CN118048580A - 盘条及其制备方法和应用、夹片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘条及其制备方法和应用、夹片及其制备方法，涉及钢铁冶炼技术领域。通过控制钢中的元素组成，利用锰、铬合金元素的强化作用，铌、钒、钛联合微合金化，以及铜、镍的耐候作用。在保证钢中组织细晶和微合金强化的同时，抑制贝氏体有害组织的析出，同时制得的盘条硬度适中，盘条无需酸洗和磷化，可直接冷拉拔处理，再对拉拔获得的钢丝进行球化退火处理，然后经过冷镦冷挤压变形生产获得高性能夹片，提高后产品加工效率，同时保证产品质量，节约成本。

Description

盘条及其制备方法和应用、夹片及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体而言，涉及一种盘条及其制备方法和应用、夹片及其制备方法。

背景技术

夹片是一种用于夹持钢绞线的结构，主要应用于铁路、桥梁工程等领域，随着钢绞线强度的不断提高，夹片的性能要求也进一步提高。目前夹片的加工原料主要有两种，分别是棒材或是盘条。使用棒材的加工工艺流程：棒材-下料-退火-酸洗磷化-冷镦毛坯-车磨加工-渗氮碳处理-淬火处理工序，由于棒材的硬度高，≥100HRB，材料的冷加工性能差，需要增加工艺提高棒材的冷加工性能才能用于制备夹片，导致棒材制备夹片的生产流程长，材料损耗大，成本高。而目前的盘条在制备夹片的过程中，需要先冷拉拔成精线后再冷镦冷挤压成型获得夹片毛坯，其中，冷拉拔和冷镦冷挤压成型的过程都对盘条的冷加工性能有较高要求，为了保证夹片的冷加工变形工序顺利进行，需要在冷拉拔和冷镦冷挤压成型之前均进行球化退火，而每一次的球化退火后需要增加一次酸洗工艺和磷化工艺，增加夹片的生产周期，增加酸洗液的处理量和排放量。此外，现有的盘条还存在不易冷拉拔，在冷拉拔的过程中出现裂纹和断裂等问题，影响后续加工进度和产品质量。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盘条及其制备方法和应用、夹片及其制备方法。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种盘条，元素组成按重量百分比计包括：C：0.17～0.20％、Si：0.17～0.20％、Mn：1.00～1.10％、Cr：0.95～1.05％、V：0.002～0.010％、Ti：0.04～0.06％、Nb：0.002～0.010％、Als：0.010～0.020％、P≤0.020％、S≤0.020％、Ni：0.01～0.15％、Cu：0.01～0.10％、N：0.003～0.070％，Bai＝Mn+1.5×Cr+5×Nb+5×V+10×Ti≤3.52％，其余为铁和不可避免的杂质。

第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的盘条的制备方法，包括将原料按元素比例混合后冶炼获得洁净钢水，再将洁净钢水连铸制得连铸坯，将连铸坯加热后轧制，制得盘条。

第三方面，本发明提供一种夹片，由前述实施方式任一项的盘条或如前述实施方式任一项的制备方法获得的盘条制得。

第四方面，本发明提供一种夹片的制备方法，包括将盘条依次进行冷拉拔、球化退火、酸洗、磷化、连续冷镦冷挤压成型、车钻机加工和渗碳热处理。

第五方面，本发明提供一种如前述实施方式的盘条在制备冷加工变形量的钢铁制品中的应用。

本发明具有以下有益效果：

通过控制盘条中的元素组成，利用钢中的锰、铬合金元素的强化作用，铌、钒、钛联合微合金化，以及铜、镍的耐候作用。在保证钢中组织细晶和微合金强化的同时，抑制贝氏体有害组织的析出，同时制得的盘条硬度适中，盘条无需酸洗和磷化，直接冷拉拔处理，拉拔钢丝进行球化退火处理，冷镦冷挤压变形生产高性能夹片，提高后产品加工效率，同时保证产品质量，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的线材的边缘的100倍显微组织图；

图2为本发明实施例1提供的线材的基体的100倍显微组织图；

图3为本发明实施例4提供的大盘卷的边缘的100倍显微组织图；

图4为本发明实施例4提供的大盘卷的基体的100倍显微组织图；

图5为本发明对比例6提供的线材的边缘的100倍显微组织图；

图6为本发明对比例6提供的线材的基体的500倍显微组织图；

图7为本发明实施例4提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝边缘的基体的100倍显微组织图；

图8为本发明实施例4提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝基体的100倍显微组织图；

图9为本发明实施例4提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝的基体的500倍显微组织图；

图10为本发明对比例4提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝边缘的100倍显微组织图；

图11为本发明对比例4提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝的基体的100倍显微组织图；

图12为本发明对比例4提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝基体的500倍显微组织图；

图13为本发明对比例7提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝的基体的100倍显微组织图；

图14为本发明对比例7提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝的基体的500倍显微组织图；

图15为本发明对比例8提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝的基体的100倍显微组织图；

图16为本发明对比例8提供的大盘卷冷拉拔后球化退火钢丝的基体的500倍显微组织图；

图17为本发明实施例4提供的大盘卷制备的夹片的边缘的100倍显微组织图；

图18为本发明实施例4提供的大盘卷制备夹片的基体的500倍显微组织图。

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，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

现有20CrMnTi线材原材料强度和硬度高，材料不易冷拉拔，易产生冷拉拔裂纹等缺陷，甚至导致冷拉拔设备损坏。当盘条中存在较多贝氏体时，在后续生产过程中，通常需要在冷拉拔前进行球化退火和酸洗磷化处理，大大增加加工成本。因此发明人提出如下方案以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供一种盘条，元素组成按重量百分比计包括：C：0.17～0.20％、Si：0.17～0.20％、Mn：1.00～1.10％、Cr：0.95～1.05％、V：0.002～0.010％、Ti：0.04～0.06％、Nb：0.002～0.010％、Als：0.010～0.020％、P≤0.020％、S≤0.020％、Ni：0.01～0.15％、Cu：0.01～0.10％、N：0.003～0.070％，贝氏体析出指数Bai＝Mn+1.5×Cr+5×Nb+5×V+10×Ti≤3.52％，其余为铁和不可避免的杂质。其中C元素在本发明中起提高硬度的作用，碳与铬、钒、铌等合金元素形成合金碳化物，提高盘条的硬度。由于本发明的元素中Cr含量较高，因此需要控制C含量，避免与铬形成大量碳化铬合金，恶化盘条的冷拉拔性能和冷镦冷挤压性能。

