CN115505843B - 一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢纤维用钢技术领域，具体涉及一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条。主要成分为C：0.005～0.015％，Si：0.40～0.60％，Mn：0.80～1.00％，Al：0.005～0.010％，Ti:0.050～0.060％，P、S≤0.015％，Cr、Ni、Cu≤0.10％。通过成分设计、冶炼工艺、控轧控冷的优化，提升钢纤维热轧盘条显微组织均匀性，获得抗拉强度同条波动值≤10MPa的高均匀性钢纤维用钢热轧盘条，使其拉拔性能大幅度提升，实现了Φ5.5mm钢纤维热轧盘条不退火连续拉拔Φ0.30mm以下钢丝，显著减小了钢纤维的强度波动值，增大了钢纤维的长径比，提高了钢纤维的增强效果。

Description

一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条
技术领域
本发明属于钢纤维用钢技术领域，涉及一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条，还涉及一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条的制造方法。
背景技术
钢纤维是指以钢丝切断法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或熔钢抽丝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值，当纤维截面为非圆形时，采用换算等效截面圆面积的直径)为40～80的纤维。钢纤维作为近年来出现的一种新型材料，凭借其优良的强化混凝土性能，应用已经越来越广泛。
钢纤维的种类也越来越多，不同的制造方式产出的钢纤维性能也不一样。目前钢纤维产品最主要的用途是用于钢纤维混凝土，主要有四种制造方法：钢丝切断法、薄板剪切法、钢锭铣削法和熔钢抽丝法，其中钢丝切断法加工方法相对简单，一般利用小直径Φ0.2～0.8mm的冷拔钢丝为原料，按照规定的长度把钢丝切成短纤维。用钢丝切断法生产钢纤维的抗拉强度，远高于其它方法加工成的钢纤维，可达1000-2000MPa。
钢纤维主要用于制造钢纤维混凝土，加入钢纤维的混凝土其抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等性能均得到较大提高。钢纤维的增强效果主要取决于基体强度(包括强度值及波动值)，纤维的长径比(钢纤维长度与直径的比值)，纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数)，纤维与基体间的粘结强度，以及纤维在基体中的分布和取向的影响。其中钢纤维的基体强度和长径比是影响增强效果的重要影响因素。
采用钢丝切断法生产钢纤维通常以热轧盘条为原料，在对盘条进行酸洗、喷丸、机械剥壳等除鳞工序后便进行多道次的连续冷拉拔加工，将直径Φ5.5～6.5mm的热轧盘条拉拔成Φ0.2～0.8mm的细钢丝，之后通过弯钩法、压棱法、波形法等对钢丝进行加工以提高钢纤维与混凝土基体的粘结强度，再按照规定的长度把钢丝切成短的钢纤维。实践中发现，减小钢纤维的强度波动值和增大钢纤维的长径比对增强效果影响显著。其中钢纤维的强度波动值和长径比主要受原料热轧盘条的强度波动值和拉拔性能的影响，开发一种高拉拔性能、抗拉强度同条波动值小的钢纤维热轧盘条，是目前亟需解决的一个问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过对化学成分设计、冶炼工艺、控轧控冷方案的优化，显著提升了钢纤维热轧盘条显微组织均匀性，获得了抗拉强度同条波动值≤10MPa的高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条，使其拉拔性能大幅度提升，实现了Φ5.5mm钢纤维热轧盘条不退火连续拉拔Φ0.30mm以下钢丝，显著减小了钢纤维的强度波动值，增大了钢纤维的长径比，进而提高了钢纤维的增强效果。
一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条及其制造方法，包括转炉冶炼工序、RH真空精炼工序、方坯连铸工序、钢坯修磨工序、钢坯探伤工序、盘条轧制工序。下面对本发明的盘条制造方法做详细叙述。
