CN111647794B

CN111647794B - 一种钢棒线材打包钢丝及制造方法

Info

Publication number: CN111647794B
Application number: CN202010304966.XA
Authority: CN
Inventors: 顾铁; 蒋龙; 陶佳伟; 许晓红; 白云; 黄镇; 吴小林
Original assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Current assignee: Jiangyin Xingcheng Special Steel Works Co Ltd
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2040-04-17
Also published as: CN111647794A

Abstract

本发明涉及一种钢棒线材打包用钢丝，该钢材的化学成分按质量百分比计为C：≤0.03％，Si：0.10～0.20％，Mn：0.20～0.40％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Al：0.010～0.040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素，且Cr、Ni、Cu、Mo各元素≤0.20％，(Cr+Ni+Cu+Mo)％≤0.50％。上述材料经过冶炼+连铸、坯料加热+热轧+冷却后得到高强低硬的打包用钢丝。本发明的钢材由于碳含量低，并经过控轧控冷，使扎热组织不析出珠光体，以降低钢丝的硬度。同时添加一定量的Si、Mn，使Si充分固溶于铁素体中，提高钢丝的强度，打包时增加钢丝的拉力，提高打包牢固性及安全性。

Description

一种钢棒线材打包钢丝及制造方法

技术领域

本发明涉及一种特殊钢棒线材打包用钢丝及其制造方法，尤其涉及一种高强低硬,即抗拉强度≥350MPa、硬度≤102HV的特殊钢棒线材打包用钢丝及制造方法。

背景技术

随着综合国力及科技制造水平的提高，我国正快速由钢铁大国向钢铁强国迈进，每年高品质特殊钢棒线材产量达数千万吨。因为成本因素，除银亮材等少量特殊品种用钢带等特殊材料打包之外，热轧特殊钢棒线钢材在厂内流转及出厂时绝大部分用热轧钢丝打包，所以需要大量的打包钢丝。随着钢材加工厂家的装备及技术水平的提高，对钢材原材料表面质量要求越发严格，特别是冷加工、高速锻、精密锻造等行业，如果钢材存在表面伤，会对其加工造成显著的不良影响。钢材打包时，打包钢丝与钢材直接接触，为了避免锋利的扎丝头伤人，扎丝头往往会朝向钢材,钢材在后续吊装运输过程中钢材会频繁接触打包钢丝甚至钢丝扎头，产生相对运动，如果打包钢丝的硬度太高，很容易引起钢材的表面剐蹭损伤，特别是热轧硬度偏低的棒线材，产生表面伤的风险更大。另一方面，为确保打包的牢固性，又需要打包钢丝具有一定的强度，若强度太低，打包钢丝因受力发生塑形变形而拉长甚至断裂，发生质量及安全事故。通常而言，钢材的硬度及强度存在一定的对应关系，然而两者并不是一一对应，也不是简单的线性关系，而是在一定的范围内可调，两者间的对应关系与钢种成分、组织状态等特性息息相关。在查阅现有标准、专利等信息时，没有打包钢丝专用的国家标准或冶金标准，目前国内的钢材生产厂家参考GB/T701标准中的Q195钢，但该标准的Q195要求宽松，无法满足表面质量要求高的特殊钢棒线材打包要求。也没有相关专利来阐述、解决这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种特殊钢棒线材打包用钢丝，抗拉强度≥350MPa、硬度≤102HV，保证打包牢固安全，又不损伤钢材，且生产流程短，成本低廉。

本发明另一目的是提供一种特殊钢棒线材打包用钢丝及其制造方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种钢棒线材打包用钢丝，该钢材的化学成分按质量百分比计为C：≤0.03％，Si：0.10～0.20％，Mn：0.20～0.40％，P：≤0.035％，S：≤0.035％，Al：0.010～0.040％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明设计的打包钢丝成分采用超低碳设计，通过控轧控冷，热轧钢丝为全铁素体组织。同时为了细化晶粒，提升钢丝性能，添加一定量的Al，其他未涉及的元素为残余元素，在冶炼时不刻意添加。

抗拉强度≥350MPa，硬度≤102HV，尽可能地实现了高强低硬。

本发明所述的一种特殊钢棒线材打包用钢丝及其制造方法。该钢丝热轧组织为全铁素体。由于碳含量低，并经过控轧控冷，使扎热组织不析出珠光体，以降低钢丝的硬度。同时添加一定量的Si、Mn，使Si充分固溶于铁素体中，提高钢丝的强度，打包时增加钢丝的拉力，提高打包牢固性及安全性。

本发明钢材的各元素设计原理如下：

C：≤0.03％。该元素是本发明的关键元素之一，本发明钢种在特定控轧控冷状态下为全铁素体组织。若C含量高，轧后冷却时易析出珠光体，导致热轧钢丝的硬度显著提升。若C含量太低，固溶于铁素体的C少，钢材强度又达不到设计要求。本发明中的钢材C含量范围设定为≤0.03％，最优设定值为0.02～0.03％。

