CN116716549A - 一种精细钢丝帘线用盘条、钢丝、帘线及其制造方法 - Google Patents

一种精细钢丝帘线用盘条、钢丝、帘线及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于盘条的生产方法技术领域，具体涉及一种精细钢丝帘线用盘条、钢丝、帘线及其制造方法。所述盘条的化学成分按质量百分比计包括：C：0.79～0.84％，Si：0.15～0.30％，Mn：0.45～0.55％，P≤0.015％，S：0.0030～0.010％，全氧：0.0008～0.0022％，Als：0.0002～0.0012％，Mg：0.0002～0.0012％，Nb：0.0003～0.0009％，Mo：0.0003～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明通过化学成分和生产工艺设计，使盘条和钢丝横截面硬度分布均匀，满足用户对盘条加工精细钢丝帘线过程的合股性能要求。

Description

一种精细钢丝帘线用盘条、钢丝、帘线及其制造方法
技术领域
本发明属于盘条的生产方法技术领域，具体涉及一种精细钢丝帘线用盘条、钢丝、帘线及其制造方法。
背景技术
帘线钢盘条用于轮胎钢丝帘线的生产制造。盘条在用户的使用过程均经过拉拔和合股等形式的加工，因此用户对盘条的加工性能有严格的要求。盘条的组织硬度分布是影响盘条加工性能的一项重要指标。盘条组织硬度是化学成分和组织状态的综合反映，盘条横截面内的组织硬度变化直接反映了盘条横截面内均匀变形的能力。盘条横截面内硬度分布较为均匀，有利于钢丝横截面内组织硬度均匀性的提高，进而提高钢丝的合股性能，为具有复杂苛刻结构的精细钢丝帘线制造创造条件。
专利CN201910638740.0的公开了一种超细超高强度钢丝、超细超高强度钢丝用盘条及其生产方法。所述超细超高强度钢丝用盘条的化学成分以质量百分比计包括：C0.90％～0.96％，Si 0.12％～0.30％，Mn 0.30％～0.65％，Cr 0.10％～0.30％，Al≤0.004％，Ti≤0.001％，Cu≤0.01％，Ni≤0.01％，S≤0.01％，P≤0.01％，O≤0.0006％，N≤0.0006％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其中的夹杂物尺寸≤4μm，脆性夹杂物平均密度≤2个/mm2。所述超细超高强度钢丝用盘条，可作为直径为50～60μm、抗拉强度≥4500MPa的超细超纲强度钢丝的生产用母材，且在在拉拔制备成超细超高强度钢丝的过程中可实现不断丝的里程数≥300km。所述生产方法包括真空感应熔炼、重熔、锻造和轧钢。该专利重点介绍了超细超高强度钢丝、超细超高强度钢丝用盘条及其生产方法。上述盘条应用于超细钢丝的生产，未提及钢丝的合股性能，也未提及盘条和钢丝的横截面硬度分布。
为满足用户对精密钢丝帘线用盘条加工性能的要求，特别是对于盘条制成钢丝合股性能的需求，急需开发高品质精密钢丝帘线用盘条，使其横截面的硬度分布均匀，也使得采用盘条制备成钢丝的横截面硬度分布也均匀，为钢丝合股性能的提高奠定基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种精细钢丝帘线用盘条、钢丝、帘线及其制造方法，通过化学成分和生产工艺设计，使盘条和钢丝横截面硬度分布均匀，满足用户对盘条加工精细钢丝帘线过程的合股性能要求。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
本发明第一方面提供一种精细钢丝帘线用盘条，所述盘条的化学成分按质量百分比计包括：
C：0.79％～0.84％，Si：0.15％～0.30％，Mn：0.45％～0.55％，P≤0.015％，S：0.0030％～0.010％，全氧：0.0008％～0.0022％，Als：0.0002％～0.0012％，Mg：0.0002％～0.0012％，Nb：0.0003％～0.0009％，Mo：0.0003％～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述技术方案中，进一步地，所述盘条珠光体组织中铁素体Si含量为0.15％～0.45％。
本发明的各化学组分的选用原理及含量设计原因如下：
C：碳是控制钢丝强度的主要元素，钢丝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钢丝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％。
Si：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，降低钢丝的拉拔性能。硅元素固溶到铁素体中提高铁素体硬度，降低铁素体和渗碳体硬度差异，提高钢丝组织硬度的均匀性，因此本发明中硅含量控制在0.15％～0.30％。
