專利名稱：超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條，適用于生產(chǎn)超高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線、鍍鋅鋼絞線以及鍍鋅鋼絲系列產(chǎn)品，屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高碳鋼線材主要用于生產(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、琴鋼絲等產(chǎn)品，在鋼絲生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)高碳鋼盤(pán)條進(jìn)行多道次拉拔，減面率達(dá)64 96%，因此，對(duì)原始盤(pán)條的強(qiáng)度、面縮率、伸長(zhǎng)率、表面質(zhì)量、純凈度等均有很高的要求。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線以1860ΜΙ^級(jí)產(chǎn)品為主，所用材料主要是日標(biāo)JIS G3506-2004中的SWRH82B，規(guī)格以11 13mm為主，盤(pán)條強(qiáng)度為1150 1200MPa。高強(qiáng)度、大規(guī)格是近期該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。與市場(chǎng)主流的1860MI^級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絞線相比，2100MI^級(jí)鋼絞線不僅具有更大的承載能力，還可以減少材料用量13%，簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，減少施工成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。提高原始盤(pán)條強(qiáng)度是獲得超高強(qiáng)度鋼絞線的最佳途徑，可以避免增大減面率引起的塑性損失。而提高盤(pán)條強(qiáng)度主要有兩種途徑強(qiáng)冷與微合金化。強(qiáng)冷可細(xì)分為離線熱處理和在線強(qiáng)冷。離線熱處理的代表工藝是鉛浴淬火，將奧氏體化加熱后的盤(pán)條直接放入 550°C左右的熔融鉛液中，使盤(pán)條快速冷卻至相變溫度，并發(fā)生等溫相變，所得盤(pán)條具有組織均勻、珠光體片曾細(xì)小、強(qiáng)度高、塑性好等優(yōu)點(diǎn)，但由于嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，目前已很少用于盤(pán)條的熱處理。在線熱處理的代表技術(shù)是新日鐵公司開(kāi)發(fā)的在線鹽浴淬火工藝，在線材生產(chǎn)過(guò)程中，將吐絲后的盤(pán)條直接導(dǎo)入550 600°C的熔融鹽熔液中實(shí)現(xiàn)等溫相變，獲得了很好的效果，有效提高了盤(pán)條的均勻性和綜合性能；最近，鞍鋼開(kāi)發(fā)出了在線水浴冷卻設(shè)備，并初步應(yīng)用于線材生產(chǎn)，該技術(shù)使用水溶液作冷卻介質(zhì)，環(huán)保又廉價(jià)，有望在更大范圍內(nèi)得到推廣。微合金化是應(yīng)用更廣泛的一種盤(pán)條強(qiáng)化方法，主要利用微合金元素的析出強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化，達(dá)到細(xì)化珠光體片層結(jié)構(gòu)、提高強(qiáng)度與塑性的目的，高碳鋼中常用的微合金元素有V、Al、Cr、Si、Ti等。析出強(qiáng)化時(shí)，合金元素與鋼中的碳氮結(jié)合，形成納米級(jí)的碳氮化物， 起到釘扎晶界、細(xì)化奧氏體晶粒的作用；固溶強(qiáng)化時(shí)，合金元素融入鐵素體或滲碳體中，造成晶格畸變，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使滑移難以進(jìn)行，從而提高鋼材強(qiáng)度?，F(xiàn)有高碳鋼盤(pán)條的微合金元素主要采用V、A1和Cr，對(duì)于小方坯連鑄，Al容易引起水口結(jié)瘤，影響正常生產(chǎn)，電爐冶煉過(guò)程中增氮比較嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條，其特征在于，該盤(pán)條包含的組分及其重量比為基本成分C0. 84 0. 