CN112058912A - 超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法 - Google Patents

超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法，属于钢铁领域。超低碳钢盘条的制备方法包括以下步骤：连铸、加热、轧制、吐丝以及冷却，其中轧制在不低于920℃的条件下进行，吐丝步骤中吐丝温度为820℃‑890℃；采用高温轧制，低温吐丝的方式，不仅可确保铸坯上粗大的铁素体组织全部完成转变，而且获得更深的边缘细晶层，并利用先急冷后缓冷的方式有效防止冷却过程中部分细晶层变为粗晶，保证最终盘条表面形成均匀的细晶层，可有效提高超低碳钢盘条的表面硬度，进一步提高由上述获得的超低碳钢盘条制得的超低碳钢丝的表面硬度。

Description

超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法
技术领域
本申请涉及钢铁领域，具体而言，涉及一种超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法。
背景技术
目前国内宝钢、邢钢等企业生产超低碳钢盘条如CH1T、SWRM6等牌号，其成分含量低，强度及硬度低，经下游拉拔后生产变形量大的空心铆钉、异形螺栓、T铁等产品。该类产品主要用于非受力部位，但有部分产品用于结构受力部位，需要有一定的强度，特别是对表面硬度有一定要求，不能低于60HRBW。
为满足要求，目前通用的做法是使用ML04Al等成分含量稍高的低碳钢钢丝替代生产，但无法达到超低碳钢的加工变形要求，且其加工开裂率达到30％左右；另一种方法是通过对终端产品进行表面渗碳及淬回火调质处理提高表面硬度，但是成本高，且对于超低碳钢调质效果差，不利于长期生产。
同时，基于超低碳钢盘条的特殊性，普通的用于提高成品钢丝热处理工艺(CN201910943791.4)不适于超低碳钢盘条。
有鉴于此，特此提出本申请。
发明内容
本申请提供了一种超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法，其能够有效改善上述技术问题。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种超低碳钢盘条的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1、连铸；
步骤S2、加热；
步骤S3、轧制：在不低于920℃的条件下进行；
步骤S4、吐丝：其中吐丝温度为820℃-890℃；
步骤S5、冷却：先以不小于5℃/s的冷却速率使盘条降温至550℃-600℃，然后以不大于3℃/s的冷却速率降温。
在上述实现的过程中，申请人采用热模拟实验研究得出该类超低碳钢铁素体转变温度为920℃，因此，在不低于920℃的条件下进行轧制，可确保铸坯上粗大的铁素体组织全部完成转变，并采用820℃-890℃的低温进行吐丝步骤，获得更深的边缘细晶层，并利用先急冷后缓冷的方式有效防止冷却过程中部分细晶层变为粗晶，保证最终盘条表面形成均匀的细晶层，可有效提高超低碳钢盘条的表面硬度。
在第二方面，本申请示例提供了一种超低碳钢盘条，其由本申请第一方面提供的制备方法制得。
其中，获得的超低碳钢盘条的表面形成均匀细晶层，盘条的表面硬度以及心部硬度有效得到提高。
第三方面，本申请提供了一种超低碳钢丝的制备方法，其采用本申请第二方面获得的超低碳钢盘条进行拉拔处理，获得超低碳钢丝。
第四方面，本申请提供了一种超低碳钢丝，其由本申请第三方面提供的制备方法制得。
其中，本申请获得的超低碳钢丝相比于同规格的成品钢丝，不需要额外热处理(渗碳、淬火等)，通过超低碳钢盘条的制备方法的改进以及拉拔处理的改进，可以使其表面晶粒度更佳，不仅表面硬度高且满足60HRBW的要求，同时抗拉强度也有效提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为实施例1和对照组2获得的超低碳钢盘条表面组织金相照片；
图2为实施例1和对照组2获得的超低碳钢盘条心部组织金相照片；
图3为实施例1和对照组2获得的超低碳钢丝表面组织金相照片。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法进行具体说明：
本申请一种超低碳钢盘条的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1、连铸。
步骤S1中，步骤连铸包括：铁水进行脱硫预处理，转炉双渣冶炼低碳出钢，并对钢水进行LF炉精炼和RH真空处理，以实现脱氧合金化，然后进行连铸处理。
