CN115537656B - 一种适于快速深拉拔的高碳钢盘条及氧化铁皮控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种高碳钢盘条及其制备方法，属于钢材制备技术领域，高碳钢盘条的化学成分以质量分数计包括：C：0.64％‑0.75％、Si：0.20％‑0.30％、Mn：0.60％‑0.70％、P：0.005％‑0.015％、S：0.003％‑0.010％、Cr：0.05％‑0.15％，余量为Fe及不可避免杂质；通过对C、Si、Mn进行了窄范围控制并加入少量的Cr元素来保证盘条组织及力学性能适合快速拉拔，Cr元素加入少量不仅可以提高盘条的淬透性，细化组织，提高索氏体片层间距，同时Cr是难氧化元素，在界面富集的Cr可以减少Si的氧化物在界面的富集，提高氧化铁皮界面剥离性。
Description
技术领域
本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种高碳钢盘条及其制备方法。
背景技术
高碳钢盘条作为国民经济生产中重要的原材料，广泛用于通讯、道路、建筑、汽车等行业。在高碳钢盘条深加工工序中，都需要去除外层铁皮后多道次的拉拔以获得良好的材料使用性能。随着社会的进步，人们对环境及生产效率的要求不断提高，针对高碳钢减面率在80-85％单程连续深拉拔，速度由原来的300～350m/h提升到700～1000m/h。工艺设备的提升不但对盘条的性能提出更高的要求，并且对盘条表面氧化铁皮的性能也提出了更高要求，要求铁皮在运输途中不能脱落，起到良好的防锈能力，同时要求表面氧化铁皮具有优良的机械除鳞性能，机械剥壳率98％以上，完全免酸洗，保障盘条在后续的快速深拉拔中不易断丝。
现有技术中，中国发明专利申请CN200810000916.1一种热轧盘条表面氧化铁皮的控制技术，公开了一种通过控制斯太尔摩冷却工艺流程来优化热轧盘条表面氧化铁皮的厚度和结构，便于机械剥壳或机械剥壳加酸洗方法除鳞的制丝类高碳钢热轧盘条表面氧化铁皮的处理；中国发明专利申请CN201510548416.1一种适于精细钢丝拉拔的高碳钢盘条及氧化铁皮控制方法，公开了一种通过确定成分配比、、冶炼工艺、轧制工艺、冷却工艺使盘条氧化铁皮具有良好的剥落性和附着性，满足机械除鳞和防止侵蚀的性能要求；中国发明专利申请CN201610838557.1帘线钢氧化铁皮质量的柔性化控制方法，公开了一种通过加热、轧制和冷却工序实现氧化铁皮厚度、组分、内部裂纹、表面质量等物性参数的匹配，使之能后适用于直接酸洗、机械除鳞免酸洗、机械除鳞+酸洗等不同氧化铁皮出去方式；中国发明专利申请CN201711110220.X环保型高碳盘条氧化铁皮的生产方法，公开了一种通过化学成分配比、轧制、冷却控制氧化铁皮厚度和结构，使盘条可以达到减酸洗和免酸洗的目的。现有技术对高碳钢盘条氧化铁皮的控制主要目的是减酸洗和免酸洗，无法满足用户需要的完全免酸洗并适合高速深拉拔。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高碳钢盘条及其制备方法，以解决目前高碳钢盘条不适宜快速深拉拔的问题。
本发明实施例提供了一种高碳钢盘条，所述高碳钢盘条的化学成分以质量分数计包括：
C：0.64％-0.75％、Si：0.20％-0.30％、Mn：0.60％-0.70％、P：0.005％-0.015％、S：0.003％-0.010％、Cr：0.05％-0.15％，余量为Fe及不可避免杂质。
可选的，所述高碳钢盘条的化学成分以质量分数计包括：
C：0.68％-0.71％、Si：0.23％-0.27％、Mn：0.63％-0.67％、P：0.008％-0.012％、S：0.005％-0.008％、Cr：0.08％-0.12％，余量为Fe及不可避免杂质。
可选的，所述高碳钢盘条的微观组织包括：珠光体和索氏体，其中，以体积计，所述索氏体的比例大于95％。
可选的，所述高碳钢盘条的直径为5.5-6.5mm。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的高碳钢盘条的制备方法，所述方法包括：
对铁水进行转炉冶炼，后进行精炼和连铸，得到铸坯；
