CN112620385B - 90级以上钢帘线、帘线钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种90级以上钢帘线、帘线钢及其生产方法。连铸时对中间包采用感应加热，钢水的过热度为15±3℃，连铸坯凝固过程中的总压下量为20~26mm；开坯时，加热段包括加热一段和加热二段，预热段炉温为910~960℃、加热一段炉温为1040~1090℃、加热二段炉温为1180~1220℃、均热段炉温为1240~1280℃，铸坯在炉时间为330~390min；轧钢时加热炉的预热段炉温为840~890℃、加热段炉温为930~1080℃、均热段炉温为1050~1080℃；控温冷却时珠光体相变前和相变时的平均冷速分别为15~20℃/s、5~10℃/s。解决了帘线钢因碳含量高而导致的强度受限问题。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种90级以上帘线钢的生产方法，还涉及一种采用所述生产方法制备得到的90级以上帘线钢以及由所述90级以上帘线钢进一步加工出的钢帘线。
背景技术
钢帘线是常见的橡胶骨架材料，广泛应用于各种汽车、卡车、飞机的子午线轮胎。我国汽车产销量和保有量居世界第一位，随着社会和经济的发展，人们对汽车的安全性、舒适性、低能耗提出了更高要求，因此需要开发出滚动阻力更小、更轻、更耐磨的轮胎产品。作为轮胎的重要骨架，钢帘线在轮胎承载中扮演了核心角色，提高钢帘线的强度可以降低轮胎的重量，并减小轮胎的滚动阻力。
目前，市场上的主流帘线钢为72级（也即碳含量为0.72%）和82级（也即碳含量为0.82%），众所周知，提高碳含量是帘线钢最重要的强化手段，然而，随着碳含量的提高，帘线钢的制造难度也越来越大，尤其是碳含量增加后，容易造成碳偏析，形成网状渗碳体和马氏体等异常组织，破坏钢材的连续性，导致拉拔断丝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种90级以上帘线钢的生产方法以及采用该方法制得的90级以上帘线钢，以及由所述90级以上帘线钢进一步加工出的钢帘线。
为实现上述目的之一，本发明一实施方式提供了一种90级以上帘线钢的生产方法，包括依序进行的钢水冶炼、连铸、开坯、修磨、轧钢和控温冷却工序；
所述连铸工序中，对中间包采用感应加热，控制中间包钢水的过热度为15±3℃，连铸坯凝固过程中的总压下量为20~26mm；
所述开坯工序中，加热段包括加热一段和加热二段，其中，预热段炉温为910~960℃、加热一段炉温为1040~1090℃、加热二段炉温为1180~1220℃、均热段炉温为1240~1280℃，铸坯在炉时间为330~390min；
所述轧钢工序中，加热炉的预热段炉温为840~890℃、加热段炉温为930~1080℃、均热段炉温为1050~1080℃；
所述控温冷却工序中，珠光体相变前的平均冷速为15~20℃/s，珠光体相变时的平均冷速为5~10℃/s。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中，浇铸拉速为0.60~0.64m/min，且所述浇铸拉速与所述钢液的过热度负相关。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中，自连铸机的水平段对应的5号拉矫机开始压下，5号至11号拉矫机的压下量分别为2~4mm、2~4mm、4mm、4mm、4mm、2~4mm、1~3mm。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中，结晶器电磁搅拌的电流为750A，频率为2Hz。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中，结晶器出口的横截面尺寸为306mm×397mm。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述修磨工序中，中间坯表层修磨量为中间坯总重量的3.4~4.3%。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述轧钢工序中，开轧温度为950~980℃，吐丝温度为870~890℃。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控温冷却工序中，采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为80m/min，第一段的辊道速度为88m/min，第二段的辊道速度为95m/min，第三段的辊道速度为95m/min，风冷线1~4#风机风量为100%，5#风机风量为50%，其余风机关闭。
