CN116949363A - 一种高强度钢丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度钢丝及其制备方法，具体涉及钢丝制备技术领域，具体包括以下成分以及重量份：生铁5‑15份、钢8‑12份、碳8‑15份、铜6‑10份、锰0.5‑2份、磷0.1‑0.5份、镍0.5‑1.5份、铝2‑8份、硅0.7‑1.5份、钛0.7‑2份。本发明通过对钢丝的制备成分进行添加以及改进，不仅能够提高钢丝生产后的强度以及硬度，保证钢丝的不同应用环境中的属性，同时，结合本发明的制备方式，通过改善钢丝盘条的拉拔参数以及热处理方式等工序，能够有效避免钢丝在拉拔工序中需要断裂和硬度不足的现象，提高钢丝的拉拔性能以及钢丝的使用寿命。

Description

一种高强度钢丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢丝制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高强度钢丝及其制备方法。
背景技术
钢丝是钢材的板、管、型、丝四大品种之一，是采用热轧盘条经制成的再加工产品，可应用在能源和公共设施，航空，建筑设备等各种领域，钢丝的生产一般需要经过以下步骤：原料选择、清除氧化铁皮、烘干、磷化、拉丝、镀覆镀层、稳定化处理等。
目前，由于钢丝需要应用在各种环境中，如建筑、重型货物运输、航海和航空航天、海上石油勘探、吊装和一些海洋工作，进而在具体使用时，需要保证钢丝具体一定的强度，使钢丝满足于不同的应用环境。
在对钢丝进行加工制备的过程中，钢丝中的强度和塑性是一对矛盾，比如得到高强度，则塑性方面就会降低，反之，如果增加塑性其强度就会大打折扣，目前钢丝加工硬化后一般通过退火技术来提高钢丝的塑性，但是如果强度急剧降低，增加了加工工序以及降低生产效率。
针对上述情况，本发明提出一种高强度钢丝以及制备方法。
发明内容
本发明技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种高强度钢丝及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度钢丝，具体包括以下成分以及重量份：生铁5-15份、钢8-12份、碳8-15份、铜6-10份、锰0.5-2份、磷0.1-0.5份、镍0.5-1.5份、铝2-8份、硅0.7-1.5份、钛0.7-2份。
优选地，具体包括以下成分以及重量份：生铁10份、钢10份、碳12份、铜8份、锰1份、磷0.3份、镍1份、铝5份、硅1份，钛1.5份。
一种高强度钢丝制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将生铁10份和钢10份分别加入到高温熔炼炉中加热并熔化，形成基础铁水，并将碳12份加入熔炼炉中形成复合铁液，等待复合铁液冷却后得到复合钢材；
步骤二、将铜8份、锰1份、磷0.3份、镍1份、铝5份、硅1份以及钛1.5份依次通过高温熔化，得到强化液，将强化液雾化喷涂在步骤一所得到的复合钢材表面，等待复合钢材表面的凝结；
步骤三、在步骤二中的基础上将其再次加热熔化后，加入铬元素，得到钢水，经过冷却至350℃，经过浇铸冷轧成盘条；
步骤四、将盘条依次通过清洗液进行酸洗、电脉冲拔丝机进行冷拔后，将其浸泡在PVD、、CVD或TD溶液中浸泡48h，最后进行镀锌以及稳定化处理制成成品钢丝；
步骤五、将成品钢丝收卷处理。
优选地，所述在步骤一中，复合铁液加入到呈矩形的模型中，待冷却后形成复合钢材。
优选地，所述强化液喷涂在复合钢材的外表面，且雾化液的喷涂厚度为600g/m-1200g/m，等待4-5h，使喷涂液完全凝结在复合钢材的表面。
优选地，所述在步骤三中，热轧盘条的总压缩率需要保持90％以上，拉拔条件为：冷却温度190-260℃，拉拔模具温度为45-55℃。
优选地，所述清洗液为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸的任意一种，具体操作为，将盘条放置在酸洗液中，通入低压周期性电源，使用超声清洗阵列对盘条进行轰击，最后用高压水枪冲洗盘条，所述清洗液浓度为1mmol-5mmol/L。
优选地，在对盘条进行电脉冲时，将盘条首先浸入润滑油中，然后施压电脉冲，电脉冲频率为100Hz,拉丝速度为3m/min,脉宽为60μs。
优选地，所述镀锌方式为，将镀锌液喷涂在盘条的表面，且镀锌厚度为200g/m-500g/m。
本发明的技术效果和优点：