其中LF精炼炉加入石灰4.0kg/t，合成渣2.5kg/t，控制精炼渣组成，保持一定的脱硫能力。RH炉根据LF终点成分真空吹氧脱碳，将钢水在真空度小于0.266KPa下真空脱气18min-21min，然后在钢水中额外补充加入金属锰及铝铁控制，使锰及铝铁达到目标值±0.01％，钙处理后软吹10-15min。连铸过程稳定拉速2.0±0.1m/min，并做好保护浇注，减少Als损失。
步骤S2、加热。
通过热模拟实验研究得出该类超低碳钢铁素体转变温度为920℃，因此步骤S2中，预热段温度为550℃-650℃，例如预热段温度为550℃、560℃、570℃、585℃、590℃、600℃、620℃、640℃或650℃等中的任一值或介于任意两个值之间。
加热段温度为950℃-1120℃，例如预热段温度为950℃、960℃、970℃、980℃、990℃、1000℃、1050℃、1100℃或1120℃等中的任一值或介于任意两个值之间。
均热段温度为1000℃-1200℃，例如预热段温度为1000℃、1030℃、1050℃、1080℃、1100℃、1150℃或1200℃等中的任一值或介于任意两个值之间。
步骤S3、轧制。
其中，轧制在不低于920℃的条件下进行。
可选地，步骤S3中，开轧温度为1000℃-1060℃，具体例如预热段温度为1000℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃或1060℃等中的任一值或介于任意两个值之间；精轧入口温度为930℃-980℃，具体例如精轧入口温度为930℃、940℃、950℃、960℃、970℃或980℃等中的任一值或介于任意两个值之间；终轧入口温度为920℃-960℃，具体例如终轧入口温度为920℃、940℃、950℃或960℃等中的任一值或介于任意两个值之间。
可选地，为了使盘条轧制过程有效均匀地冷却，可通过相应的水箱的开启实现上述效果。
其中，1#、2#水箱设置在精轧机器(BGV，高线无扭线材精轧机组)前，用于控制终轧机前(TMB，双模块轧机)温度的3#、4#水箱，5#水箱设置在吐丝机前用于控制吐丝机的温度。
相应的水箱开启方式为：控制精轧的1#、2#水箱不开；终轧机器前的水箱优先开3#，水压按≥250Kpa控制，4#水箱按少开或不开的原则控制；吐丝机前的5#水箱要求全开，且水压按≥300Kpa控制，确保成品盘条快速冷却并达到吐丝温度控制目标。
步骤S4、吐丝。
其中吐丝温度为820℃-890℃；也即是，采用高温轧制、低温吐丝的工艺，有效确保铸坯上粗大的铁素体组织全部完成转变，获得更深的边缘细晶层，有效提高超低碳钢盘条的硬度。
步骤S5、冷却。
步骤S5中，先以不小于5℃/s的冷却速率使盘条降温至550℃-600℃，然后以不大于3℃/s的冷却速率降温。
可选地，步骤S5中，先以5℃/s-15℃/s的冷却速率使盘条降温至550-600℃，然后以0.5℃/s-3℃/s的冷却速率降温。
也即是，采用先急冷后缓冷的方式，避免吐丝后盘条温度回复及搭接点温度过高造成局部晶粒变大问题，保证成品超低碳钢盘条心部，尤其是表面形成均匀的细晶层。
实际的生产过程中，一般采用风冷的方式进行冷却，其中风冷一般从前至后为10段，且从前至后具有1-18#保温罩以及1-14#风机。
具体的冷却方式为：前4段冷速控制≥5℃/s，使盘条能够迅速降至550℃-600℃，后6段冷速控制在≤3℃/s，使其缓慢降温至室温，其中室温一般为20-35℃；具体操作为：辊道速度控制在0.30～0.45m/s，可选为0.3m/s、0.32m/s、0.35m/s、0.36m/s、0.38m/s、0.4m/s、0.42m/s或0.45m/s等，1-6#保温罩全开，7-18#保温罩全关，1-2#风机开35-38HZ，可选为36HZ或37HZ等，3-6#风机开30-34HZ，可选为31HZ、32HZ或33HZ，7-14#风机全关。
步骤S6、修剪。
为消除头尾不冷段及夹送辊夹送等问题造成的异常组织，根据实际生产摸索的数据得出头尾修剪圈数控制要求，其中5-10mm规格的超低碳钢盘条的头尾各修剪20-40圈，例如头尾各修剪20圈、24圈、26圈、30圈、35圈、37圈或40圈等；11-15mm规格的超低碳钢盘条的头尾各修剪10-15圈，例如头尾各修剪10圈、11圈、12圈、13圈、14圈或15圈等；16-20mm规格的超低碳钢盘条的头尾各修剪5-8圈，例如头尾各修剪5圈、6圈、7圈或8圈等。
需要说明的是，超低碳钢盘条的头部与尾部修改的圈数可以相同，也可以不同，可根据实际的需求进行调整。
本申请提供一种超低碳钢盘条，其上述超低碳钢盘条的制备方法制得。通过上述制备方法的控制，有效提高超低碳钢盘条的硬度以及强度。
可选地，按质量百分比计，超低碳钢盘条包括：C≤0.01％、Si≤0.04％，Mn:0.2％-0.25％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.030％-0.035％，Ti≥0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。
