CN103834848A

CN103834848A - 一种含硼预应力钢丝和钢绞线用钢及其冶炼工艺

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Publication number: CN103834848A
Application number: CN201410099154.0A
Authority: CN
Inventors: 叶玉奎; 仝太钦; 冷永磊; 孙光涛; 张正林; 桂仲林
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Current assignee: Zenith Steel Group Co Ltd
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: CN103834848B

Abstract

本发明属于冶炼技术领域，具体来说涉及一种含硼预应力钢丝和钢绞线用钢的冶炼工艺。采用原料铁水、废钢和生铁；在转炉冶炼过程中，加入渣料，并实行高拉补吹操作，终点C控制在0.4%以上，终点P控制0.015%以下；转炉出钢时随钢流依次加入脱氧材料碳化硅、石灰和合金；精炼过程采用碳化硅进行渣面脱氧，目标精炼终渣碱度1.7；精炼出站后，钢包底软吹氩；连铸时，结晶器使用西保专用高碳钢保护渣；结晶器使用电磁搅拌，采用低过热度浇铸，二冷采用强冷，使用未端电磁搅拌。通过本发明冶炼的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢，能够保证化学成分合格，且母材在拉拔和捻制时能够有效减少因铸坯表面遗传缺陷、夹杂物和碳偏析引起的断裂次数。

Description

一种含硼预应力钢丝和钢绞线用钢及其冶炼工艺

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，具体来说涉及一种预应力钢材及其制备方法。

背景技术

高强度低松弛预应力混凝土结构用钢丝和钢绞线是高效能钢材，广泛用于高层建筑、大跨度桥梁、石油化工和铁路等工程领域，具有高强度、高韧性、低松驰、耐腐蚀等性能，属于高科技含量、高附加值的硬线产品。

目前市场上1860级预应力混凝土结构用钢丝和钢绞线的使用量最大，生产此类产品的主要原料是Φ11～13mm的热轧盘条经过拉拔、捻制成为预应力钢丝和钢绞线。由于用户在生产前不再对盘条进行铅浴处理，而使用高速度和自动化设备进行连续拉拔，并要求获得良好力学性能的最终产品，因而盘条应具有高精度尺寸、稳定的化学成分、纯净的钢质、良好的力学性能以及索氏体化率达到80～85%以上的金相组织。

由上可见，对预应力钢丝和钢绞线用钢的生产要求相当苛刻，在炼钢方面的冶炼生产工艺有以下几个方面的要点：（1）严格控制化学成分，使成分波动范围窄，同时进行微合金化处理。化学成分控制是影响母材力学性能的重要因素之一，由于盘条规格较大，生产实践中会加入少量Cr和B元素进行微合金化处理，一方面提高盘条淬透性，另一方面细化晶粒。但是加入B元素后，易引起铸坯表面裂纹。（2）保证钢水洁净度，减少大颗粒夹杂物和有害气体含量。母材中较大脆性夹杂会引起盘条拉拔断裂，因此，通过合适的炉外精炼工艺和炉渣化合物组成，在促进内生夹杂物上浮和吸附的同时，提高夹杂物塑性变形能力；连铸过程保护浇铸，减少有害气体的吸入，注意结晶器工艺操作，避免卷渣引起较大外生夹杂物。（3）控制铸坯中心碳偏析。研究表明，铸坯中心严重碳偏析会造成盘条心部出现网状渗碳体或马氏体脆性组织，盘条在拉拔和捻制过程中易断裂。

