CN116716555A - 一种盘条及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁材料技术领域，具体涉及一种盘条及其制备方法和应用。本发明提供的盘条，以质量百分比计，所述盘条包括：C 0.80‑0.84％、Si 0.40‑0.55％、Mn 0.65‑0.75％、Cr 0.15‑0.25％、V 0.03‑0.05％、Al 0.01‑0.03％，以及余量的铁和不可避免的杂质，且Si和Cr的总质量占盘条总质量的0.65‑0.70％。本发明通过对盘条的成分及用量限定，相互配合，提高盘条的初始强度，降低盘条拉拔时的减面率(≤90％)，减轻镀锌过程钢丝抗拉强度损失和1％伸长时应力损失，提高扭转性能。

Description

一种盘条及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，具体涉及一种盘条及其制备方法和应用。
背景技术
由盘条经过酸洗、拉拔、镀锌、捻制而成的镀锌钢绞线是输电电缆的骨架和承载材料，其强度等级制约着输电线路的跨距和输电容量。目前，电网的建设逐步向节能、环保的方向发展，主要包括特高压和大跨距大容量输电，其承载钢芯即镀锌钢绞线的强度级别也要求极高，需要达到相关企业标准Q/GDW 11275-2014的G6A。
钢丝的抗拉强度依赖于盘条的初始强度和减面率，可采用屠林科夫经验公式进行估算。钢丝镀锌后相当于进行了一次450℃左右的短时间退火热处理，其加工硬化有一定程度的回复，因而抗拉强度、应力会有所降低。抗拉强度、应力降低的程度随强度值和减面率的增加而增大，对高强度级别钢丝来说，抗拉强度损失约5-7％，G6A钢丝在镀锌过程中的强度损失约130MPa。镀锌过程的抗拉强度损失越大，要求所用盘条的初始强度越高、减面率越大。
但是，目前制造架空电缆高强钢芯的一般为含0.80-0.85％C的热轧盘条，其初始强度不足1200MPa，需要对盘条或粗拉钢丝进行铅浴处理；同时，大量的研究结果表明，当盘条或粗拉钢丝的减面率超过90％时，镀锌钢丝的扭转性能会急剧下降，而且波动加剧。
现有技术制造架空电缆高强钢芯用镀锌钢丝的原料一般为H82B热轧盘条，其主要组成大致为C 0.82％、Si 0.20％、Mn 0.75％、Cr 0.20％，盘条的初始强度＜1200MPa，生产G6A强度级别的镀锌钢丝时，为满足抗拉强度的技术要求，减面率必须高于90％，一方面出现镀锌过程抗拉强度损失和1％伸长时应力损失过大的现象，另一方面导致钢丝的韧性降低，扭转等技术指标不能满足标准要求，更不利于架空电缆的安全使用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中盘条的初始强度过低，同时在镀锌过程中钢丝抗拉强度损失和1％伸长时应力损失较大，容易导致架空电缆钢芯抗拉强度、1％伸长时应力、扭转等技术指标不能同时满足标准要求的缺陷，从而提供一种盘条及其制备方法和应用。
本发明提供一种盘条，以质量百分比计，所述盘条包括：C 0.80-0.84％、Si 0.40-0.55％、Mn 0.65-0.75％、Cr 0.15-0.25％、V 0.03-0.05％、Al 0.01-0.03％，以及余量的铁和不可避免的杂质，且Si和Cr的总质量占盘条总质量的0.65-0.70％。
优选的，所述盘条在制备镀锌钢丝时，镀锌过程中钢丝抗拉强度损失率≤4％。
以下具体说明本发明盘条各元素的作用：
C是钢材中最基本的强化元素，C含量每增加0.01％，盘条强度约增加10MPa，但过量的C会在盘条中心处偏聚，甚至形成网状渗碳体，降低盘条的塑性，造成拉拔断丝。本发明中C含量的范围选为0.80-0.84％。
