CN104651724A

CN104651724A - 预应力钢绞线用盘条及其生产方法

Info

Publication number: CN104651724A
Application number: CN201510072430.9A
Authority: CN
Inventors: 闫卫兵; 姜碧涛; 沈俊杰; 李娜; 王海宾; 张玉海; 王建忠; 孙先焦; 曹新刚
Original assignee: Xuanhua Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Xuanhua Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2015-05-27

Abstract

本发明公开了一种预应力钢绞线用盘条及其生产方法，其包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、加热和控轧控冷工序，所述连铸工序中铸坯化学成分的重量配比为：C 0.78%～0.82%、Si 0.20%～0.25%、Mn 0.75%～0.80%、Cr 0.20%～0.25%、P≤0.012%、S≤0.010%、V 0.02%～0.03%；所述控轧控冷工序包括轧制、吐丝、冷却和集卷工序；所述轧制工序中，开轧温度1000±15℃，进精轧温度920℃～950℃；所述吐丝工序中，吐丝温度860℃～880℃。本方法在优化控制化学成分的基础上，通过调整和控制轧钢工艺来提高盘条索氏体化率、缩小索氏体片层间距、避免产生不良组织，实现盘条高强度、高塑性和低极差的特点，满足高拉拔速度下不断丝的使用要求，提高了拉拔速度，降低了断丝率，进而有些的提高了生产效率。

Description

预应力钢绞线用盘条及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种盘条的制造方法，尤其是一种预应力钢绞线用盘条的生产方法。

背景技术

预应力钢绞线是近年来国内高速发展的新材料，广泛应用于铁路工程、高层建筑、跨江斜拉大桥、悬索吊桥、水利设施、核电站穹顶、运动厂馆、海上平台等“大、高、重、特”重点建筑结构工程，产品应用广泛，市场前景较好。

SWRH82B具有良好的外形尺寸和表面质量，在金相组织、脱碳层和力学性能方面较优越，可用来制造高强度预应力钢绞线、镀锌钢绞线等，是金属制品行业深加工的重要原料。SWRH82B钢种是日本JIS标准规定的钢号，其特点是高碳、高强度，并要求有良好的强韧性配合，以满足用户对钢材冷拉拔性能的需要。

目前预应力钢绞线用盘条主要以SWRH82B为主，生产工艺采用的是传统工艺；直径为12.5mm，抗拉强度为1150MPa～1200MPa的预应力钢绞线用盘条在拉拔时，拉拔速度一般控制在4.0m/s，如果拉拔速度超过4.0m/s极容易造成拉拔断丝。

通过对大量拉拔断试样的检测分析和对铸坯低倍组织的检查，认为连铸坯的中心偏析、缩孔等缺陷是造成盘条拉拔尖锥状断口的主要原因。

预应力钢绞线用盘条轧后在斯太尔摩风冷线上进行冷却，盘条组织由奥氏体向珠光体转变。珠光体的机械性能主要取决于珠光体的片间距，共析钢珠光体的硬度和断裂强度均随片间距的缩小而增大。这是由于珠光体在受外力拉伸时，塑性变形基本上在铁素体内发生，渗碳体层则有阻止滑移的作用，滑移的最大距离就等于片间距。片间距越小，铁素体和渗碳体的相界面就越多，对位错运动的阻碍也就越大，即塑性变形抗力增大，因而硬度和强度都增高，片状珠光体的塑性也随片间距的减小而增大。因此，较细层片状珠光体具有更高的极限塑性，从而反映出有更大的断面收缩率。在线材制品中，一般希望高碳钢盘条具有相变温度较低的细珠光体组织，即索氏体组织。索氏体组织具有较高的强度和良好的塑性，加工性能优良。索氏体化率越高，盘条越适合拉拔，盘条索氏体组织片层间距大小是评价盘条组织的一个重要依据。

