CN116695014A - 具有均匀变形性能的高碳钢盘条及制造工艺 - Google Patents

具有均匀变形性能的高碳钢盘条及制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有均匀变形性能的高碳钢盘条及制造工艺，盘条化学成分按质量百分比计如下：[C]0.79％～0.84％，[Si]0.20％～0.30％，[Mn]0.40％～0.50％，[P]≤0.010％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0008％～0.0022％，[Als]0.0002％～0.0012％，[Mg]0.0002％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0009％，[Mo]0.0003％～0.0012％。制造工艺包括钢液冶炼和连铸，连铸坯加热和轧制，连轧坯加热，盘条轧制，盘条冷却。本发明通过低锰含量设计，控制轧制过程轧件晶粒尺寸，使盘条奥氏体晶粒尺寸为5μm～22μm，标准差≤5.8μm，满足用户对高碳钢盘条的均匀变性能要求。

Description

具有均匀变形性能的高碳钢盘条及制造工艺
技术领域
本发明涉及具有均匀变形性能的高碳钢盘条及制造工艺，属于盘条组织的控制方法。
背景技术
高碳钢盘条广泛用于胎圈钢丝、钢丝帘线、钢丝绳产品的生产中。这种盘条在用户的使用过程均经过拉拔、合股等形式的加工，因此用户对盘条的拉拔和合股等性能有严格的要求。
公开号为CN101831521A的中国专利申请公开了“一种帘线钢的生产方法”，包括冶炼，精炼，连铸和轧制过程，其中，步骤一，在转炉中加入原料废钢和铁水，对铁水和废钢提出质量要求；步骤二，转炉冶炼，终点碳控制在0.30％～0.70％；步骤三，出钢控制；步骤四，精炼；步骤五，小方坯连铸，结晶器电磁搅拌，连铸拉速：2.0～2.6m/min；步骤六，高速线材轧制，通过高速线材轧机轧制成帘线钢盘条。该专利申请的有益效果是减少了铁水脱硫或铁水三脱预处理和钢水经过RH或VD真空处理工艺过程，减少了连铸生产中二冷区电磁搅拌和末端电磁搅拌，减少了初轧开坯和钢锭修磨，既提高产量，又实现了成本的降低，节约了能源。该专利申请重点在于优化盘条的生产工艺，以提高产量，降低生产成本。
随着国家节能环保政策逐渐严格，金属制品厂对盘条的拉拔和合股性能要求越来越高。上述专利并未认识到盘条均匀变形性能对其拉拔和合股性能的影响，也未提出相关的性能指标和技术措施。为满足用户对高碳钢盘条加工性能的要求，急需开发提高盘条均匀变形性能的技术方案，满足金属制品用户对盘条的质量要求。
发明内容
本发明的目的是开发一种具有均匀变形性能的高碳钢盘条及制造工艺，通过化学成分和制造工艺设计，使盘条奥氏体晶粒尺寸为5μm～22μm，标准差≤5.8μm，满足用户对高碳钢盘条的均匀变性能要求。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
一种具有均匀变形性能的高碳钢盘条，化学成分按质量百分比计如下：[C]0.79％～0.84％，[Si]0.20％～0.30％，[Mn]0.40％～0.50％，[P]≤0.010％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0008％～0.0022％，[Als]0.0002％～0.0012％，[Mg]0.0002％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0009％，[Mo]0.0003％～0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，盘条中心C偏析指数0.94～1.08，中心Mn偏析指数0.95～1.06。
进一步地，盘条直径5.0～6.0mm，盘条组织以索氏体组织为主，索氏体化率80％～90％。
进一步地，盘条奥氏体晶粒尺寸为5～22μm，标准差≤5.8μm。
一种具有均匀变形性能的高碳钢盘条的制造工艺，包括钢液冶炼和连铸，连铸坯加热和轧制，连轧坯加热，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3.7～4.5h，均热段温度控制在1220～1280℃，钢坯均热段保温时间35～55min；连铸坯加热后进行连轧，连轧终轧温度控制在925～1000℃。
连轧坯加热：连轧坯总在炉时间为145～165min，均热段温度在1130～1160℃，均热段保温时间45～55min；
盘条轧制：连轧坯加热后，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980～1005℃；入精轧温度为930～960℃；入双模块温度为910～940℃，吐丝温度900～920℃；