Si是重要的脱氧剂，有助于降低钢中的氧含量，减少夹杂物。同时，Si是铁素体强化元素，能够通过固溶强化提高铁素体的强度，具有提高屈强比能力。而且，Si在铁素体/渗碳体界面的富集有助于防止渗碳体在热镀锌过程中发生溶解，提高组织的热稳定性，降低钢丝抗拉强度下降的程度。但过多的Si会引起脱碳，促使渗碳体石墨化，降低盘条表面质量和塑性，恶化拉拔性能。本发明中Si含量范围选为0.40-0.55％。
Mn在钢中主要用于增加钢的强度，同时可以增加奥氏体的稳定性，降低相变温度，同时Mn能改变硫化物成分、减小S的有害作用，但Mn含量过高会增加盘条的淬透性，容易出现马氏体等异常组织。本发明中Mn含量控制在0.65-0.75％。
Cr是碳化物生成元素，在钢中主要存在于渗碳体片层，通过置换作用形成合金渗碳体，有助于抑制钢丝镀锌过程中渗碳体的溶解，减小钢丝抗拉强度损失。同时，Cr可以提高奥氏体的稳定性，阻止热轧时晶粒的长大，在相同的冷速下可以细化珠光体片层间距。Cr含量过高容易出现淬火组织，不利于组织控制。本发明中Cr含量控制在0.15-0.25％。
V是强碳化物形成元素，热轧时可抑制奥氏体晶粒的长大；相变初期V在奥氏体晶界上形成VC颗粒，降低了晶界上C元素含量，可有效抑制网状渗碳体的形成；相变过程中V会在珠光体中的铁素体软相间析出，对盘条起到析出强化作用，有利于提高盘条的抗拉强度。V含量过高也容易出现淬火组织，不利于组织控制。本发明中V含量控制在0.03-0.05％。
Al的加入主要是为了脱氧，能减少钢中的自由氧含量。但Al过多容易造成方坯连铸过程中水口结瘤，影响生产的顺利进行，恶化连铸坯表面质量。本发明中Al的控制范围在0.01-0.03％。
本发明盘条的应用目标为电力系统架空电缆G6A强度级钢芯用镀锌钢丝，抗拉强度≥1960MPa，1％伸长时应力≥1670MPa，扭转≥12次。
本发明相对于H82B热轧盘条提高了Si含量、增加了V，基于以下两方面的考虑：第一，通过提高合金中Si含量、增加V的方式提高盘条的初始强度，可以降低盘条拉拔的减面率，提高拉拔钢丝的塑性指标；第二，利用特定含量的Si、Cr可在镀锌过程中阻止或抑制渗碳体发生溶解，提高组织的热稳定性，降低镀锌钢丝抗拉强度、应力损失程度。
本发明限制Si、Cr、V含量及Si+Cr总含量，也是基于两方面的考虑：第一，过多的Si会引起脱碳，降低盘条表面质量和塑性，恶化拉拔性能，降低拉拔效率，增加能耗。第二，过多的Cr、V容易出现淬火组织，不利于盘条组织控制，影响钢丝的塑性指标。
本发明提供一种上述所述盘条的制备方法，包括原料铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、大方坯连铸、开坯、高线轧制、斯太尔摩控冷工艺过程。
该工艺流程针对目标产品进行设计，能确保产品性能和冶金质量，成本较低。
优选的，所述原料铁水预脱硫的铁水出站温度1300-1350℃，终点控制铁水中硫含量＜0.008％，铁水包的扒渣率大于95％；
和/或，所述转炉冶炼的终点控制C 0.05-0.30％、P≤0.014％、S≤0.010％，出钢温度1620-1660℃。
优选的，所述LF精炼包括精炼开始前的强搅拌、精炼和精炼结束前的软搅拌；
和/或，所述LF精炼全程底吹氩气，强搅拌底吹氩气压力4-5MPa，强搅拌时间2-3min，精炼底吹氩气压力0.5-5.0MPa，精炼出钢温度1510-1530℃，精炼时间35-50min，软搅拌底吹氩气压力为0.5-0.6MPa，软搅拌时间为30-35min。
本发明软搅拌底吹氩保证夹杂物充分上浮。
优选的，所述大方坯连铸采用15-25℃低过热度浇注，连铸拉速为0.6-0.7m/min；
和/或，所述开坯的加热温度为1190-1230℃，加热时间为240-300min，出钢温度1040-1170℃。
可选的，大方坯连铸的尺寸为300mm×390mm。采用低过热度浇注，防止夹杂物聚集变大。
开坯是将大方坯轧制成小方坯，开坯后采用砂轮对小方坯表面进行修磨，修磨的作用是清除钢坯表面的缺陷，包括裂纹、折叠、脱碳等，使钢坯表面光滑平整，不易出现折叠等表面缺陷。