Mn：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，细化钢丝珠光体组织，提高钢丝的深加工能力。因此本发明中锰含量控制在0.45％～0.55％。
P：磷在盘条易于形成带状偏析，降低钢丝的机械加工能力，因此本发明中硅磷含量控制在≤0.015％。
S：钢中较高的硫含量降低钢丝的冷加工性能。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％。
全氧：氧含量较高时，钢中的夹杂物尺寸大、数量多易于导致钢丝机械加工过程微观裂纹的出现，引起钢丝开裂。氧含量较低时，钢丝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，不利于钢丝的机械加工性能的提高；因此本发明中钢丝全氧含量控制在0.0008％～0.0022％。
Als：酸溶铝含量较高时，钢中Al2O3夹杂物尺寸变大，易于导致加工过程的钢丝开裂；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加大，钢丝易于出现微观裂纹，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％。
Mg：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，降低钢丝的加工性能。钢中适量的镁含量提高夹杂物的变性能能，拓展夹杂物变形性较高的区域，有利于钢丝变形能力的提高。因此本发明镁含量控制在0.0002％～0.0012％。
Nb：铌元素能够起到钢坯加热时抑制钢坯晶粒长大的作用，从而提高钢丝组织硬度的均匀性。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。因此本发明含量控制在0.0003％～0.0009％。
Mo：钼是强碳化物形成元素，通过钼的碳化物的弥散分布，细化钢丝晶粒，提高钢丝横截面硬度分布的均匀性。但是钢中过高的的钼含量降低盘条的机械加工性能。因此本发明专利钼含量控制在0.0003％～0.0012％。
本发明第二方面提供一种上述精细钢丝帘线用盘条的制造方法，所述方法包括以下步骤：
(1)连铸：将冶炼后的钢液进行连铸，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm，连铸坯表面晶粒尺寸260～520μm，连铸坯心部晶粒尺寸800～1100μm，连铸坯横截面长度中线上1/2厚度位置的碳偏析指数控制在0.95～1.07，连铸坯横截面长度中线上1/4厚度位置的碳偏析指数控制在0.96～1.06，连铸坯横截面长度中线表面位置的碳偏析指数控制在0.94～1.0；
(2)加热和轧制：连铸坯进行热装，总在炉时间为3.8～4.5h，均热段温度为1230～1280℃，均热段保温时间40～60min，连铸坯加热后连轧成方坯，连轧终轧温度为940～1050℃，方坯断面尺寸为(140～180)mm*(140～180)mm；
(3)盘条轧制：方坯总在炉时间为150～170min，均热段温度在1130～1170℃，均热段保温时间30～50min，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，方坯加热后，经过粗轧、中轧、预精轧、精轧和双模块轧制后，进行盘条吐丝，盘条轧制规格为5.0～6.0mm；
(4)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为740～770℃，控制盘条珠光体相变过冷度100～150℃，在风冷线上相变时间4～6s时，盘条珠光体含量≥50％，相变时间为14～16s时，珠光体含量为≥95％，最终冷却后的盘条以索氏体组织为主，以利于用户钢丝拉拔。
上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中，钢液为铁水和废钢，其中废钢占钢液质量的5％～10％。
上述技术方案中，进一步地，步骤(1)中，钢液转炉冶炼后采用LF炉精炼，所述LF炉精炼时间为30～50min，精炼温度为1450～1550℃，钢液精炼过程进行氩气搅拌，氩气流量为200～500NL/min。
上述技术方案中，进一步地，步骤(3)中，轧件出预精轧温度为950～1000℃，轧件预精轧最后道次温度补偿形变速率因子为(1.1～2.6)*1013s-1；轧件入精轧温度为880～960℃，轧件精轧最后道次温度补偿形变速率因子为(1.6～3.2)*1014s-1；入双模块温度为890～940℃，轧件双模块最后道次温度补偿形变速率因子为(4.5～9.9)*1014s-1。
上述技术方案中，进一步地，步骤(3)中，所述盘条吐丝温度为910～940℃，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。