Si：0.10～0.20％。该元素也是本发明的关键元素。Si可显著提高铁素体强度从而提高钢材强度。且硅是一种相对廉价的合金元素，添加适当的硅有利于降低材料生产成本。同时硅是易氧化元素，并易在晶界处偏聚，易造成硅的晶界氧化，恶化材料性能，硅含量太高，又容易导致硬度太高。本发明中的钢材Si范围设定为0.10～0.20％。

Mn：0.20～0.40％。适量的Mn可不明显影响材料塑性的基础上提高钢材强度，添加一定量的Mn对确保材料的力学性能非常重要。此外Mn将钢中的S等结合形成硫化物，硫化物具有良好的塑性，降低S的不良影响。为充分发挥上述效果，本发明中的钢材Mn含量范围设定为0.20～0.40％。

P：≤0.035％。P在铸造凝固时会有较严重的微观偏析倾向，随后在加热时在晶界聚集，增加钢材脆性，特别是冷脆性能。一般的钢材需尽可能地降低P含量，本发明中的钢材P含量范围设定为≤0.035％。

S：≤0.035％。S含量过高，材料会发生热脆效应及增加脱碳的倾向。本发明中的钢材S含量范围设定为≤0.035％。

Al：0.010～0.040％。Al作为脱氧元素，通过与钢中N等结合形成的AlN可有效地防止奥氏体晶粒粗化，起到防止晶粒长大的作用。但Al含量过高，形成大颗粒夹杂物的倾向也会增加，从而恶化材料性能。为充分发挥上述效果，本发明中的钢材Al含量范围设定为0.010～0.040％。

其余如Cr、Ni、Cu、Mo等在本发明的钢属于残余元素，冶炼过程中不刻意添加，为不增加钢丝硬度，上述各残余元素均应≤0.2％，且(Cr+Ni+Cu+Mo)％≤0.50％。

本发明所得钢丝的金相组织为均匀的铁素体。

本发明的另一目的在于提供上述一种特殊钢棒线材打包用钢丝及其制造方法，主要包括如下具体流程：

冶炼+连铸、坯料加热+热轧+冷却，

该钢种残余元素要求较严，Cr、Ni、Cu、Mo各元素均需≤0.2％，(Cr+Ni+Cu+Mo)％≤0.50％。设计采用转炉冶炼以控制残余元素的含量。冶炼时转炉出钢时调好合金元素，出钢后在RH进行真空处理，该工位可通过喂丝或吹气等手段微调成分，得到成分满足设计要求的钢水。随后在连续铸造机上进行连铸，得到200mm*200mm的连铸小方坯。

在步进式加热炉中将坯料加热，预热段温度控制在750～850℃，第一加热段温度控制在950～1050℃，第二加热段温度控制在1050～1120℃，均热段温度控制在1120～1150℃，为坯料充分均匀受热，总加热时间150min及以上。

高压水除鳞后进行单相区轧制：开轧温度为980～1080℃，然后采用32架二辊轧机+4架减定径轧机轧制；轧制时采用控冷，材料出中轧后进行水雾弱冷,冷却强度通过调节阀门开启度控制,开启度为12％,确保材料在入减定径机时的温度为840～900℃，之后材料进行精轧，控制终轧(出减定径机)温度在840～920℃,确保较高的终轧温度，确保单相区轧制，有利于提高组织及力学性能的均匀性。终轧后进行穿水冷却，确保吐丝温度控制在830～860℃，以降低组织转变温度，降低奥氏体稳定性，有利于铁素体的析出，抑制珠光体的析出。

轧制过程中材料从加热炉开始一直到精轧结束，材料都在奥氏体单相区，组织未发生转变，材料在精轧完成冷却后吐丝时方才进行组织转变，主要是通过两个手段控制最终轧材的组织为全铁素体组织，第一是成分设计，最核心的C：≤0.03％(当C≤0.0218％时，C能完全固溶于铁中，无渗碳体析出)；第二为吐丝前的冷却，终轧后进行穿水冷却，确保吐丝温度为830～860℃这一相对低的温度，有利于降低奥氏体的稳定性，有利于铁素体析出，同时抑制珠光体的析出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明主要通过特殊的成分设计及控轧控冷工艺，特别是采用超低C设计，且合理设计并精确控制Si含量，轧制时采用控轧控冷，采用较高温度终轧，较低的吐丝温度，吐丝后进行鼓风冷却，冷却速15～23℃/s。本发明C含量最优设定值在0.02～0.03％。若C含量太高，热轧组织难免产生珠光体，随着珠光体的生成，热轧钢丝的硬度会显著提高。而C含量过低(≤0.01％)，钢丝的强度偏低，达不到设计的强度要求。少量的Si几乎完全固溶于铁素体中，可显著提高铁素体强度从而提高设计钢丝的强度。本发明Si的控制值亦非常关键，Si太低，钢丝强度达不到要求，Si若≥0.20％，会显著提高钢丝的硬度，不利于得到高强低硬的设计要求。

