CN116695013A - 用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条及其生产工艺 - Google Patents

用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条及其生产工艺，盘条化学成分：[C]0.80％～0.84％，[Si]0.10％～0.20％，[Mn]0.55％～0.60％，[P]≤0.015％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0010％～0.0020％，[Als]0.0003％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0010％，[Co]0.0004％～0.0010％，[Mg]0.0002％～0.0010％。生产工艺包括钢液冶炼和连铸，连铸坯加热和轧制，盘条轧制，盘条冷却，通过化学成分和工艺控制，盘条抗拉强度1040～1140MPa，面缩率25％～35％；魏氏组织≤1.0级，带状组织≤1.0级；盘条索氏体含量达到80％～90％，屈氏体含量≤5％；盘条先共析渗碳体≤0.5级，先共析渗碳体厚度0.1～0.5μm之间，满足用户Z型钢丝的生产要求。

Description

用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条及其生产工艺，属于盘条技术领域。
背景技术
Z型钢丝在索道、桥梁和海洋平台系泊索等方面有着广泛的应用。盘条制备Z型钢丝过程变形较大并且不均匀，易于导致钢丝局部应力集中，形成微裂纹导致钢丝开裂。因此制备Z型钢丝对原料盘条的质量要求非常苛刻。随着国家节能环保政策的加严，Z型钢丝用原料也向高强度方向发展。Z型钢丝用1100MPa级高碳钢盘条强度高，钢丝在Z型钢丝加工过程开裂倾向加剧，需要从化学成分和组织状态方面进行全面设计，满足用户的使用要求。
申请(专利)号为CN201610622809.7的中国专利申请公开了“一种高强度Z型钢丝的生产方法”。原料选用直径φ12.5mm、钢号82B，索氏体含量达到85％以上的盘条生产，钢丝拉拔总压缩率为77.6％，拉拔采用九道次直径拉丝机生产，卷筒直径为Φ1270mm，模盒均采用旋转模盒，成品卷筒最高速度2m/s，拉拔过程中拉丝机第一、二卷筒上的钢丝温度不超过90℃，其余卷筒上钢丝温度不超过120℃，电接全部剪出，本发明钢丝外观质量良好、抗拉强度高，钢丝扭转、弯曲性能大幅提升，各项力学性能满足技术要求。
该专利重点介绍了异型钢丝的加工工艺，提及了原料盘条的化学成分和组织状态。该专利所示盘条的组织为索氏体，其含量达到85％。上述专利并未认识到魏氏组织、带状组织等对Z型钢丝用1100MPa级高碳钢盘条变形性能的影响，也未从化学成分上对Z型钢丝用1100MPa级高碳钢盘条进行全新设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条及其生产工艺，通过化学成分和生产工艺的设计，使盘条化学成分、抗拉强度、面缩率、魏氏组织、带状组织等指标满足用户高强度Z型钢丝的生产要求。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条，化学成分按质量百分比计如下：[C]0.80％～0.84％，[Si]0.10％～0.20％，[Mn]0.55％～0.60％，[P]≤0.015％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0010％～0.0020％，[Als]0.0003％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0010％，[Co]0.0004％～0.0010％，[Mg]0.0002％～0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，盘条化学成分中，[Nb]+[Mg]0.0005％～0.0016％。
进一步地，盘条轧制直径8～10mm，盘条抗拉强度1040～1140MPa，面缩率25％～35％。
进一步地，盘条魏氏组织≤1.0级，带状组织≤1.0级。
进一步地，盘条索氏体含量达到80％～90％，屈氏体含量≤5％。
进一步地，盘条先共析渗碳体≤0.5级，先共析渗碳体厚度0.1～0.5um之间。