为实现上述目的之一，本发明一实施方式还提供了一种90级以上帘线钢，采用如上所述的90级以上帘线钢的生产方法制备而成。
为实现上述目的之一，本发明一实施方式还提供了一种90级以上钢帘线，所述90级以上钢帘线由如上所述的90级以上帘线钢制备而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：不但实现了90级以上帘线钢的轧制，而且通过控制工艺参数，可降低帘线钢的宏观偏析，将90级以上帘线钢盘条的网状碳化物控制在1级以内，避免了碳偏析、以及网状渗碳体和马氏体等异常组织的产生而导致的一系列缺陷和拉拔断丝的问题，保证制备的90级以上帘线钢的拉拔性能，抗拉强度可达到1200~1350MPa，断面收缩率可达30%以上，晶粒度均能达到7级以上，解决了帘线钢因碳含量高、宏观偏析和网状渗碳体的形成而导致的强度受限的问题。
具体实施方式
经大量研究发现，在铁碳二元系统中，0.76%的碳含量是热力学共析点，碳含量＞0.76%的钢称为过共析钢，冷却后容易得到共析珠光体+先共析渗碳体混合组织。当先共析渗碳体较多时就会在奥氏体晶界上形成网状渗碳体，网状渗碳体会破坏钢材的连续性，导致拉拔断丝。
90级以上的帘线钢中碳含量≥0.90%，钢坯中极易产生宏观偏析，形成网状渗碳体、马氏体等异常组织，需要针对90级以上的帘线钢探究相匹配的中间包过热度、压下量、加热温度、冷速等参数，一方面，减少宏观偏析，另一方面，避免网状渗碳体的形成，进而避免因宏观偏析和网状渗碳体析出而导致帘线钢的一系列缺陷，例如轧件拉拔芯部脆断等。
本发明一实施方式提供了一种90级以上帘线钢的生产方法，包括依序进行的钢水冶炼、连铸、开坯、修磨、轧钢和控温冷却工序；
所述连铸工序中，采用电磁感应加热装置对中间包钢水进行温度调控，控制中间包钢水的过热度为15±3℃，也即，控制中间包钢水的过热度为15℃，误差≤3℃，控制连铸坯凝固过程中的总压下量为20~26mm；
所述开坯工序中，加热段包括加热一段和加热二段，其中，预热段炉温为910~960℃、加热一段炉温为1040~1090℃、加热二段炉温为1180~1220℃、均热段炉温为1240~1280℃，铸坯在炉时间为330~390min；通过将加热段分成两段，即加热一段和加热二段，可以使开坯工序中的炉温稳步上升，以免使铸坯产生裂纹。
所述修磨工序是指对开坯后中间坯进行表面处理，以去除中间坯表面的缺陷，使所述中间坯的表面平整且无氧化皮和表面裂纹等缺陷，以避免所述中间坯原始缺陷对后续的生产过程产生不利影响。
所述轧钢工序中，加热炉的预热段炉温为840~890℃、加热段炉温为930~1080℃、均热段炉温为1050~1080℃；
所述控温冷却工序中，珠光体相变前的平均冷速为15~20℃/s，珠光体相变时的平均冷速为5~10℃/s。
概括来讲，本发明一实施方式的所述90级以上帘线钢的生产方法，通过在连铸工序对中间包采用感应加热并控制过热度和总压下量、在开坯工序对加热温度和在炉时间的控制、在修磨工序去除铸坯表面氧化皮和裂纹等缺陷、在轧钢工序对加热温度的控制、以及控温冷却工序对冷速的控制，一方面，可使碳扩散均匀以及钢材中各组分分布均匀，降低碳元素在晶界的富集浓度，显著降低90级以上帘线钢的宏观偏析，使连铸坯的中心碳偏析值控制在0.94~1.06，并且可防止冻钢断流，减少脱碳，另一方面，减少网状渗碳体的形成，将90级以上帘线钢的网状碳化物等级控制在1级以内。
另外，通过本发明的90级以上帘线钢的生产方法制备的90级以上帘线钢，具有极佳的力学性能，抗拉强度可达到1200~1350MPa，断面收缩率可达30%以上，晶粒度均能达到7级以上，且网状碳化物等级在1级以内。
进一步地，所述连铸工序中，浇铸拉速为0.60~0.64m/min，且所述浇铸拉速与所述钢液的过热度负相关，也即，所述过热度越高时，所述浇铸拉速越大；浇铸工程中所述浇铸拉速恒定，以减小浇铸过程中的温度波动，降低钢坯的宏观偏析。