90 %, Si 0. 70 1. 20 %, Mn 0. 60 0. 80 %, P 彡 0. 020%,S ^ 0. 020%,V 0. 05 0. 09%,Ti :0. 01 0. 05%,Cr :0. 15 0. 35%,Cu 0. 04 0. 20%, Ni 0. 01 0. 05%, 0 < 20ppm, N :40 70ppm ；可選擇成分A1 :0. 01 0. 05%，Ca :3 20ppm，B 5 20ppm 以及 Mg < 5ppm 中的任意一種或兩種以上的組合；以及余量的鐵和雜質(zhì)。以下具體說(shuō)明各元素的作用及原理釩鈦復(fù)合微合金化是本發(fā)明的重要特征，在高碳鋼中，V是重要的微合金化元素， 能夠推遲珠光體轉(zhuǎn)變，降低相變溫度，而且V在奧氏體中的固溶度適中，強(qiáng)化效果明顯。但 V很容易和鋼中的自由氮結(jié)合，形成VN，削弱V的作用。加入適量的Ti可以固定自由N，形成細(xì)小的TiN顆粒，細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品性能。此外，(Ti，V)C顆粒優(yōu)先在奧氏體晶界上析出，消耗了部分晶界能，能夠有效減少晶界滲碳體的析出，防止形成網(wǎng)狀滲碳體。 C是鋼材中最基本的強(qiáng)化元素，C含量每增加0. 01 %，盤(pán)條強(qiáng)度約增加lOMPa，但過(guò)量的C會(huì)促進(jìn)中心偏析處先共析滲碳體的析出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成網(wǎng)狀滲碳體，降低盤(pán)條的塑性，造成拉拔斷絲。因此，本發(fā)明中C含量的范圍選為0. 84 0. 90%。Si是鐵素體強(qiáng)化元素，能夠通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鐵素體的強(qiáng)度，Si也是重要的脫氧劑，有助于降低鋼中的氧含量，減少夾雜物。此外，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(guò)程中發(fā)生分解，提高加工過(guò)程中的熱穩(wěn)定性。但過(guò)多的Si會(huì)引起脫碳，促使?jié)B碳體石墨化，降低表面質(zhì)量和盤(pán)條塑性。因此，Si含量范圍選為 0. 70 1. 20%。Mn在鋼中主要用于增加鋼的強(qiáng)度，同時(shí)可以增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低相變溫度， 同時(shí)Mn能改變硫化物成分、減小S的有害作用，但如果Mn含量過(guò)高使得盤(pán)條的淬透性增加，容易造成盤(pán)條中淬火組織的出現(xiàn)，因此本發(fā)明中，Mn含量控制在0. 60 0. 80%。P在本發(fā)明鋼中會(huì)引起中心偏析，形成晶界偏聚，降低盤(pán)條塑性，P含量應(yīng)控制在 0. 020% 以內(nèi)。S除了容易引起中心偏析外，還會(huì)形成長(zhǎng)條形的MnS夾雜物，在冷變形過(guò)程中容易形成裂紋，降低扭轉(zhuǎn)性能，其含量應(yīng)控制在0. 020 %以內(nèi)。V是強(qiáng)碳化物形成元素，能夠抑制熱軋時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。V在相變初期易于奧氏體晶界上形成VC顆粒，降低了晶界上C元素的含量從而可以有效的抑制網(wǎng)狀滲碳體的產(chǎn)生；另外V在相變過(guò)程中會(huì)在珠光體中的鐵素體間析出，對(duì)盤(pán)條起到析出強(qiáng)化作用，有利于提高盤(pán)條的強(qiáng)度。V含量過(guò)高容易出現(xiàn)淬火組織，不利于組織控制。本發(fā)明中，V含量控制在 0. 05 0. 09%。Ti是強(qiáng)碳氮化物形成元素，能夠固定鋼中的自由氮，防止氮在拉絲升溫后產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效，另外Ti (C，N)可以抑制熱軋時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，Ti還可以起到脫氧作用。但過(guò)多的Ti容易使Ti (C，N)長(zhǎng)大，降低材料的塑性。本發(fā)明中，Ti含量控制在0.01 0.05%。Cr是碳化物生成元素，它在鋼中主要存在于滲碳體片層中通過(guò)置換作用形成合金滲碳體。Cr的添加提高了奧氏體的穩(wěn)定性，可以阻止熱軋時(shí)晶粒的長(zhǎng)大，另外Cr的添加使得鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線右移，在相同的冷速下可以細(xì)化珠光體片層間距。由于珠光體中合金滲碳體的存在，Cr的添加同樣有助于抑制鍍鋅鋼絲生成過(guò)程中鍍鋅時(shí)的滲碳體溶解， 減小鋼絲強(qiáng)度損失。但Cr含量過(guò)高容易出現(xiàn)淬火組織，不利于組織控制。綜合考慮產(chǎn)品性能與成本因素，本發(fā)明中，Cr含量控制在0. 15 0. 35%。
