CN115055654B - 高碳钢盘条及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高碳钢盘条及其生产方法。所述生产方法包括:冶炼得到钢液;将钢液通过连铸得到连铸坯,在连铸过程中对连铸坯进行轻压下处理,轻压下处理包括:当连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,对连铸坯进行压下率为3~5mm/m的压下处理,当连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,降低压下率,对连铸坯进行压下率为2~4mm/m的压下处理,当连铸坯中心固相率fs为0.8≤fs≤1时,增加压下率,对连铸坯进行压下率为4~6mm/m的压下处理;将连铸坯加热后进行开坯轧制得到开坯料;将开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到盘条。通过对连铸过程中的动态轻压下参数进行精细控制,采用先高后低再高的压下率对连铸坯进行压下处理,从源头处显著改善连铸坯中心区域的偏析和疏松问题。
Description
技术领域
本发明涉及合金技术领域,具体地涉及一种高碳钢盘条及其生产方法。
背景技术
高碳钢线材广泛应用于国民经济的很多行业,如各类钢丝绳、桥梁缆索、镀锌钢丝以及轮胎骨架材料等。帘线钢作为高碳钢中重要的类别,主要用于制作汽车轮胎子午线等骨架材料,尤其是近年来,随着新能源汽车的兴起以及低碳排放的要求,高强化是钢帘线主要发展方向,强度提高不仅可以减少钢丝帘线的使用,还可以降低橡胶料的使用。对于钢帘线的高强化,通常采用提高碳含量和添加微合金化元素的方式来实现,随着碳含量的增加,对盘条组织性能的调控会带来难度,尤其是晶界渗碳体的控制,因此需要从连铸到轧制进行全流程考虑来减轻晶界渗碳体的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高碳钢盘条及其生产方法。
本发明提供一种高碳钢盘条生产方法,以质量百分比计,所述盘条碳含量≥0.8%,所述生产方法包括:
冶炼得到钢液;
将所述钢液通过连铸得到连铸坯,在连铸过程中对所述连铸坯进行轻压下处理,所述轻压下处理包括:当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,对所述连铸坯进行压下率为3~5mm/m的压下处理,使所述连铸坯中心形成负偏析,当所述连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,降低压下率,对所述连铸坯进行压下率为2~4mm/m的压下处理,当所述连铸坯中心固相率fs为0.8≤fs≤1时,增加压下率,对所述连铸坯进行压下率为4~6mm/m的压下处理;
将连铸坯加热后进行开坯轧制得到开坯料;
将所述开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到所述盘条。
作为本发明的进一步改进,当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,对所述连铸坯进行压下率为3~5mm/m的压下处理,使所述连铸坯中心形成负偏析,具体包括:
当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,在压下率为3~5mm/m的范围内,对所述连铸坯进行多段且压下率逐渐降低的压下处理。
作为本发明的进一步改进,所述在连铸过程中对所述连铸坯进行轻压下处理,具体包括:
在连铸机水平段对所述连铸坯依次通过8台拉矫机进行轻压下处理,其中,8台拉矫机分别为1号~8号拉矫机,当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,通过所述1号~3号拉矫机对所述连铸坯进行压下处理,且所述1号~3号拉矫机的压下率控制为依次降低,当所述连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,通过所述4号~6号拉矫机对所述连铸坯进行压下处理,当所述连铸坯中心固相率fs为0.8≤fs≤1时,通过所述7号和8号拉矫机对所述连铸坯进行压下处理。
作为本发明的进一步改进,所述1号拉矫机的压下率控制为4~5mm/m,所述2号拉矫机的压下率控制为3~5mm/m,所述3号拉矫机的压下率控制为3~4mm/m,4~6号拉矫机的压下率控制为2~4mm/m,所述7号和8号拉矫机的压下率控制为4~6mm/m。
作为本发明的进一步改进,所述将所述钢液通过连铸得到连铸坯,还包括:
将所述钢液在中间包通过电磁感应加热,过热度控制为10~20℃,钢液经中间包进入结晶器后,进行电磁搅拌,搅拌电流控制为400~600A、频率为3~5Hz。
作为本发明的进一步改进,所述将所述钢液通过连铸得到连铸坯,还包括:
通过断面尺寸为300mm×400mm的连铸机进行连铸,拉速控制为0.65~0.75m/min,在连铸机二冷区比水量控制为0.15~0.25L/kg。
作为本发明的进一步改进,在所述将所述钢液通过连铸得到连铸坯之后,还包括:
在连铸获得所述连铸坯后,控制其在表面温度大于800℃的情况下装入保温坑保温72小时以上。
作为本发明的进一步改进,所述将连铸坯加热后进行开坯轧制得到开坯料,具体包括:
将所述连铸坯在加热炉中进行加热,加热炉中均热段温度控制为1130~1180℃,所述连铸坯在炉时间控制为240~300min。
作为本发明的进一步改进,所述将所述开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到所述盘条,具体包括:
在轧制前将所述开坯料在加热炉中进行加热,加热炉中均热段温度控制为1080~1120℃,所述开坯料在精轧入口处温度控制在860~890℃,精轧机内水箱压力控制为3~4bar,水流量控制为1100~1200 m3/h,吐丝温度控制为840~850℃,将所述开坯料轧制为直径为5.0~5.5mm的盘条。
作为本发明的进一步改进,所述将所述开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到所述盘条,还包括:
在轧制后,开启第1~3台风机对所述盘条进行冷却,风机风量控制为30~100%。
作为本发明的进一步改进,所述冶炼得到钢液,具体包括:
依次通过铁水预脱硫、转炉或电炉冶炼、LF精炼工序冶炼得到钢液。
本发明还提供一种高碳钢盘条,其采用上述的高碳钢盘条生产方法制造得到。
作为本发明的进一步改进,以质量百分比计,当所述盘条碳含量为0.8~0.9%时,在YB-T4002-2013标准下,所述盘条内网状渗碳体评级为0级,当所述盘条碳含量>0.9%时,在YB-T4002-2013标准下,所述盘条内网状渗碳体评级为1级。
本发明的有益效果是:本发明通过对连铸过程中的动态轻压参数进行精细控制,在固相率为0.3~1.0的范围内,采用先高后低再高的压下率对连铸坯进行压下处理,从源头处显著改善连铸坯中心区域的偏析和疏松问题,并配合后续的在开坯处理、轧制处理和冷却过程中的参数控制,显著减少了盘条内的网状渗碳体。
附图说明
图1是本发明一实施方式中高碳钢盘条及其生产方法步骤示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
下面详细描述本发明的实施方式,实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本实施方式提供一种高碳钢盘条及其生产方法,以质量百分比计,盘条碳含量≥0.8%。所述生产方法主要通过对大方坯连铸工序中动态轻压下参数进行控制,从而能够将连铸坯的偏析指数(连铸坯中心碳含量/熔炼碳含量)控制在0.9~1.0之间,并且通过对开坯工序和轧制工序中的参数进行控制,有效降低盘条心部网状渗碳体,所生产得到的钢盘条特别适用于作为帘线钢使用。
如图1所示,所述生产方法包括:
S1:冶炼得到钢液。
S2:将钢液通过连铸得到连铸坯,在连铸过程中对连铸坯进行轻压下处理,轻压下处理包括:当连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,对连铸坯进行压下率为3~5mm/m的压下处理,当连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,降低压下率,对连铸坯进行压下率为2~4mm/m的压下处理,当连铸坯中心固相率fs为0.8≤fs≤1时,增加压下率,对连铸坯进行压下率为4~6mm/m的压下处理。
S3:将连铸坯加热后进行开坯轧制得到开坯料。
S4:将开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到盘条。
在步骤S1中,其依次包括以下工序:
铁水预脱硫、转炉冶炼和LF精炼。
在铁水预脱硫工序中,对铁水进行机械搅拌,并喷入石灰粉和萤石对铁水进行脱硫处理,控制铁水中硫含量,在扒除脱硫渣后将铁水兑入炉中进行冶炼。
在转炉或电炉冶炼中,使用预脱硫后的铁水和废钢等为原料进行冶炼得到钢水,在冶炼过程中,对铁水进行吹氧升温处理后,进行脱碳、脱磷处理得到钢水。
在LF精炼工序中,对钢水进行脱气处理、合金化处理和温度控制后得到温度、成分符合要求的钢水。
在步骤S2中,其具体包括:
S21:在中间包中对钢水进行加热,钢水通过中间包进行分配后进入结晶器内形成一定厚度的坯壳,形成坯壳的连铸坯经拉矫机牵引作用,进入二冷区进行喷水冷却。
具体的,在本实施方式中,将钢液在中间包通过电磁感应加热,过热度控制为10~20℃,钢液经中间包进入结晶器后,进行电磁搅拌,搅拌电流控制为400~600A、频率为3~5Hz。
在中间包中通过电磁感应加热,能够驱动钢液旋转,使得钢液中夹杂物在离心力驱动下,向心迁移并碰撞长大,加速上浮形成顶渣,经过净化的钢液从中间包底部进入水口后再进入结晶器,能够有效减少钢液中的夹杂物,从而减少后续凝固过程中夹杂物元素引起的偏析。在结晶器中进行电磁搅拌,能够强化促进坯壳液相穴内钢水的对流、传热和传质过程,从而控制连铸坯的凝固过程,同样能够有效消除过热度、改善铸坯凝固组织和成分偏析。
在本实施方式中,通过断面尺寸为300mm×400mm的连铸机进行连铸,获得大方坯,拉速控制为0.65~0.75m/min,在连铸机二冷区比水量控制为0.15~0.25L/kg。
S22:连铸坯经过二冷区和空冷段后,在连铸机水平段对连铸坯依次通过8台拉矫机进行轻压下处理,其中,8台拉矫机分别为1号~8号拉矫机,当连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,通过1号~3号拉矫机对连铸坯进行压下处理,且1号~3号拉矫机的压下率控制为依次降低,使连铸坯中心形成负偏析;当连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,通过4号~6号拉矫机对连铸坯进行压下处理;当连铸坯中心固相率fs为0.8≤fs≤1时,通过7号和8号拉矫机对连铸坯进行压下处理。
在连铸过程中,当凝固末端两相区内钢水凝固收缩导致液相体积减小时会形成局部压降,该压降将会导致连铸坯中心附近枝晶间的富集偏析元素钢液流动、汇集并最终凝固,从而形成中心偏析,而体积补偿不充分就形成了中心疏松。通过动态轻压下技术能够有效提高心部钢水的流动和均匀性,减少因凝固时枝晶搭接所产生的偏析和疏松,从而补偿钢液凝固时富集偏析元素的体积收缩。
具体的,在本实施方式中,当连铸坯中心固相率fs为0≤fs<0.3时,不进行轻压下处理。该区内钢液的凝固收缩可以通过其前端钢液的流动来补偿,因此该区内钢液流动将不会造成中心偏析的形成,反而均匀了该区内的溶质分布,所以此时不进行轻压处理。
当连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,1号拉矫机的压下率控制为4~5mm/m,2号拉矫机的压下率控制为3~5mm/m,3号拉矫机的压下率控制为3~4mm/m。此时连铸坯心部钢液具有较好流动性,较大的压下率会促使连铸坯心部高溶质浓度钢液以较大流速向着与拉坯方向相反的方向流动,使溶质元素在钢液中重新分配,有利于连铸坯芯部产生负偏析,负偏析即浓度低于合金内溶质的平均浓度的偏析。首先采用大压下率的压下处理,连铸坯心部钢液受大的挤压力作用,钢液从连铸坯中心向一侧流动,而凝固速度方向从一侧指向连铸坯中心,两者方向相反,从而有利于在连铸坯中心形成负偏析。并且,通过大的压下力,能够使连铸坯中心附近枝晶沿压下方向脱落,脱落枝晶沿着钢液流到铸坯心部,在连铸坯心部成为形核核心,导致中心部分先凝固,凝固速度从铸坯心部指向一侧,钢液流动方向和凝固速度方向相反,同样有利于在连铸坯中心形成负偏析。通过形成负偏析,从而较为明显的减少连铸中心区域的偏析情况。同时为避免压下量过大而使连铸坯内部产生裂纹,因此将1号拉矫机的压下率控制为4~5mm/m,并对2号和3号拉矫机采用逐渐降低的压下率。
当连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,4号~6号拉矫机压下率控制为2~4mm/m。在此区间内采用较小的压下率能够弥补凝固收缩和热收缩量,并同时避免上游钢液流入重新形成偏析。
当连铸坯中心固相率为0.8≤fs≤1.0时,7号和8号拉矫机的压下率控制为4~6mm/m。在凝固阶段终点位置,再次采用较大的压下率,能提高连铸坯中心致密度,起到消除中心缩孔和减轻中心点状偏析的作用。
在本发明的其他实施方式中,也可根据钢种及连铸坯尺寸等因素而对拉矫机数量以及每台拉矫机的具体压下率而进行调整,只要使拉矫机之间的整体压下率在规定的范围内能够形成如前所述的先高后低再高的梯度变化曲线即可。
S23:在连铸获得连铸坯后,控制其在表面温度大于800℃的情况下装入保温坑保温72小时以上。
在保温坑内将连铸坯缓慢冷却,可以有效地降低连铸坯表层温度梯度,使相变应力不再增加,减少连铸坯表面微裂纹及中心偏析缺陷,进一步提高连铸坯质量。
在本发明的其他实施方式中,也可根据连铸坯的尺寸对保温时间进行具体调整。