本发明所述的一种特殊钢棒线材打包用钢丝及其制造方法通过控制转炉冶炼、加热轧制、加热轧制、控轧控冷，使热轧钢丝获得均匀的铁素体组织。按上述制造过程生产出的钢材，化学成分稳定、组织均匀细小、强度高、硬度低，生产流程短，成本低，非常适用于对表面要求高的特殊钢棒线材的打包之用，打包效果结实牢固且又不易因打包钢丝与钢材之间的相对运动而导致钢材表面伤。

附图说明

图1为本发明实施例1中一种特殊钢棒线材打包用热轧钢丝的100倍金相照片。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1～3

按下面工序制造本发明实施例1～3中的特殊钢棒线材打包用钢丝：

1)冶炼：100吨转炉冶炼后，钢液再经真空脱气处理，各化学元素质量百分比严格控制，确保满足设计要求。

2)连铸：连铸成200mm×200mm的方坯，7机7流拉浇。所得连铸坯化学成分百分比见下表1所示：

表1.(wt.％,余量为Fe及其他不可避免的杂质元素)

序号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Mo
										1	0.02	0.15	0.30	0.014	0.006	0.05	0.02	0.01	0.01
2	0.03	0.18	0.28	0.012	0.011	0.08	0.02	0.01	0.01
										3	0.03	0.12	0.26	0.019	0.015	0.06	0.01	0.02	0.02

3)加热：坯料在步进式加热炉中加热，包括预热段、第一加热段、第二加热段、均热段，其中预热段温度控制在750～850℃，第一加热段温度控制在950～1050℃，第二加热段温度控制在1050～1120℃，均热段温度控制在1120～1150℃，总加热时间150min以上。

4)热轧：开轧温度为980～1080℃，终轧温度为840～920℃，单相区内轧制。

5)冷却：终轧后穿水冷却，控制吐丝温度在830～860℃，吐丝完成后盘条进行鼓风冷却，冷却速度15～23℃/s。

上述各实施例中的特殊钢棒线材打包用钢丝及其制造方法具体工艺参数如下表2所示：

表2.(加热、热轧、冷却的具体工艺参数)

对实施例1～3中的特殊钢棒线材打包用热轧钢丝进行相关测试，测得的抗拉强度及硬度如下表3所示：

表3

注：拉伸试样直接在热轧盘条上进行取样并测试。

从表3中可见，实施例中的盘条的抗拉强度≥350MPa，硬度≤102HV。满足了高强低硬的设计要求。

图1显示了实施例1中的特殊钢棒线材打包用热轧钢丝的微观组织。从图可知，发明钢种为均匀的全铁素体组织。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种钢棒线材打包用钢丝的制造方法，其特征在于：该钢材的化学成分按质量百分比计为C：0.02~0.03%，Si：0.10～0.20%，Mn：0.20～0.40%，P：≤0.035%，S：≤0.035%， Al：0.010～0.040%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，且Cr、Ni、Cu、Mo各元素≤0.20%，（Cr+Ni+Cu+Mo）%≤0.50%；所述方法包括以下流程：冶炼+连铸、坯料加热+热轧+冷却，其中冶炼时转炉出钢时调好合金元素，出钢后在RH进行真空处理，得到成分满足设计要求的钢水，随后在连续铸造机上进行连铸，得到连铸小方坯，在步进式加热炉中将坯料加热，进行分段式加热，使坯料均匀受热，总加热时间150min及以上；加热后的坯料经过高压水除鳞后进行单相区轧制，确保热轧过程坯料始终处于奥氏体单相区，终轧后进行穿水冷却，确保吐丝温度控制在830～860℃。

2.根据权利要求1所述的一种钢棒线材打包用钢丝的制造方法，其特征在于：所述钢丝的金相组织为全铁素体组织，抗拉强度≥350MPa、硬度≤102HV。

3.根据权利要求1所述的一种钢棒线材打包用钢丝的制造方法，其特征在于：坯料加热时分为四段，分别是预热段温度控制在750～850℃，第一加热段温度控制在950～1050℃，第二加热段温度控制在1050～1120℃，均热段温度控制在1120～1150℃。

4.根据权利要求1所述的一种钢棒线材打包用钢丝的制造方法，其特征在于：所述热轧过程时开轧温度为980～1080℃，轧制时采用控冷，材料出中轧后进行水雾弱冷，确保材料在入减定径机时的温度为840～900℃，之后材料进行精轧，控制终轧温度在840～920℃。

5.根据权利要求1所述的一种钢棒线材打包用钢丝的制造方法，其特征在于：完成吐丝后盘条进行鼓风冷却，冷却速度 15~23℃/s。

6.根据权利要求1所述的一种钢棒线材打包用钢丝的制造方法，其特征在于：水雾弱冷的冷却强度通过调节阀门开启度控制，开启度为12%。