衡量预应力钢丝和钢绞线用钢质量的重要指标有两个方面，一是最终成品的各项力学性能符合要求。这条目前比较容易满足，控制好化学成分和轧制冷却制度就可以实现。二是减少或避免母材在拉拔和捻制过程中的断裂。母材在生产过程中的断裂会直接影响生产效率、生产成本和成品质量，对于炼钢方面来说，控制钢中夹杂物、铸坯表面质量、中心碳偏析是影响母材断裂的三大关键因素，也是目前各个生产产家遇到的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明针对含硼预应力钢丝和钢绞线用钢提供了一种冶炼工艺，保证化学成分合格，并尽最大可能减少钢中夹杂物，提高钢材纯净度；保证铸坯表面质量，减少盘条表面缺陷；尽可能降低铸坯中心碳偏析，避免轧材中心因碳偏析引起的网状渗碳体和马氏体，最终达到含硼预应力钢丝和钢绞线用钢盘条在满足力学性能的同时，减少甚至杜绝盘条在拉拔、捻制过程中出现断裂的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明提供了一种含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，包括加原料、转炉冶炼、精炼和连铸等生产步骤，具体操作如下：

（1）转炉中加入原料铁水、废钢和生铁，

铁水要求：Si：0.20～0.80%（元素含量均为质量分数，下同）、P≤0.12%、S≤0.035%，温度T≥1280℃，

废钢占原料总量的比重10%～15%，生铁占原料总量的比重为3%～10%，原料总装入量稳定在130～140t/炉；

（2）在转炉冶炼过程中，加入渣料8～10t/炉，并实行高拉补吹操作，转炉出钢终点C控制在0.4%以上，终点P控制0.015%以下，出钢温度在1620℃～1660℃，冶炼周期为28—32分钟，高拉补吹操作中，后吹次数不大于1次，出钢1/4时随钢流依次加入碳化硅、合金和石灰，出钢时间控制4～5分钟，合金量尽可能一次加足，精炼补加合金量应小于合金总量的10%，并且，出钢过程中严禁下渣，

上述的渣料为石灰、白云石或镁球，

上述出钢1/4时随钢流依次加入碳化硅、合金和石灰，合金和石灰，合金为硅锰、高碳锰铁和高碳铬铁，并且加入量为：碳化硅200～260kg/炉、硅锰8.5～9.0kg/t、高碳锰铁1.2～1.7kg/t、高碳铬铁4.8～5.2kg/t和石灰600～800kg/炉，

作为优选：出钢时，钢包不使用含铝钢周转使用过的钢包，防止钢包中增铝，另外小修状态以上的钢包第一次不得使用于本发明中的钢种；

（3）精炼过程采用碳化硅进行渣面脱氧，如有需要可加入少量电石进行脱氧，禁止使用含铝类脱氧材料。精炼视渣况分批加入石灰和适量萤石,精炼渣目标碱度1.5—2.0，精炼全程底吹氩搅拌，压力0.8～1.0MPa，流量200～250/min，出精炼位前6分钟，加入硼铁18—22kg/炉，精炼出站后，进行钢包底软吹氩操作，

作为优选：碳化硅加入量为240kg/炉，精炼渣目标碱度控制为1.7，精炼时间≥35分钟，白渣时间≥20分钟，精炼出站后，钢包底软吹氩≥15分钟，氩气压力适当（0.8～1.0MPa），避免钢水出现大翻，软吹时不喂入硅钙线，

精炼终渣主要为CaO和SiO₂二元渣系，使夹杂物的组成和终渣的成分基本一致，具体精炼终渣化合物组成见表1所示；

表1SWRH82B-B精炼终渣组成%

CaO

SiO2

Al2O3

MgO

MnO

FeO

R

50.1～58.6

27.1～34.0

3.3～6.4

2.6～5.6

0.1～0.8

0.3～1.3

1.5～2.0

（4）连铸全程注意保护浇注，钢包到中间包长水口氩封保护，中间包上水口内装，中包使用碱性覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖，结晶器采用非正弦振动，并使用低熔点和低粘度的保护渣，

结晶器采用非正弦振动，频率100±40Hz，偏斜率15%，振幅±3mm；结晶器使用西保专用低溶点、低粘度（熔点1020—1040℃，粘度小于0.3(Pa.s/1300℃)）高碳钢保护渣，浸入式水口***深度100～120mm，水口使用时间6～7小时更换；

