高碳鋼盤條及其制備方法

圖1是《高碳鋼盤條及其制備方法》具體實施方式中斯太爾摩在線測量的冷卻曲線圖；

圖2是該發(fā)明具體實施方式中高碳鋼盤條橫截面的金相組織照片；

圖3是該發(fā)明具體實施方式中高碳鋼盤條橫截面的掃面電鏡照片。

1.一種高碳鋼盤條，其抗拉強(qiáng)度在1200兆帕以上，其特征在于，該高碳鋼盤條包含的組分及其重量百分比為：基本成分：C0.77～0.84％、Si0.20～0.50％、Mn0.60～0.75％、Cr0.30～0.40％和V0.001～0.10％；可選擇成分：Ni0.02～0.15％、Cu0.02～0.25％、Al0.001～0.05％、B0.001～0.005％、Ti0.01～0.05％、Nb0.01～0.05％和Mo0.01～0.10％中的一種或二種以上的組合；以及余量的Fe和雜質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高碳鋼盤條，其特征在于，該高碳鋼盤條的面收縮率在35％以上。

3.如權(quán)利要求1所述高碳鋼盤條的制備方法，其包括依次進(jìn)行的冶煉工序、鑄造工序、軋制工序和控冷工序，其特征在于，所述軋制工序的開軋溫度控制在1000～1100℃之間，吐絲溫度為870～930℃；所述控冷工序采用斯太爾摩控制冷卻，在相變之前及相變前期采用快速冷卻，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為100％，在相變后期采用緩慢冷卻方式，風(fēng)機(jī)風(fēng)量在50％以下。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的如權(quán)利要求1所述高碳鋼盤條的制備方法，其特征在于，所述冶煉工序包括依次進(jìn)行的電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉工序和鋼包精煉工序。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的如權(quán)利要求1所述高碳鋼盤條的制備方法，其特征在于，所述鑄造工藝采用方坯連鑄工藝。

高碳鋼盤條等線材在用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鍍鋅鋼絲、鋼芯鋁絞線、鋼絲繩、彈簧鋼絲和琴鋼絲等產(chǎn)品時，一般需要經(jīng)過多道次拉拔，其減面率高達(dá)64～96％。為使成品鋼絲具有較好機(jī)械性能，則對于原始盤條的強(qiáng)度、面縮率、反復(fù)彎曲及扭轉(zhuǎn)性能等均有很高要求。SWRH82B是高碳鋼線材中產(chǎn)量最大、用途最廣的一種產(chǎn)品，其成份位于Fe-C平衡相圖的共析點附近，基本組織為索氏體，片層間距通常為100～200納米，盤條中心部索氏體化率一般高于75％，并另含馬氏體或網(wǎng)狀滲碳體等常見有害組織，而心部馬氏體和網(wǎng)狀滲碳體的存在往往會引發(fā)拉拔過程中的斷絲事故，降低下游客戶的生產(chǎn)率和最終產(chǎn)品的使用性能。為滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對于此類高碳鋼線材性能的越來越高的要求，業(yè)界亟待對普通SWRH82B盤條等材料的性能做進(jìn)一步改善。

高碳鋼盤條及其制備方法專利目的

《高碳鋼盤條及其制備方法》的目的之一在于提出一種高碳鋼盤條，其抗拉強(qiáng)度高，面縮率大，可克服2009年9月前已有技術(shù)中的不足。該發(fā)明的另一目的在于提出一種制備如上所述高碳鋼盤條的工藝，其包括依次進(jìn)行的冶煉工序、鑄造工序、軋制工序和控冷工序，其特征在于，所述軋制工序的開軋溫度控制在1000～1100℃之間，吐絲溫度為870～930℃；所述控冷工序采用斯太爾摩控制冷卻，在相變之前及相變前期采用快速冷卻，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為100％，在相變后期采用緩慢冷卻方式，風(fēng)機(jī)風(fēng)量在50％以下。