Cu有助于提高鋼絞線的耐腐蝕能力，但過(guò)多的Cu會(huì)引起材料的塑性下降，造成熱軋過(guò)程中的開(kāi)裂，本發(fā)明中，Cu含量控制在0. 04 0. 20%。Ni可以提高鋼絞線的塑性和耐腐蝕能力，但過(guò)多的M會(huì)提高淬透性，同時(shí)增加材料成本，本發(fā)明中，Ni含量控制在0.01 0. 05%。0含量過(guò)高會(huì)增加夾雜物含量，引起材料的塑性下降，其含量應(yīng)控制在20ppm以內(nèi)。N可以和鋼中的Ti結(jié)合形成TiN，抑制熱軋時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化組織結(jié)構(gòu)， 但過(guò)多的N會(huì)增大鋼的脆性，本發(fā)明中，N含量控制在40 70ppm。Al的加入主要是為了脫氧，另外多余的Al可以固定鋼中的自由氮，形成的AlN可以細(xì)化奧氏體晶粒，但Al超過(guò)一定量后容易造成小方坯連鑄過(guò)程中的水口結(jié)瘤，影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本發(fā)明中Al的控制范圍在0. 01 0. 05%。Ca有助于改善鋼中MnS夾雜物的形貌，降低其有害作用，同時(shí)有助于脫氧，此外Ca 還可以通過(guò)形成細(xì)小的氧化物，抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，但過(guò)多的Ca會(huì)使氧化物粗化。本發(fā)明中，Ca含量控制在3 20ppm。加入微量B可以抑制P在晶界的偏聚，增加盤(pán)條的塑性，同時(shí)可以抑制晶界鐵素體的形成。本發(fā)明中，B含量控制在5 20ppm。Mg可以和0形成細(xì)小的氧化物，抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，但過(guò)多的Mg 會(huì)使氧化物粗化，形成鎂鋁尖晶石，降低材料塑性。本發(fā)明中，Mg含量控制在5ppm以內(nèi)。本發(fā)明高碳鋼盤(pán)條的制備方法如下1)電爐冶煉時(shí)鐵水比控制在40 50%，出鋼量至1/4時(shí)開(kāi)始加入合金料；2)精煉合金及其加入順序?yàn)殄i鐵一硅鐵一鉻鐵一鈦鐵一釩鐵一硼鐵，精煉終渣二元堿度控制在3. 5左右；3)連鑄坯尺寸為140cmX140cmX16m，連鑄中間包過(guò)熱度控制在15 30°C，拉坯速率為2. 6 2. 7米/分鐘，結(jié)晶器和末端電磁攪拌電流分別為350安培和400安培，頻率分別為4赫茲和18赫茲；4)高線軋制時(shí)，吐絲溫度控制在880士 10°C ；5)斯太爾摩控冷采用快冷一保溫一緩冷工藝，珠光體相變前冷卻速率控制在 11 14°C /s，相變后冷速為1. 5 2. 50C /s。下面對(duì)該制備方法做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明采用“電爐冶煉+小方坯連鑄連軋”路線，屬于典型的短流程工藝。電爐冶煉原料中廢鋼占總重量的50 60%，廢鋼在使用前經(jīng)過(guò)挑選分類，必要時(shí)進(jìn)行干燥，以確保質(zhì)量；冶煉過(guò)程中采用泡沫渣操作，為降低P含量，將石灰分批加入，并采用流渣冶煉；終點(diǎn)碳含量大于0. 06%，以防止鋼水過(guò)氧化。出鋼進(jìn)行到1/4時(shí)開(kāi)始加入硅鐵和硅錳合金脫氧，并加入碳粉和造渣料，出鋼時(shí)防止大量下渣，出鋼過(guò)程中氬氣攪拌控制在0. 5 0. IMPa，根據(jù)出鋼量逐漸減小。精煉過(guò)程中進(jìn)行合金成分調(diào)整、夾雜物控制和目標(biāo)溫度控制。為保證脫硫效果，采用高堿度渣，終渣的二元堿度控制在3. 5左右，白渣時(shí)間不小于15分鐘；為確保合金成分的均勻性，在精煉結(jié)束前10分鐘停止加料；基本合金及其加入順序?yàn)殄i鐵一硅鐵一鉻鐵一鈦鐵一釩鐵一硼鐵，先充分脫氧，再添加容易氧化的合金元素，可以提高收得率與成分命中率；為控制鋼液氧化性，要求精煉終渣(FeO+MnO) ^ 1. Owt 精煉過(guò)程中，可根據(jù)成品成分的要求選擇加入鋁錠，選擇脫氧后加，可進(jìn)行深脫氧，提高收得率與命中率，選擇在鉻鐵前加，以確保形成的氧化鋁夾雜物有足夠的時(shí)間上??