大方坯开坯、小方坯轧制的两次加热轧制工艺可以保证大变形量条件下成分的均匀性，降低中心偏析程度、减轻了凝固偏析、提高了材料均匀性，适当拓展了C含量容许上限。
优选的，所述高线轧制的加热温度1140-1180℃，加热时间60-90min，出钢温度1040-1070℃，无扭精轧机(NTM)入口温度940-970℃，吐丝温度880-900℃，轧制速度60-110m/s，轧制直径6.5-9.0mm。
优选的，所述斯太尔摩控冷的辊道速度为0.87-1.33m/s，风机开度10-90％，风机6-8台。
辊道速度和风机开度可以保证盘条不出现网状碳化物和马氏体等异常组织。
优选的，制备得到的盘条的组织要求为：晶粒度≥7.5级，索氏体组织百分比≥85％，网状碳化物≤1级，马氏体组织≤1级。
可选的，制备得到的盘条的组织要求为：晶粒度≥8.5级，索氏体组织百分比≥90％，网状碳化物≤0.5级，马氏体组织≤0.5级。
本发明还提供一种上述所述盘条或上述所述制备方法制备得到的盘条在架空电缆高强钢芯中的应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的盘条，以质量百分比计，所述盘条包括：C 0.80-0.84％、Si 0.40-0.55％、Mn 0.65-0.75％、Cr 0.15-0.25％、V 0.03-0.05％、Al 0.01-0.03％，以及余量的铁和不可避免的杂质，且Si和Cr的总质量占盘条总质量的0.65-0.70％。Si含量为0.40-0.55％、V含量为0.03-0.05％，一方面可以提高盘条的初始抗拉强度，降低盘条拉拔的减面率，提高拉拔钢丝的塑性指标；另一方面，利用特定含量的Si、Cr可在镀锌过程中阻止或抑制渗碳体发生溶解，提高组织的热稳定性，降低镀锌钢丝强度损失程度。限制Si、Cr、V含量及Si+Cr总含量，也是基于两方面：第一，过多的Si会引起脱碳，降低盘条表面质量和塑性，恶化拉拔性能，降低拉拔效率，增加能耗。第二，过多的Cr、V容易出现淬火组织，不利于盘条组织控制，影响钢丝的塑性指标。本发明通过对盘条的成分及用量限定，相互配合，提高盘条的初始强度，降低盘条拉拔时的减面率(≤90％)，减少镀锌过程钢丝抗拉强度损失和1％伸长时应力损失，提高扭转性能。本发明盘条用于制造电力系统架空电缆高强钢芯用镀锌钢丝，镀锌过程钢丝的1％伸长时应力损失和强度损失≤4％，其性能完全满足相关电网公司企业标准Q/GDW 11275-2014中G6A镀锌钢丝的要求，且镀锌钢丝具备优异的扭转性能，扭转≥12次，保证了架空电缆的使用安全性，适用于电力系统架空电缆G6A强度级钢芯用镀锌钢丝。
2.本发明提供盘条的制备方法，包括原料铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、大方坯连铸、开坯、高线轧制、斯太尔摩控冷工艺过程。该工艺流程针对目标产品进行设计，不采用RH真空处理，不采用盐浴处理，可以降低生产成本。本发明提供的制备方法，能确保产品性能和冶金质量，成本较低。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例和对比例
一种盘条的制备方法，包括如下步骤；
1.盘条成分设计
以质量百分比计，盘条包括：C 0.80-0.84％、Si 0.40-0.55％、Mn0.65-0.75％、Cr0.15-0.25％、V 0.03-0.05％、Al 0.01-0.03％，以及余量的铁和不可避免的杂质，且Si和Cr的总质量占盘条总质量的0.65-0.70％。
2.炼钢工艺
原料铁水预脱硫：铁水出站温度1300-1350℃，终点控制铁水中硫含量＜0.008％，铁水包的扒渣率大于95％；
转炉冶炼：终点控制C 0.05-0.30％、P≤0.014％、S≤0.010％，出钢温度1620-1660℃；
