CN108004470B - 高强钢绞线用低锰高碳钢盘条及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高强钢绞线用低锰高碳钢盘条及制备方法，盘条化学成分按重量百分比为：C:0.80％～0.83％、Si：0.20％～0.25％、Mn：0.40％～0.48％、Cr：0.18％～0.22％、P≤0.020％、S≤0.020％、其余为铁。本发明较普通SWRH82B，组织和力学性能均得到改善，此外，用户生产的1860MPa级钢绞线的成材率和性能也得到提高。
Description
技术领域
本申请属于轧钢技术领域，特别涉及一种高强钢绞线用低锰高碳钢盘条及制备方法。
背景技术
随着高速公路、桥梁、港口码头及体育场馆等建设项目的高速推进，预应力钢绞线行业得到了快速发展，作为大型建设项目实施的关键部件，其质量要求高，属于具有先进技术含量的高端产品。
目前，使用最为广泛是1860MPa级钢绞线，主要使用13mm SWRH82B系列盘条作为原料，盘条成分一般为C:0.79％-0.86％、Si：0.15％-0.35％、Mn：0.60％-0.90％、P≤0.030％、S≤0.030％，各钢厂根据生产工艺流程及下游客户的要求，适当添加0.15％-0.35％的Cr、0.01％-0.10％V等元素，成品盘条强度要求1130MPa以上，且盘条中不允许存在影响使用-的异常组织，盘条经过表面处理—9道次连续拉拔—绞线—稳定化处理等生产出钢绞线成品。
对于SWRH82B盘条，由于C和Mn含量较高，导致连铸小方坯的中心偏析控制不稳定，且高的合金含量带来的盘条淬透性的显著提升，因此斯太尔摩风冷后的盘条强度波动大，一般为1130-1300MPa，面缩率为28％-45％，组织中容易形成超标的网状渗碳体和马氏体组织，不仅大大降低了钢厂盘条的合格率，也影响着下游客户的成材率和成品钢绞线的力学性能。
应国外客户要求，在不降低SWRH82B基本组织和力学性能的前提下，通过合金成分和工艺优化，收窄盘条波动范围到1130-1250MPa，并且要减少异常组织导致的拉拔断丝和钢绞线性能不合等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强钢绞线用低锰高碳钢盘条及制备方法，整体思路为采用低合金含量，提高加热及吐丝温度，斯太尔摩线上降低盘条堆积密度，采用大风量快冷等以克服普通SWRH82B不能满足用户要求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种高强钢绞线用低锰高碳钢盘条，其化学成分按重量百分比为：C:0.80％～0.83％、Si：0.20％～0.25％、Mn：0.40％～0.48％、Cr：0.18％～0.22％、P≤0.020％、S≤0.020％、其余为铁。
相应的，还公开了一种高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法，依次包括如下工序：加热炉加热、22道次连续轧制、吐丝、斯太尔摩相变冷却、集卷、打包，所述加热炉加热原料为连铸方坯。
优选的，在上述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法中，所述连铸方坯尺寸为140cm*140cm*15.7m。
优选的，在上述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法中，所述加热炉加热温度控制为：预热段970±20℃、加热段1090±20℃、均热段1140±20℃，其空燃比0.65±0.05，加热时间为75±5min，开轧温度1050±15℃。
优选的，在上述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法中，所述22道次连续轧制工序中，精轧入口温度为950±15℃，出口温度≤1000℃。
优选的，在上述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法中，所述吐丝温度为920±10℃。
优选的，在上述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法中，所述斯太尔摩相变冷却工序中，依次通过12段速度不同的辊道。
优选的，在上述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法中，所述斯太尔摩相变冷却工序中打开14台风机，14台风机风量依次为：26、26、26、26、26、26、19、19、14.5、14.5、13、11、9.8、8.5万m3/h，14台风机风挡全部打开。
本发明生产的盘条直径为13mm，抗拉强度Rm为1150-1230MPa，断面收缩率Z为32-40％。以下说明合金元素及工艺优化思路：