高碳鋼盤條及其制備方法技術(shù)方案

一種高碳鋼盤條，其抗拉強(qiáng)度在1200兆帕以上，其特征在于，該高碳鋼盤條包含的組分及其重量百分比為：基本成分：C0.77～0.84％、Si0.20～0.50％、Mn0.60～0.75％、Cr0.30～0.40％和V0.001～0.10％；可選擇成分：Ni0.02～0.15％、Cu0.02～0.25％、Al0.001～0.05％、B0.001～0.005％、Ti0.01～0.05％、Nb0.01～0.05％和Mo0.01～0.10％中的一種或二種以上的組合；以及余量的Fe和雜質(zhì)。

具體而言，該高碳鋼盤條的面收縮率在35％以上。

進(jìn)一步地講，所述冶煉工序包括依次進(jìn)行的電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉工序和鋼包精煉工序。

所述鑄造工藝采用方坯連鑄工藝。

以下對《高碳鋼盤條及其制備方法》的技術(shù)內(nèi)容做詳細(xì)說明：

對于鋼制品而言，C是最基本的強(qiáng)化元素，過量的C會促進(jìn)先共析滲碳體的析出，嚴(yán)重時會形成網(wǎng)狀滲碳體，降低盤條的塑性，而C含量不足時會形成先共析鐵素體，同樣會降低盤條的性能。如在SWRH82B等材料中，C含量接近平衡相圖中的共析點，其可能含有部分的心部馬氏體或網(wǎng)狀滲碳體，從而影響盤條的性能。而只有在控制盤條中C含量在合適范圍時，才可使盤條中的組織在工廠生產(chǎn)的冷卻條件下基本形成較之馬氏體等組織具有更好的加工性能和更大的加工硬化率的全珠光體組織，該組織非常適合拉絲加工。同時，Si亦是一種鐵素體強(qiáng)化元素，其可通過固溶強(qiáng)化提高鐵素體的強(qiáng)度，且Si還是一種重要的脫氧劑，Si在鐵素體/滲碳體界面的富集有助于防止?jié)B碳體在熱鍍鋅和穩(wěn)定化處理過程中發(fā)生分解，提高加工過程中的熱穩(wěn)定性，但過多的Si會引起脫碳，降低表面質(zhì)量。又及，Mn作為一種重要的脫氧劑，可減少S在鋼中的危害，有助于提高盤條的強(qiáng)度。但過多的Mn會促進(jìn)中心偏析和心部馬氏體的形成，提高拉絲加工過程中發(fā)生斷絲的幾率。另外，Cr是細(xì)化珠光體組織的有效元素，能夠顯著提高線材的強(qiáng)度和硬度，但另一方面會促進(jìn)中心偏析和心部馬氏體的形成。此外，V可在鋼材中形成細(xì)小的C、N化物，而且在奧氏體溫度區(qū)間具有較大的固溶度，能有效阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品性能，而且能夠有效阻止網(wǎng)狀滲碳體的析出，但過多的V會使V（C，N）顆粒粗化，降低產(chǎn)品的塑性，而且V的價格較高，不利于成本控制。

考慮到上述原因，該案發(fā)明人經(jīng)長期研究和實踐，采用將高碳鋼盤條中的C含量控制在0.77～0.84％，Si含量控制在0.20～0.50％，Mn含量控制在0.60～0.75％，Cr含量控制在0.30～0.40％，V含量控制在0.001～0.10％，從而有效提高盤條強(qiáng)度及其它機(jī)械性能，防止心部馬氏體的形成，并降低成本，且實踐結(jié)果確切表明，由上述含量的組分構(gòu)成的高碳鋼盤條，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到1200兆帕以上，面收縮率可達(dá)到35％以上。