本发明第三方面提供一种精细钢丝，所述钢丝采用上述盘条制造。
本发明第四方面提供一种上述精细钢丝的制造方法，所述包括以下步骤：
a.机械除鳞：盘条进行机械除鳞处理，盘条表面氧化铁皮残留率≤0.07％；
b.盘条拉拔：盘条经过多道次拉拔，制成直径为0.8～1.2mm的中间丝；
c.中间丝热处理：中间丝加热到880～915℃后，经过冷却在555～575℃发生相变；
d.钢丝拉拔：热处理后的中间丝经过拉拔制成直径为0.15～0.20mm的钢丝。
本发明第五方面提供一种精细帘线，所述帘线采用上述钢丝制造。
本发明的有益效果为：
本发明通过化学成分和生产工艺设计，使盘条和钢丝横截面硬度分布均匀，满足用户对盘条加工精细钢丝帘线过程的合股性能要求；直径5.5mm盘条沿横截面不同部位的硬度差值控制在35HV以内，直径0.175mm钢丝横截面硬度差值控制在10HV以内，满足用户对钢丝和钢丝帘线生产的质量要求。
附图说明
图1为盘条横截面硬度测试示意图；
图2为钢丝横截面硬度测试示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明实施例1-6盘条的化学成分见表1。
表1盘条的化学成分
上述精细钢丝帘线用盘条的制造方法包括以下步骤：
(1)冶炼：钢液为铁水和废钢，其中废钢占钢液质量的5％～10％，钢液转炉冶炼后采用LF精炼，LF炉精炼时间为30～50min，精炼温度为1450～1550℃，钢液精炼过程进行氩气搅拌，氩气流量为200～500NL/min；
表2冶炼工艺参数
实施例 LF炉精炼时间，min 精炼温度，℃ 氩气流量NL/min
1 35 1512 300
2 49 1531 250
3 42 1532 350
4 38 1509 400
5 45 1523 300
6 41 1541 350
(2)连铸：将冶炼后的钢液进行连铸，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm，连铸坯表面晶粒尺寸260～520μm，连铸坯心部晶粒尺寸800～1100μm，连铸坯横截面长度中线上1/2厚度位置的碳偏析指数控制在0.95～1.07，连铸坯横截面长度中线上1/4厚度位置的碳偏析指数控制在0.96～1.06，连铸坯横截面长度中线表面位置的碳偏析指数控制在0.94～1.0；
表3连铸工艺参数
(3)加热和轧制：连铸坯进行热装，总在炉时间为3.8～4.5h，均热段温度为1230～1280℃，均热段保温时间40～60min，连铸坯加热后连轧成方坯，连轧终轧温度为940～1050℃，方坯断面尺寸为(140～180)mm*(140～180)mm；
表4加热和轧制工艺参数
(4)盘条轧制：方坯总在炉时间为150～170min，均热段温度在1130～1170℃，均热段保温时间30～50min，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，方坯加热后，经过粗轧、中轧、预精轧、精轧和双模块轧制，轧件出预精轧温度为950～1000℃，轧件预精轧最后道次温度补偿形变速率因子为(1.1～2.6)*1013s-1；轧件入精轧温度为880～960℃，轧件精轧最后道次温度补偿形变速率因子为(1.6～3.2)*1014s-1；入双模块温度为890～940℃，轧件双模块最后道次温度补偿形变速率因子为(4.5～9.9)*1014s-1，随后进行盘条吐丝，盘条吐丝温度为910～940℃，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，盘条轧制规格为5.0～6.0mm；
表5盘条轧制工艺参数
表6盘条吐丝工艺参数
实施例 盘条吐丝温度，℃ 盘条规格，mm
1 937 5.5
2 925 5.5
3 922 5.5
4 921 5.5
5 915 5.5
6 916 5.5
(5)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为740～770℃，控制盘条珠光体相变过冷度100～150℃，在风冷线上相变时间4～6s时，盘条珠光体含量≥50％，相变时间为14～16s时，珠光体含量为≥95％，最终冷却后的盘条以索氏体组织为主，以利于用户钢丝拉拔。
表7盘条冷却工艺参数
利用上述盘线制造钢丝的方法，包括以下步骤：
a.机械除鳞：盘条进行机械除鳞处理，盘条表面氧化铁皮残留率≤0.07％；
b.盘条拉拔：盘条经过多道次拉拔，制成直径为0.8～1.2mm的中间丝；
c.中间丝热处理：中间丝加热到880～915℃后，经过冷却在555～575℃发生相变；
d.钢丝拉拔：热处理后的中间丝经过拉拔制成直径为0.15～0.20mm的钢丝。
表8钢丝制造工艺参数
实施例 中间丝直径，mm 钢丝加热温度，℃ 相变温度，℃ 最终钢丝直径，mm
1 1.0 903 562 0.175
2 1.0 902 568 0.175
3 1.0 905 571 0.175
4 1.0 902 567 0.175