（5）连浇炉次实行低过热度浇铸，过热度控制20～30℃，拉速为1.70～1.80m/min，二冷采用强冷模式，结晶器采用电磁搅拌，并且使用末端电磁搅拌，

连浇炉次过热度控制20～30℃，拉速1.75±0.05m/min，连铸过程基本实现“恒拉速”浇注，防止结晶器卷渣，

结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流范围210～230A，频率范围3～5HZ，采用连续搅拌模式；使用末端电磁搅拌，末搅安装铸流位置7.0～7.5m，搅拌电流范围330～350A，频率范围6～8HZ，采用连续搅拌模式，

二冷采用强冷模式，比水量0.8—1.0L/kg，足辊段为全水冷却，二冷其它3段为气雾冷却，且保证矫直段温度大于960℃。

本发明的有益效果在于：

通过本发明冶炼的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢，能够保证化学成分合格，且母材在拉拔和捻制时能够有效减少因铸坯表面遗传缺陷、夹杂物和碳偏析引起的断裂次数，主要有以下三个关键控制点：（1）促进钢水中大颗粒夹杂物上浮和提高夹杂物变性能力。冶炼全过程中采用硅、锰脱氧，不使用含铝的材料脱氧，尽可能不加含钙类脱氧剂，如电石；精炼出站后软吹时间不少于15min，软吹时不喂入硅钙线、钙线等夹杂物变质剂，精炼终渣碱度控制在1.70左右。（2）良好的铸坯表面质量，无裂纹、二次凝固形成的渣沟等缺陷。（3）合理的连铸工艺，严格控制铸坯中心碳偏析指数小于1.20。

附图说明

附图1：实施例部分，进行碳偏析检测时的取点位置。

具体实施方式

实施例1（炉号813100030）

（1）转炉中加入原料铁水、废钢和生铁，其中，铁水要求：Si：0.5%、P：0.1%、S：0.020，温度T=1300℃，废钢占原料总量的比重为10%；生铁占原料总量的比重为5%；原料总装入量稳定在140t/炉；

（2）在转炉冶炼过程中，加入渣料白云石10t/炉，并实行高拉补吹操作，后吹次数为1次；

出钢，转炉出钢终点C控制在0.4%，终点P控制0.015%，转炉出钢温度控制在1660℃，出钢1/4时随钢流依次加入（以原料的量为基础）碳化硅240kg/炉、硅锰合金8.8kg/t、高碳锰铁1.5kg/t、高碳铬铁5.0kg/t和600kg/炉石灰，出钢时间为5分钟，并且，出钢过程中严禁下渣；

（3）精炼过程采用碳化硅进行渣面脱氧，加入量为240kg/炉，目标精炼终渣碱度1.7，精炼全程底吹氩搅拌，压力0.8MPa，流量200/min，出精炼位前6分钟，加入硼铁20kg/炉，精炼出站后，进行钢包底软吹氩操作，

精炼时间45分钟，白渣时间25分钟，精炼出站后，钢包底软吹氩20分钟，氩气压力适当（0.8MPa），避免钢水出现大翻，软吹时不喂入硅钙线或钙线；

（4）连铸时，从钢包到中间包使用全保护浇注，钢包到中间包水口氩封保护，中间包上水口内装或整体式水口，使用碱性覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖，

结晶器使用西保专用高碳钢保护渣，（熔点1020℃，粘度小于0.3(Pa.s/1300℃)），浸入式水口***深度100mm，水口使用时间6小时更换，

结晶器采用非正弦振动，频率80Hz，偏斜率15%，振幅±3mm；

（5）连浇炉次过热度控制20℃，拉速1.70m/min，二冷采用强冷模式，比水量0.9L/kg，足辊段为全水冷却，二冷其它3段为气雾冷却；结晶器采用电磁搅拌，搅拌参数220A/4HZ，连续搅拌模式；采用末端电磁搅拌，末搅安装铸流位置7.3m，搅拌参数350A/8HZ，连续搅拌模式。