為制備上述高碳鋼盤條，《高碳鋼盤條及其制備方法》采用了包含冶煉、鑄造、軋制和斯太爾摩控冷等工序的工藝。在冶煉工序中，主要選用優(yōu)質(zhì)廢鋼和鐵水為原料進(jìn)行電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉，其中鐵水比率可根據(jù)生產(chǎn)情況和市場行情調(diào)整，以降低生產(chǎn)成本，熔煉完成后，采用鋼包精煉爐法進(jìn)行精煉，并在精煉后期脫氧完成后添加V、Cr等合金元素，最后添加Ti，以提高合金收得率，其后采取方坯連鑄工藝，降低拉坯速率，并在結(jié)晶器和連鑄末端的合適位置使用電磁攪拌，以進(jìn)一步減少中心偏析。在軋制工序中，為確保Cr₃C₂的充分溶解，可將加熱溫度和開軋溫度適當(dāng)提高20℃左右，即將開軋溫度控制在1000～1100℃之間，吐絲溫度控制在870～930℃。同時，對于斯太爾摩控冷工藝，相變前采用快速冷卻，以減少網(wǎng)狀滲碳體的生成，并形成細(xì)小的組織結(jié)構(gòu)，相變后期采用較慢的冷卻速率，以抑制馬氏體的生成，并減少殘余應(yīng)力。該制備工藝是對常規(guī)的SWRH82B等材料的制備工藝進(jìn)行調(diào)整而得，幾乎不會增加生產(chǎn)成本，且所需操作人員、工時、設(shè)備等亦大致相同，但生產(chǎn)所得高碳鋼盤條的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于2009年9月前已有SWRH82B等材料。

高碳鋼盤條及其制備方法改善效果

與2009年9月前已有技術(shù)相比，《高碳鋼盤條及其制備方法》的有益效果在于：該高碳鋼盤條機(jī)械性能優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度在1200兆帕以上，面收縮率在35％以上，合金元素較少，可廣泛應(yīng)用于各種鋼絲生產(chǎn)工藝，且該高碳鋼盤條的制備工藝僅是對2009年9月前已有高碳鋼盤條的生產(chǎn)工藝進(jìn)行小幅度調(diào)整而得，幾乎不會增加任何生產(chǎn)成本。