；精煉過(guò)程中，可根據(jù)成品成分的要求選擇加入硼鐵，選擇添加釩鐵后加硼鐵，是為了防止硼與鋼水中的自由氮結(jié)合形成氮化硼。精煉結(jié)束后喂硅鈣合金線，是為了調(diào)整夾雜物成分和形貌，增大其變形能力；喂入量要精確計(jì)算，防止元素超標(biāo)；7分鐘以上的軟攪拌時(shí)間有助于確保大型夾雜物充分上浮， 提高鋼液純凈度；為防止在軟攪拌時(shí)發(fā)生鋼液和空氣接觸造成氧化吸氮，氬氣壓力不應(yīng)超過(guò)0. 2MPa;精煉結(jié)束后可根據(jù)成品成分要求喂入鎂線，鋼液中的鎂可形成細(xì)小的夾雜物， 有助于細(xì)化奧氏體晶粒。連鑄小方坯橫截面尺寸為140cmX 140cm，長(zhǎng)16m ；連鑄中間包過(guò)熱度控制在15 30°C，以減小中心偏析；拉坯速率穩(wěn)定在2. 6 2. 7米/分鐘，以防止拉速波動(dòng)引起的卷渣和中心偏析的惡化；結(jié)晶器和末端電磁攪拌有助于減小方坯的中心偏析和中心疏松。高線軋制時(shí)，加熱爐溫度控制在1100 1150°C，可促進(jìn)中心偏析處的碳元素?cái)U(kuò)散，促進(jìn)合金碳化物溶解，使其在軋制過(guò)程中更好地起到細(xì)化晶粒的作用，同時(shí)又可以防止溫度過(guò)高引起的嚴(yán)重脫碳；開(kāi)軋溫度控制在1030 1070°C，精軋入口溫度低于1020°C，軋制速度根據(jù)成品規(guī)格變化，對(duì)13mm盤(pán)條，軋制速度為41m/s ；吐絲溫度為880士 10°C，與更高溫度吐絲相比，該溫度有利于提高塑性，減少先共析網(wǎng)狀滲碳體。斯太爾摩控冷采用快冷一保溫一緩冷工藝，珠光體相變前冷卻速率控制在11 14°C /s，相變后冷速為1. 5 2. 50C /s。是為了在相變前快速冷卻，以減少先共析網(wǎng)狀滲碳體，降低相變溫度以細(xì)化珠光體片層間距；在相變過(guò)程中減小溫度波動(dòng)，有利于提高盤(pán)條的均勻性；相變后期緩慢冷卻，可以促進(jìn)富集合金元素的中心偏析轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，防止形成芯部馬氏體，減少殘余應(yīng)力，縮短時(shí)效期。為實(shí)現(xiàn)上述目的，使用標(biāo)準(zhǔn)型模式，保溫罩全部開(kāi)啟；滾道傳輸速率控制在0. 7 1. 3米/秒，前快后慢；1 4號(hào)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為滿負(fù)荷的 100%，風(fēng)擋全開(kāi)，5 10號(hào)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為滿負(fù)荷的0 70%，其余風(fēng)機(jī)風(fēng)量為0，風(fēng)擋全關(guān)。本發(fā)明的超高強(qiáng)度鋼絞線用低合金高碳鋼盤(pán)條，直徑為11 15mm，抗拉強(qiáng)度Rm為 1330 1410MPa，平均為1380MPa，斷面收縮率Z彡32 %，斷后伸長(zhǎng)率A彡9 %。索氏體含量 ^ 90%，不應(yīng)有網(wǎng)狀滲碳體及其它異常組織；盤(pán)條夾雜物控制按照國(guó)標(biāo)GB/T 10561要求 A類彡2.0級(jí)，B類彡1.5級(jí)，C類彡1.5級(jí)，D類彡1. 5級(jí)。本發(fā)明的低合金高碳鋼盤(pán)條可用于2100MPa級(jí)超高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線、1960MPa級(jí)鍍鋅鋼絞線、以及1860MPa級(jí)鍍鋅鋼絲的生產(chǎn)。而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本較低，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