也即是，本申请在标准成分范围内(C≤0.01％、Si≤0.04％、Mn:0.05％-0.25％、P≤0.020％、S≤0.015％、Als≥0.025％、Ti≥0.06％，余量为铁和不可避免的杂质)，适当提高了Mn、Als含量，使Mn含量控制在0.2％-0.25％，Als含量控制在0.030-0.035％。此时，由于超低碳钢组织均为铁素体，Mn、Als合金元素固溶于铁素体中，可有效细化晶粒，进一步能够有效提高铁素体的强度及硬度。
通过上述方式，超低碳钢盘条表面细晶层深度≥950μm，晶粒度等级≥8级，表面硬度≥39HRBW，心部硬度≥44HRBW。
本申请提供一种超低碳钢丝的制备方法，其采用本申请制得的超低碳钢盘条进行拉拔处理，获得超低碳钢丝。
利用上述超低碳钢盘条作为原料，相比于现有的超低碳钢盘条，可有效提高超低碳钢丝的表面硬度。
其中，现有的超低碳钢盘条的减面率一般为45％-47％，可保证其在被加工为成品钢丝。
本申请中拉拔处理中，可选地，超低碳钢盘条的减面率为45％-60％。
进一步可选地，超低碳钢盘条的减面率为55％-60％，例如超低碳钢盘条的减面率为55％、56％、57％、58％、59％或60％等。采用55％-60％的减面率相比于常规采用的45％-50％，由于拉拔过程金属流动表面较心部快的原理，相同的拉拔减径条件下，表面变形量大，晶粒更细，因此获得更高的表面硬度及强度。具体例如原来使用6.5mm盘条拉拔的成品钢丝变更为使用7甚至7.5mm盘条生产相同规格的成品钢丝。
一种超低碳钢丝，其由上述超低碳钢丝的制备方法制得。
可选地，当超低碳钢丝由减面率≥50％的超低碳钢盘条制得时，超低碳钢丝的表面晶粒度等级≥10级，表面硬度≥65HRBW，抗拉强度≥468Mpa。
也即是，通过本专利能够实现常规生产的超低碳钢钢丝不经其他热处理(渗碳等)，表面硬度稳定达到65HRBW以上。
以下结合实施例对本申请的超低碳钢盘条、钢丝及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
一种超低碳钢丝，其通过将超低碳钢盘条进行拉拔处理，获得超低碳钢丝。
其中，超低碳钢盘条的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、连铸：其中连铸包括：铁水进行脱硫预处理，转炉双渣冶炼低碳出钢，并对钢水进行LF炉精炼和RH真空处理，以实现脱氧合金化，然后进行连铸处理。其中LF精炼炉加入石灰4.0kg/t，合成渣2.5kg/t，控制精炼渣组成，保持一定的脱硫能力。RH炉根据LF终点成分真空吹氧脱碳，将钢水在真空度小于0.266KPa下真空脱气18min-21min，然后在钢水中加入金属锰及铝铁控制其达到目标上限±0.01％，钙处理后软吹10-15min。连铸过程稳定拉速2.0±0.1m/min，并做好保护浇注，减少Als损失。
步骤S2、加热，其中预热段温度为610℃，加热段温度为1000℃，均热段温度为1100℃。
步骤S3、轧制，其中开轧温度为1050℃，精轧入口温度为960℃，终轧入口温度为940℃。
步骤S4、吐丝：其中吐丝温度为850℃。
步骤S5、冷却，其中冷却过程中，前4段冷速控制在5.75℃/s，使盘条能够迅速降至570℃(也即是进罩温度为570℃)，后6段冷速控制在2.5℃/s。
其中，实施例1提供的超低碳钢盘条的化学成分如表1所示(表1中未示出余量的铁和不可避免的杂质)。
对上述制备方法制得的超低碳钢盘条以及超低碳钢丝进行性能测定，其性能参数及对应的超低碳钢盘条及超低碳钢丝的规格如表2所示。
表1超低碳钢盘条的化学成分(wt％)
熔炼成分 C Si Mn P S Als Ti
实施例1 0.005 0.03 0.25 0.010 0.006 0.033 0.064
实施例2 0.006 0.033 0.23 0.008 0.005 0.035 0.067
实施例3 0.007 0.035 0.24 0.009 0.008 0.035 0.072
实施例4 0.006 0.027 0.25 0.012 0.010 0.031 0.061
实施例5 0.005 0.036 0.24 0.011 0.009 0.033 0.066
对照组1 0.003 0.035 0.08 0.014 0.009 0.025 0.071
对照组2 0.007 0.037 0.25 0.007 0.007 0.037 0.068
对照组3 0.005 0.031 0.24 0.006 0.008 0.033 0.066
对照组4 0.006 0.029 0.23 0.009 0.009 0.039 0.068
对照组5 0.007 0.036 0.25 0.013 0.010 0.036 0.067
表2关键性能指标对比表
Figure BDA0002672955100000081
Figure BDA0002672955100000091