Si元素对盘条的冷拉拔性能和冷镦冷挤压性能有不利影响，当Si含量较高时，容易导致盘条冷拉拔开裂，另一方面，一定含量的硅能提高钢的强度，钢中硅能促进渗碳处理，提高渗碳效率，因此需要控制硅含量至Si 0.17～0.20％。

Mn元素起强化作用，提高盘条制得的夹片的耐磨性和硬度，Mn能促进渗碳处理，提高表面淬硬度层深度。但是较高含量的Mn容易导致晶粒粗大，不仅影响盘条的冷拉拔和冷镦冷挤压性能，而且影响夹片渗碳处理后的表层晶粒度，因此，本发明将Mn含量控制在1.00～1.10％，优选Mn：1.06～1.10％范围内。

Cr元素是主要的强化元素，在本发明中起促进球化和渗碳作用，提高盘条的淬透性，提高钢的强度和硬度。Cr与碳形成的合金碳化物，且铬能够促进渗碳处理，渗碳后显著提高盘条制备的夹片的表面硬度，改善夹片的疲劳性能，同时Cr提高了盘条的淬透性能。本发明将铬含量控制在上述范围内，能够保证盘条的冷拉拔性能，且铬与碳形成碳化铬化合物，能促进球化退火，改善球化级别，减少球化退火时间。

V是一种微合金元素，起到细化晶粒的作用，促进盘条的球化退火和渗碳作用。通过在元素组成中加入微量的钒、铌、钛共同作用，与钢中的碳和氮形成碳氮化合物，细化盘条中铁素体的晶粒度，提高盘条的冷拉拔性能，在后续夹片长时间的高温渗碳处理中，夹片晶粒度不粗化，保证晶粒度均匀性，提高夹片的表面硬度，保证夹片综合性能。

Nb元素起细化钢奥氏体晶粒、促进球化退火和渗碳作用。Nb与钢中碳和氮形成碳氮化合物，在连铸坯加热的过程中能显著抑制奥氏体晶粒度长大，提高晶粒和组织的均匀性，在后续夹片长时间高温渗碳处理中，夹片晶粒度不粗化，保证晶粒度均匀性。此外，Nb在高温下与氮结合，使得与Ti结合的N含量减少，有效避免了大颗粒TiN夹杂的形成，形成的细小弥散分布的氮化钛铌化合物，最大程度保证了钛细化晶粒的有效作用。提高盘条的综合性能。

Ti元素在本发明中起细化奥氏体晶粒和提高淬透性的作用。Ti与钢中C和N能形成稳定的TiC(N)碳化物，有效细化奥氏体晶粒度和铁素体晶粒度，与钒和铌联合作用，在钢中形成大量细小分散的氮碳化合物，可以抑制夹片生产过程中的渗碳热处理步骤的晶粒度粗化，起细化晶粒作用，提高夹片表面硬度和疲劳性能。但是钛含量增加会导致钛与钢中的氮形成大颗粒高硬度的氮化钛夹杂物，反而影响夹片性能。

在可选的实施方式中，为了进一步减少氮化钛夹杂物的形成，元素中Ti和N的比例满足Ti：N＝6.5～20，提高夹片的综合性能。

N元素一方面可以与钒、铌、钛相结合共同作用，析出大量的纳米级尺寸的细小均匀的VN(C)、NbN(C)及TiN(C)化合物，细化晶粒，有助于改善盘条的冷拉拔和球化退火效率和球化级别，促进渗碳，渗碳后的表层碳化物更细小弥散，提高夹片综合性能。但钢中氮含量太高，存在自由氮风险，因此需要保证在本发明要求范围内。

Als可以细化晶粒，改善钢的组织方向性，减少带状组织，提高盘条的塑性性能和冷拉拔性能，在夹片生产的高温渗碳过程中，通过控制本发明的Als含量，使得Als与Ti、Nb、V、N共同作用，抑制晶粒和组织粗化提高夹片综合性能。

Ni在本发明中是有益合金元素，起提高铁素体强度和提高冲击韧性的作用，降低盘条的氧化铁皮结构及厚度，提高盘条冷拉拔获得的钢丝表面质量及冷拉拔性能，提高夹片淬硬性和耐候性。

Cu可以提高铁素体的强度，改善盘条的氧化铁皮结构及厚度，提高盘条冷拉拔获得的钢丝的表面质量及冷拉拔性能，提高夹片的淬透性和耐候性，但是Cu含量增加，容易使得盘条的热脆性提高，因此需要控制Cu的范围在0.01～0.10％范围内。

在可选的实施方式中，盘条的贝氏体析出当量指数≤3.52％。由于现有的盘条中贝氏体的含量增加，会导致盘条的冷加工性能差，例如不易冷拉拔或者冷拉拔的过程中钢丝表面出现裂缝或直接断裂，因此需要控制盘条中的贝氏体含量。

本发明主要控制的是Mn、Cr、Nb、V和Ti元素的贝氏体析出当量，发明人通过大量研究发现，在中低碳钢中，Mn、Cr、V、Nb、Ti等合金元素对贝氏体有析出作用，即使严格控制钢的制备工艺，例如轧钢过程中严格控制冷速，当上述元素含量设计不合理时，仍然容易析出贝氏体组织。当钢中存在贝氏体组织时，显著提高盘条的强度，降低盘条的塑性性能，极大影响盘条的冷拉拔性能。