具體實(shí)施例方式下面用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但這些實(shí)施例絕非對(duì)本發(fā)明有任何限制。 本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的啟示下對(duì)本發(fā)明實(shí)施中所作的任何變動(dòng)都將落在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。在所有實(shí)施例中，V和Ti均為必要元素，它們的復(fù)合作用保證了最終高碳鋼盤(pán)條的組織和性能。實(shí)施例1根據(jù)上述工藝進(jìn)行了生產(chǎn)，實(shí)際檢驗(yàn)的盤(pán)條成品化學(xué)成分及其重量比為C :0. 87% ；Si 0. 91% ；Mn 0. 68 % ；P 0. 007% ；S 0. 003 % ；V 0. 075 % ；Ti 0. 038 % ；Cr 0. 19%;Cu :0. 12%;Ni :0. 05%；0 :15ppm ；N :60ppm ；Al :0. 018 ；Ca :8ppm。生產(chǎn)過(guò)程采用 “電爐冶煉+小方坯連鑄連軋”路線。冶煉過(guò)程使用100噸超高功率電爐，總裝料約110噸， 原料使用鐵水45噸，其余為經(jīng)過(guò)挑選分類的廢鋼；冶煉過(guò)程中采用泡沫渣操作，為降低P含量，將石灰分4批加入，并采用流渣冶煉；終點(diǎn)碳含量為0. 18%。出鋼進(jìn)行到1/4時(shí)開(kāi)始加入硅鐵和硅錳合金脫氧，并加入碳粉和造渣料，出鋼過(guò)程中氬氣攪拌控制在0. 5 0. IMPa, 根據(jù)出鋼量逐漸減小。精煉過(guò)程中終渣的二元堿度控制在3. 5左右，白渣時(shí)間超過(guò)15分鐘； 合金及其加入順序?yàn)殄i鐵一硅鐵一鉻鐵一鈦鐵一釩鐵，精煉終渣(FeO+MnO) ( 1. 0wt%。精煉結(jié)束后喂硅鈣合金線，軟攪拌時(shí)間為10分鐘，底吹氬氣壓力0. 15MPa。連鑄小方坯橫截面尺寸為140cmX140cm，長(zhǎng)16m ；連鑄中間包過(guò)熱度控制在15 25°C ；拉坯速率穩(wěn)定在2. 65 米/分鐘。高線軋制時(shí)，加熱爐溫度控制在1100 1150°C，開(kāi)軋溫度控制在1030 1070°C， 精軋入口溫度約990°C，成品規(guī)格為13mm，軋制速度為41m/s ；吐絲溫度為880°C。斯太爾摩控冷采用快冷一保溫一緩冷工藝，使用標(biāo)準(zhǔn)型模式，保溫罩全部開(kāi)啟；各段輥道速率按順序分別為 0. 88,0. 968,1. 114,1. 225,0. 98,0. 784,0. 784,0. 784,0. 784,0. 706,0. 741,0. 778m/ s, 16臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量按順序分別為滿負(fù)荷(19. 6萬(wàn)m3/h)的100%、100%、100%、100%、70%、 50%、50%、50%、50%、30%、0、0、0、0、0、0 ；1 10號(hào)風(fēng)擋全開(kāi)，11 16號(hào)風(fēng)擋全關(guān)。經(jīng)測(cè)定，珠光體相變前冷卻速率控制在11. 7°C /s，相變后冷速為2. 3°C /s。最終盤(pán)條直徑為13mm，抗拉強(qiáng)度Rm平均為1376MPa，斷面收縮率平均為36%，斷后伸長(zhǎng)率A >9%。定量金相檢驗(yàn)結(jié)果表明索氏體含量為95%，未觀察到網(wǎng)狀滲碳體，中心偏析處最大馬氏體尺寸小于20微米；盤(pán)條夾雜物等級(jí)為A類1. 0級(jí)，B類1. 0級(jí)，C類0級(jí)， D類0.5級(jí)。掃描電鏡分析結(jié)果表明索氏體片層間距平均為112納米，小于SWRH82B盤(pán)條。 某下游客戶用其生產(chǎn)15. 2mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，成品強(qiáng)度超過(guò)2100MPa，伸長(zhǎng)率超過(guò)4%，1000 小時(shí)應(yīng)力損失小于2%，其余指標(biāo)也完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)施例2根據(jù)上述工藝進(jìn)行了生產(chǎn)，實(shí)際檢驗(yàn)的盤(pán)條成品化學(xué)成分及其重量比為C :0. 86% ；Si 0. 86 % ；Mn 0. 70 % ；P 0. 006% ；S 0. 001 % ；V 0. 082 % ；Ti 0. 032 % ；