对所述铸坯进行加热，得到加热铸坯；
对所述加热铸坯进行轧制，后进行冷却，得到高碳钢盘条。
可选的，所述加热包括加热段和均热段，所述加热段的温度为900-1160℃，所述均热段的温度为1100-1150℃，所述均热段的时间为35-55min，所述加热的总在炉时间为1.5-3h。
可选的，所述对所述加热铸坯进行轧制之前，对所述加热铸坯进行除鳞。
可选的，所述除鳞的水压大于15MPa。
可选的，所述轧制包括粗轧、精轧和吐丝，所述粗轧的开扎温度为1000-1050℃，所述精轧的入口温度为900-940℃，所述吐丝的温度为870-910℃。
可选的，所述冷却依次包括第一段冷却和第二段冷却，所述第一段冷却和第二段冷却的分界点温度值在550-650℃内，所述第一段冷却的冷速为12-20℃/s，所述第二段冷却的冷速为3-8℃/s。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的高碳钢盘条，通过对C、Si、Mn进行了窄范围控制并加入少量的Cr元素来保证盘条组织及力学性能适合快速拉拔，Cr元素加入少量不仅可以提高盘条的淬透性，细化组织，提高索氏体片层间距，同时Cr是难氧化元素，在界面富集的Cr可以减少Si的氧化物在界面的富集，提高氧化铁皮界面剥离性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1提供的氧化铁皮形貌微观图；
图2是本发明对比例2提供的氧化铁皮形貌微观图；
图3是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高碳钢盘条，所述高碳钢盘条的化学成分以质量分数计包括：
C：0.64％-0.75％、Si：0.20％-0.30％、Mn：0.60％-0.70％、P：0.005％-0.015％、S：0.003％-0.010％、Cr：0.05％-0.15％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明中成分设计理由如下：
碳是钢中主要的强化元素，随着碳含量的增加,钢的强度和加工硬化率会提升,塑性降低,变形抗力增加。在保证强度的基础上,降低碳含量有利于改善钢的强韧性和冷加工性能。同时，碳在氧化过程中生成CO气体，容易造成铁皮中的气孔，不利于氧化铁皮的整体脱落，容易造成铁皮去除不净，提高断丝率。因此，为了使高碳钢盘条的氧化铁皮适于机械除鳞，将盘条碳含量控制在0.64％-0.75％。
硅是高碳钢盘条冶炼过程中重要的脱氧元素。硅含量低将导致钢液脱氧不足，硅含量增加会在钢氧化界面处形成难以去除的Fe2SiO4，在高压水除鳞及轧制过程难以出去干净。因此，钢中硅含量控制在0.20-0.30％。
锰是提高盘条强度的元素。在高温氧化过程中，锰元素易与氧化铁皮形成Fe2MnO3，有利于氧化铁皮的形成，提高氧化铁皮厚度，有益于氧化铁皮机械除鳞性能。但过高的锰含量容易在氧化界面处与硅氧化形成(FeMn)2SiO4锰橄榄石相，降低氧化铁皮的除鳞性。因此，钢中锰含量控制在0.60％-0.70％。
磷硫都是钢种的有害元素，必须严格控制含量，否则会恶化盘条的拉拔性能。因此，钢中磷硫含量分别为P：0.005-0.015％、S：0.003-0.010％。
铬是提高盘条强度的元素，Cr元素加入少量不仅可以提高盘条的淬透性，细化组织，提高索氏体片层间距，保证盘条组织及力学性能适合快速拉拔，同时Cr是难氧化元素，在界面富集的Cr可以减少Si的氧化物在界面的富集，提高氧化铁皮界面剥离性。因此，钢中铬含量控制在0.05-0.15％。
在一些实施例中，所述高碳钢盘条的化学成分以质量分数计包括：
C：0.68％-0.71％、Si：0.23％-0.27％、Mn：0.63％-0.67％、P：0.008％-0.012％、S：0.005％-0.008％、Cr：0.08％-0.12％，余量为Fe及不可避免杂质。
在一些实施例中，所述高碳钢盘条的微观组织包括：珠光体和索氏体，其中，以体积计，所述索氏体的比例大于95％。