因此，本发明结合不同合金对贝氏体析出作用影响，引入贝氏体析出当量指数，并控制贝氏体析出当量指数Bai＝Mn+1.5×Cr+5×Nb+5×V+10×Ti≤3.52％，可有效抑制盘条生产过程中析出贝氏体，极大改善了盘条的冷拉拔性能。

优选地，盘条的显微组织为铁素体和珠光体，铁素体的晶粒度≥10.5，更优选地，铁素体的晶粒度≥11。

在可选的实施方式中，本发明提供的盘条根据直径规格不同，包括线材和大盘卷，其中线材的直径≤20mm，大盘卷的直径满足：20mm＜大盘卷的直径≤42mm。

优选地，盘条表面的总脱碳层比≤0.6％，无全脱碳层，表面的氧化铁皮厚度≤15μm。

进一步地，为了取消拉拔前的酸洗和磷化处理要求，根据线材和大盘卷的规格不同，二者表面的氧化铁皮厚度也需要进一步精确控制，具体如下：线材表面的氧化铁皮厚度≤10μm；大盘卷表面的氧化铁皮厚度≤15μm。

在可选的实施方式中，盘条的抗拉强度为540～650MPa，断后伸长率≥20％，断面收缩率≥55％，硬度≤90HRB。

进一步地，根据线材和大盘卷的规格不同，二者的力学性能也略有差异。

优选地，线材的抗拉强度为590～650MPa，断后伸长率≥22％，断面收缩率≥60％，硬度≤90HRB。

大盘卷的抗拉强度为540～600MPa，断后伸长率≥20％，断面收缩率≥55％，硬度≤85HRB。

上述性能检测均为本发明提供的盘条直接检测的性能参数，此外，本发明提供的盘条在经过热处理以后，相对于现有的盘条经过热处理后也具有更高强度的力学性能。

具体地，将本发明提供的上述盘条进行热处理，检测其热处理后的力学性能。其中热处理方法包括淬火和回火。

优选地，淬火温度：870～890℃；保温时间：20min；淬火介质：水；回火温度：190～210℃；保温时间：60min；回火方式：空冷。

优选地，经过热处理后的盘条的抗拉强度≥1150MPa，屈服强度≥1000MPa，断后伸长率≥10％，断面收缩率≥45％，冲击性能≥100J。

第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的盘条的制备方法，包括将原料按元素比例混合后冶炼获得洁净钢水，再将洁净钢水连铸制得连铸坯，将连铸坯加热后轧制，制得盘条。

在可选的实施方式中，本发明提供的一种盘条的制备方法，包括如下步骤：

S01、洁净钢水制备

在可选的实施方式中，洁净钢水的制备包括将原料按比例投放后冶炼，冶炼包括依次进行转炉冶炼、LF精炼和RH真空处理。

S011、转炉冶炼

优选地，转炉冶炼的出钢钢水中C的质量百分比为0.08～0.12％。转炉出钢的C含量控制在上述范围内可以保证LF精炼过程顺利进行，以较短的LF精炼时间获得合格的LF精炼钢水。

S012、LF精炼

优选地，LF精炼的精炼时间≥25min，更优选为25～35min。将LF精炼时间控制在上述范围内，可以保证精炼钢水的成分基本符合盘条的要求，同时避免LF精炼时间过长导致钢水中的N、H、O等元素含量增加，影响钢水品质。

S013、RH真空处理

优选地，RH真空处理的真空度为0.26～0.27KPa，纯脱气时间≥8min，软吹时间≥12min；更优选地，纯脱气时间为8～11min，软吹时间为12～15min。

优选地，钛的含量在RH真空处理的过程中进行调整，具体地，RH真空处理循环8min后加入钛铁进行冶炼，在RH真空处理的过程中加入钛铁的目的是，先在RH真空炉中冶炼一段时间的钢水，将钢中的自由N含量降低，然后加入钛铁后，钛可以先与钢中的V、Nb等合金元素结合消耗大量的钛，以减少钛与氮的结合，避免形成大的TiN夹杂。

S02、连铸

连铸包括将S01步骤获得的洁净钢水置于连铸机组中进行连铸。

在可选的实施方式中，连铸过程中的中间包钢水过热度为15～35℃，连铸坯的尺寸为160mm×160mm或200mm×200mm。

其中，160mm×160mm的连铸坯的拉坯速度为2.4～2.6m/min，200mm×200mm的连铸坯的拉坯速度为1.5～1.7m/min。

S03、轧制

在可选的实施方式中，轧制之前包括将连铸坯进行加热，以保证将连铸坯轧制形成规定形状的轧件。

具体地，将连铸坯加热包括将连铸坯置于加热炉中加热，加热炉的加热段温度为1000～1180℃，优选为1010～1120℃，均热段温度为1120～1220℃，且连铸坯在加热段和均热段的总加热时间为65～220min。加热段和均热段都是高温段，通过控制连铸坯在高温段的加热时间有利于保证连铸坯加热均匀，提高轧件的成品率。

此外，将均热段温度控制在1120～1220℃范围内，连铸坯中的铬、锰等合金元素可充分奥氏体化，钢中合金元素充分扩散，获得更加均匀的奥氏体组织。同时钢中的Ti、Nb、V、N等微合金化元素，又能保证高温奥氏体晶粒细小，不粗化，保证后续轧制获得均匀、细小的高温奥氏体组织轧件。

在可选的实施方式中，连铸坯加热后，将其送入轧制机组进行轧制，根据产品规格的不同，轧制后可以获得线材或大盘卷。

其中可以理解的是，线材和大盘卷仅是因为轧制过程的产品规格限制而不同，线材的直径更小，一般≤20mm；大盘卷的直径更大，一般为20～42mm(不含20mm)。因此，线材和大盘卷在轧制之前的工艺都是一样的，仅仅在轧制过程中，由于直径要求不同，为了保证在该直径范围内盘条的品质，因此轧制的工艺略有差异。为了便于理解，将轧制过程按线材的轧制和大盘卷的轧制两种进行说明。