Cr 0. 20% ；Cu 0. 09% ；Ni :0.03% ；0 :16ppm ;N :55ppm ;B :13ppm。生產(chǎn)過(guò)程采用“電爐冶煉+小方坯連鑄連軋”路線。冶煉過(guò)程使用100噸超高功率電爐，總裝料約110噸，原料使用鐵水48噸，其余為經(jīng)過(guò)挑選分類的廢鋼；冶煉過(guò)程中采用泡沫渣操作，為降低P含量，將石灰分4批加入，并采用流渣冶煉；終點(diǎn)碳含量為0. 21%。出鋼進(jìn)行到1/4時(shí)開(kāi)始加入硅鐵和硅錳合金脫氧，并加入碳粉和造渣料，出鋼過(guò)程中氬氣攪拌控制在0. 5 0. IMPa，根據(jù)出鋼量逐漸減小。精煉過(guò)程中終渣的二元堿度控制在3. 5左右，白渣時(shí)間超過(guò)18分鐘；合金及其加入順序?yàn)殄i鐵一硅鐵一鉻鐵一鈦鐵一釩鐵一硼鐵，精煉終渣(FeO+MnO) ^ 1.0wt%o 精煉結(jié)束后喂硅鈣合金線，軟攪拌時(shí)間為15分鐘，底吹氬氣壓力0. 15MPa。連鑄小方坯橫截面尺寸為HOcmXHOcm，長(zhǎng)16m ；連鑄中間包過(guò)熱度控制在15 25°C ；拉坯速率穩(wěn)定在 2. 63米/分鐘。高線軋制時(shí)，加熱爐溫度控制在1100 1150°C，開(kāi)軋溫度控制在1030 1070°C， 精軋入口溫度約990°C，成品規(guī)格為13mm，軋制速度為41m/s ；吐絲溫度為880°C。斯太爾摩控冷采用快冷一保溫一緩冷工藝，使用標(biāo)準(zhǔn)型模式，保溫罩全部開(kāi)啟；各段輥道速率按順序分別為 0. 88,0. 968,1. 114,1. 225,0. 98,0. 784,0. 784,0. 784,0. 784,0. 706,0. 741,0. 778m/s，16臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量按順序分別為滿負(fù)荷(19. 6萬(wàn)m3/h)的100%、100%、100%、100%、70%、 50%、50%、50%、50%、30%、0、0、0、0、0、0 ；1 10號(hào)風(fēng)擋全開(kāi)，11 16號(hào)風(fēng)擋全關(guān)。經(jīng)測(cè)
定，珠光體相變前冷卻速率控制在11. 7°C /s，相變后冷速為2. 3°C /s。盤(pán)條直徑為13mm，抗拉強(qiáng)度Rm平均為1370MPa，斷面收縮率平均為37%，斷后伸長(zhǎng)率A > 9 %。定量金相檢驗(yàn)結(jié)果表明索氏體含量為96 %，未觀察到網(wǎng)狀滲碳體，中心偏析處最大馬氏體尺寸小于20微米；盤(pán)條夾雜物等級(jí)為A類1. 0級(jí)，B類0. 5級(jí)，C類0級(jí)，D 類0.5級(jí)。掃描電鏡分析結(jié)果表明索氏體片層間距平均為120納米。某下游客戶用其生產(chǎn) 7mm鍍鋅鋼絲，成品強(qiáng)度超過(guò)1860MPa，伸長(zhǎng)率超過(guò)4. 5%, 1000小時(shí)應(yīng)力損失小于2%，彎曲次數(shù)超過(guò)6次，其余指標(biāo)也完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)施例3根據(jù)上述工藝進(jìn)行了生產(chǎn)，實(shí)際檢驗(yàn)的盤(pán)條成品化學(xué)成分及其重量比為C :0. 88% ；Si 0. 98 % ； Mn 0. 75 % ；P 0. 010% ；S 0. 005 % ；V 0. 068 % ；Ti 0. 027 % ；
Cr 0. 22% ；Cu 0. 09% ；Ni :0. 04% ；0 :15ppm ；N :62ppm ；Ca :9ppm。生產(chǎn)過(guò)程采用“電爐冶煉+小方坯連鑄連軋”路線。冶煉過(guò)程使用100噸超高功率電爐，總裝料約110噸，原料使用鐵水52噸，其余為經(jīng)過(guò)挑選分類的廢鋼；冶煉過(guò)程中采用泡沫渣操作，為降低P含量，將石灰分4批加入，并采用流渣冶煉；終點(diǎn)碳含量為0. 15%。出鋼進(jìn)行到1/4時(shí)開(kāi)始加入硅鐵和硅錳合金脫氧，并加入碳粉和造渣料，出鋼過(guò)程中氬氣攪拌控制在0. 5 0. IMPa，根據(jù)出鋼量逐漸減小。精煉過(guò)程中終渣的二元堿度控制在3. 5左右，白渣時(shí)間超過(guò)18分鐘；合金及其加入順序?yàn)殄i鐵一硅鐵一鉻鐵一鈦鐵一釩鐵，精煉終渣(FeO+MnO) ( 1. 0wt%。精煉結(jié)束后喂硅鈣合金線，軟攪拌時(shí)間為12分鐘，底吹氬氣壓力0. 15MPa。連鑄小方坯橫截面尺寸為140cmX 140cm,長(zhǎng)16m ；連鑄中間包過(guò)熱度控制在15 25°C;拉坯速率穩(wěn)定在2. 65米 /分鐘。高線軋制時(shí)，加熱爐溫度控制在1100 1150°C，開(kāi)軋溫度控制在1030 1070°C， 精軋入口溫度約990°C，成品規(guī)格為13mm，軋制速度為41m/s ；吐絲溫度為880°C。