综上,通过对动态轻压下过程压下率的精细控制,形成先高后低再高的梯度曲线,有效降低了连铸坯中心的偏析和疏松问题。对连铸坯取样,依据YB-T4002-2013《连铸钢方坯低倍组织缺陷评级图》对连铸坯低倍中间裂纹进行评级,并钻孔分析连铸坯中心偏析值,通过本实施方法生产得到的连铸坯的偏析指数可以控制在0.9~1.0,中心疏松级别控制在0.5级以下。
在步骤S3中,其具体包括:
将连铸坯在加热炉中进行加热,加热炉中均热段温度控制为1130~1180℃,连铸坯在炉时间控制为240~300min。
在步骤S4中,其具体包括:
将开坯料进行修磨、探伤后,放入加热炉中进行加热,加热炉中均热段温度控制为1080~1120℃,开坯料在精轧入口处温度控制在860~890℃,精轧机内水箱压力控制为3~4bar,水流量控制为1100~1200 m3/h,吐丝温度控制为840~850℃,将开坯料轧制为直径为5.0~5.5mm的盘条。
在轧制后,开启第1~3台风机对盘条进行冷却,风机风量控制为30~100%。
在步骤S3和S4中,对开坯和轧制过程中温度参数进行调控,逐步降低轧坯温度,能够增加轧坯的变形储存能,细化轧坯奥氏体晶粒度,并增加轧坯中组织晶界的比例,从而为控制盘条网状渗碳体析出创造条件,最终有效降低了盘条的心部网状渗碳体的数量,提高盘条的组织均匀性。相比于现有工艺,本方法通过在连铸过程中对中心偏析的控制,在轧制和冷却过程中,无需设置相对常规工艺较高的温度,即能够有效控制网状渗碳体的形成。
本实施方式还提供一种高碳钢盘条,其采用上述的高碳钢盘条生产方法制造得到。
以质量百分比计,当盘条碳含量为0.8~0.9%时,在YB-T4002-2013标准下,盘条内网状渗碳体评级为0级,当盘条碳含量>0.9%时,在YB-T4002-2013标准下,盘条内网状渗碳体评级为1级。
当盘条被制成直径为0.15~0.25mm的钢帘线时,断丝率为2~3次/吨,相较于现有盘条,断丝率降低20%以上。
综上所述,本实施方式通过对连铸过程中的动态轻压下参数进行精细控制,在固相率为0.3~1.0的范围内,采用先高后低再高的压下率对连铸坯进行压下处理,显著改善连铸坯中心区域的偏析和疏松问题,并配合后续的在开坯处理、轧制处理和冷却过程中的参数控制,显著减少了盘条内的网状渗碳体。
以下通过6个实施例进一步对本发明的具体实施方式予以介绍。
实施例1~6采用如下步骤生产。
冶炼得到钢水,将钢包吊运至连铸平台,进行保护浇注,实施例1~6钢种C含量如表1所示。
钢水在结晶器内形成一定厚度的坯壳后经拉矫机牵引作用,进入二冷区喷水冷却。连铸机拉速、中间包过热度、结晶器电磁搅拌参数及二冷区比水量如表2所示。
连铸坯经二冷区及空冷段,进入轻压下区间进行压下处理,各拉矫机对应的连铸坯中心固相率如表3所示,各拉矫机所使用的压下率如表4所示。
连铸坯下线后,吊运至保护坑进行坑冷,入坑表面温度及坑冷时间如表5所示。
对连铸坯取低倍样,依据YB-T4002-2013《连铸钢方坯低倍组织缺陷评级图》对连铸坯低倍中间裂纹进行评级,并钻孔分析连铸坯中心偏析值,结果如表6所示。
连铸坯出坑后,吊运至开坯车间,送入加热炉,加热炉均热段炉温及在炉时间如表7所示,开坯料尺寸为140mm×140mm。
将开坯料进行修磨、探伤,然后吊运至轧制车间,送入加热炉,轧制工艺参数如表8所示。
对盘条进行取样,用硝酸酒精腐蚀液进行腐蚀,观察盘条金相,结果如表9所示。
将盘条制成不同直径的钢帘线,断丝率结果如表10所示。
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种高碳钢盘条生产方法,以质量百分比计,所述盘条碳含量≥0.8%,其特征在于,所述生产方法包括:
冶炼得到钢液;
将所述钢液通过连铸得到连铸坯,在连铸过程中对所述连铸坯进行轻压下处理,所述轻压下处理包括:当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,对所述连铸坯进行压下率为3~5mm/m的压下处理,使所述连铸坯中心形成负偏析,当所述连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,降低压下率,对所述连铸坯进行压下率为2~3mm/m的压下处理,当所述连铸坯中心固相率fs为0.8≤fs≤1时,增加压下率,对所述连铸坯进行压下率为4~6mm/m的压下处理;
将连铸坯加热后进行开坯轧制得到开坯料;
将所述开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到所述盘条。