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740～770℃，渗碳体析出过程盘条冷却速度控制在15～23℃/s，控制盘条珠光体相变过冷度100～150℃，相变时间控制12～18s。
进一步地，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm，连轧坯断面尺寸为(140～180)mm*(140～180)mm。
进一步地，控制连轧坯横截面中线上表面位置的晶粒尺寸在30～70μm，1/4边长位置的晶粒尺寸在35～80μm，心部的晶粒尺寸在40～90μm。
进一步地，连轧坯轧制成直径34～36mm的轧件时，高碳钢晶粒尺寸为20～70μm；连轧坯轧制成直径16～18mm的轧件时，高碳钢晶粒尺寸为18～60μm；
与现有技术相比，本发明通过低锰含量设计，通过控制轧制过程轧件晶粒尺寸，并且采较高的风冷冷却速度为盘条晶粒细化和均匀化奠定基础，使盘条奥氏体晶粒尺寸为5μm～22μm，标准差≤5.8μm，满足用户对高碳钢盘条的均匀变性能要求。
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]0.79％～0.84％，[Si]0.20％～0.30％，[Mn]0.40％～0.50％，[P]≤0.010％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0008％～0.0022％，[Als]0.0002％～0.0012％，[Mg]0.0002％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0009％，[Mo]0.0003％～0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。
盘条中心C偏析指数0.94～1.08，中心Mn偏析指数0.95～1.06。
本发明盘条化学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0.79％～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，降低高碳钢盘条的深加工性能。因此，本发明中硅含量控制在0.20％～0.30％。
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；锰元素具有加速奥氏体晶粒长大的作用，需要其含量低，防止晶粒异常长大。因此本发明中锰含量控制在0.40％～0.50％。
磷：磷在盘条中易于形成带状偏析，降低盘条的深加工能力。磷元素也有促进奥氏体晶粒长大的作用。因此本发明中磷含量控制在≤0.010％。
硫：钢中较高的硫含量降低盘条的冷加工性能，降低盘条的深加工能力。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：盘条中的氧含量较高时，钢中的夹杂物尺寸大、数量多，易于导致盘条加工钢丝过程微观裂纹的出现，引起钢丝开裂。氧含量较低时，盘条中的夹杂物变形能力差，使得夹杂物和钢丝基体之间易于出现微观裂纹，不利于钢丝的加工；因此本发明中盘条全氧含量控制在0.0008％～0.0022％。
酸溶铝：酸溶铝含量较高时，钢中Al2O3夹杂物尺寸变大，易于导致钢丝加工过程的开裂；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，加工过程钢丝局部应力较大的地方易于出现微观裂纹，导致钢丝开裂和断裂。因此本发明酸溶铝含量控制在0.0002％～0.0012％。
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能力，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％～0.0012％。
铌：铌元素能够起到钢坯加热时抑制钢坯晶粒长大的作用，从而细化盘条的晶粒。铌元素还可以通过铌化物的析出，降低盘条或钢丝内部裂纹的扩展速率。但是钢中过高的铌含量，使盘条在变形过程的加工硬化显著，盘条的深加工能力下降。因此本发明铌含量控制在0.0001％～0.0009％。
钼：钼是强碳化物形成元素，通过钼的碳化物的弥散分布，细化盘条晶粒，提高盘条晶粒尺寸分布的均匀性。但是盘条中钼含量过高，降低盘条的拉拔性能，因此本发明钼含量控制在0.0003％～0.0012％。
所述盘条的制造工艺包括如下步骤：
钢液冶炼和连铸：钢液采用LF精炼+连铸工艺生产。连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm。