1、通过在原有钢丝成分的基础上，添加用于提高钢丝强度的微量元素，碳元素能够提高钢丝制备时的强度，而除碳元素外，将规定范围内的硅和锰可以提高冷拔时钢丝的强度，而铜、磷、镍、铝和钛等元素能够提高钢丝的整体强度以及抗疲劳性能，保证钢丝在制备后具有一定的拉伸强度、韧性以及硬度，满足钢丝的不同应用场景；
2、通过在制备方式上，钢丝盘条经过总压缩率和拉拔条件的规范控制下，能够进一步提高钢丝制备后的硬度以及强度，而且经过酸洗并通过低压周期性电源冲击，使钢丝盘条内部的结晶再重组，最后采用电脉冲对钢丝进行处理，提高钢丝整体的机械性能，同时，在钢丝盘条的表面先后覆一层PVD、CVD和TD溶液以及镀锌液，能够提高钢丝表面的耐磨效果，避免钢丝在经过长期使用后造成磨损以及断裂的现象发生。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1、
一种高强度钢丝，具体包括以下成分以及重量份：生铁5-15份、钢8-12份、碳8-15份、铜6-10份、锰0.5-2份、磷0.1-0.5份、镍0.5-1.5份、铝2-8份、硅0.7-1.5份、钛0.7-2份；
而具体到本实施例中，具体为：生铁10份、钢10份、碳12份、铜8份、锰1份、磷0.3份、镍1份、铝5份、硅1份，钛1.5份。
在上述基础上，一种高强度钢丝制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将生铁10份和钢10份分别加入到高温熔炼炉中加热并熔化，形成基础铁水，并将碳12份加入熔炼炉中形成复合铁液，等待复合铁液冷却后得到复合钢材；
在本实施例中，将高温熔化得到的复合铁液倒进矩形的模型中，待其冷却成型后得到复合钢材。
步骤二、将铜8份、锰1份、磷0.3份、镍1份、铝5份、硅1份以及钛1.5份依次通过高温熔化，得到强化液，将强化液雾化喷涂在步骤一所得到的复合钢材表面，等待复合钢材表面的凝结；
在本实施例中，强化液经过雾化喷涂在复合钢材的外表面，喷涂的厚度为800g/m，等待4-5h凝固，使喷涂液完全凝结在复合钢材的表面。
步骤三、在步骤二中的基础上将其再次加热熔化后，加入铬元素，得到钢水，经过冷却至350℃，经过浇铸冷轧成盘条；
在本实施例中，热轧盘条的总压缩率需要保持90％以上，拉拔条件为：冷却温度200℃，拉拔模具温度为50℃。
步骤四、将盘条依次通过清洗液进行酸洗、电脉冲拔丝机进行冷拔后，将其浸泡在PVD溶液中浸泡48h，最后进行镀锌以及稳定化处理制成成品钢丝；
在本实施例中，清洗液为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸的任意一种，具体操作为，将盘条放置在酸洗液中，通入低压周期性电源，使用超声清洗阵列对盘条进行轰击，最后用高压水枪冲洗盘条，所述清洗液浓度为2mmol/L；
在对盘条进行电脉冲时，将盘条首先浸入润滑油中，然后施压电脉冲，电脉冲频率为100Hz,拉丝速度为3m/min,脉宽为60μs；
镀锌方式为，将镀锌液喷涂在盘条的表面，且镀锌厚度为250g/m。
步骤五、将成品钢丝收卷处理；
在本实施例中，成品钢丝的直径为5mm-8mm，呈长条状。
实施例2、
一种高强度钢丝，具体包括以下成分以及重量份：生铁5-15份、钢8-12份、碳8-15份、铜6-10份、锰0.5-2份、磷0.1-0.5份、镍0.5-1.5份、铝2-8份、硅0.7-1.5份、钛0.7-2份；
而具体到本实施例中，具体为：生铁8份、钢10份、碳10份、铜10份、锰0.8份、磷0.4份、镍0.8份、铝5份、硅1.2份，钛1.8份。
在上述基础上，一种高强度钢丝制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将生铁8份和钢10份分别加入到高温熔炼炉中加热并熔化，形成基础铁水，并将碳10份加入熔炼炉中形成复合铁液，等待复合铁液冷却后得到复合钢材；
在本实施例中，将高温熔化得到的复合铁液倒进矩形的模型中，待其冷却成型后得到复合钢材。
步骤二、将铜10份、锰0.8份、磷0.4份、镍0.8份、铝5份、硅1.2份以及钛1.8份依次通过高温熔化，得到强化液，将强化液雾化喷涂在步骤一所得到的复合钢材表面，等待复合钢材表面的凝结；
在本实施例中，强化液经过雾化喷涂在复合钢材的外表面，喷涂的厚度为920g/m，等待4-5h凝固，使喷涂液完全凝结在复合钢材的表面。
步骤三、在步骤二中的基础上将其再次加热熔化后，加入铬元素，得到钢水，经过冷却至350℃，经过浇铸冷轧成盘条；
在本实施例中，热轧盘条的总压缩率需要保持90％以上，拉拔条件为：冷却温度250℃，拉拔模具温度为48℃。
步骤四、将盘条依次通过清洗液进行酸洗、电脉冲拔丝机进行冷拔后，将其浸泡在CVD溶液中浸泡48h，最后进行镀锌以及稳定化处理制成成品钢丝；