转炉冶炼工序：
转炉冶炼工序全程底吹氮搅拌，出钢温度≥1680℃，出钢碳控制在0.03％～0.06％范围内，同时出钢P、S≤0.012％；出钢1/4开始依次加入脱氧剂、合金、渣料。
RH真空精炼工序：
RH真空精炼工序前期首先脱碳，随后喂入铝线脱氧，RH冶炼全程采用高真空大循环冶炼，其中真空度<50Pa，循环时间≥15分钟，RH总冶炼时间30～50分钟。RH结束前5分钟取样检验化学成分，通过喂入适当的铝线、钛线分别将Al、Ti含量调整至目标要求；RH破空后补加适量的硅锰合金、低碳锰铁、硼合金、增氮剂将Si、Mn、B、N调整至目标要求。
方坯连铸工序：
方坯连铸工序连铸过热度控制在20～25℃，执行2.0±0.2m/min恒拉速控制，二冷采用中等冷却强度(气雾冷却，比水量0.8L/kg)；连铸过程采用碱性覆盖剂，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持1.0～1.5Pa的微正压；连铸保护渣采用超低碳钢专用保护渣(保护渣厂家为西保，型号为超低碳钢专用保护渣)。
钢坯修磨工序：
钢坯修磨工序采用砂轮式扒皮机对钢坯进行修磨，其中钢坯面部修磨深度1.0～1.2mm，钢坯角部修磨宽度10.0～15.0mm。
钢坯探伤工序：
钢坯探伤工序采用磁粉探伤机对修磨后钢坯表面质量进行检查，确保钢坯表面质量正常。
盘条轧制工序：
盘条轧制工序采用三段式蓄热式步进加热炉在800～1100℃条件下加热2～3小时，粗中轧和预精轧机组采用900～1000℃控温轧制，精轧机组采用810～840℃两相区控轧，轧后830～850℃低温吐丝。轧后通过斯太尔摩控冷线以8～9℃/s的冷却速率冷却至670～700℃，随后关闭保温罩以0.5～0.8℃/s的冷却速率冷却至500～550℃；控冷结束之后，盘条离开控冷线进入PF线正常流转，冷却至≤80℃时增加防护外包装，并使用打捆机打捆。
本发明轧制的Φ5.5mm钢纤维热轧盘条显微组织均匀，抗拉强度同条波动值≤10MPa，实现了Φ5.5mm钢纤维热轧盘条不退火连续拉拔Φ0.30mm以下钢丝，显著减小了钢纤维的强度波动值，增大了钢纤维的长径比，进而提高了钢纤维的增强效果。
具体实施方式
一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条ZX015D(Φ5.5mm)的具体成分如下：
Wt，％
C Si Mn Al Ti P、S Cr、Ni、Cu
0.005-0.015 0.40-0.60 0.80-1.00 0.005-0.010 0.050-0.060 ≤0.015 ≤0.10
备注：B:40～60ppm，N：50～70ppm，B/N≥0.8。
盘条制造流程：转炉冶炼—RH真空精炼—方坯连铸—钢坯修磨—钢坯探伤—盘条轧制。
实施例1
1、化学成分
化学成分按重量百分数计为C：0.007％，Si：0.56％，Mn：0.98％，Al：0.008％，Ti：0.056％，P：0.010％，S：0.004％，Cr：0.03％，Ni：0.02％，Cu：0.05％，B：46ppm，N：55ppm。
2、转炉冶炼
转炉加入炼钢原料(炼钢原料为铁水和废钢，其中铁水占比90％，废钢占比10％，炼钢原料的总装入量130t/炉)，转炉冶炼工序全程底吹氮搅拌，出钢温度1688℃，出钢碳含量0.05％，同时出钢P含量0.008％、S含量0.010％；出钢1/4开始依次加入铝块、硅锰合金、石灰和化渣剂。
3、RH真空精炼
RH真空精炼工序前期首先脱碳，随后喂入铝线脱氧，RH冶炼全程采用高真空大循环冶炼，其中真空度40Pa，循环时间25分钟，RH总冶炼时间45分钟。RH结束前5分钟取样检验化学成分，通过喂入适当的铝线、钛线分别将Al、Ti含量调整至目标要求；RH破空后补加适量的硅锰合金、低碳锰铁、硼合金、增氮剂将Si、Mn、B、N调整至目标要求。
4、方坯连铸
方坯连铸工序连铸过热度控制在24℃，执行2.1m/min恒拉速控制，二冷采用中等冷却强度(气雾冷却，比水量0.8L/kg)；连铸过程采用碱性覆盖剂，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持1.5Pa的微正压；连铸保护渣采用超低碳钢专用保护渣(保护渣厂家为西保，型号为超低碳钢专用保护渣)。