连铸坯加热和轧制：连铸坯加热总在炉时间3.7～4.5h。均热段温度控制在1220～1280℃，钢坯均热段保温时间35～55min。连铸坯加热后进行连轧，连轧终轧温度控制在925～1000℃。连轧坯断面尺寸为(140～180)mm*(140～180)mm。控制连轧坯横截面中线上表面位置的晶粒尺寸在30～70μm，1/4边长位置的晶粒尺寸在35～80μm，心部的晶粒尺寸在40～90μm。
连轧坯加热：连轧坯总在炉时间为145min～165min，均热段温度在1130～1160℃；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；钢坯均热段保温时间45～55min。
盘条轧制：连轧坯加热后，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980～1005℃；入精轧温度为930～960℃；入双模块温度为910～940℃，吐丝温度900～920℃；通过盘条较高吐丝温度，提高盘条冷却过程的温度梯度，进而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。连轧坯轧制成直径34～36mm的轧件时，高碳钢晶粒尺寸为20～70μm；连轧坯轧制成直径16～18mm的轧件时，高碳钢晶粒尺寸为18～60μm；
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740～770℃，渗碳体析出过程盘条冷却速度控制在15～23℃/s，控制盘条珠光体相变过冷度100℃～150℃，相变时间控制12s～18s。最终冷却后盘条帘线钢盘条以索氏体组织为主，索氏体化率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 (8)

1.一种具有均匀变形性能的高碳钢盘条，其特征在于，盘条化学成分按质量百分比计如下：[C]0.79％～0.84％，[Si]0.20％～0.30％，[Mn]0.40％～0.50％，[P]≤0.010％，[S]0.0030％～0.010％，全氧0.0008％～0.0022％，[Als]0.0002％～0.0012％，[Mg]0.0002％～0.0012％，[Nb]0.0001％～0.0009％，[Mo]0.0003％～0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有均匀变形性能的高碳钢盘条，其特征在于，盘条中心C偏析指数0.94～1.08，中心Mn偏析指数0.95～1.06。
3.根据权利要求1所述的具有均匀变形性能的高碳钢盘条，其特征在于，盘条直径5.0～6.0mm，盘条组织以索氏体组织为主，索氏体化率80％～90％。
4.根据权利要求1所述的具有均匀变形性能的高碳钢盘条，其特征在于，盘条奥氏体晶粒尺寸为5～22μm，标准差≤5.8μm。
5.一种权利要求1～4任一项所述的具有均匀变形性能的高碳钢盘条的制造工艺，包括钢液冶炼和连铸，连铸坯加热和轧制，连轧坯加热，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3.7～4.5h，均热段温度控制在1220～1280℃，钢坯均热段保温时间35～55min；连铸坯加热后进行连轧，连轧终轧温度控制在925～1000℃。
连轧坯加热：连轧坯总在炉时间为145～165min，均热段温度在1130～1160℃，均热段保温时间45～55min；
盘条轧制：连轧坯加热后，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980～1005℃；入精轧温度为930～960℃；入双模块温度为910～940℃，吐丝温度900～920℃；
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740～770℃，渗碳体析出过程盘条冷却速度控制在15～23℃/s，控制盘条珠光体相变过冷度100～150℃，相变时间控制12～18s。
6.根据权利要求5所述的具有均匀变形性能的高碳钢盘条的制造工艺，其特征在于，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm，连轧坯断面尺寸为(140～180)mm*(140～180)mm。
7.根据权利要求5所述的具有均匀变形性能的高碳钢盘条的制造工艺，其特征在于，控制连轧坯横截面中线上表面位置的晶粒尺寸在30～70μm，1/4边长位置的晶粒尺寸在35～80μm，心部的晶粒尺寸在40～90μm。
8.根据权利要求5所述的具有均匀变形性能的高碳钢盘条的制造工艺，其特征在于，连轧坯轧制成直径34～36mm的轧件时，高碳钢晶粒尺寸为20～70μm；连轧坯轧制成直径16～18mm的轧件时，高碳钢晶粒尺寸为18～60μm。
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