斯太爾摩控冷采用快冷一保溫一緩冷工藝，使用標(biāo)準(zhǔn)型模式，保溫罩全部開(kāi)啟；各段輥道速率按順序分別為 0. 88,0. 968,1. 114,1. 225,0. 98,0. 784,0. 784,0. 784,0. 784,0. 706,0. 741,0. 778m/ s, 16臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量按順序分別為滿負(fù)荷(19. 6萬(wàn)m3/h)的100%、100%、100%、100%、70%、 50%、50%、50%、50%、30%、0、0、0、0、0、0 ；1 10號(hào)風(fēng)擋全開(kāi)，11 16號(hào)風(fēng)擋全關(guān)。經(jīng)測(cè)定，珠光體相變前冷卻速率控制在11. 7°C /s，相變后冷速為2. 3°C /s。盤(pán)條直徑為13mm，抗拉強(qiáng)度Rm平均為1385MPa，斷面收縮率平均為35%，斷后伸長(zhǎng)率A彡9%。定量金相檢驗(yàn)結(jié)果表明索氏體含量為96%，中心偏析處網(wǎng)狀滲碳體小于2級(jí)， 中心偏析處最大馬氏體尺寸小于15微米；盤(pán)條夾雜物等級(jí)為A類1. 5級(jí)，B類0. 5級(jí)，C類 0. 5級(jí)，D類0. 5級(jí)。某下游客戶用其生產(chǎn)15. 2mm鍍鋅鋼絞線，成品強(qiáng)度超過(guò)1960MPa，伸長(zhǎng)率超過(guò)4. 5%，1000小時(shí)應(yīng)力損失小于2 %，拉伸斷口單絲最小面縮率大于25%，其余指標(biāo)也完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)施例4根據(jù)上述工藝進(jìn)行了生產(chǎn)，實(shí)際檢驗(yàn)的盤(pán)條成品化學(xué)成分及其重量比為:C :0. 86% ；Si 0. 90% ；Mn 0. 71% ；P 0. 012% ；S 0. 06% ；V 0. 072% ；Ti 0. 033% ；Cr 0. 23%;Cu :0. ll%;Ni :0. 04%；0 :13ppm ；N :58ppm ；Al :0. 015 ；B :12ppm。生產(chǎn)過(guò)程采用“電爐冶煉+小方坯連鑄連軋”路線。冶煉過(guò)程使用100噸超高功率電爐，總裝料約110噸，原料使用鐵水47噸，其余為經(jīng)過(guò)挑選分類的廢鋼；冶煉過(guò)程中采用泡沫渣操作，為降低P含量，將石灰分4批加入，并采用流渣冶煉；終點(diǎn)碳含量為0. 19%。出鋼進(jìn)行到1/4時(shí)開(kāi)始加入硅鐵和硅錳合金脫氧，并加入碳粉和造渣料，出鋼過(guò)程中氬氣攪拌控制在0. 5 0. IMPa,根據(jù)出鋼量逐漸減小。精煉過(guò)程中終渣的二元堿度控制在3. 5左右，白渣時(shí)間超過(guò)18分鐘；合金及其加入順序?yàn)殄i鐵一硅鐵一鉻鐵一鈦鐵一釩鐵一硼鐵，精煉終渣(FeO+MnO) ^ 1.0wt%o 精煉結(jié)束后喂硅鈣合金線，軟攪拌時(shí)間為13分鐘，底吹氬氣壓力0. 15MPa。連鑄小方坯橫截面尺寸為HOcmXHOcm，長(zhǎng)16m ；連鑄中間包過(guò)熱度控制在15 25°C ；拉坯速率穩(wěn)定在 2. 63米/分鐘。高線軋制時(shí)，加熱爐溫度控制在1100 1150°C，開(kāi)軋溫度控制在1030 1070°C， 精軋入口溫度約990°C，成品規(guī)格為11mm，軋制速度為58m/s ；吐絲溫度為880°C。斯太爾摩控冷采用快冷一保溫一緩冷工藝，使用標(biāo)準(zhǔn)型模式，保溫罩全部開(kāi)啟；各段輥道速率按順序分別為 0. 88,0. 968,1. 114,1. 225,0. 98,0. 784,0. 784,0. 784,0. 784,0. 706,0. 741,0. 778m/ s, 16臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)量按順序分別為滿負(fù)荷(19. 6萬(wàn)m3/h)的100 %、100%、100%、60%、50%、 50%、50%、30%、30%、0、0、0、0、0、0、0 ；1 9號(hào)風(fēng)擋全開(kāi)，10 16號(hào)風(fēng)擋全關(guān)。經(jīng)測(cè)定， 珠光體相變前冷卻速率控制在12. 2V /s，相變后冷速為2. 40C /s。盤(pán)條直徑為11mm，抗拉強(qiáng)度Rm平均為1387MPa，斷面收縮率平均為37%，斷后伸長(zhǎng)率A > 9%。