S031、线材的轧制方法

线材是小直径的盘条的类型，直径≤20mm，其轧制过程依次包括粗轧、精轧和吐丝。

优选地，线材的轧制过程中，开轧温度为1000～1030℃，精轧温度为960～980℃，吐丝温度为900～930℃。通过设计较高的开轧温度，可以改善连铸坯的可轧制性能，提高轧件的表面质量。控制精轧和吐丝温度可以提高连续过钢轧制时的温度均匀性，减少轧制过程中的温度波动，提高轧件表面质量。

优选地，轧制结束后还包括将轧制后的线材置于风冷辊道进行冷却，有利于降低线材表面氧化铁皮的厚度，并控制线材内部的金相组织结构，调整线材的硬度和强度，以适应于在后续制备产品的工艺中，直接进行冷拉拔处理。

优选的，轧制后的线材以8～12℃/s的冷却速度冷却至755～765℃，再以≤6℃/s的冷却速度冷却至300～485℃至集卷。在线材的高温奥氏体发生相变前，以较快的冷却速度，有利于控制线材表面的氧化铁皮厚度及结构。当线材的温度降至755～765℃时，钢中的奥氏体开始发生相变，因此，开始减缓线材的冷却速度，相变形成均匀、细小的铁素体+珠光体组织，最终控制线材强度和低硬度，提高线材的冷拉拔性能。

优选地，冷却线材的参数包括：线材风冷辊道的1～2号辊对应的风机的开启30～100％，3号辊对应的风机的开启0～30％，且不含30％，4号及以后的辊对应的风机均关闭；线材风冷辊道的1～3号辊对应的保温罩开启，4号及以后的辊对应的保温罩均关闭。

S032、大盘卷的轧制方法

大盘卷是大直径的盘条的类型，直径为20～42mm(不含20mm)，其轧制过程依次包括粗轧、中轧、KOCKS轧机轧制和卷取。

优选地，大盘卷的轧制过程中，开轧温度为1000～1030℃，中轧温度为900～1020℃，更优选为900～945℃，入KOCKS轧机温度为980～1010℃，卷取温度为920～940℃。通过设计较高的开轧温度，可以改善连铸坯的可轧制性能，提高轧件的表面质量。控制中轧和入KOCKS轧机轧制的温度可以提高连续过钢轧制时的温度均匀性，减少轧制过程中的温度波动，提高轧件表面质量。进一步控制卷曲温度在上述范围内可以改善卷取均匀性，提高大盘卷表面的质量，改善大盘卷表面氧化铁皮厚度和结构。

优选地，还包括将轧制后的大盘卷置于风冷辊道进行冷却，有利于降低大盘卷表面氧化铁皮的厚度，控制大盘卷金相组织结构、强度和低硬度，以适应于在后续制备产品的工艺中，直接进行冷拉拔处理。

优选地，冷却大盘卷的参数包括：大盘卷风冷辊道的1号辊对应的风机的开启50～100％，2～3号辊对应的风机的开启0～50％，且不含50％，4号及以后的辊对应的风机均关闭；大盘卷风冷辊道的1～3号辊对应的保温罩开启，4号及以后的辊对应的保温罩均关闭。

通过上述冷却过程的控制方法，大盘卷的组织相变均匀，减少了大盘卷内圈和外圈的温度差，提高大盘卷强度性能均匀性和硬度均匀性，提高大盘卷的冷拉拔性能。

通过上述轧制步骤处理获得的盘条可以直接用于夹片等大变形量冷挤压产品的应用，且由于本发明提供的盘条金相组织为铁素体和珠光体的组合，硬度适宜，无需在冷拉拔前进行球化退火处理，无需酸洗磷化，实现了盘条后续直接进行冷冷拉拔处理，节约后续加工成本。

第三方面，本发明提供一种夹片，由前述实施方式任一项的盘条或如前述实施方式任一项的制备方法获得的盘条制得。

优选地，夹片的表面硬度为60～68HRC，更优选为65HRC；表层碳含量为0.90～1.05％。夹片的表面硬度较高且表层碳含量适中，可以保证夹片高强度的同时不易发生脆断。

在可选的实施方式中，包括将如前述实施方式任一项的盘条或如前述实施方式任一项的制备方法获得的盘条依次进行冷拉拔、球化退火、酸洗、磷化、连续冷镦冷挤压成型、车钻机加工和渗碳热处理。

目前夹片的生产工艺都是在冷拉拔前需要先进行球化退火-酸洗-磷化，然后在冷镦冷挤压前对拉拔钢丝再次进行球化退火-酸洗-磷化，生产工序和生产成本增加。发明人通过研究发现，如果提高盘条的出厂品质，使其能够出厂后直接满足冷拉拔的要求，就可以为后续产品加工生产，大幅节约夹片生产成本，提高效率。通过上述夹片生产工艺可以发现，本发明的盘条能够直接用于冷拉拔处理，无需在冷拉拔前进行球化退火-酸洗-磷化处理，保证了夹片的质量，同时提高了夹片生产效率。

优选地，球化退火的加热温度为740～760℃，更优选为750℃，球化退火的保温时间10～12h，随炉冷却至等温温度为700～720℃，等温时间为8～10h，再次随炉冷却至495～505℃，出炉空冷。本发明，通过控制钢中的碳、铬、锰、硅及钒铌钛含量，促进球化退火，球化退火可选择低温退火工艺，减少表面脱碳，低碳环保，节省能耗，也可减少夹片毛坯后续的车加工量，提高材料的综合利用率。冷拉拔钢丝经上述球化退火处理后球化率达≥90％，硬度68HRB～75HRB。

优选地，渗碳热处理的加热温度为880～900℃，更优选为890℃，渗氮结束后直接采用油进行淬火处理和回火处理，回火的温度为190～200℃，回火的冷却介质为水。渗碳加热温度采用较低的加热温度，避免出现晶粒粗大和混晶现象，控制渗碳层深度和渗碳层碳含量为0.90～1.05％，再选择低温回火的目的是提高夹片的表面硬度至60～68HRC。