进一步地，所述连铸工序中，自连铸机的水平段对应的5号拉矫机开始压下，5号至11号拉矫机的压下量分别为2~4mm、2~4mm、4mm、4mm、4mm、2~4mm、1~3mm，通过合理分配各拉矫机的压下时机和压下量，以使各拉矫机压下时铸坯各组分分布均匀，降低偏析。
进一步地，所述连铸工序中，结晶器电磁搅拌的电流为750A，频率为2Hz，可均匀钢水的成分及温度，进一步降低钢坯的宏观偏析。
进一步地，所述连铸工序中，结晶器出口的横截面尺寸为306mm×397mm，有助于分散钢坯的中心偏析，提高钢坯的均匀性。
进一步地，所述修磨工序中，中间坯表层修磨量为中间坯总重量的3.4~4.3%，该修磨量根据脱碳层深度确定，并且适当加大所述中间坯角部的修磨量，以消除高温长时间加热造成的钢坯表面脱碳。
进一步地，所述轧钢工序中，开轧温度为950~980℃，吐丝温度为870~890℃，有助于减小奥氏体尺寸，降低碳元素的晶界富集浓度，减少脱碳，进一步提升钢材质量，保证较优的最终盘条均匀性。
进一步地，所述控温冷却工序中，优选地采用斯太尔摩控制冷却工艺，也即在斯太尔摩线上实现对盘条的轧后冷却，这样便于对冷速进行有效控制。其中，斯太尔摩冷却线位于吐丝机和集卷器之间并具有输送盘条的辊道，可以通过调整辊道速度、风机风量控制盘条冷却速度，使盘条得到合适的组织性能。所述斯太尔摩控制冷却工艺中，入口段的辊道速度为80m/min，第一段的辊道速度为88m/min，第二段的辊道速度为95m/min，第三段的辊道速度为95m/min，其中，每一段辊道对应两台风机，也即，第一段辊道对应风冷线1~2#风机，第二段辊道对应风冷线3~4#风机，第三段辊道对应风冷线5~6#风机，以此类推；风冷线1~4#风机风量为100%，5#风机风量为50%，其余风机关闭。
另外，本发明还提供一种90级以上帘线钢，所述90级以上帘线钢采用所述90级以上帘线钢的生产方法制备而成，所述90级以上帘线钢的网状碳化物在1级以内，抗拉强度可达到1200~1350MPa，断面收缩率可达30%以上，晶粒度均能达到7级以上。
此外，本发明还提供一种90级以上钢帘线，所述90级以上钢帘线由所述90级以上帘线钢制备而成，所述90级以上钢帘线的直径为0.15~0.30mm，经检测具有极佳的力学性能，其抗拉强度可达到3000MPa以上。
如前所述，本发明是依照大量的试验研究而得到的，以下通过具体实施例进一步说明。
实施例1
（1）钢水冶炼：采用转炉冶炼，并采用吹氩、炉外精炼及软吹等工艺进行精炼，以调控钢水中的化学成分，使得钢水中的碳含量≥0.90%。
（2）连铸：采用电磁感应加热装置对中间包钢水进行温度调控，控制中间包钢水的过热度为15℃，控制过热度的正负误差≤3℃，浇铸拉速为0.64m/min；采用结晶器出口的横截面尺寸为306mm×397mm的连铸机进行浇铸，结晶器电磁搅拌的电流为750A，频率为2Hz；连铸坯凝固过程中的总压下量为26mm，具体地，自连铸机的水平段对应的5号拉矫机开始压下，5号至11号拉矫机的压下量分别为3mm、4mm、4mm、4mm、4mm、4mm、3mm，经压下后的连铸坯的尺寸为274mm×396mm；
对连铸坯进行低倍取样，对连铸坯的横截面钻孔分析，测得连铸坯的中心碳偏析值为0.94。
（3）开坯：将加热段分成加热一段和加热二段，其中，预热段炉温为910℃、加热一段炉温为1040℃、加热二段炉温为1180℃、均热段炉温为1240℃，铸坯在炉时间为330min；从而将连铸坯轧制成截面尺寸为140mm×140mm的中间坯。
（4）修磨：中间坯表层修磨量为中间坯总重量的3.4%。
（5）轧钢：将中间坯轧制成90级以上帘线钢盘条，其中，加热炉的预热段炉温为840℃、加热段炉温为930℃、均热段炉温为1050℃，开轧温度为950℃，吐丝温度为870℃。
（6）控温冷却：采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为80m/min，第一段的辊道速度为88m/min，第二段的辊道速度为95m/min，第三段的辊道速度为95m/min，风冷线1~4#风机风量为100%，5#风机风量为50%，其余风机关闭，从而控制珠光体相变前的平均冷速为15~20℃/s，珠光体相变时的平均冷速为5~10℃/s。
（7）拉拔：将制备的90级以上帘线钢盘条拉拔成90级以上钢帘线。
（8）性能测试：