LF精炼：所述LF精炼包括精炼开始前的强搅拌、精炼和精炼结束前的软搅拌；
所述LF精炼全程底吹氩气，强搅拌底吹氩气压力4-5MPa，强搅拌时间2-3min，精炼底吹氩气压力0.5-5.0MPa，精炼出钢温度1510-1530℃，精炼时间35-50min，软搅拌底吹氩气压力为0.5-0.6MPa，软搅拌时间为30-35min。
大方坯连铸：采用15-25℃低过热度浇注，连铸为300×390mm2大方坯，连铸拉速为0.6-0.7m/min。
3.轧制工艺
开坯：加热温度1190-1230℃，加热时间240-300min，出钢温度1040-1170℃，开坯形成的截面尺寸为140mm×140mm。
高线轧制：加热温度1140-1180℃，加热时间60-90min，出钢温度1040-1070℃，NTM入口温度940-970℃，吐丝温度880-900℃，轧制速度60-110m/s，轧制直径6.5-9.0mm。
4.冷却工艺
斯太尔摩控冷：辊道速度控制在0.87-1.33m/s，风机开度10-90％，开风机6-8台。
各实施例和对比例中成分和参数的具体控制如下：
表1盘条主要化学成分及制备直径
表2-1炼钢工艺
表2-2炼钢工艺
表3轧制工艺
表4冷却工艺
测试例1
将实施例1-3和对比例1获得的盘条进行金相显微组织、力学性能的测定，依据GB/T6394-2017、YB/T169-2014、YB/T4412-2014、YB/T 4411-2014和GB/T 228.1-2010，测定结果如表5所示。
表5
测试例2
实施例1-3和对比例1获得的盘条经过常规酸洗、9-10道次拉拔、445-460℃锌温镀锌、捻制后获得镀锌钢绞线，其中镀锌钢丝的锌层质量均满足GB/T 3428-2012中A级要求，本测试例的测试对象为单线镀锌钢丝。本测试例对比例1通过相同的常规酸洗、拉拔、镀锌获得G6A-3.12mm镀锌钢丝(即为对比例1-1)和G6A-2.79mm镀锌钢丝(即为对比例1-2)。计算实施例和对比例盘条拉拔成钢丝后截面积较原盘条截面的减少比例即减面率，测定实施例和对比例对应的G6A镀锌钢丝的直径、扭转次数、卷绕以及经过拉拔减径的钢丝在镀锌前后的力学性能(1％伸长时应力和抗拉强度)，依据Q/GDW 11275-2014。测试结果如表6所示。
根据测试数据对镀锌钢丝进行综合判定，要求：镀锌钢丝的抗拉强度≥1960MPa，1％伸长时应力≥1670MPa，扭转≥12次，4倍直径芯棒卷绕8圈不断裂，全部符合即为合格。
表6
实施例1，本发明专用盘条，Si＝0.48％，Si+Cr＝0.70％，盘条初始强度1240MPa。采用该盘条生产G6A-3.12mm镀锌钢丝，减面率88.6％，镀锌过程强度、应力损失≤4.0％，镀锌后抗拉强度2030MPa，镀锌后1％伸长时应力1700MPa，扭转16-19次，所有技术指标均满足标准要求，性能综合判定合格。
对比例1-1，普通 H82B盘条，Si＝0.20％＜0.40％，Si+Cr＝0.37％＜0.65％，盘条初始强度1190MPa。采用该盘条生产G6A-3.12mm镀锌钢丝，减面率为88.6％，镀锌过程抗拉强度损失6.4％，镀锌后抗拉强度1910MPa，镀锌后1％伸长时应力1650MPa，损失4.6％，抗拉强度、1％伸长时应力均不满足G6A技术条件要求，扭转17-22次。性能综合判定不合格。
鉴于对比例1-1成品钢丝的强度、应力均不满足G6A的性能要求，使用同样的普通 H82B盘条，当增加减面率生产G6A-2.79mm镀锌钢丝(表6中对比例1-2)，即减面率为90.9％＞90％，镀锌过程强度损失6.6％，镀锌后抗拉强度1990MPa，镀锌后1％伸长时应力1670MPa，强度、应力均满足G6A技术条件要求，但扭转5-13次，且扭转大部分不足12次。性能综合判定不合格。