层片状珠光体的金相形态是铁素体和渗碳体交替排列成层片状组织。这种组织的粗细取决于珠光体的形成温度。过冷度越大，转变温度越低，珠光体越细。片状珠光体组织的粗细可由片间距来衡量，珠光体团中相邻两片渗碳体(或铁素体)之间的距离称为珠光体的片间距。片间距的大小主要取决于珠光体的形成温度，随着过冷度增大，奥氏体转变为珠光体的温度越低，则片间距越小。根据大量实验数据得出相变在600℃～650℃发生时，盘条得到索氏体组织，其片层间距在0.10～0.30μm之间，适于盘条拉拔。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高拉拔速度下不容易断丝的预应力钢绞线用盘条；本发明还公开了一种预应力钢绞线用盘条的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的钢种化学成分的重量配比为：C0.78％～0.82％、Si 0.20％～0.25％、Mn 0.75％～0.80％、Cr 0.20％～0.25％、P≤0.012％、S≤0.010％、V 0.02％～0.03％，余量为Fe。

本发明方法包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、加热和控轧控冷工序，所述连铸工序中铸坯化学成分的重量配比为：C 0.78％～0.82％、Si 0.20％～0.25％、Mn 0.75％～0.80％、Cr 0.20％～0.25％、P≤0.012％、S≤0.010％、V 0.02％～0.03％，余量为Fe；

所述控轧控冷工序包括轧制、吐丝、冷却和集卷工序；所述轧制工序中，开轧温度1000±15℃，进精轧温度920℃～950℃；所述吐丝工序中，吐丝温度860℃～880℃。

进一步的，本发明方法所述冷却工序采用斯太尔摩风冷线；

所述斯太尔摩风冷的风机风量为：1#～4#开90％、5#～10#开100％、11#开90％、12#～14#开100％；其中1#～4#风机风量为200000m³/b，5#～14#风机风量为154700m³/b。

更进一步的，本发明方法所述斯太尔摩风冷的风冷辊道速度以0.6m/s起步，后续各风冷辊道的速度以103％递增。

进一步的，本发明方法所述轧制工序中，3#轧机出口温度≥935℃。

进一步的，本发明方法所述吐丝工序中，吐丝时的拉拔速度为4.0～5.2m/s。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过适当降低钢中C含量，配以结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌及轻压下技术，降低铸坯碳偏析、缩孔等缺陷对盘条拉拔加工造成的危害；通过增加钢中Cr含量来弥补降低C含量带来的强度损失，同时增加微合金元素V含量，起到细化晶粒，提高盘条的强度和塑性综合力学性能指标；通过窄化学成分控制来缩小因成分波动造成的盘条性能极差的不足之处；具有索氏体化率高、索氏体片层间距小、综合力学性能好、高拉拔速度下不容易断丝的特点。

本发明在优化控制化学成分的基础上，通过调整和控制轧钢工艺来提高盘条索氏体化率、缩小索氏体片层间距、避免产生不良组织，最终实现预应力钢绞线用盘条高强度、高塑性和低极差的特点，满足高拉拔速度下不断丝的使用要求，在无须增加拉拔工序成本的情况下，即可实现提高拉拔速度，降低断丝率，进而有些的提高了生产效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1～图4是本发明索氏体含量评级照片；

图5～图8是本发明索氏体片层间距照片；

图9～图12是本发明脱碳层厚度照片。

具体实施方式

本预应力钢绞线用盘条80MnCr的生产方法采用下述工艺过程：铁水KR脱硫预处理→顶底复吹转炉→LF精炼炉→连铸机浇铸(结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌+轻压下)→双蓄热步进式加热炉加热→粗、中轧→预精轧→预水冷→高速精轧→水冷→夹送、吐丝→斯太尔摩控温散卷冷却→集卷→打包入库。其生产过程的工艺控制如下。

(1)铁水和废钢要求：

炼钢工序在转炉冶炼前，按照相关标准要求控制铁水化学成分，铁水脱硫前S≤0.050wt％，0.25wt％≤Si≤0.60wt％，P≤0.100wt％，要求铁水温度T≥1300℃。铁水脱硫后，脱硫渣扒除干净，铁水亮面≥90％，S≤0.005wt％，0.25wt％≤Si≤0.60wt％，铁水温度T≥1250℃。废钢要选用重型废钢，低磷、低硫，干燥、洁净、块度合适。