第四方面，本发明提供一种夹片的制备方法，包括将盘条依次进行冷拉拔、球化退火、酸洗、磷化、连续冷镦冷挤压成型、车钻机加工和渗碳热处理。

第五方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的盘条或如前述实施方式任一项的制备方法获得的盘条在制备冷加工变形的钢铁制品中的应用。

实施例1

本实施例提供一种直径为15mm的线材，其元素组成按重量百分比计包括：C：0.17％、Si：0.17％、Mn：1.00％、Cr：0.95％、V：0.004％、Ti：0.04％、Nb：0.003％、Als：0.010％、P：0.008％、S：0.008％、Ni：0.03％、Cu：0.03％、N：0.003％，其余为铁和不可避免的杂质，贝氏体析出指数Bai＝2.86。

本实施例还提供了上述线材的制备方法，包括如下步骤：

S01、洁净钢水制备

洁净钢水的制备包括将原料按比例投放后冶炼，冶炼包括依次进行转炉冶炼、LF精炼和RH真空处理。

S011、转炉冶炼：转炉冶炼的出钢钢水中C的质量百分比为0.08％。

S012、LF精炼：LF精炼的精炼时间为26min。

S013、RH真空处理：RH真空处理的真空度为0.267KPa，循环8min后按比例加入钛铁进行冶炼，纯脱气时间为10min，软吹时间为12min，获得洁净钢水。

S02、连铸

连铸包括将S01步骤获得的洁净钢水置于连铸机组中进行连铸以获得连铸坯，连铸过程中的中间包钢水过热度为28℃，连铸坯的尺寸为160mm×160mm，拉坯速度为2.4m/min。

S03、轧制

先将S02步骤的连铸坯置于加热炉中加热，加热炉的加热段温度为1010℃，均热段温度为1180℃，且连铸坯在加热段和均热段的总加热时间为65min。

加热完成后，将加热后的连铸坯送入轧制机组进行轧制，轧制规格：直径15mm，轧制过程依次包括粗轧、精轧和吐丝。其中，粗轧的开轧温度为1000℃，精轧温度为960℃，吐丝温度为900℃。

具体地，冷却线材的参数包括：线材风冷辊道的1～2号辊对应的风机的开启30～100％，3号辊对应的风机的开启0～30％，且不含30％，4号及以后的辊对应的风机均关闭；线材风冷辊道的1～3号辊对应的保温罩开启，4号及以后的辊对应的保温罩均关闭。

线材在经过风冷辊道第1～3段辊的过程中，控制冷却速度为8～12℃/s，快速冷却至750℃，然后再经过第3～10号段辊的过程中，关闭风机和保温罩进行保温，控制线材的冷却速度为≤6℃/s，冷却至450℃，以控制最终线材的组织形态。

此外，本申请还提供了实施例2～7以及对比例1～6的盘条，均以实施例1的元素组成和步骤为基础进行调整。其中，元素组成参见表1，制备方法中的S01步骤的参数控制参见表2，S02步骤和S03步骤的加热部分的参数控制参见表3，S03步骤的轧制的工艺参数控制根据盘条的类型不同分别参见表4和表5，S03步骤的冷却工艺控制参见表6和表7。

其中需要说明的是，表1～7中的S指代的是实施例，也即是S1则是指代实施例1；表1～7中的D指代对比例，也即是D1则指代对比例1。

表1盘条的元素组成/％

	C	Si	Mn	Cr	V	Als	Ti	Nb	Ni	Cu	P	S	N	Bai
															S1	0.17	0.17	1.00	0.95	0.004	0.010	0.04	0.003	0.03	0.03	0.008	0.008	0.0030	2.86
S2	0.19	0.20	1.08	1.02	0.005	0.012	0.05	0.008	0.08	0.08	0.010	0.018	0.0046	3.18
															S3	0.20	0.19	1.10	1.04	0.008	0.016	0.06	0.009	0.05	0.08	0.012	0.005	0.0058	3.35
S4	0.18	0.18	1.07	1.03	0.010	0.020	0.06	0.007	0.06	0.05	0.020	0.002	0.0060	3.30
															S5	0.20	0.20	1.10	1.04	0.008	0.018	0.05	0.004	0.04	0.10	0.006	0.020	0.0065	3.22
S6	0.17	0.18	1.09	1.01	0.003	0.015	0.04	0.006	0.15	0.06	0.015	0.012	0.0070	2.95
															S7	0.20	0.20	1.10	1.05	0.010	0.020	0.04	0.010	0.10	0.09	0.017	0.015	0.0050	3.18
D1	0.17	0.17	0.95	0.90	0.009	0.010	0.04	0.003	0.03	0.03	0.010	0.008	0.0035	2.76
															D2	0.19	0.20	1.02	1.03	0.001	0.012	0.05	0.002	0.08	0.08	0.010	0.018	0.0046	3.08
D3	0.20	0.19	1.05	1.00	0.004	0.015	0.06	0.005	0.01	0.01	0.012	0.005	0.0055	3.20
															D4	0.18	0.18	1.08	1.00	0.010	0.020	0.06	0.005	0.06	0.01	0.020	0.002	0.0028	3.26
D5	0.20	0.20	1.07	1.04	0.008	0.015	0.05	0.004	0.05	0.07	0.006	0.018	0.0075	3.19
															D6	0.18	0.19	1.15	1.08	0.010	0.020	0.07	0.03	0.03	0.005	0.010	0.0080	0.0035	3.64

表2S01步骤的工艺控制

表3S02步骤和S03步骤的加热部分工艺控制

表4S03步骤的轧制部分工艺控制-线材

表5S03步骤的轧制部分工艺控制-大盘卷

表615mm规格线材的S03步骤冷却参数控制

辊号	1-1	1-2	2-1	2-2	3-1	3-2	4-1	4-2	5-1	5-2
											风机开度(％)	40	40	30	30	20	20	0	0	0	0
保温罩	开	开	开	开	开	开	关	关	关	关
											辊号	6-1	6-2	7-1	7-2	8-1	8-2	9-1	9-2	10-1	10-2
风机开度(％)	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
											保温罩	关	关	关	关	关	关	关	关	关	关