实施例2，本发明专用盘条，Si＝0.50％，Si+Cr＝0.69％，盘条初始强度1240MPa。采用该盘条生产G6A-2.79mm镀锌钢丝，减面率为88.5％，镀锌过程强度损失3.8％，镀锌后抗拉强度2020MPa，镀锌后1％伸长时应力1690MPa，扭转16-22次，所有技术指标均满足标准要求，性能综合判定合格。
实施例3，本发明专用盘条，Si＝0.48％，Si+Cr＝0.65％，盘条初始强度1250MPa。采用该盘条生产G6A-2.40mm镀锌钢丝，减面率为88.2％，镀锌过程强度损失3.8％，镀锌后抗拉强度2000MPa，镀锌后1％伸长时应力1680MPa，扭转20-30次，所有技术指标均满足标准要求，性能综合判定合格。
本发明的盘条，初始强度高，减面率≤90％，降低拉拔钢丝在镀锌过程中的抗拉强度损失和1％伸长时应力损失，保证镀锌钢丝的抗拉强度、1％伸长时应力均满足标准要求，且具备优异的扭转性能，从而保证了架空电缆的使用安全性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而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)

1.一种盘条，其特征在于，以质量百分比计，所述盘条包括：C0.80-0.84％、Si 0.40-0.55％、Mn 0.65-0.75％、Cr 0.15-0.25％、V 0.03-0.05％、Al 0.01-0.03％，以及余量的铁和不可避免的杂质，且Si和Cr的总质量占盘条总质量的0.65-0.70％。
2.根据权利要求1所述盘条，其特征在于，所述盘条在制备镀锌钢丝时，镀锌过程中钢丝抗拉强度损失率≤4％。
3.权利要求1或2所述盘条的制备方法，其特征在于，包括原料铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、大方坯连铸、开坯、高线轧制、斯太尔摩控冷工艺过程。
4.根据权利要求3所述盘条的制备方法，其特征在于，所述原料铁水预脱硫的铁水出站温度1300-1350℃，终点控制铁水中硫含量＜0.008％，铁水包的扒渣率大于95％；
和/或，所述转炉冶炼的终点控制C 0.05-0.30％、P≤0.014％、S≤0.010％，出钢温度1620-1660℃。
5.根据权利要求3或4所述盘条的制备方法，其特征在于，所述LF精炼包括精炼开始前的强搅拌、精炼和精炼结束前的软搅拌；
和/或，所述LF精炼全程底吹氩气，强搅拌底吹氩气压力4-5MPa，强搅拌时间2-3min，精炼底吹氩气压力0.5-5.0MPa，精炼出钢温度1510-1530℃，精炼时间35-50min，软搅拌底吹氩气压力为0.5-0.6MPa，软搅拌时间为30-35min。
6.根据权利要求3-5任一项所述盘条的制备方法，其特征在于，所述大方坯连铸采用15-25℃低过热度浇注，连铸拉速为0.6-0.7m/min；
和/或，所述开坯的加热温度为1190-1230℃，加热时间为240-300min，出钢温度1040-1170℃。
7.根据权利要求3-6任一项所述盘条的制备方法，其特征在于，所述高线轧制的加热温度1140-1180℃，加热时间60-90min，出钢温度1040-1070℃，无扭精轧机入口温度940-970℃，吐丝温度880-900℃，轧制速度60-110m/s，轧制直径6.5-9.0mm。
8.根据权利要求3-7任一项所述盘条的制备方法，其特征在于，所述斯太尔摩控冷的辊道速度为0.87-1.33m/s，风机开度10-90％，风机6-8台。
9.根据权利要求3-8任一项所述盘条的制备方法，其特征在于，制备得到的盘条的组织要求为：晶粒度≥7.5级，索氏体组织百分比≥85％，网状碳化物≤1级，马氏体组织≤1级。
10.权利要求1或2所述盘条或3-9任一项所述制备方法制备得到的盘条在架空电缆高强钢芯中的应用。
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