快速深拉拔工艺要求单道次减免率20-40％，单程连续拉拔减面率80-85％，拉拔速度在700-1000m/h，采用以上设计的高碳钢盘条满足快速深拉拔工艺要求，适用于快速深拉拔工艺，在实际使用中，根据用户设备及深加工工艺制度，限制盘条直径，一般而言，适用快速深拉拔工艺的高碳钢盘条的直径为5.5-6.5mm。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上所述的高碳钢盘条的制备方法，方法涉及的生产工艺是铁水→转炉冶炼→LF炉精炼→小方坯连铸→加热炉加热→控制轧制→控制风冷。具体的，所述方法包括：
S1.对铁水进行转炉冶炼，后进行精炼和连铸，得到铸坯；
本实施例中，铸坯可以是160mm2小方坯，需要说明的是，此处的目的仅为举例说明，并不作为对铸坯的限定，本领域技术人员可以理解的是，可以根据实际情况选择合适的铸坯尺寸。
S2.对所述铸坯进行加热，得到加热铸坯；
使用160mm2小方坯生产适用于快速深拉拔的高碳钢盘条表面氧化铁皮性能的控制方法，控制炉内温度不能过高，时间不能过长，防止铸坯表面氧化界面生成较厚的复合氧化物，难于清除干净。在一些实施例中，所述加热包括加热段和均热段，所述加热段的温度为900-1160℃，所述均热段的温度为1100-1150℃，所述均热段的时间为35-55min，所述加热的总在炉时间为1.5-3h。
S3.对所述加热铸坯进行轧制，后进行冷却，得到高碳钢盘条。
在一些实施例中，所述对所述加热铸坯进行轧制之前，对所述加热铸坯进行除鳞。
高压水除鳞的重要作用是去除钢坯在加热炉内形成的一次氧化铁皮，进一步的，所述除鳞的水压大于15MPa；除鳞水压大于15MPa并保证铁皮出去干净。
轧钢工艺是保证盘条成品表面氧化铁皮能具有合理的厚度和相结构，适合机械除鳞。吐丝温度过低，盘条表面氧化铁皮过薄，不宜于机械剥壳；吐丝温度过高，氧化铁皮过厚，机械剥壳后表面残余氧化物过多，不宜于深拉拔。在一些实施例中，所述轧制包括粗轧、精轧和吐丝，所述粗轧的开轧温度为1000-1050℃，所述精轧的入口温度为900-940℃，所述吐丝的温度为870-910℃。
冷却工艺是保证盘条成品表面氧化铁皮具有合理的相结构，有利于机械剥壳。在一些实施例中，所述冷却依次包括第一段冷却和第二段冷却，所述第一段冷却和第二段冷却的分界点温度值在550-650℃内，所述第一段冷却的冷速为12-20℃/s，所述第二段冷却的冷速为3-8℃/s。
采用本方法生产的高碳钢盘条，组织为珠光体+索氏体，抗拉强度范围为1050MPa～1150MPa、面缩率≥55％，氧化铁皮厚度8-15μm，氧化铁皮中FeO层比例在60-70％，氧化铁皮机械剥壳率≥98％。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高碳钢盘条及其制备方法进行详细说明。
实施例1-8
一种高碳钢盘条的制备方法，方法包括：
S1.对铁水进行转炉冶炼，后进行精炼和连铸，得到铸坯；
铸坯的化学成分见下表：
| C，％ | Si，％ | Mn，％ | P，％ | S，％ | Cr，％ | |
| 实施例1 | 0.64 | 0.27 | 0.65 | 0.008 | 0.007 | 0.07 |
| 实施例2 | 0.68 | 0.25 | 0.68 | 0.010 | 0.006 | 0.07 |
| 实施例3 | 0.72 | 0.26 | 0.63 | 0.010 | 0.008 | 0.10 |
| 实施例4 | 0.75 | 0.30 | 0.66 | 0.010 | 0.005 | 0.12 |
| 实施例5 | 0.65 | 0.25 | 0.65 | 0.009 | 0.005 | 0.09 |
| 实施例6 | 0.68 | 0.27 | 0.68 | 0.012 | 0.006 | 0.07 |
| 实施例7 | 0.72 | 0.26 | 0.63 | 0.010 | 0.008 | 0.10 |
| 实施例8 | 0.75 | 0.26 | 0.70 | 0.010 | 0.005 | 0.12 |
S2.对所述铸坯进行加热，得到加热铸坯；
本步骤各工艺参数如下表：
S3.对所述加热铸坯进行轧制，后进行冷却，得到高碳钢盘条。
本步骤各工艺参数如下表：
对比例1-4
一种高碳钢盘条的制备方法，方法包括：
S1.对铁水进行转炉冶炼，后进行精炼和连铸，得到铸坯；
铸坯的化学成分见下表：