C是碳钢中基本的强化元素，在高碳钢中，一般每增加0.01％，强度可以提高约10MPa，但过量的C会促进连铸过程中的中心偏析，，进而导致盘条控冷过程中先共析渗碳体的析出，甚至形成网状渗碳体，降低了盘条的塑性，造成拉拔断丝。因此，本发明中C含量优选按中下限控制为0.80％-0.83％。
Si是铁素体强化元素，通过固溶强化提高铁素体强度，同时Si作为广泛应用的脱氧剂，有助于降低钢中氧含量，减少夹杂物。但高的Si会引起材料脱碳，且延长了相变过程中的孕育期和转变时间，不利于组织和力学性能控制。因此，本发明中Si含量优选为0.20％-0.25％。
Mn作为奥氏体稳定化元素，可以增加钢材强度，降低相变温度，但过高Mn含量会引起连铸方坯的中心合金元素偏析，显著增加盘条心部的淬透性，造成控冷过程心部淬火组织的产生，引起盘条拉拔断丝。此外，结合控冷工艺的优化，本发明中Mn含量优选控制为0.40％-0.48％。
Cr是一种高碳钢中常用的中强碳化物形成元素，能够提高奥氏体的稳定性，阻止热轧时晶粒的长大；推迟碳化物的形核与生长，使钢的连续冷却转变曲线向右下方移动，细化珠光体片层间距，从而显著提高盘条的强度，但高Cr含量容易造成控冷过程淬火组织的产生。因此，本发明中Cr含量优选为0.18％-0.22％。
本发明中优化了加热炉加热工艺，控制空燃比在比较低的范围0.65±0.05，减少脱碳倾向，同时提高加热段和均热段温度，增强C及合金原子的扩散，降低中心偏析程度，提高成材率及产品质量。
本发明中提高了吐丝温度，进而提高相变前奥氏体晶粒尺寸，增强相变过程淬透性，从而有利于提高盘条的抗拉强度。
本发明中由于盘条的合金含量低，需通过提高盘条的冷却速度，降低相变过程温度以达到控制组织和提高抗拉强度的目的。具体的，13mm盘条较普通SWRH82B，提高盘条在斯太尔摩上的辊道速度，以减小盘条圈距，降低盘条堆积密度，提高盘条的冷却速度，斯太尔摩线辊道速度分别为1.280、1.390、1.453、1.527、1.599、1.632、1.682、1.499、1.225、1.046、1.068、1.020；提高风机分量，控制盘条在较低的温度区间内进行相变，通过细化片层间距的方法提高盘条强度，1-6台风机风量为26万m3/h，保证盘条冷却到较低的相变前温度，7-14台风机风量分别为19、19、14.5、14.5、13、11，9.8、8.5万m3/h，保证盘条潜热释放回温到合理的温度区间590-640℃，，并保证相变时间≥25s，且后期缓慢冷却，进一步延长相变时间，并降低相变应力和组织应力，较普通SWRH82B，相变段温度降低了至少30℃。
本发明的优点在于：通过设计较低的合金含量，如C和Mn元素，减少了连铸小方坯的中心偏析程度，为盘条组织控制提供了保障；其次，通过调整控轧控冷工艺，如高的加热温度和吐丝温度保证了盘条抗拉强度一定程度的提升，快的辊道速度和大风机风量避免网状渗碳体的析出，细化了片层间距，且盘条冷却更加均匀，不仅提高了盘条的抗拉强度和面缩率，且波动范围收窄，组织与性能更加稳定。本发明中所述盘条实物的索氏体含量≥90％，抗拉强度Rm为1150-1230MPa，断面收缩率Z为32-40％，较普通SWRH82B，组织和力学性能均得到改善，此外，用户生产的1860MPa级钢绞线的成材率和性能也得到提高。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下表所示本发明实施例1-8中高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的的化学成分重量百分比含量，其余为铁：
| 实施例 | C | Si | Mn | Cr | P | S |
| 实施例1 | 0.81 | 0.23 | 0.45 | 0.20 | 0.013 | 0.010 |
| 实施例2 | 0.82 | 0.21 | 0.42 | 0.19 | 0.012 | 0.006 |
| 实施例3 | 0.80 | 0.21 | 0.46 | 0.19 | 0.009 | 0.008 |
| 实施例4 | 0.82 | 0.22 | 0.43 | 0.21 | 0.014 | 0.012 |
| 实施例5 | 0.81 | 0.24 | 0.41 | 0.21 | 0.013 | 0.011 |
| 实施例6 | 0.83 | 0.25 | 0.46 | 0.20 | 0.012 | 0.010 |
| 实施例7 | 0.81 | 0.21 | 0.42 | 0.18 | 0.010 | 0.009 |
| 实施例8 | 0.80 | 0.23 | 0.44 | 0.21 | 0.014 | 0.011 |