表724mm大盘卷的S03步骤冷却参数控制

辊号	1-1	1-2	2-1	2-2	3-1	3-2	4-1	4-2	5-1	5-2
											风机开度(％)	50	50	40	40	40	40	0	0	0	0
保温罩	开	开	开	开	开	开	关	关	关	关
											辊号	6-1	6-2	7-1	7-2	8-1	8-2	9-1	9-2	10-1	10-2
风机开度(％)	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
											保温罩	关	关	关	关	关	关	关	关	关	关

试验例1

将实施例1～7和对比例1～6的盘条进行常规的出厂性能合格率检测，得到如表8所示结果。

表8盘条的力学性能

由表8可知，本发明实施例的盘条力学性能良好，其在冷镦冷挤压和冷拉拔过程中均表现出较佳的冷加工性能，且冷拉拔前无需球化退火-酸洗-磷化等步骤，可以直接冷拉拔，盘条的后续加工性能更好。

对比例1较实施例1元素组成中Mn、Cr的含量偏低，影响线材的轧制性能，导致对比例1的力学性能偏低，虽然也可以省去冷拉拔前的球化退火-酸洗-磷化处理，但是冷拉拔断线率为1.5％。

对比例2较实施例2元素组成中V和Nb含量降低，抗拉强度显著降低，影响线材的塑性性能，虽然也可以省去冷拉拔前的球化退火-酸洗-磷化处理，但是冷拉拔断线率为1.5％。

对比例3较实施例3元素组成中Ni和Cu含量降低，影响线材轧态的力学性能和表面氧化铁皮厚度，影响线材的塑性性能和冷拉拔性能，相比实施例3，抗拉强度显著降低，塑性指标明显下降，断后伸长率和断面收缩率也降低，冷镦冷挤压合格率降低了2.0％，虽然也可以省去冷拉拔前的球化退火-酸洗-磷化处理，但是冷拉拔后的断线率为1.8％。

对比例4较实施例4元素组成中氮含量偏低，大盘卷的抗拉强度子显著下降，塑性指标下降明显，虽然也可以省去冷拉拔前的球化退火-酸洗-磷化处理，但是冷拉拔后的断线率为1.2％。

对比例5较实施例5元素组成中氮含量偏低，影响大盘卷轧态的力学性能、冷拉拔性能和冷镦冷挤压性能，其中冷镦合格率降低了10％，虽然也可以省去冷拉拔前的球化退火-酸洗-磷化处理，但是冷拉拔断线率为2.0％。

对比例6较实施例4的贝氏体析出指数Bai偏高，显著影响大盘卷轧态的力学性能和冷拉拔及冷顶锻性能，其中大盘卷的塑性指标下降明显，冷镦合格率降低了15％，对比例制备的大盘卷由于Bai偏高，因此需要先进行球化退火-酸洗-磷化处理，再进行冷拉拔。如果直接冷拉拔，不事先经过球化退火-酸洗-磷化处理，冷拉拔断线率高达10.0％。

试验例2

将实施例1～7和对比例1～6的盘条进行金相组织检测，得到如表9和图1～6所示结果。

表9盘条的金相组织

其中，表格中的F指代的是铁素体，P指代的是珠光体，B指代的是贝氏体。

从表9和图1～4可以发现，本发明实施例提供的盘条轧态组织控制良好，均为细小、均匀的铁素体+珠光体组织，铁素体晶粒度在10.5～11.5级之间，氧化铁皮厚度小，这种细小均匀的组织以及细微厚度的氧化铁皮很好地保证了盘条直接进行冷拉拔的冷拉拔性能，无需球化退火-酸洗-磷化处理，可直接冷拉拔加工处理，减少用户加工成本。

对比例2相比于实施例2，Nb、V元素含量低，影响盘条的组织均匀性，铁素体晶粒度8.5级，小于实施例2的晶粒度，晶粒较粗，影响盘条的综合力学性能。

对比例3相比于实施例3，Ni、Cu元素含量低，影响盘条的组织均匀性，铁素体晶粒度9.0级，小于实施例3的晶粒度，晶粒较粗，氧化铁皮厚度显著增加，影响盘条的冷拉拔性能及冷拉拔后的钢丝的表面质量。

对比例4相比于实施例4氮含量低，影响盘条的组织均匀性，铁素体晶粒度8.5级，小于实施例4的晶粒度，晶粒较粗，影响盘条的综合力学性能及冷拉拔性能。

对比例5相比于实施例5氮含量高，在相同轧制工艺条件下，存在贝氏体组织，影响盘条的组织均匀性，进而影响盘条的综合力学性能及冷拉拔性能。

对比例6相比于实施例4贝氏体析出指数Bai偏高，显著影响盘条的轧态组织，盘条中析出大量贝氏体组织，组织为铁素体+珠光体+贝氏体(参见图5和图6)。晶粒度8.5级小于实施例4的晶粒度，晶粒较粗，影响盘条的综合力学性能及冷拉拔性能。

试验例3

将实施例1～7和对比例1～6的盘条进行热处理后检测其力学性能，得到如表10所示结果。

其中，热处理操作包括将实施例1～7和对比例1～6的盘条分别进行淬火和回火；淬火温度：880℃；保温时间：20min；淬火介质：水；回火温度：200℃；保温时间：60min；回火方式：空冷。

表10盘条热处理后的力学性能

	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	断后伸长率(％)	断面收缩率(％)	冲击性能(J)
						S1	1067	1288	18	60	166
S2	1050	1275	17.5	58.5	148
						S3	1050	1285	17.5	58.5	150
S4	1123	1311	15.5	55.5	130
						S5	1095	1258	14.5	53.5	128
S6	1070	1295	14.5	54.5	133
						S7	1115	1290	14	57.5	125
D1	980	1185	16.5	48.5	110
						D2	1045	1280	17.5	46.5	95
D3	1030	1245	14.5	49.5	85
						D4	1053	1221	13.5	50.5	90
D5	1105	1278	12	46.5	75
						D6	1185	1378	9	30.5	55