对制备的90级以上帘线钢盘条进行取样测试，采用4%的硝酸酒精溶液进行金相腐蚀，测得90级以上帘线钢盘条的中心网碳级别为0级；对90级以上帘线钢盘条的拉伸性能进行检测，测得其抗拉强度为1300MPa，断面收缩率为35%；
对制备的90级以上钢帘线的拉伸性能进行检测，测得其直径为0.18mm，抗拉强度为3520MPa。
实施例2
（1）钢水冶炼：采用转炉冶炼，并采用吹氩、炉外精炼及软吹等工艺进行精炼，调控钢水中的化学成分，使得钢水中的碳含量≥0.90%。
（2）连铸：采用电磁感应加热装置对中间包钢水进行温度调控，控制中间包钢水的过热度为15℃，控制过热度的正负误差≤3℃，浇铸拉速为0.62m/min；采用结晶器出口的横截面尺寸为306mm×397mm的连铸机进行浇铸，结晶器电磁搅拌的电流为750A，频率为2Hz；连铸坯凝固过程中的总压下量为23mm，具体地，自连铸机的水平段对应的5号拉矫机开始压下，5号至11号拉矫机的压下量分别为2mm、3mm、4mm、4mm、4mm、4mm、2mm，经压下后的连铸坯的尺寸为274mm×396mm；
对连铸坯进行低倍取样，对连铸坯的横截面钻孔分析，测得连铸坯的中心碳偏析值为1.00。
（3）开坯：将加热段分成加热一段和加热二段，其中，预热段炉温为930℃、加热一段炉温为1060℃、加热二段炉温为1200℃、均热段炉温为1260℃，铸坯在炉时间为360min；从而将连铸坯轧制成截面尺寸为140mm×140mm的中间坯。
（4）修磨：中间坯表层修磨量为中间坯总重量的3.8%。
（5）轧钢：将中间坯轧制成90级以上帘线钢盘条，其中，加热炉的预热段炉温为860℃、加热段炉温为1000℃、均热段炉温为1060℃，开轧温度为960℃，吐丝温度为880℃。
（6）控温冷却：采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为80m/min，第一段的辊道速度为88m/min，第二段的辊道速度为95m/min，第三段的辊道速度为95m/min，风冷线1~4#风机风量为100%，5#风机风量为50%，其余风机关闭，从而控制珠光体相变前的平均冷速为15~20℃/s，珠光体相变时的平均冷速为5~10℃/s。
（8）拉拔：将制备的90级以上帘线钢盘条拉拔成90级以上钢帘线。
（9）性能测试：
对制备的90级以上帘线钢盘条进行取样测试，采用4%的硝酸酒精溶液进行金相腐蚀，测得90级以上帘线钢盘条的中心网碳级别为0.5级；对90级以上帘线钢盘条的拉伸性能进行检测，测得其抗拉强度为1280MPa，断面收缩率为33%；
对制备的90级以上钢帘线的拉伸性能进行检测，测得其直径为0.20mm，抗拉强度为3420MPa。
实施例3
（1）钢水冶炼：采用转炉冶炼，并采用吹氩、炉外精炼及软吹等工艺进行精炼，以调控钢水中的化学成分，使得钢水中的碳含量≥0.90%。
（2）连铸：采用电磁感应加热装置对中间包钢水进行采用温度调控，控制中间包钢水的过热度为15℃，控制过热度的正负误差≤3℃，浇铸拉速为0.60m/min；采用结晶器出口的横截面尺寸为306mm×397mm的连铸机进行浇铸，结晶器电磁搅拌的电流为750A，频率为2Hz；连铸坯凝固过程中的总压下量为20mm，具体地，自连铸机的水平段对应的5号拉矫机开始压下，5号至11号拉矫机的压下量分别为2mm、3mm、4mm、4mm、4mm、2mm、1mm，经压下后的连铸坯的尺寸为280mm×396mm；
对连铸坯进行低倍取样，对连铸坯的横截面钻孔分析，测得连铸坯的中心碳偏析值为1.06。
（3）开坯：预热段炉温为960℃、加热一段炉温为1090℃、加热二段炉温为1220℃、均热段炉温为1280℃，铸坯在炉时间为390min；从而将连铸坯轧制成截面尺寸为140mm×140mm的中间坯。
（4）修磨：中间坯表层修磨量为中间坯总重量的4.3%。
（5）轧钢：将中间坯轧制成90级以上帘线钢盘条，其中，加热炉的预热段炉温为890℃、加热段炉温为1080℃、均热段炉温为1080℃，开轧温度为980℃，吐丝温度为890℃。
（6）控温冷却：采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为80m/min，第一段的辊道速度为88m/min，第二段的辊道速度为95m/min，第三段的辊道速度为95m/min，风冷线1~4#风机风量为100%，5#风机风量为50%，其余风机关闭，从而控制珠光体相变前的平均冷速为15~20℃/s，珠光体相变时的平均冷速为5~10℃/s。