一种用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条的生产工艺，包括钢液冶炼和连铸，连铸坯加热和轧制，盘条轧制，盘条冷却，其中，
连铸坯加热和轧制：连铸坯加热总在炉时间3.5～4.4h；均热段温度控制在1200～1260℃，保温时间40～50min；连铸坯加热后进行连轧，连轧终轧温度控制在880～980℃；
盘条轧制：连轧坯总在炉时间为150～160min，均热段温度在1120～1150℃，均热段保温时间40～55min；加热后经过粗轧、中轧、预精轧、精轧和双模块轧制后，进行盘条吐丝操作；盘条出预精轧温度为985～1005℃，入精轧温度为890～930℃，入双模块温度为880～940℃，盘条吐丝温度控制在900～940℃；
盘条冷却：吐丝后盘条在风冷辊道上进行冷却，控制盘条渗碳体开始析出温度在730～760℃，在该温度区间盘条冷却速度控制在15～25℃/s；控制盘条奥氏体向珠光体相变过冷度在80～120℃，相变时间控制12～18s，盘条以索氏体组织为主，含量达到80％～90％。
进一步地，在均热前连轧坯加热到900～930℃，钢坯心部珠光体含量10％～15％；连轧坯加热到1000～1020℃，钢坯心部组织奥氏体含量95％～100％。
进一步地，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm，矫直过程连铸坯边部表面温度900～930℃，连铸坯角部温度790～830℃；连轧坯断面尺寸(140～180)mm*(140～180)mm，奥氏体晶粒尺寸在35～80μm。
进一步地，钢液采用铁水+废钢冶炼，废钢比例在5％～15％，冶炼后钢液氧活度控制在70～140ppm；钢液冶炼后采用LF精炼，精炼时间控制在30～50min，精炼温度控制在1450～1560℃；钢液精炼过程进行氩气搅拌，氩气流量控制在200～500NL/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明专利技术生产的盘条抗拉强度1040～1140MPa，面缩率25％～35％；魏氏组织≤1.0级，带状组织≤1.0级；盘条索氏体含量达到80％～90％，屈氏体含量≤5％；盘条先共析渗碳体≤0.5级，先共析渗碳体厚度0.1～0.5μm之间，满足用户Z型钢丝的生产要求。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
本发明所述盘条的化学成分设计原则如下(按质量百分比计)：
适用于本发明的盘条化学成分如下：[C]0.80％～0.84％，[Si]0.10％～0.20％，[Mn]0.55％～0.60％，[P]≤0.015％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0010％～0.0020％，[Als]0.0003％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0010％，[Co]0.0004％～0.0010％，[Mg]0.0002％～0.0010％，[Nb]+[Mg]0.0005％～0.0016％，余量为Fe及不可避免的杂质。
盘条抗拉强度1040～1140MPa，面缩率25％～35％。
本发明的盘条化学成分范围的设定理由如下所述。
碳：碳是控制盘条强度的主要元素。盘条的碳含量过低不能满足用户对钢丝的强度要求。含量过高将会导致钢丝强度超过用户要求；同时较高的碳含量导致盘条在拉拔过程的断丝率增加，用户的废品率增加。因此本发明中碳含量控制在0.80％～0.84％。
硅：硅是高碳钢中主要的脱氧元素，硅含量低将出现钢液脱氧不足；钢中硅含量过高，会使钢中出现粗大的硅酸盐夹杂物，易于导致盘条在加工Z型钢丝过程夹杂物和基体之间出现裂纹，导致钢丝开裂或断裂。硅元素使钢的共析转变温度提高，使珠光体在高温区发生转变，使盘条的珠光体组织粗大，不利于Z型钢丝的复杂变形。因此本发明中硅含量控制在0.10％～0.20％。
锰：锰是一种提高线材强度的元素，使钢丝满足用户的抗拉强度要求；锰元素具有降低钢共析转变温度的作用，细化盘条珠光体组织，提高盘条在Z型钢丝加工过程不同部位的协调变形能力。因此本发明中锰含量控制在0.55％～0.60％。
磷：磷在盘条中易于形成带状偏析，降低盘条在Z型钢丝加工过程不同部位的协调变形能力，引起钢丝开裂和断裂，因此本发明中磷含量控制在≤0.015％。