江蘇省沙鋼集團(tuán)采用如下工藝進(jìn)行高碳鋼盤條的生產(chǎn)，該工藝包括依次進(jìn)行的冶煉工序、鑄造工序、軋制工序和控冷工序。其中，在冶煉工序中，主要選用優(yōu)質(zhì)廢鋼和鐵水為原料進(jìn)行電爐或轉(zhuǎn)爐熔煉，其中鐵水比率可根據(jù)生產(chǎn)情況和市場行情調(diào)整，以降低生產(chǎn)成本，熔煉完成后，采用鋼包精煉爐法進(jìn)行精煉，并在精煉后期脫氧完成后添加V、Cr等合金元素，最后添加Ti，以提高合金收得率，精煉過程中溫度控制在1490～1550℃，精煉渣二元堿度控制在2.5～3.0，白渣時間控制在15分鐘以上，精煉出鋼溫度為1530±10℃。精煉后采取方坯連鑄工藝，降低拉坯速率，并在結(jié)晶器和連鑄末端的合適位置使用電磁攪拌等，以進(jìn)一步減少中心偏析，連鑄過程澆注溫度為1490℃，過熱度為30℃，目標(biāo)拉速為2.7米/秒，結(jié)晶器液面波動控制在±3毫米之間，結(jié)晶器電磁攪拌電流為350安，頻率為4赫茲，末端電磁攪拌為400安，頻率為18赫茲。在軋制工序中，為確保Cr₃C₂的充分溶解，可將加熱溫度和開軋溫度適當(dāng)提高20℃左右，即將開軋溫度控制在1000～1100℃之間，吐絲溫度控制在870～930℃。同時，對于斯太爾摩控冷工藝，相變前采用快速冷卻，以減少網(wǎng)狀滲碳體的生成，并形成細(xì)小的組織結(jié)構(gòu)，相變后期采用較慢的冷卻速率，以抑制馬氏體的生成，并減少殘余應(yīng)力。以13毫米盤條為例，斯太爾摩上各段的輥道速率可分別控制在1.100、1.210、1.331、1.464、1.391、1.252、1.252、1.252、1.252、1.001、0.851和1.000米/秒，亦即，相變前及相變前期盡可能提高輥道速率，以降低堆積密度，實現(xiàn)快速冷卻，相變后期降低輥道速率，以實現(xiàn)緩冷；而對應(yīng)輥道速率，還設(shè)定了與之配合的風(fēng)機(jī)風(fēng)量，使相變前及相變前期風(fēng)機(jī)開100％，實現(xiàn)快速冷卻，相變后期風(fēng)機(jī)開在50％以下，以實現(xiàn)緩冷。在此控冷工藝下在線測量的斯太爾摩冷卻曲線如圖1所示。表1列出的是部分根據(jù)上述工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品的化學(xué)成分。如圖2～3所示，金相檢測（500倍）及掃描電鏡測試結(jié)果表明，該等產(chǎn)品基本組織為細(xì)片狀珠光體（即索氏體），其索氏體化率在93.3％以上（較之普通的SWRH82B高3％左右），片層間距為100～200納米，除此之外產(chǎn)品組織中還含有少量的片層狀珠光體和先共析鐵素體，各類夾雜物都控制在1級以內(nèi)，同時，組織中心部馬氏體、網(wǎng)狀碳化物、表面質(zhì)量、晶粒度等其它檢測項目也完全符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和日本JIS標(biāo)準(zhǔn)。該等產(chǎn)品的力學(xué)性能試驗結(jié)果如表2所示，即，產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度在1200兆帕以上，面縮率在35％以上，無論是強(qiáng)度還是塑性，都普遍高于普通的SWRH82B產(chǎn)品。

《高碳鋼盤條及其制備方法》的高碳鋼盤條機(jī)械性能優(yōu)良，抗拉強(qiáng)度在1200兆帕以上，面收縮率在35％以上，合金元素較少，成本低，可廣泛應(yīng)用于各種鋼絲生產(chǎn)工藝，且該高碳鋼盤條的制備工藝僅是對2009年9月前已有高碳鋼盤條的生產(chǎn)工藝進(jìn)行小幅度調(diào)整而得，其幾乎不會增加任何生產(chǎn)成本。

2013年，《高碳鋼盤條及其制備方法》獲得第八屆江蘇省專利項目獎優(yōu)秀獎。

碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%左右的高碳鋼盤條具有很高的強(qiáng)度，由于該盤條要直接經(jīng)過多道次連續(xù)冷拔深加工，盤條的斷面收縮率是非常重要的指標(biāo)。在生產(chǎn)和用戶檢驗的過程中，出現(xiàn)當(dāng)天生產(chǎn)的盤條，檢驗斷面收縮率較低，擱置數(shù)天后斷面收縮率會有大幅度的提高。即產(chǎn)生盤條斷面收縮率的時效現(xiàn)象。

1.高碳鋼大規(guī)格盤條的斷面收縮率時效現(xiàn)象是盤條中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化導(dǎo)致拉伸或拉拔過程中形成氫富集進(jìn)而造成解理斷裂面和二次裂紋所致。氫的逃逸速度直接影響時效過程中盤條的斷面收縮率提高。

2.其他可以產(chǎn)生近程擴(kuò)散的原子濃度（C，N，O）不是斷面收縮率時效現(xiàn)象的直接原因。

3.振動時效不能提高斷面收縮率。殘余應(yīng)力對斷面收縮率的影響可以忽略 。

《中華人民共和國黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):高碳鋼盤條索氏體含量金相檢測方法(YB/T 169-2000)》由中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。