实施例2-5以及对照组1-5
设置实施例2-5以及对照组1-5，其中实施例2-5以及对照组1-5的超低碳钢盘条的化学成分如表1所示，其中，实施例2-5的超低碳钢盘条的制备方法与实施例1相似，不同之处仅在于如表3所示主要参数不同。
表3实施例1-5超低碳钢盘条的主要生产工艺参数
Figure BDA0002672955100000092
其中，对照组1-5的超低碳钢盘条的制备方法与实施例1相似，不同之处仅在于如表4所示主要参数不同，具体如表4所示。
表4对照组1-5的超低碳钢盘条的主要生产工艺参数
Figure BDA0002672955100000101
实施例1-5以及对照组1-5的制得的超低碳钢盘条及超低碳钢盘条的性能情况如表2所示。
同时根据表2，本申请实施例获得的超低碳钢丝成品钢丝表面晶粒度评级可达12级，同时根据测定，表面硬度稳定控制在65HRBW以上，成品钢丝平均抗拉强度由对照组1-5的455MPa提高至478Mpa。本申请获得的超低碳钢盘条表面形成均匀细晶层，晶粒度等级(GBT6394-2017金属平均晶粒度测定方法)提高至9级，深度可达950-1180μm，表面硬度由现有的31HRBW提高至平均41HRBW及以上。
请参阅图1，A为对照组2获得的超低碳钢盘条表面组织金相照片。B为实施例1获得的超低碳钢盘条表面组织金相照片。根据图1，可以看出，实施例1相比于对照组2，彻底消除现有的超低碳钢盘条表面粗晶、混晶等问题，获得的超低碳钢盘条表面形成均匀细晶层，细晶层深度为1071.516μm。
请参阅图2，图2中，A为对照组2获得的超低碳钢盘条心部组织金相照片，B为实施例1获得的超低碳钢盘条心部组织金相照片。根据图2，可以看出实施例1获得的超低碳钢盘条心部晶粒度等级有效提升。
请参阅图3，图3中，A为对照组2获得的超低碳钢丝表面组织金相照片，B为实施例1获得的超低碳钢丝表面组织金相照片。根据图3，可以看出，本申请获得的超低碳钢丝相比于现有的超低碳钢丝表面晶粒有效细化。
综上，本申请提供的超低碳钢盘条制备方法及超低碳钢丝的制备方法操作简单，不需要额外的渗碳及淬回火调质工艺，通过参数的合理选择，可有效提高制得的超低碳钢盘条及超低碳钢丝的表面硬度。
以上仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超低碳钢盘条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、连铸；
步骤S2、加热；
步骤S3、轧制：在不低于920℃的条件下进行；
步骤S4、吐丝：其中吐丝温度为820℃-890℃；
步骤S5、冷却：先以不小于5℃/s的冷却速率使盘条降温至550℃-600℃，然后以不大于3℃/s的冷却速率降温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，可选地，所述步骤S5中，先以5℃/s-15℃/s的冷却速率使所述盘条降温至550-600℃，然后以0.5℃/s-3℃/s的冷却速率降温。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，开轧温度为1000℃-1060℃，精轧入口温度为930℃-980℃，终轧入口温度为920℃-960℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，预热段温度为550℃-650℃，加热段温度为950℃-1120℃，均热段温度为1000℃-1200℃。
5.一种超低碳钢盘条，其特征在于，其由权利要求1-4任意一项所述的制备方法制得。
6.根据权利要求5所述的超低碳钢盘条，其特征在于，按质量百分比计，所述超低碳钢盘条包括：C≤0.01％、Si≤0.04％，Mn:0.2％-0.25％，P≤0.020％，S≤0.015％，Als：0.030％-0.035％，Ti≥0.06％，余量为铁和不可避免的杂质；
可选地，所述超低碳钢盘条表面细晶层深度≥950μm，晶粒度等级≥8级，表面硬度≥39HRBW，心部硬度≥44HRBW。
7.一种超低碳钢丝的制备方法，其特征在于，采用权利要求6所述的超低碳钢盘条进行拉拔处理，获得所述超低碳钢丝；
其中，所述拉拔处理中，所述超低碳钢盘条的减面率为45％-60％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述超低碳钢盘条的减面率为50％-60％。
9.一种超低碳钢丝，其特征在于，其由权利要求7-8任意一项所述的制备方法制得。
10.根据权利要求9所述的超低碳钢丝，其特征在于，当所述超低碳钢丝由减面率≥50％的所述超低碳钢盘条制得时，所述超低碳钢丝的表面晶粒度等级≥10级，表面硬度≥65HRBW，抗拉强度≥468Mpa。
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