| C，％ | Si，％ | Mn，％ | P，％ | S，％ | Cr，％ | |
| 对比例1 | 0.62 | 0.20 | 0.65 | 0.009 | 0.005 | 0.03 |
| 对比例2 | 0.76 | 0.30 | 0.68 | 0.012 | 0.008 | 0.15 |
| 对比例3 | 0.72 | 0.26 | 0.64 | 0.010 | 0.008 | 0.10 |
| 对比例4 | 0.70 | 0.26 | 0.65 | 0.010 | 0.005 | 0.12 |
S2.对所述铸坯进行加热，得到加热铸坯；
本步骤各工艺参数如下表：
S3.对所述加热铸坯进行轧制，后进行冷却，得到高碳钢盘条。
本步骤各工艺参数如下表：
实验例
将实施例1-8和对比例1-4制得的高碳钢盘条进行检测，盘条的综合性能如下表所示。
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法制备的高碳钢盘条，其抗拉强度范围为1050MPa-1150MPa、面缩率≥55％，氧化铁皮厚度8-15μm，氧化铁皮中FeO层比例在60-70％，氧化铁皮机械剥壳率≥98％。
盘条的拉拔性能如下表。
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法制备的高碳钢盘条在用于快速深拉拔工艺中其拉拔断丝率小于0.4次/吨钢。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的高碳钢盘条通过对C、Si、Mn进行了窄范围控制并加入少量的Cr元素来保证盘条组织及力学性能适合快速拉拔，Cr元素加入少量不仅可以提高盘条的淬透性，细化组织，提高索氏体片层间距，同时Cr是难氧化元素，在界面富集的Cr可以减少Si的氧化物在界面的富集，提高氧化铁皮界面剥离性；
(2)本发明实施例提供的方法优化高碳钢盘条组织性能及氧化铁皮厚度及结构，控制氧化铁皮的机械剥壳率达到98％以上，保证免酸洗机械剥壳后快速深拉拔，减少磨具损伤及拉拔缺陷，降低断丝率。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1.一种高碳钢盘条，其特征在于，所述高碳钢盘条的化学成分以质量分数计包括：
C：0.64％-0.75％、Si：0.20％-0.30％、Mn：0.60％-0.70％、P：0.005％-0.015％、S：0.003％-0.010％、Cr：0.05％-0.15％，余量为Fe及不可避免杂质；
所述高碳钢盘条的微观组织包括：珠光体和索氏体，其中，以体积计，所述索氏体的比例大于95％；
所述高碳钢盘条的直径为5.5-6.5mm；
所述的高碳钢盘条的制备方法包括：
对铁水进行转炉冶炼，后进行精炼和连铸，得到铸坯；
对所述铸坯进行加热，得到加热铸坯；
对所述加热铸坯进行轧制，后进行冷却，得到高碳钢盘条；
所述加热包括加热段和均热段，所述加热段的温度为900-1160℃，所述均热段的温度为1100-1130℃，所述均热段的时间为35-55min，所述加热的总在炉时间为1.5-3h；
所述轧制包括粗轧、精轧和吐丝，所述粗轧的开轧温度为1000-1050℃，所述精轧的入口温度为900-940℃，所述吐丝的温度为870-910℃；
所述对所述加热铸坯进行轧制之前，对所述加热铸坯进行除鳞；
所述除鳞的水压大于15MPa；
所述冷却依次包括第一段冷却和第二段冷却，所述第一段冷却和第二段冷却的分界点温度值在550-650℃内，所述第一段冷却的冷速为12-20℃/s，所述第二段冷却的冷速为3-8℃/s。
2.根据权利要求1所述的高碳钢盘条，其特征在于，所述高碳钢盘条的化学成分以质量分数计包括：
C：0.68％-0.71％、Si：0.23％-0.27％、Mn：0.63％-0.67％、P：0.008％-0.012％、S：0.005％-0.008％、Cr：0.08％-0.12％，余量为Fe及不可避免杂质。
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2022
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