由表10可知，本发明实施例提供的盘条经过热处理模拟后，其热处理后下性能良好。

对比例1与实施例1相比，Mn和Cr含量偏低，影响线材热处理后的力学性能。

对比例2与实施例2相比，Nb、V含量偏低，影响线材热处理后的力学性能，与实施例2相比，塑性指标下降明显。

对比例3与实施例3相比，Ni、Cu含量偏低，影响线材热处理后的力学性能，尤其是线材的塑性性能。

对比例4较实施例4氮含量偏低，影响大盘卷热处理状态下的强度和塑性性能。

对比例5较实施例5氮含量偏高，影响大盘卷热处理状态下的塑性性能。

对比例6较实施例4贝氏体析出指数Bai偏高，显著影响大盘卷热处理状态下的塑性性能，存在强度高但塑性性能严重不足的缺陷。

试验例4

本试验例提供一种夹片，其制备方法包括：将上述任一实施例或对比例提供的盘条直接进行冷拉拔获得钢丝，然后再将钢丝依次进行球化退火、酸洗、磷化、连续冷镦冷挤压成型、车钻机加工和渗碳热处理。

其中，球化退火的工艺参数参见表11，球化退火后的钢丝的性能参见表12和图7～16所示，渗碳热处理包括淬火和回火，具体工艺参数和渗氮处理后的夹片的性能参见表13和图17～18所示。

其中需要说明的是，表11和12中出现的D7即对比例7，其采用实施例4提供的盘条进行冷拉拔，获得直径为22mm的钢丝，然后再进行球化退火，且仅球化退火的工艺与实施例4不同。D8为对比例8，其也采用实施例4提供的盘条进行冷拉拔，获得直径为22mm的钢丝，然后再进行球化退火，且仅球化退火的工艺与实施例4不同。

表11冷拉拔钢丝的球化退火参数

表12球化退火后的钢丝性能

由表12可知，本发明实施例提供的盘条直接进行冷拉拔后获得的钢丝在进行球化退火工艺处理后钢丝的硬度适中，有利于冷镦冷挤压处理，且钢丝在进行冷镦冷挤压处理时的开裂率均为0％，无开裂现象；由图7～9可知，球化退火的球化率和球化级别都较高，球化效果更佳。

对比例1采用与实施例1相同的球化退火工艺，在元素Mn、Cr含量的影响下球化率和球化级别都下降，硬度较高，冷镦冷挤压出现开裂。

对比例2采用与实施例2相同的球化退火工艺，在元素Nb、V含量的影响下球化率和球化级别都下降，硬度较高，冷镦冷挤压出现开裂。

对比例3采用与实施例3相同的球化退火工艺，在元素Ni、Cu含量的影响下，盘条的原始组织均匀性受影响，导致冷拉拔获得的钢丝的球化率和球化级别都下降，即使硬度适中，也导致冷镦冷挤压出现开裂。

对比例4采用与实施例4相同的球化退火工艺，在元素N含量较低的影响下，氮化钛、氮化铌钒析出少，球化形核少，影响冷拉拔钢丝的球化效果及退火钢丝的再次冷加工性能，根据图10～12可知，在组织的边缘易存在粗晶，球化级别低，球化率低，硬度高，不利于冷拉拔性能，冷镦冷挤压开裂率高。

对比例5采用与实施例5相同的球化退火工艺，在元素N含量较高的影响下，盘条的原始热轧态组织不均匀，存在贝氏体组织，影响冷拉拔钢丝的球化效果及退火钢丝的再次冷加工性能，球化级别低，球化率低，硬度高，不利于冷拉拔性能，冷镦冷挤压开裂率高。

对比例6采用与实施例4相同的球化退火工艺，在Bai较高的影响下，盘条的原始热轧态组织不均匀，存在大量贝氏体组织，影响冷拉拔钢丝的球化效果及退火钢丝的再次冷加工性能，球化级别低，球化率低，硬度高，不利于冷拉拔性能，冷镦冷挤压开裂率高。

对比例7采用与实施例4相同的盘条，由于球化温度升高至770℃，球化形核质点少，在冷却过程中，析出大量共析片状珠光体，如图13～14所示，显著影响冷拉拔钢丝的球化效果及退火钢丝的再次冷加工性能，球化级别低，球化率低，硬度高，不利于冷拉拔性能，冷镦冷挤压开裂率高。

对比例8采用与实施例4相同的盘条，由于球化温度降低至730℃，盘条的原始组织中的珠光体未充分分解，球化形核率少，如图15～16所示，显著影响冷拉拔钢丝球化效果及退火钢丝的再次冷加工性能，球化级别低，球化率低，硬度高，不利于冷拉拔性能，冷镦冷挤压开裂率高。

表13夹片制备过程的渗氮热处理的参数

由表13和图17～18可知，本发明实施例提供的盘条在制备成夹片后，夹片的组织的表面为稳针状回火马氏体，心部以板条状马氏体为主，这种组织具有高硬度，高耐磨性，而兼具良好的韧性，能够保证夹片的综合性能。本实施例制得的夹片表面硬度81～85HRA，表层碳含量0.90～1.05％，夹片的疲劳荷载等综合性能满足TB/T3193和G B/T14370标准要求。

对比例1与实施例1的渗氮热处理工艺相同，由于盘条的Mn、Cr含量较低，影响冷拉拔钢丝的球化组织，进而降低渗氮热处理后的夹片的表面硬度及表层碳含量，影响成品夹片的综合性能。

对比例2与实施例2的渗氮热处理工艺相同，由于盘条的Nb、V含量较低，影响冷拉拔钢丝的球化组织，进而降低渗氮热处理后的表面硬度及表层碳含量，影响成品夹片的综合性能。

对比例3与实施例3的渗氮热处理工艺相同，由于盘条的Ni、Cu含量较低，影响盘条原始组织的均匀性，进而影响冷拉拔钢丝的球化组织，降低渗氮热处理后的表面硬度，影响成品夹片的综合性能。