在本实施例中，清洗液为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸的任意一种，具体操作为，将盘条放置在酸洗液中，通入低压周期性电源，使用超声清洗阵列对盘条进行轰击，最后用高压水枪冲洗盘条，所述清洗液浓度为3mmol/L；
在对盘条进行电脉冲时，将盘条首先浸入润滑油中，然后施压电脉冲，电脉冲频率为100Hz,拉丝速度为3m/min,脉宽为60μs；
镀锌方式为，将镀锌液喷涂在盘条的表面，且镀锌厚度为280g/m。
步骤五、将成品钢丝收卷处理；
在本实施例中，成品钢丝的直径为5mm-8mm，呈长条状。
实施例3、
一种高强度钢丝，具体包括以下成分以及重量份：生铁5-15份、钢8-12份、碳8-15份、铜6-10份、锰0.5-2份、磷0.1-0.5份、镍0.5-1.5份、铝2-8份、硅0.7-1.5份、钛0.7-2份；
而具体到本实施例中，具体为：生铁12份、钢9份、碳15份、铜8份、锰1.5份、磷0.4份、镍1.2份、铝3份、硅1.2份，钛2份。
在上述基础上，一种高强度钢丝制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将生铁12份和钢9份分别加入到高温熔炼炉中加热并熔化，形成基础铁水，并将碳15份加入熔炼炉中形成复合铁液，等待复合铁液冷却后得到复合钢材；
在本实施例中，将高温熔化得到的复合铁液倒进矩形的模型中，待其冷却成型后得到复合钢材。
步骤二、将铜8份、锰1.5份、磷0.4份、镍1.2份、铝3份、硅1.2份以及钛2份依次通过高温熔化，得到强化液，将强化液雾化喷涂在步骤一所得到的复合钢材表面，等待复合钢材表面的凝结；
在本实施例中，强化液经过雾化喷涂在复合钢材的外表面，喷涂的厚度为1000g/m，等待4-5h凝固，使喷涂液完全凝结在复合钢材的表面。
步骤三、在步骤二中的基础上将其再次加热熔化后，加入铬元素，得到钢水，经过冷却至350℃，经过浇铸冷轧成盘条；
在本实施例中，热轧盘条的总压缩率需要保持90％以上，拉拔条件为：冷却温度200℃，拉拔模具温度为55℃。
步骤四、将盘条依次通过清洗液进行酸洗、电脉冲拔丝机进行冷拔后，将其浸泡在TD溶液中浸泡48h，最后进行镀锌以及稳定化处理制成成品钢丝；
在本实施例中，清洗液为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸的任意一种，具体操作为，将盘条放置在酸洗液中，通入低压周期性电源，使用超声清洗阵列对盘条进行轰击，最后用高压水枪冲洗盘条，所述清洗液浓度为4mmol/L；
在对盘条进行电脉冲时，将盘条首先浸入润滑油中，然后施压电脉冲，电脉冲频率为100Hz,拉丝速度为3m/min,脉宽为60μs；
镀锌方式为，将镀锌液喷涂在盘条的表面，且镀锌厚度为380g/m。
步骤五、将成品钢丝收卷处理；
在本实施例中，成品钢丝的直径为5mm-8mm，呈长条状。
实施例4、
一种高强度钢丝，具体包括以下成分以及重量份：生铁5-15份、钢8-12份、碳8-15份、铜6-10份、锰0.5-2份、磷0.1-0.5份、镍0.5-1.5份、铝2-8份、硅0.7-1.5份、钛0.7-2份；
而具体到本实施例中，具体为：生铁15份、钢12份、碳15份、铜10份、锰2份、磷0.5份、镍1.5份、铝8份、硅1.2份，钛2份。
在上述基础上，一种高强度钢丝制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将生铁15份和钢12份分别加入到高温熔炼炉中加热并熔化，形成基础铁水，并将碳15份加入熔炼炉中形成复合铁液，等待复合铁液冷却后得到复合钢材；
在本实施例中，将高温熔化得到的复合铁液倒进矩形的模型中，待其冷却成型后得到复合钢材。
步骤二、将铜10份、锰2份、磷0.5份、镍1.5份、铝8份、硅1.2份以及钛2份依次通过高温熔化，得到强化液，将强化液雾化喷涂在步骤一所得到的复合钢材表面，等待复合钢材表面的凝结；
在本实施例中，强化液经过雾化喷涂在复合钢材的外表面，喷涂的厚度为1015g/m，等待4-5h凝固，使喷涂液完全凝结在复合钢材的表面。
步骤三、在步骤二中的基础上将其再次加热熔化后，加入铬元素，得到钢水，经过冷却至350℃，经过浇铸冷轧成盘条；
在本实施例中，热轧盘条的总压缩率需要保持90％以上，拉拔条件为：冷却温度240℃，拉拔模具温度为48℃。
步骤四、将盘条依次通过清洗液进行酸洗、电脉冲拔丝机进行冷拔后，将其浸泡在PVD、、CVD和TD混合后的溶液中浸泡48h，最后进行镀锌以及稳定化处理制成成品钢丝；