(2)转炉冶炼工序控制：

铁水脱硫后S≤0.005wt％，合理配比铁水与废钢量，留渣双渣法操作，终点碳、磷、温度三者协调；终点成分(wt％)满足C≥0.20％，P≤0.012％，S≤0.010％。通过转炉副枪准确定氧、定碳，提高钢水进精炼成分控制精度，减少精炼过程中的补料，提高钢水纯净度；钢水进精炼成分(wt％)控制C：0.75％～0.80％，Si：0.20％，Mn：0.75％，Cr：0.20％，P≤0.012％，S≤0.010％，V：0.02％。

(3)LF炉精炼工序：

出精炼化学成分满足C：0.78％～0.82％，Si：0.20％～0.25％，Mn：0.75％～0.80％，Cr：0.20％～0.25％，P≤0.012，S≤0.010，V：0.02％～0.03％，余量为Fe。出精炼成分衔接炉次碳的波动范围不超过0.01％，锰的波动范围不超过0.03％。软吹时间必须保证30分钟以上，精炼周期不小于55分钟。

(4)连铸工序：

连铸工序化学成分(wt％)满足C：0.78％～0.82％，Si：0.20％～0.25％，Mn：0.75％～0.80％，Cr：0.20％～0.25％，P≤0.012％，S≤0.010％，V：0.02％～0.03％，余量为Fe。全程采取保护浇注，严格执行恒速拉钢制度，连铸机拉速稳定在2.0m/min(断面150×150mm2)；钢水过热度控制在20℃～35℃之间；结晶器电磁搅拌参数(断面150×150mm2)：频率4HZ、电流240A，末端电磁搅拌参数：频率5HZ、电流300A，轻压下压下量5mm。

(5)加热工序：

入炉钢坯必须加热均匀、烧透，确保加热质量，出炉钢坯通条温差≤30℃，加热炉各段温度参照下表调节。钢坯加热均匀、心部烧透可减小轧制过程中的不均匀变形，从而减小成品盘条内应力，稳定其力学性能；各加热段的加热温度见表1。

表1：各加热段的加热温度

加热段	加热一段	加热二段	均热段
				温度℃	500～900	880～950	1000～1060

(6)控轧控冷工序：

出炉钢坯在轧制前采用高压水除鳞装置将钢坯表面氧化铁皮除尽，具体轧制控制参数见表2。

表2：轧制控制参数

所述控轧控冷的轧制工序中，开轧温度控制在1000±15℃波动范围内，确保轧制变形在合适的温度范围内，温度太低变形抗力大，变形不均匀严重；温度太高奥氏体晶粒过分长大，导致最终产品晶粒粗化，将恶化产品的综合力学性能。3#轧机出口温度是可有效地衡量钢坯温度内外均匀性，大量生产数据和实际经验表明该温度与开轧温度温差控制在50℃之内，钢坯内外温度梯度最小。因为在高速线材轧制过程中，精轧工序是一个升温轧制的过程，所以为了防止晶粒粗化，严格要求进精轧温度控制在920℃～950℃之间。

所述控轧控冷的冷却工序采用斯太尔摩风冷线，斯太尔摩风冷线的1#～4#风机风量为200000m³/h(m³/h为风机风量单位，表示每小时风机产生200000立方米的风量)，5#～14#风机风量为154700m³/h。80MnCr轧制时通过将1#～4#风机风量开到90％、5#～10#风机风量开到100％、11#风机风量开到90％、12#～14#风机风量开到100％，来提高索氏体化率，减小索氏体片层间距，从而提高盘条综合拉拔力学性能。终轧速度75m/s，通过计算得出风冷辊道速度以0.6m/s起步，以103％递增可保证风冷辊道线圈之间温度场的热影响降为最低，从而将斯太尔摩风冷线不均匀冷却降到最低。

所述控轧控冷的轧制工序中，水冷段冷却水温度≤32℃。轧制后，成品盘卷要将头部失水段、尾部夹痕等缺陷部分剪切干净；风冷线产生的爬行钢全部挑出判废；盘条表面应光滑，表面不得有裂纹、折叠、划痕、耳子、凸起、麻面、结疤等缺陷；成品尺寸执行GB/T 14981-2009，按C级品控制(允许偏差：±0.20mm，不圆度≤0.32mm)；盘条时效10天后力学性能应满足抗拉强度1150MPa～1200MPa；断面收缩率≥32％。

