后采用风机强冷，第一阶段冷却速率为8.8℃/s，冷却至630℃，第二阶段冷却速率为2℃/s，冷却至530℃，冷却线辊道速度为0.80m/s，1～3号风机开启90％，4～11号风机开启50％，其余风机全关，保温罩全开，得到Φ6.5mm高碳钢盘条成品。

本实施例中，盘条表面氧化铁皮断面结构如图3所示。氧化铁皮厚度为8.00-8.30μm，Fe₃O₄约占整个氧化层22％，FeO约占78％。盘条经机械剥壳后，氧化铁皮以长条状形式脱落，满足下游客户使用要求。盘条表面脱落后的氧化铁皮如图4所示。盘条抗拉性能为1200MPa。

实施例3

本实施例中钢种连铸坯料化学成分重量百分比分别为C＝0.60％，Si＝0.22％，Mn＝0.90％，P＝0.011％，S＝0.007％，P+S＝0.018％，Cr＝0.30％，Ni＝0.02％，Mo＝0.01％，Cu＝0.02％，Al＝0.0015％，其余为Fe。

将尺寸为150×150×12000mm³连铸坯料放置于加热炉中加热至1120C，控制坯料在炉时间为180min，炉内气体压力为5Pa；开轧温度为1060℃；入精轧温度为930℃，轧制速度为75m/s；吐丝温度为950℃；吐丝后采用风机强冷，第一阶段冷却速率为9.5℃/s，冷却至550℃，第二阶段冷却速率为2.5℃/s，冷却至490℃，冷却线辊道速度为0.92m/s，1～3号风机开启90％，4～11号风机开启50％，其余风机全关，保温罩全开，得到Φ8mm高碳钢盘条成品。。

本实施例中，盘条表面氧化铁皮断面结构如图5所示。氧化铁皮厚度为12.2-13.4μm，Fe₃O₄约占整个氧化层25％，FeO约占75％。盘条抗拉性能为1180MPa。

实施例4

本实施例中钢种连铸坯料化学成分重量百分比分别为C＝0.85％，Si＝0.23％，Mn＝0.90％，P＝0.012％，S＝0.008％，P+S＝0.020％，Cr＝0.25％，Ni＝0.02％，Mo＝0.01％，Cu＝0.02％，Al＝0.0015％，其余为Fe。

将尺寸为150×150×12000mm³连铸坯料放置于加热炉中加热至1120C，控制坯料在炉时间为180min，炉内气体压力为5Pa；开轧温度为1050℃；入精轧温度为960℃，轧制速度为50m/s；吐丝温度为940℃；吐丝后采用风机强冷，第一阶段冷却速率为8.9℃/s，冷却至600℃，第二阶段冷却速率为2.2℃/s，冷却至510℃，冷却线辊道速度为0.60m/s，1～3号风机开启90％，4～11号风机开启50％，其余风机全关，保温罩全开，得到Φ10mm高碳钢盘条成品。

本实施例中，盘条表面氧化铁皮断面结构如图6所示。氧化铁皮厚度为13.4-14μm，Fe₃O₄约占整个氧化层26％，FeO约占74％。盘条基体组织为索氏体+珠光体，其中索氏体含量达到85％以上，图7为盘条基体显微组织。盘条抗拉性能为1135MPa。

实施例5

本实施例中钢种连铸坯料化学成分重量百分比分别为C＝0.82％，Si＝0.35％，Mn＝0.85％，P＝0.012％，S＝0.005％，P+S＝0.017％，Cr＝0.28％，Ni＝0.03％，Mo＝0.02％，Cu＝0.03％，Al＝0.004％，其余为Fe。

将尺寸为150×150×12000mm³连铸坯料放置于加热炉中加热至1120C，控制坯料在炉时间为150min，炉内气体压力为5Pa；开轧温度为1040℃；入精轧温度为930℃，轧制速度为50m/s；吐丝温度为950℃；吐丝后采用风机强冷，第一阶段冷却速率为9.4℃/s，冷却至570℃，第二阶段冷却速率为2.3/s，冷却至520℃，冷却线辊道速度为0.92m/s，1～3号风机开启90％，4～11号风机开启50％，其余风机全关，保温罩全开，得到Φ5.5mm高碳钢盘条成品。

本实施例中，盘条表面氧化铁皮断面结构如图8所示。氧化铁皮厚度为8.02-10.3μm，Fe₃O₄约占整个氧化层40％，FeO约占60％。盘条基体组织如图9所示，基体组织为索氏体+珠光体，索氏体含量达到90％以上，在确保力学性能的前提下，氧化铁皮呈长条状脱落，脱落后氧化铁皮如图10所示。盘条抗拉性能为1280MPa。

Claims

1.一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，高碳钢连铸坯料化学成分重量百分比为C：0.60～0.85％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.45～0.90％，P≤0.012％，S≤0.008％，P+S≤0.020％，Cr≤0.30％，Ni≤0.03％，Mo≤0.02％，Cu≤0.03％，Al≤0.004％，余量为铁及不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，粗轧开轧温度为990～1060℃，入精轧温度为860～960℃，轧制速度为50～90m/s。

4.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，吐丝温度为860～950℃。

5.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，冷却方式为采用风机进行强冷，具体的，1～3号风机开启90％，4～11号风机开启50％，其余风机全关，保温罩全开。

6.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，成品盘条规格为直径Φ5.5～10mm。

7.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，成品盘条抗拉性能1135-1280MPa。

8.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，盘条成品氧化铁皮厚度为8～14μm，氧化铁皮中Fe₃O₄组成比例为10～40％，所述的成品盘条基体组织的索氏体含量达到85％以上。

9.根据权利要求1所述的一种提高高碳钢盘条氧化铁皮机械剥离性能的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，盘条成品中氧化铁皮重量不高于7kg/t。