5 1.0 901 563 0.175
6 1.0 902 559 0.175
对上述实施例1-6的盘条和钢丝进行硬度测试；
盘条硬度测试方法：在盘条横截面对半径进行5等分，由表面到心部测试6点硬度值，然后分析横截面的硬度差值，示意图见图1。
钢丝硬度测试方法：在钢丝横截面对半径进行2等分，由表面到心部测试3点硬度值，然后分析横截面的硬度差值，示意图见图2。
测试结果如表9所示。
表9盘条(HV1)和钢丝(HV0.2)横截面硬度差值
实施例 盘条 钢丝
1 14.9 2
2 8.9 4
3 32.1 8
4 12 2
5 28.3 2
6 15.8 3
以上实施例仅仅是本发明的优选施例，并非对于实施方式的限定。本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种精细钢丝帘线用盘条，其特征在于，所述盘条的化学成分按质量百分比计包括：
C：0.79％～0.84％，Si：0.15％～0.30％，Mn：0.45％～0.55％，P≤0.015％，S：0.0030％～0.010％，全氧：0.0008％～0.0022％，Als：0.0002％～0.0012％，Mg：0.0002％～0.0012％，Nb：0.0003％～0.0009％，Mo：0.0003％～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的精细钢丝帘线用盘条，其特征在于，所述盘条珠光体组织中铁素体Si含量为0.15％～0.45％。
3.一种权利要求1-2任一项所述精细钢丝帘线用盘条的制造方法，所述方法包括以下步骤：
(1)连铸：将冶炼后的钢液进行连铸，连铸坯断面尺寸为(250～300)mm*(350～400)mm，连铸坯表面晶粒尺寸260～520μm，连铸坯心部晶粒尺寸800～1100μm，连铸坯横截面长度中线上1/2厚度位置的碳偏析指数控制在0.95～1.07，连铸坯横截面长度中线上1/4厚度位置的碳偏析指数控制在0.96～1.06，连铸坯横截面长度中线表面位置的碳偏析指数控制在0.94～1.0；
(2)加热和轧制：连铸坯进行热装，总在炉时间为3.8～4.5h，均热段温度为1230～1280℃，均热段保温时间40～60min，连铸坯加热后连轧成方坯，连轧终轧温度为940～1050℃，方坯断面尺寸为(140～180)mm*(140～180)mm；
(3)盘条轧制：方坯总在炉时间为150～170min，均热段温度在1130～1170℃，均热段保温时间30～50min，方坯加热后，经过粗轧、中轧、预精轧、精轧和双模块轧制后，进行盘条吐丝，盘条轧制规格为5.0～6.0mm；
(4)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为740～770℃，控制盘条珠光体相变过冷度100～150℃，在风冷线上相变时间4～6s时，盘条珠光体含量≥50％；相变时间为14～16s时，珠光体含量为≥95％。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中，钢液为铁水和废钢，其中废钢占钢液质量的5％～10％。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中，钢液转炉冶炼后采用LF炉精炼，所述LF炉精炼时间为30～50min，精炼温度为1450～1550℃，钢液精炼过程进行氩气搅拌，氩气流量为200～500NL/min。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤(3)中，轧件出预精轧温度为950～1000℃，轧件预精轧最后道次温度补偿形变速率因子为(1.1～2.6)*1013s-1；轧件入精轧温度为880～960℃，轧件精轧最后道次温度补偿形变速率因子为(1.6～3.2)*1014s-1；入双模块温度为890～940℃，轧件双模块最后道次温度补偿形变速率因子为(4.5～9.9)*1014s-1。
7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤(3)中，所述盘条吐丝温度为910～940℃。
8.一种精细钢丝，其特征在于，所述钢丝采用权利要求1-2任一项所述盘条制造。
9.一种权利要求8所述精细钢丝的制造方法，其特征在于，所述包括以下步骤：
a.机械除鳞：盘条进行机械除鳞处理，盘条表面氧化铁皮残留率≤0.07％；
b.盘条拉拔：盘条经过多道次拉拔，制成直径为0.8～1.2mm的中间丝；
c.中间丝热处理：中间丝加热到880～915℃后，经过冷却在555～575℃发生相变；
d.钢丝拉拔：热处理后的中间丝经过拉拔制成直径为0.15～0.20mm的钢丝。
10.一种精细帘线，其特征在于，所述帘线采用权利要求8所述钢丝制造。
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