实施例1－8：本预应力钢绞线用盘条80MnCr采用下述具体工艺。

各实施例具体的成分配比、工艺条件、产品检测见表3～表12，其中：表3为转炉终点化学成分、表4为精炼进站化学成分、表5为精炼出站化学成分、表6为连铸数据、表7为熔炼化学成分、表8为成品盘条化学成分、表9为轧制过程温度、表10为风冷辊道速度、表11为盘条力学性能抽样检测结果、表12为盘条组织抽样检测结果。

表3：转炉终点化学成分

表4：精炼进站化学成分

表5：精炼出站化学成分

表6：连铸数据

表7：熔炼化学成分

表8：成品盘条化学成分

表9：轧制过程温度(℃)

表10：风冷辊道速度(m/s)

表11：盘条力学性能抽样检测结果

表12：盘条组织抽样检测结果

实施例	索氏体含量	索氏体片层间距	脱碳层厚度
				1	86％	0.13μm	无明显脱碳
2	81％	0.16μm	无明显脱碳
				3	86％	0.18μm	25～50μm；(45％周长脱碳)
4	87％	0.15μm	25～50μm；(25％周长脱碳)

本方法所生产的直径为Φ12.5mm的80MnCr盘条时效10天后的实际抗拉强度为1162MPa～1179MPa，满足拉拔加工要求的抗拉强度1150MPa～1200MPa；Φ12.5mm的80MnCr盘条拉拔至Φ5.05mm后实际抗拉强度为1894MPa～1954MPa，满足最终预应力钢绞线抗拉强度1860MPa～2000MPa的要求；弯曲≥10次未出现断丝现象；80MnCr盘条拉拔速度达到5.2m/s，与传统预应力钢绞线用盘条SWRH82B拉拔速度4.0m/s相比较，拉拔速度提高了1.2m/s。

图1－4分别为实施例1－4所得80MnCr盘条的索氏体含量评级照片，由图1－4可知，索氏体含量均大于80％，达到行业平均水平以上，该比例的索氏体含量可以很好的满足下游加工用户使用需求。图5－8分别为实施例1－4所得80MnCr盘条的索氏体片层间距照片，由图5－8可知，盘条珠光体组织片层间距在0.1μm～0.2μm之间，属于索氏体范畴，索氏体组织的晶体结构和位向关系决定了索氏体具有优良的冷加工性能，尤其冷拔力学性能良好，由此认为该片层间距的盘条适宜于拉拔加工。图9－12分别为实施例1－4所得80MnCr盘条的脱碳层厚度照片，由图9－12可知，实施例1和2所得盘条的脱碳层厚度均为0μm，实施例3和4所得盘条的脱碳层厚度均为25～50μm，总体来看脱碳层厚度均小于1.0％D(盘条直径12.5mm，按GB/T 4354-2008计算)，可以满足下游加工要求。

Claims

1.一种预应力钢绞线用盘条，其特征在于，其钢种化学成分的重量配比为： C 0.78%～0.82%、Si 0.20%～0.25%、Mn 0.75%～0.80%、Cr 0.20%～0.25%、P≤0.012%、S≤0.010%、V 0.02%～0.03%，余量为Fe。

2.一种预应力钢绞线用盘条的生产方法，其包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、加热和控轧控冷工序，其特征在于，所述连铸工序中铸坯化学成分的重量配比为：C 0.78%～0.82%、Si 0.20%～0.25%、Mn 0.75%～0.80%、Cr 0.20%～0.25%、P≤0.012%、S≤0.010%、V 0.02%～0.03%，余量为Fe；

3.根据权利要求2所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于，所述冷却工序采用斯太尔摩风冷线；

所述斯太尔摩风冷的风机风量为：1#～4#开90%、5#～10#开100%、11#开90%、12#～14#开100%；其中1#～4#风机风量为200000m³/h，5#～14#风机风量为154700m³/h。

4.根据权利要求3所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于：所述斯太尔摩风冷的风冷辊道速度以0.6m/s起步，后续各风冷辊道的速度以103%递增。

5.根据权利要求2所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于：所述轧制工序中，3#轧机出口温度≥935℃。

6.根据权利要求2－5任意一项所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于：所述下游客户加工工序中，拉拔速度为4.0～5.2m/s。