5、钢坯修磨
钢坯修磨工序采用砂轮式扒皮机对钢坯进行修磨，其中钢坯面部修磨深度1.0mm，钢坯角部修磨宽度10.0mm。
6、钢坯探伤
钢坯探伤工序采用磁粉探伤机对修磨后钢坯表面质量进行检查，确保钢坯表面质量正常。
7、盘条轧制
盘条轧制工序采用三段式蓄热式步进加热炉在805～1060℃条件下加热2.5小时，粗中轧和预精轧机组采用908～977℃控温轧制，精轧机组采用818～839℃两相区控轧，轧后832～849℃低温吐丝。轧后通过斯太尔摩控冷线以8.3℃/s的冷却速率冷却至680℃，随后关闭保温罩以0.6℃/s的冷却速率冷却至540℃；控冷结束之后，盘条离开控冷线进入PF线正常流转，冷却至55℃时增加防护外包装，并使用打捆机打捆。
实施例2
1、化学成分
化学成分按重量百分数计为C：0.013％，Si：0.45％，Mn：0.89％，Al：0.006％，Ti：0.055％，P：0.008％，S：0.006％，Cr：0.02％，Ni：0.01％，Cu：0.04％，B：52ppm，N：61ppm。
2、转炉冶炼
转炉加入炼钢原料(炼钢原料为铁水和废钢，其中铁水占比90％，废钢占比10％，炼钢原料的总装入量130t/炉)，转炉冶炼工序全程底吹氮搅拌，出钢温度1685℃，出钢碳含量0.04％，同时出钢P含量0.006％、S含量0.011％；出钢1/4开始依次加入铝块、硅锰合金、石灰和化渣剂。
3、RH真空精炼
RH真空精炼工序前期首先脱碳，随后喂入铝线脱氧，RH冶炼全程采用高真空大循环冶炼，其中真空度45Pa，循环时间20分钟，RH总冶炼时间40分钟。RH结束前5分钟取样检验化学成分，通过喂入适当的铝线、钛线分别将Al、Ti含量调整至目标要求；RH破空后补加适量的硅锰合金、低碳锰铁、硼合金、增氮剂将Si、Mn、B、N调整至目标要求。
4、方坯连铸
方坯连铸工序连铸过热度控制在23℃，执行2.0m/min恒拉速控制，二冷采用中等冷却强度(气雾冷却，比水量0.8L/kg)；连铸过程采用碱性覆盖剂，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持1.0Pa的微正压；连铸保护渣采用超低碳钢专用保护渣(保护渣厂家为西保，型号为超低碳钢专用保护渣)。
5、钢坯修磨
钢坯修磨工序采用砂轮式扒皮机对钢坯进行修磨，其中钢坯面部修磨深度1.2mm，钢坯角部修磨宽度15.0mm。
6、钢坯探伤
钢坯探伤工序采用磁粉探伤机对修磨后钢坯表面质量进行检查，确保钢坯表面质量正常。
7、盘条轧制
盘条轧制工序采用三段式蓄热式步进加热炉在810～1080℃条件下加热2.4小时，粗中轧和预精轧机组采用915～982℃控温轧制，精轧机组采用811～830℃两相区控轧，轧后833～845℃低温吐丝。轧后通过斯太尔摩控冷线以8.5℃/s的冷却速率冷却至672℃，随后关闭保温罩以0.65℃/s的冷却速率冷却至520℃；控冷结束之后，盘条离开控冷线进入PF线正常流转，冷却至50℃时增加防护外包装，并使用打捆机打捆。
对比例1
将实施例1步骤1中化学成分中C含量替换为按重量百分数计为0.04％，其他条件同实施例1。
对比例2
将实施例1步骤1中化学成分中B含量替换为按重量百分数计为5ppm，其他条件同实施例1。
对比例3
将实施例1步骤1中化学成分中Ti含量替换为按重量百分数计为0.005％，其他条件同实施例1。
对比例4
将实施例1步骤3中RH真空精炼替换为“采用LF精炼，LF到站后加入适量的铝粒、电石脱氧，之后喂入适当的铝线、钛线、硅锰合金、低碳锰铁、硼合金、增氮剂将Al、Ti、Si、Mn、B、N含量调整至目标要求”，其他条件同实施例1。
本发明采用RH真空精炼首要目的是为了发挥其脱碳的效果，将碳含量控制在目标范围，另一个目的就是提高钢水洁净度、降低气体含量以提高材料的拉拔性能，而LF精炼不能达到同样的效果。因此在对比例4不仅存在断丝率高、同条波动值大的问题，其碳含量也经常高出要求，LF炉不具备脱碳的功能。
对比例5
将实施例1步骤5、步骤6取消，其他条件同实施例1。
对比例6
将实施例1步骤7中轧后冷却方案替换为“轧后通过斯太尔摩控冷线以8.3℃/s的冷却速率冷却至540℃”，其他条件同实施例1。
对比例7
将实施例1步骤7中轧后冷却方案替换为“轧后通过斯太尔摩控冷线以0.6℃/s的冷却速率冷却至540℃”，其他条件同实施例1。