（7）拉拔：将制备的90级以上帘线钢盘条拉拔成90级以上钢帘线。
（8）性能测试：
对制备的90级以上帘线钢盘条进行取样测试，采用4%的硝酸酒精溶液进行金相腐蚀，测得90级以上帘线钢盘条的中心网碳级别为1级；对90级以上帘线钢盘条的拉伸性能进行检测，测得其抗拉强度为1260MPa，断面收缩率为31%；
对制备的90级以上钢帘线的拉伸性能进行检测，测得其直径为0.22mm，抗拉强度为3100MPa。
通过上述实施例可以看出，本发明不但实现了所述90级以上帘线钢的轧制，而且通过控制工艺参数，可降低帘线钢的宏观偏析，将90级以上帘线钢盘条的网状碳化物控制在1级以内，避免了偏析、以及网状渗碳体和马氏体等异常组织的产生而导致的一系列缺陷和拉拔断丝的问题，保证制备的90级以上帘线钢的拉拔性能，抗拉强度可达到1200~1350MPa，断面收缩率可达30%以上，晶粒度均能达到7级以上，解决了帘线钢因碳含量高、宏观偏析和网状渗碳体的形成而导致的强度受限的问题。
Claims (10)
1.一种90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，包括依序进行的钢水冶炼、连铸、开坯、修磨、轧钢和控温冷却工序；
所述连铸工序中，对中间包采用感应加热，控制中间包钢水的过热度为15±3℃，连铸坯凝固过程中的总压下量为20~26mm；
所述开坯工序中，加热段包括加热一段和加热二段，其中，预热段炉温为910~960℃、加热一段炉温为1040~1090℃、加热二段炉温为1180~1220℃、均热段炉温为1240~1280℃，铸坯在炉时间为330~390min；
所述轧钢工序中，加热炉的预热段炉温为840~890℃、加热段炉温为930~1080℃、均热段炉温为1050~1080℃；
所述控温冷却工序中，珠光体相变前的平均冷速为15~20℃/s，珠光体相变时的平均冷速为5~10℃/s。
2.根据权利要求1所述的90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中，浇铸拉速为0.60~0.64m/min，且所述浇铸拉速与所述钢水的过热度负相关。
3.根据权利要求1所述的90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中，自连铸机的水平段对应的5号拉矫机开始压下，5号至11号拉矫机的压下量分别为2~4mm、2~4mm、4mm、4mm、4mm、2~4mm、1~3mm。
4.根据权利要求1所述的90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中，结晶器电磁搅拌的电流为750A，频率为2Hz。
5.根据权利要求1所述的90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中，结晶器出口的横截面尺寸为306mm×397mm。
6.根据权利要求1所述的90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，所述修磨工序中，中间坯表层修磨量为中间坯总重量的3.4~4.3%。
7.根据权利要求1所述的90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，所述轧钢工序中，开轧温度为950~980℃，吐丝温度为870~890℃。
8.根据权利要求1所述的90级以上帘线钢的生产方法，其特征在于，所述控温冷却工序中，采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为80m/min，第一段的辊道速度为88m/min，第二段的辊道速度为95m/min，第三段的辊道速度为95m/min，风冷线1~4#风机风量为100%，5#风机风量为50%，其余风机关闭。
9.一种90级以上帘线钢，其特征在于，采用如权利要求1~8任一项所述的90级以上帘线钢的生产方法制备而成。
10.一种90级以上钢帘线，其特征在于，所述90级以上钢帘线由权利要求9所述的90级以上帘线钢制备而成。
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