硫：钢中较高的硫含量降低盘条的冷加工性能，易于引起盘条在Z型钢丝加工过程的分层开裂。由于MnS夹杂具有良好的变形能力，钢中适量的硫能够起到降低钢中不变形夹杂物危害的作用，防止夹杂物引起的微观裂纹的产生。因此本发明中硫含量控制在0.0030％～0.010％。
氧：氧含量较低时，盘条中的夹杂物熔点高，变形能力差，夹杂物和基体之间易于出现裂纹，不利于Z型钢丝的加工；氧含量较高时，钢中的夹杂物尺寸大，易于导致盘条加工Z型钢丝过程微观裂纹的出现，引起钢丝开裂。因此本发明中盘条全氧含量控制在0.0010％～0.0020％。
酸溶铝：当盘条中酸溶铝含量过低时，钢中的夹杂物熔点较高，夹杂物的变形能力下降，不利于Z型钢丝的加工。酸溶铝含量较高时，钢中夹杂物的Al2O3含量增加，易于导致Z型钢丝加工过程的开裂。因此本发明酸溶铝含量控制在0.0003％～0.0012％。
铌：铌元素在钢坯加热过程利用未溶解化合物阻碍钢坯晶粒粗化，保证盘条组织满足Z型钢丝加工要求。但是较高的铌含量导致盘条在钢丝加工过程加工硬化严重，盘条不同部位的协调变形能力下降，易于导致钢丝的开裂和断裂。因此本发明铌含量控制在0.0001％～0.0010％。
钴：钴元素固溶到钢中提高钢的强度。但是钢中的钴元素含量不宜过高，防止较高的盘条强度降低盘条的拉拔和变形性能。钴元素提高先共析铁素体的析出温度，提高奥氏体向珠光体转变温度，抑制盘条中魏氏组织的出现，降低盘条中屈氏体的含量，提高盘条均匀变形性能。因此本发明中钴含量控制在0.0004％～0.0010％。
镁：镁元素控制钢中的氧含量，也控制钢中夹杂物的类型。较高的镁含量使钢中出现镁铝尖晶石类夹杂物，降低盘条的加工性能。钢中适量的镁含量提高夹杂物的变形性能，拓展夹杂物变形性较高的区域，有利于盘条协调变形能力的提高。因此本发明镁含量控制在0.0002％～0.0010％。
为了防止铌和镁元素作用无法充分发挥，防止铌和镁元素含量过高降低盘条协调变形能力，本发明将[Nb]+[Mg]控制到0.0005％～0.0016％。
所述盘条的生产工艺包括如下步骤：
钢液冶炼和连铸：钢液采用铁水+废钢冶炼，废钢比例在5％～15％，冶炼后钢液氧活度控制在70～140ppm。钢液冶炼后采用LF精炼。钢液LF炉精炼时间控制在30～50min，精炼温度控制在1450～1560℃。钢液精炼过程进行氩气搅拌，氩气流量控制在200～500NL/min。精炼后的钢液进行连铸，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm。矫直过程连铸坯边部表面温度900～930℃，连铸坯角部温度790℃～830℃。
连铸坯加热和轧制：连铸坯加热总在炉时间3.5～4.4h。均热段温度控制在1200～1260℃。钢坯均热段保温时间40～50min。连铸坯加热后进行连轧，连轧终轧温度控制在880～980℃。连轧坯奥氏体晶粒尺寸在35～80μm；
盘条轧制：连轧坯总在炉时间为150～160min，均热段温度在1120～1150℃，连轧坯均热段保温时间40～55min，通过钢坯高温扩散，降低碳、锰等元素偏析，控制钢坯晶粒尺寸；连轧坯加热到900～930℃，钢坯心部珠光体含量10％～15％；连轧坯加热到1000～1020℃，钢坯心部组织奥氏体含量95％～100％。钢坯加热后，经过粗轧、中轧、预精轧、精轧和双模块轧制后，进行盘条吐丝操作。盘条出预精轧温度为985～1005℃；入精轧温度为890～930℃；入双模块温度为880～940℃。盘条吐丝温度控制在900～940℃。通过盘条较高吐丝温度，提高盘条在风冷辊道上的冷却速度，为控制盘条最终组织奠定基础。盘条轧制规格8～10mm。
盘条冷却：吐丝后盘条在风冷辊道上进行冷却，控制盘条渗碳体开始析出温度在730～760℃，在该温度区间盘条冷却速度控制在15～25℃/s。控制盘条奥氏体向珠光体相变过冷度在80～120℃，相变时间控制12～18s。最终冷却后盘条帘线钢盘条以索氏体组织为主，含量达到80％～90％，以利于用户钢丝拉拔。
下面介绍本发明的实例。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条，其特征在于，盘条化学成分按质量百分比计如下：[C]0.80％～0.84％，[Si]0.10％～0.20％，[Mn]0.55％～0.60％，[P]≤0.015％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0010％～0.0020％，[Als]0.0003％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0010％，[Co]0.0004％～0.0010％，[Mg]0.0002％～0.0010％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条，其特征在于，[Nb]+[Mg]0.0005％～0.0016％。