实施例2（炉号813100031）

（1）转炉中加入原料铁水、废钢和生铁，其中，铁水要求：Si：0.7%、P：0.11%、S：0.030，其余操作与实施例1相同。

实施例3（炉号813100032）

（1）转炉中加入原料铁水、废钢和生铁，其中，铁水要求：Si：0.8%、P：0.12%、S：0.025，其余操作与实施例1相同。

实施例4（炉号813100033）

步骤（2）中，转炉冶炼过程中，加入的渣料为石灰8t/炉，其余操作与实施例1相同。

实施例5（炉号813100034）

步骤（1）中铁水温度为1280℃，其余操作与实施例1相同。

实施例6（炉号813100035）

步骤（2）中，转炉冶炼过程中，加入的渣料为镁球9t/炉，其余操作与实施例1相同。

实施例7（炉号813100036）

步骤（2）中，转炉出钢温度为1620℃，其余操作与实施例1相同。

实施例8（炉号813100037）

步骤（2）中，出钢时间控制4分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例9（炉号813100038）

步骤（2）中，出钢时间控制4.5分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例10（炉号813100039）

步骤（3）中，精炼时间35分钟，白渣时间20分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例11（炉号813100040）

步骤（3）中，精炼时间50分钟，白渣时间20分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例12（炉号813100041）

步骤（3）中，精炼时间60分钟，白渣时间30分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例13（炉号813100042）

步骤（1）中，铁水要求：Si：0.45%、P：0.08%、S：0.025；步骤（3）中，精炼时间50分钟，白渣时间30分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例14（炉号813100043）

步骤（2）中，转炉出钢温度为1650℃；步骤（3）中，精炼时间35分钟，白渣时间35分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例15（炉号813100044）

步骤（2）中，转炉出钢温度为1630℃；步骤（2）中，出钢时间控制4分钟；步骤（3）中，精炼时间40分钟，白渣时间25分钟，其余操作与实施例1相同。

实施例1—15所制得的SWRH82B-B的成品化学成分、气体含量分别见表2和表3所示：

表2SWRH82B-B成品化学成分

炉号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Al	As	B
												813100030	0.82	0.23	0.76	0.015	0.009	0.22	0.01	0.01	0.003	0.003	0.0021
813100031	0.81	0.26	0.75	0.016	0.015	0.25	0.01	0.01	0.002	0.003	0.0018
												813100032	0.83	0.24	0.73	0.014	0.012	0.29	0.01	0.01	0.003	0.003	0.0020
813100033	0.84	0.27	0.76	0.014	0.014	0.30	0.01	0.01	0.003	0.003	0.0020
												813100034	0.83	0.27	0.76	0.015	0.014	0.31	0.01	0.01	0.003	0.003	0.0021
813100035	0.80	0.22	0.71	0.012	0.011	0.29	0.01	0.01	0.002	0.004	0.0022
												813100036	0.81	0.26	0.75	0.012	0.008	0.32	0.01	0.01	0.003	0.003	0.0024
813100037	0.80	0.24	0.75	0.011	0.009	0.30	0.01	0.01	0.003	0.003	0.0021
												813100038	0.82	0.26	0.76	0.013	0.011	0.33	0.01	0.01	0.002	0.003	0.0024
813100039	0.81	0.24	0.74	0.014	0.014	0.32	0.01	0.01	0.005	0.002	0.0020
												813100040	0.81	0.26	0.74	0.012	0.009	0.30	0.01	0.01	0.005	0.002	0.0024
813100041	0.84	0.27	0.73	0.012	0.010	0.32	0.01	0.01	0.004	0.002	0.0022
												813100042	0.80	0.24	0.73	0.016	0.007	0.33	0.01	0.01	0.004	0.003	0.0021
813100043	0.80	0.25	0.75	0.015	0.010	0.32	0.00	0.01	0.001	0.003	0.0019
												813100044	0.81	0.24	0.74	0.013	0.010	0.32	0.01	0.01	0.003	0.003	0.0021