对比例4与实施例4的渗氮热处理工艺相同，由于盘条的氮含量低，影响冷拉拔钢丝的球化组织，冷拉拔钢丝的边缘易存在粗晶，降低渗氮热处理后的表面硬度及表层碳含量，影响成品夹片的综合性能。

对比例5与实施例5的渗氮热处理工艺相同，由于盘条的氮含量高，盘条的原始热轧态组织不均匀，存在贝氏体组织，影响冷拉拔钢丝的球化组织，降低渗氮热处理后的表面硬度，影响成品夹片的综合性能。

对比例6与实施例4的渗氮热处理工艺相同，由于盘条的Bai较高，盘条原始的热轧态组织不均匀，存在大量贝氏体组织，影响冷拉拔钢丝的球化组织，增加渗氮热处理后的表面硬度及表层碳含量，影响夹片韧性性能，夹片易脆断，恶化夹片综合性能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种盘条，其特征在于，元素组成按重量百分比计包括：C：0.17～0.20％、Si：0.17～0.20％、Mn：1.00～1.10％、Cr：0.95～1.05％、V：0.002～0.010％、Ti：0.04～0.06％、Nb：0.002～0.010％、Als：0.01～0.02％、P≤0.02％、S≤0.02％、Ni：0.01～0.15％、Cu：0.01～0.10％、N：0.003～0.070％，Bai＝Mn+1.5×Cr+5×Nb+5×V+10×Ti≤3.52％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的盘条，其特征在于，所述盘条的显微组织为铁素体和珠光体，所述铁素体的晶粒度≥10.5；

优选地，所述盘条表面的总脱碳层比≤0.6％，无全脱碳层，表面的氧化铁皮厚度≤15μm。

3.根据权利要求1或2所述的盘条，其特征在于，所述盘条的抗拉强度为540～650MPa，断后伸长率≥20％，断面收缩率≥55％，硬度≤90HRB；

优选地，所述盘条包括线材和大盘卷，所述线材的直径≤20mm，所述大盘卷的直径满足：20mm＜大盘卷的直径≤42mm；

优选地，所述线材的抗拉强度为590～650MPa，断后伸长率≥22％，断面收缩率≥60％，硬度≤90HRB；

所述大盘卷的抗拉强度为540～600MPa，断后伸长率≥20％，断面收缩率≥55％，硬度≤85HRB。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的盘条的制备方法，其特征在于，包括将原料按元素比例混合后冶炼获得洁净钢水，再将所述洁净钢水连铸制得连铸坯，将所述连铸坯加热后轧制，制得所述盘条。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述连铸坯加热后轧制包括将所述连铸坯加热后轧制获得线材或大盘卷；

所述线材的轧制过程依次包括粗轧、精轧和吐丝；

所述大盘卷的轧制过程依次包括粗轧、中轧、KOCKS轧制和卷取；

优选地，所述线材的轧制过程中，开轧温度为1000～1030℃，精轧温度为960～980℃，吐丝温度为900～930℃；

优选地，所述大盘卷的轧制过程中，开轧温度为1000～1030℃，中轧温度为900～1020℃，入KOCKS轧机温度为980～1010℃，卷取温度为920～940℃；

优选地，还包括将轧制后的线材或大盘卷置于风冷辊道进行冷却；

优选地，轧制后的线材以8～12℃/s的冷却速度冷却至755～765℃，再以≤6℃/s的冷却速度冷却至300～485℃，再集卷；

优选地，冷却所述线材的参数包括：线材风冷辊道的1～2号辊对应的风机的开启30～100％，3号辊对应的风机的开启0～30％，且不含30％，4号及以后的辊对应的风机均关闭；线材风冷辊道的1～3号辊对应的保温罩开启，4号及以后的辊对应的保温罩均关闭；

优选地，冷却所述大盘卷的参数包括：大盘卷风冷辊道的1号辊对应的风机的开启50～100％，2～3号辊对应的风机的开启0～50％，且不含50％，4号及以后的辊对应的风机均关闭；大盘卷风冷辊道的1～3号辊对应的保温罩开启，4号及以后的辊对应的保温罩均关闭。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将所述连铸坯加热包括将所述连铸坯置于加热炉中加热，加热炉的加热段温度为1000～1180℃，均热段温度为1120～1220℃，且所述连铸坯在加热段和均热段的总加热时间为65～220min。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述连铸过程中的中间包钢水过热度为15～35℃，所述连铸坯的尺寸为160mm×160mm或200mm×200mm，160mm×160mm的连铸坯的拉坯速度为2.4～2.6m/min，200mm×200mm的连铸坯的拉坯速度为1.5～1.7m/min；

优选地，所述洁净钢水的制备方法依次包括转炉冶炼、LF精炼和RH真空处理；

优选地，所述转炉冶炼的出钢钢水中C的质量百分比为0.08～0.12％；

优选地，所述LF精炼的精炼时间≥25min，更优选为25～35min；

优选地，所述RH真空处理的真空度为0.26～0.27KPa，纯脱气时间≥8min，软吹时间≥12min；更优选地，纯脱气时间为8～11min，软吹时间为12～15min。

8.一种夹片，其特征在于，由权利要求1～3任一项所述的盘条或如权利要求4～7任一项所述的制备方法获得的盘条制得；

优选地，所述夹片的表面硬度为60～68HRC，更优选为65HRC；表层碳含量为0.90～1.05％。

9.一种如权利要求8所述的夹片的制备方法，其特征在于，包括将所述盘条依次进行冷拉拔、球化退火、酸洗、磷化、连续冷镦冷挤压成型、车钻机加工和渗碳热处理；

优选地，所述球化退火的加热温度为740～760℃，保温时间10～12h，等温温度为700～720℃，等温时间为8～10h，再次随炉冷却至495～505℃，出炉空冷；

优选地，所述渗碳热处理的加热温度为880～900℃，渗氮结束后采用油进行淬火后再回火，所述回火的温度为190～200℃，回火的冷却介质为水。

10.一种如权利要求1～3任一项所述的盘条或如权利要求4～7任一项所述的制备方法获得的盘条在制备冷加工变形的钢铁制品中的应用。