3.根据权利要求1所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条，其特征在于，盘条轧制直径8～10mm，盘条抗拉强度1040～1140MPa，面缩率25％～35％。
4.根据权利要求1所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条，其特征在于，盘条魏氏组织≤1.0级，带状组织≤1.0级。
5.根据权利要求1所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条，其特征在于，盘条索氏体含量达到80％～90％，屈氏体含量≤5％。
6.根据权利要求1所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条，其特征在于，盘条先共析渗碳体≤0.5级，先共析渗碳体厚度0.1～0.5um之间。
7.一种权利要求1～6任一项所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条的生产工艺，包括钢液冶炼和连铸，连铸坯加热和轧制，盘条轧制，盘条冷却，其特征在于，
连铸坯加热和轧制：连铸坯加热总在炉时间3.5～4.4h；均热段温度控制在1200～1260℃，保温时间40～50min；连铸坯加热后进行连轧，连轧终轧温度控制在880～980℃；
盘条轧制：连轧坯总在炉时间为150～160min，均热段温度在1120～1150℃，均热段保温时间40～55min；加热后经过粗轧、中轧、预精轧和精轧后，进行盘条吐丝操作；盘条出预精轧温度为985～1005℃，入精轧温度为890～930℃，入双模块温度为880～940℃，盘条吐丝温度控制在900～940℃；
盘条冷却：吐丝后盘条在风冷辊道上进行冷却，控制盘条渗碳体开始析出温度在730～760℃，在该温度区间盘条冷却速度控制在15～25℃/s；控制盘条奥氏体向珠光体相变过冷度在80～120℃，相变时间控制12～18s，盘条以索氏体组织为主，含量达到80％～90％。
8.根据权利要求7所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条的生产工艺，其特征在于，在均热前连轧坯加热到900～930℃，钢坯心部珠光体含量10％～15％；连轧坯加热到1000～1020℃，钢坯心部组织奥氏体含量95％～100％。
9.根据权利要求7所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条的生产工艺，其特征在于，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm，矫直过程连铸坯边部表面温度900～930℃，连铸坯角部温度790～830℃；连轧坯断面尺寸(140～180)mm*(140～180)mm，奥氏体晶粒尺寸在35～80μm。
10.根据权利要求7所述的用于Z型钢丝生产的1100MPa级高碳钢盘条的生产工艺，其特征在于，钢液采用铁水+废钢冶炼，废钢比例在5％～15％，冶炼后钢液氧活度控制在70～140ppm；钢液冶炼后采用LF精炼，精炼时间控制在30～50min，精炼温度控制在1450～1560℃；钢液精炼过程进行氩气搅拌，氩气流量控制在200～500NL/min。
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CN116904838A (zh) * 2023-09-12 2023-10-20 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 高碳钢盘条及其生产方法
CN116904838B (zh) * 2023-09-12 2023-11-21 江苏省沙钢钢铁研究院有限公司 高碳钢盘条及其生产方法

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