表3SWRH82B-B气体含量

碳偏析指数见表4所示，碳偏析采用Φ5mm钻头取点钻屑，取点位置如图1所示，然后使用碳硫仪进行碳含量分析。

表4SWRH82B-B铸坯中心碳偏析指数

铸坯号	过热度	拉速	中心碳偏析指数
				813100030-2	28	1.81	1.13
813100031-4	29	1.71	1.19
				813100032-5	28	1.74	1.16
813100033-7	25	1.76	1.10
				813100034-9	25	1.79	1.08

Claims

1.一种含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：该工艺包括转炉冶炼、精炼和连铸，具体操作如下：

（1）向转炉中加入原料铁水、废钢和生铁，废钢占原料总量的比重为10%～15%，原料总装入量稳定在130～140t/炉；

（2）在转炉冶炼过程中，加入渣料，并实行高拉补吹操作，转炉出钢终点C控制在0.4%以上，终点P控制0.015%以下，出钢温度范围控制在1620～1660℃；转炉出钢时随钢流依次加入碳化硅、合金和石灰，合金为硅锰、高碳锰铁和高碳铬铁，并且，出钢过程中严禁下渣；

（3）精炼过程采用碳化硅进行渣面脱氧，目标精炼终渣碱度1.5～2.0，精炼全程底吹氩搅拌，出精炼位前，加入硼铁，精炼出站后，进行钢包底软吹氩操作；

（4）连铸全程注意保护浇注，钢包到中间包长水口氩封保护，中间包上水口内装，中包使用碱性覆盖剂和碳化稻壳双层覆盖，结晶器采用非正弦振动，并使用低熔点和低粘度的保护渣；

（5）连浇炉次实行低过热度浇铸，过热度控制20～30℃，拉速为1.70～1.80m/min，二冷采用强冷模式，结晶器采用电磁搅拌，并且使用末端电磁搅拌。

2.如权利要求1所述的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤（2）中，转炉出钢终点C控制在0.4%～0.70%；出钢时加入碳化硅200～260kg/炉、硅锰8.5～9.0kg/t、高碳锰铁1.2～1.7kg/t、高碳铬铁4.8～5.2kg/t和石灰600～800kg/炉。

3.如权利要求1所述的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤（3）中，目标精炼终渣碱度控制为1.7，精炼出位前6分钟，加入硼铁18～22kg/炉；精炼出站后，钢包底软吹氩大于15分钟，但不喂入硅钙线或钙线。

4.如权利要求1所述的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤（4）中，结晶器采用非正弦振动，频率100±40Hz，偏斜率15%，振幅±3mm；结晶器保护渣使用西保专用高碳钢保护渣，熔点为1020℃—1040℃，粘度小于0.3Pa.s；浸入式水口***深度100～120mm，水口使用时间6～7小时更换。

5.如权利要求1所述的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤（5）中，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流范围210～230A，频率范围3～5HZ，采用连续搅拌模式；使用末端电磁搅拌，末搅安装铸流位置7.0～7.5m，搅拌电流范围330～350A，频率范围6～8HZ，采用连续搅拌模式。

6.如权利要求1所述的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤（5）中，二冷采用强冷模式，比水量为0.8～1.0L/kg，足辊段为全水冷却，二冷为气雾冷却，且保证矫直段温度大于960℃。

7.如权利要求1所述的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的铁水要求Si含量为0.20～0.80%、P含量≤0.12%、S含量≤0.035%。

8.如权利要求1所述的含硼预应力钢丝和钢绞线用钢冶炼工艺，其特征在于：步骤（2）中，所述的渣料为石灰、白云石或镁球。