实施例1-8高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法如下，
加热炉加热，将140cm*140cm*15.7m连铸方坯经过加热炉加热，加热炉加热温度控制为：预热段970±20℃、加热段1090±20℃、均热段1140±20℃，其空燃比0.65±0.05，加热时间为75±5min，开轧温度1050±15℃；
22道次连续轧制，精轧入口温度为950±15℃，出口温度≤1000℃；
吐丝，吐丝温度为920±10℃；
斯太尔摩相变冷却，依次通过12段速度不同的辊道，辊道速度依次为1.280、1.390、1.453、1.527、1.599、1.632、1.682、1.499、1.225、1.046、1.068、1.020m/s，共打开14台风机，14台风机风量依次为：26、26、26、26、26、26、19、19、14.5、14.5、13、11、9.8、8.5万m3/h，14台风机风挡全部打开。
下表所示本发明实施例1-8中高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的显微组织和力学性能：
| 实施例 | 索氏体化率/％ | 抗拉强度/MPa | 面缩率/％ |
| 实施例1 | ≥90 | 1162 | 34 |
| 实施例2 | ≥90 | 1188 | 36 |
| 实施例3 | ≥90 | 1193 | 37 |
| 实施例4 | ≥90 | 1202 | 32 |
| 实施例5 | ≥90 | 1180 | 35 |
| 实施例6 | ≥90 | 1226 | 38 |
| 实施例7 | ≥90 | 1175 | 33 |
| 实施例8 | ≥90 | 1213 | 36 |
下表所示本发明实施例1-8中高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的成品钢绞线性能：
本发明实施例说明，本发明产品的组织和性能指标已经满足用户使用要求，并已经批量生产10000余吨，由于盘条异常组织出现批次量大幅降低，综合合格率由普通SWRH82B的97.8％提高到99.2％。
将本发明生产的盘条与普通SWRH82B进行批量对比。
下表所示为化学成分百分比含量对比：
下表所示为显微组织和力学性能对比：
| 对比 | 索氏体化率/％ | 抗拉强度/MPa | 面缩率/％ |
| 本发明钢种 | ≥90 | 1150-1230 | 32-40 |
| SWRH82B | ≥85 | 1130-1300 | 28-45 |
下表所示为成品钢绞线性能对比：
本发明对比例说明，较使用普通SWRH82B，各元素成分进行收窄且降低Mn含量在0.2％以上，提高了坯料中心质量，并进行控轧控冷的工艺设计，盘条质量稳定性得以明显提升；生产的钢绞线，抗拉强度和延伸率两项重要性能指标更加稳定。此外，用户反馈使用本发明钢种生产的钢绞线较使用普通SWRH82B,综合成材率也由98.5％提高到了99.5％，各项指标均达到设计要求。
本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法，其特征在于，高强钢绞线用低锰高碳钢盘条化学成分按重量百分比为：C:0.80％～0.83％、Si：0.20％～0.25％、Mn：0.40％～0.48％、Cr：0.18％～0.22％、P≤0.020％、S≤0.020％、其余为铁，其制备方法依次包括如下工序：加热炉加热、22道次连续轧制、吐丝、斯太尔摩相变冷却、集卷、打包，所述加热炉加热原料为连铸方坯，
所述加热炉加热温度控制为：预热段970±20℃、加热段1090±20℃、均热段1140±20℃，其空燃比0.65±0.05，加热时间为75±5min，开轧温度1050±15℃，
所述吐丝温度为920±10℃，
所述斯太尔摩相变冷却工序中打开14台风机，14台风机风量依次为：26、26、26、26、26、26、19、19、14.5、14.5、13、11、9.8、8.5万m3/h，14台风机风挡全部打开。
2.根据权利要求1所述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法，其特征在于，所述连铸方坯尺寸为140cm*140cm*15.7m。
3.根据权利要求1所述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法，其特征在于，所述22道次连续轧制工序中，精轧入口温度为950±15℃，出口温度≤1000℃。
4.根据权利要求1所述的高强钢绞线用低锰高碳钢盘条的制备方法，其特征在于，所述斯太尔摩相变冷却工序中，依次通过12段速度不同的辊道。
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