2.根据权利要求1所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,对所述连铸坯进行压下率为3~5mm/m的压下处理,使所述连铸坯中心形成负偏析,具体包括:
当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,在压下率为3~5mm/m的范围内,对所述连铸坯进行多段且压下率逐渐降低的压下处理,使所述连铸坯中心形成负偏析。
3.根据权利要求2所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,所述在连铸过程中对所述连铸坯进行轻压下处理,具体包括:
在连铸机水平段对所述连铸坯依次通过8台拉矫机进行轻压下处理,其中,8台拉矫机分别为1号~8号拉矫机,当所述连铸坯中心固相率fs为0.3≤fs<0.5时,通过1号~3号拉矫机对所述连铸坯进行压下处理,且1号~3号拉矫机的压下率控制为依次降低,当所述连铸坯中心固相率fs为0.5≤fs<0.8时,通过4号~6号拉矫机对所述连铸坯进行压下处理,当所述连铸坯中心固相率fs为0.8≤fs≤1时,通过7号和8号拉矫机对所述连铸坯进行压下处理。
4.根据权利要求3所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,1号拉矫机的压下率控制为4~5mm/m,2号拉矫机的压下率控制为3~5mm/m,3号拉矫机的压下率控制为3~4mm/m,4~6号拉矫机的压下率控制为2~3mm/m,7号和8号拉矫机的压下率控制为4~6mm/m。
5.根据权利要求1所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,所述将所述钢液通过连铸得到连铸坯,还包括:
将所述钢液在中间包通过电磁感应加热,过热度控制为10~20℃,钢液经中间包进入结晶器后,进行电磁搅拌,搅拌电流控制为400~600A、频率为3~5Hz。
6.根据权利要求1所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,所述将所述钢液通过连铸得到连铸坯,还包括:
通过断面尺寸为300mm×400mm的连铸机进行连铸,拉速控制为0.65~0.75m/min,在连铸机二冷区比水量控制为0.15~0.25L/kg。
7.根据权利要求1所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,在所述将所述钢液通过连铸得到连铸坯之后,还包括:
在连铸获得所述连铸坯后,控制其在表面温度大于800℃的情况下装入保温坑保温72小时以上。
8.根据权利要求1所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,所述将连铸坯加热后进行开坯轧制得到开坯料,具体包括:
将所述连铸坯在加热炉中进行加热,加热炉中均热段温度控制为1130~1180℃,所述连铸坯在炉时间控制为240~300min。
9.根据权利要求1所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,所述将所述开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到所述盘条,具体包括:
在轧制前将所述开坯料在加热炉中进行加热,加热炉中均热段温度控制为1080~1120℃,所述开坯料在精轧入口处温度控制在860~890℃,精轧机内水箱压力控制为3~4bar,水流量控制为1100~1200 m3/h,吐丝温度控制为840~850℃,将所述开坯料轧制为直径为5.0~5.5mm的盘条。
10.根据权利要求9所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,所述将所述开坯料加热后进行轧制和风冷处理得到所述盘条,还包括:
在轧制后,开启第1~3台风机对所述盘条进行冷却,风机风量控制为30~100%。
11.根据权利要求1所述的高碳钢盘条生产方法,其特征在于,所述冶炼得到钢液,具体包括:
依次通过铁水预脱硫、转炉或电炉冶炼、LF精炼工序冶炼得到钢液。
12.一种高碳钢盘条,其特征在于,采用权利要求1~11中任一项所述的高碳钢盘条生产方法制造得到。
13.根据权利要求12所述的高碳钢盘条,其特征在于,以质量百分比计,当所述盘条碳含量为0.8~0.9%时,在YB-T4002-2013标准下,所述盘条内网状渗碳体评级为0级,当所述盘条碳含量>0.9%时,在YB-T4002-2013标准下,所述盘条内网状渗碳体评级为1级。
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