在本实施例中，清洗液为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸的任意一种，具体操作为，将盘条放置在酸洗液中，通入低压周期性电源，使用超声清洗阵列对盘条进行轰击，最后用高压水枪冲洗盘条，所述清洗液浓度为4mmol/L；
在对盘条进行电脉冲时，将盘条首先浸入润滑油中，然后施压电脉冲，电脉冲频率为100Hz,拉丝速度为3m/min,脉宽为60μs；
镀锌方式为，将镀锌液喷涂在盘条的表面，且镀锌厚度为450g/m。
步骤五、将成品钢丝收卷处理；
在本实施例中，成品钢丝的直径为5mm-8mm，呈长条状。
下面针对上述实施例1-4制备成的高强度钢丝，将其分别进行强度性能测试，测试设备为，对比例1为常规钢丝制备方式，具体测试结果如下表所示：
根据上述数据可知，本发明相对于常规钢丝的加工方式中，在对常规钢丝的制备方式中，通过对钢丝的制备成分进行添加以及改进，不仅能够提高钢丝生产后的强度以及硬度，保证钢丝的不同应用环境中的属性，同时，结合本发明的制备方式，通过改善钢丝盘条的拉拔参数以及热处理方式等工序，能够有效避免钢丝在拉拔工序中需要断裂和硬度不足的现象，提高钢丝的拉拔性能以及钢丝的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强度钢丝，其特征在于：具体包括以下成分以及重量份：生铁5-15份、钢8-12份、碳8-15份、铜6-10份、锰0.5-2份、磷0.1-0.5份、镍0.5-1.5份、铝2-8份、硅0.7-1.5份、钛0.7-2份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度钢丝，其特征在于：具体包括以下成分以及重量份：生铁10份、钢10份、碳12份、铜8份、锰1份、磷0.3份、镍1份、铝5份、硅1份，钛1.5份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度钢丝制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、将生铁10份和钢10份分别加入到高温熔炼炉中加热并熔化，形成基础铁水，并将碳12份加入熔炼炉中形成复合铁液，等待复合铁液冷却后得到复合钢材；
步骤二、将铜8份、锰1份、磷0.3份、镍1份、铝5份、硅1份以及钛1.5份依次通过高温熔化，得到强化液，将强化液雾化喷涂在步骤一所得到的复合钢材表面，等待复合钢材表面的凝结；
步骤三、在步骤二中的基础上将其再次加热熔化后，加入铬元素，得到钢水，经过冷却至350℃，经过浇铸冷轧成盘条；
步骤四、将盘条依次通过清洗液进行酸洗、电脉冲拔丝机进行冷拔后，将其浸泡在PVD、CVD或TD溶液中浸泡48h，最后进行镀锌以及稳定化处理制成成品钢丝；
步骤五、将成品钢丝收卷处理。
4.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝制备方法，其特征在于：所述在步骤一中，复合铁液加入到呈矩形的模型中，待冷却后形成复合钢材。
5.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝制备方法，其特征在于：所述强化液喷涂在复合钢材的外表面，且雾化液的喷涂厚度为600g/m-1200g/m，等待4-5h，使喷涂液完全凝结在复合钢材的表面。
6.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝制备方法，其特征在于：所述在步骤三中，热轧盘条的总压缩率需要保持90％以上，拉拔条件为：冷却温度190-260℃，拉拔模具温度为45-55℃。
7.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝制备方法，其特征在于：所述清洗液为硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸的任意一种，具体操作为，将盘条放置在酸洗液中，通入低压周期性电源，使用超声清洗阵列对盘条进行轰击，最后用高压水枪冲洗盘条，所述清洗液浓度为1mmol-5mmol/L。
8.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝制备方法，其特征在于：在对盘条进行电脉冲时，将盘条首先浸入润滑油中，然后施压电脉冲，电脉冲频率为100Hz,拉丝速度为3m/min,脉宽为60μs。
9.根据权利要求3所述的一种高强度钢丝制备方法，其特征在于：所述镀锌方式为，将镀锌液喷涂在盘条的表面，且镀锌厚度为200g/m-500g/m。
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