定量金相檢驗(yàn)結(jié)果表明盤(pán)條芯部索氏體含量為95%，中心偏析處網(wǎng)狀滲碳體小于1. 5級(jí)，中心偏析處最大馬氏體尺寸小于20微米；盤(pán)條夾雜物等級(jí)為A類1. 5級(jí)， B類0.5級(jí)，C類0.5級(jí)，D類0.5級(jí)。某下游客戶用其生產(chǎn)12. 7mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，強(qiáng)度超過(guò)2100MPa，伸長(zhǎng)率超過(guò)4%，1000小時(shí)應(yīng)力損失小于2%，其余指標(biāo)也完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
權(quán)利要求
1.一種超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條，其特征在于，該盤(pán)條包含的組分及其重量百分比含量分別為基本成分c :0. 84 0. 90%, Si 0. 70 1. 20%, Mn :0. 60 0. 80%, P 彡 0. 020%, S ^ 0. 020 %, V 0. 05 0. 09 %，Ti :0. 01 0. 05 %，Cr :0. 15 0. 35 %，Cu :0. 04 0. 20%, Ni 0. 01 0. 05%，0 < 20ppm, N :40 70ppm ；可選擇成分A1 :0. 01 0. 05%，Ca :3 20ppm，B 5 20ppm以及Mg < 5ppm中的任意一種或兩種以上的組合；以及余量的鐵和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條，其特征在于所述盤(pán)條的直徑為11 15mm，抗拉強(qiáng)度Rm為1330 1410MPa，平均為1380MPa，斷面收縮率 Z彡32%，斷后伸長(zhǎng)率A彡9%。
3.如權(quán)利要求1所述超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條的制備方法，包括依次進(jìn)行的電路冶煉、精煉、連鑄、軋制和冷卻工序，其特征在于1)在電爐冶煉工序中，鐵水比控制在40 50%，出鋼量至1/4時(shí)開(kāi)始加入合金料；2)在精煉工序中，精煉合金及其加入順序?yàn)殄i鐵一硅鐵一鉻鐵一鈦鐵一釩鐵一硼鐵， 精煉終渣二元堿度控制在3. 5 ；3)在連鑄工序中，連鑄坯尺寸為140cmX140cmX16m，連鑄中間包過(guò)熱度控制在15 30 0C，拉坯速率為2. 6 2. 7米/分鐘；4)在軋制工序中，高線軋制時(shí)，吐絲溫度為880士10°C ；5)在冷卻工序中，斯太爾摩控冷采用快冷一保溫一緩冷工藝，珠光體相變前冷卻速率控制在11 14°C /s，相變后冷速為1. 5 2. 50C /s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條在制備2100MI^級(jí)超高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線、1960MPa級(jí)鍍鋅鋼絞線以及1860MPa級(jí)鍍鋅鋼絲中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超高強(qiáng)度釩鈦復(fù)合微合金化高碳鋼盤(pán)條及其制備方法。該盤(pán)條系采用釩鈦復(fù)合微合金化工藝制成，其包含C、Si、Mn、P、S、V、Ti、Cr、Cu、Ni、O、N等基本成分，以及Al、Ca、B、Mg等可選擇成分，同時(shí)還包含余量的鐵和雜質(zhì)；其制備方法包括依次進(jìn)行的電路冶煉、精煉、連鑄、軋制和冷卻工序。本發(fā)明盤(pán)條的直徑為11～15mm，抗拉強(qiáng)度Rm為1330～1410MPa，平均為1380MPa，斷面收縮率Z≥32％。采用本發(fā)明低合金高碳鋼盤(pán)條生產(chǎn)15.2mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線的抗拉強(qiáng)度在2140MPa以上，15.2mm鍍鋅鋼絞線的抗拉強(qiáng)度在1960MPa以上，7mm鍍鋅鋼絲的抗拉強(qiáng)度在1860MPa以上。
文檔編號(hào)C21D8/06GK102352469SQ201110342720
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者李平, 王雷, 麻晗 申請(qǐng)人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司