使用本发明实施例与对比例生产的Φ5.5mm钢纤维热轧盘条不退火连续拉拔为Φ0.28mm钢丝，之后通过弯钩法、压棱法、波形法等对钢丝进行加工，再按照规定的长度把钢丝切成短的钢纤维。减小钢纤维的强度波动值和增大钢纤维的长径比可显著提升增强效果，这需要通过减小原料热轧盘条的同条波动值和拉拔更细的钢丝来实现，同时要求拉丝断丝率不能过高，否则会直接降低钢丝的生产效率及成本。
本发明实施例与对比例盘条抗拉强度、同条波动值及拉拔断丝率如下表1：
表1
Figure BDA0003845581960000061
Figure BDA0003845581960000071
备注：1.钢纤维热轧盘条的抗拉强度要求390～420MPa，同条波动≤10MPa。
2.使用钢纤维热轧盘条拉拔Φ0.30mm以下钢丝可接受断丝率为≤0.10次/吨。

Claims (6)

1.一种高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条，其特征在于：钢纤维热轧盘条化学成分为：按重量百分数计为C：0.005~0.015%，Si：0.40~0.60%，Mn：0.80~1.00%，Al：0.005~0.010%，Ti:0.050~0.060%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr≤0.10%，Ni≤0.10%，Cu≤0.10%，B:40~60ppm，N:50~70ppm，B/N≥0.8；
高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条的制造方法为：包括转炉冶炼工序、RH真空精炼工序、方坯连铸工序、钢坯修磨工序、钢坯探伤工序、盘条轧制工序；
其中盘条轧制工序采用三段式蓄热式步进加热炉在800～1100℃条件下加热2～3小时，粗中轧和预精轧机组采用900～1000℃控温轧制，精轧机组采用810～840℃两相区控轧，轧后830～850℃低温吐丝，轧后通过斯太尔摩控冷线以8～9℃/s的冷却速率冷却至670～700℃，随后关闭保温罩以0.5～0.8℃/s的冷却速率冷却至500～550℃；控冷结束之后，盘条离开控冷线进入PF线正常流转，冷却至≤80℃时增加防护外包装，并使用打捆机打捆。
2.根据权利要求1所述高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条，其特征在于：转炉冶炼工序全程底吹氮搅拌，出钢温度≥1680℃，出钢碳控制在0.03%~0.06%范围内，同时出钢P≤0.012%，S≤0.012%；出钢1/4开始依次加入脱氧剂、合金、渣料。
3.根据权利要求1所述高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条，其特征在于：RH真空精炼工序前期首先脱碳，随后喂入铝线脱氧，RH冶炼全程采用高真空大循环冶炼，其中真空度<50Pa，循环时间≥15分钟，RH总冶炼时间30～50分钟；RH结束前5分钟取样检验化学成分，通过喂入适当的铝线、钛线分别将Al、Ti含量调整至目标要求；RH破空后补加适量的硅锰合金、低碳锰铁、硼合金、增氮剂将Si、Mn、B、N调整至目标要求。
4.根据权利要求1所述高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条，其特征在于：方坯连铸工序连铸过热度控制在20～25℃，执行2.0±0.2m/min恒拉速控制，二冷采用中等冷却强度；连铸过程采用碱性覆盖剂，加强大包水口与长水口之间的氩气保护，保持1.0~1.5Pa的微正压；连铸保护渣采用超低碳钢专用保护渣。
5.根据权利要求1所述高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条，其特征在于：钢坯修磨工序采用砂轮式扒皮机对钢坯进行修磨，其中钢坯面部修磨深度1.0~1.2mm，钢坯角部修磨宽度10.0~15.0mm；钢坯探伤工序采用磁粉探伤机对修磨后钢坯表面质量进行检查，确保钢坯表面质量正常。
6.根据权利要求1-5任一项所述高均匀性及高拉拔性能钢纤维热轧盘条在生产钢纤维用钢丝的应用，其特征在于：高拉拔性能钢纤维热轧盘条抗拉强度同条波动值≤10MPa，Φ5.5mm钢纤维热轧盘条不退火连续拉拔Φ0.30mm以下钢丝。
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