专利名称：高碳钢细丝用直拉线材及其制造方法
技术领域：
本发明特别涉及一种高碳钢细丝用直拉线材及其制造方法，属于钢铁冶金和轧钢领域。
背景技术：
橡胶骨架类线材是高碳线材制品中质量要求最高的品种，其加工工艺繁杂。以钢帘线为例，传统的生产工艺如下Φ 5. 5mm盘条一第一道拉拔至Φ 3. 0 3. 5mm — 980 1050°C奥氏体化一570 590°C索氏体化一第二道拉拔至Φ0. 8 1. 6mm — 980 1050°C 奥氏体化一570 590°C索氏体化一电镀一480°C扩散退火一第三道拉拔至Φ0. 15 0.38mm—合股，减面率可达99.9%，伸长率可达1300多倍。用直拉材生产钢帘线时， Φ 5. 5mm盘条直接拉拔到Φ 0.9 2. 0mm，然后经过一次热处理，消除加工硬化，恢复盘条的塑性，接着进行第2道次拉拔到Φ0. 15 0. 38mm，就可以合股。直拉材省略了中拉热处理， 简省工序，降低了人力、机械、设备等的消耗，节省了生产成本，更加节能环保，是钢帘线、胎圈钢丝、胶管钢丝等橡胶骨架类材料加工技术的一个重要发展趋势。由于直拉材单道次拉拔变形量比普通线材大，对线材要求更高，以72级别直拉材为例，盘条强度不宜超过960Mpa，面缩率不宜低于30 %。若强度大于960MPa，加上拉拔后造成的加工硬化，使线材的强度和硬度增加，增加模具损耗和生产成本。面缩率反映盘条的塑性和组织均勻性，塑性太差，易造成拉拔断丝。强度和面缩率等力学性能是由组织决定的。 在实际生产过程中，冷却工艺决定产品的组织和性能。传统高碳钢线材生产采用强冷工艺， 通常72级别线材产品的抗拉强度高达1050 llOOMPa，无法采用直拉工艺生产高碳钢细丝；而且残余应力较大，生产前需要较长的时效期；此外，强冷容易造成中心偏析处形成马氏体，引起拉拔断丝。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足提出一种高碳钢细丝用直拉线材及其制造方法，采用该直拉线材盘条加工橡胶骨架类材料，可省略中拉热处理，起到节约能源、 减少污染、降低使用成本的效果。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案一种高碳钢细丝用直拉线材的制造方法，包括依次进行的电炉冶炼、炉外精炼、小方坯连铸、高线控轧以及斯太尔摩线控冷工序，在该等工序中(1)电炉铁水装入量彡60wt%，其余为线材或板材切废钢；(2)铁水采用镁粉脱硫，脱硫后Ti彡0. 05wt%, S彡0. 003wt%，温度高于1300°C， 脱硫后铁水包的扒渣率大于95wt% ；(3)出钢温度1605 1635°C，出钢时用硅铁脱氧，出钢过程进行合金化；(4)精炼时间> 35分钟，精炼采用合成渣，控制碱度0. 90 1. 10，在该碱度范围内保持时间> 25分钟；软搅拌时间> 18分钟，压力以渣面出现微动为准；
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(5)连铸采用10 30°C过热度，拉坯速度为2. 0 2. 5m/min，二冷区前三段配水量分别为60 80L/min、100 120L/min、40 60L/min，铸坯断面尺寸为140mmX 140mm 160mmX 160mm ；(6)轧制后在斯太尔摩线上控制冷却，吐丝温度820 860°C，辊道速度1.0 1.4m/s，并完全开启第一号、第二号、第七号风机，风机风量大于15.7万m3/h，使冷却速度控制在10 21°C /s。进一步的，在斯太尔摩线控冷工序中，相变前冷却速度> 17°C /s，相变时温度控制在600 680°C，且线圈搭接点与其它位置温差彡500C。以下具体说明在电炉冶炼、炉外精炼和小方坯连铸工序中(1)电炉铁水装入量，其余为优质废钢。铁水装入比例高，选用优质废钢，从源头上控制了杂质元素S、P、Cu、M等含量；同时，铁水含量高，废钢含量少，可以减少电极使用，降低成品氮含量。(2)铁水采用镁粉脱硫，脱硫后Ti彡0. 05wt003wt %，温度高于1300°C， 脱硫后铁水包的扒渣率大于95wt%。铁水脱硫，保证了最终成品S含量低于0.01wt% ；脱硫后扒渣，有效防止渣中S回到钢中，保证脱硫效果。(3)电炉冶炼，出钢温度1605 1635°C，避免出钢下渣，出钢时用硅铁脱氧，出钢过程进行合金化，合金加入顺序为硅铁一低碳锰铁一专用合成渣一石灰一低氮增碳剂。使用硅铁脱氧能有效减少Al2O3含量，防止了镁铝尖晶石类不变形夹杂物产生；出钢过程加料利于扩散脱氧与合金均勻化。(4)精炼时间> 35分钟，精炼采用合成渣，控制碱度0. 90 1. 10，在该碱度范围内保持时间> 25分钟；软搅拌时间> 18分钟，压力以渣面出现微动为准，不允许钢液面裸露。合成渣即CaO和SiO2按照一定质量比搭配，加合成渣能稳定控制碱度；在0.9 1. 1范围碱度内保持25分钟，保证钢水中夹杂物充分上浮和充分塑性化；较长的软搅拌时间，保证大型夹杂物充分上浮到渣中，提高钢水的洁净度。(5)连铸采用10 30°C过热度，拉坯速度为2. 0 2. 5m/min,结晶器配水量为 1800L/min，二冷区前三段配水量分别为60 80L/min、100 120L/min、40 60L/min ；铸坯断面为140mmX 140mm 160mmX 160mm ；对于含碳量为0. 69 0.高碳钢，采用小方坯连铸时，低过热度有助于降低中心偏析，慢拉速配上弱冷，能减少铸坯柱状晶含量， 有助于减轻中心偏析。在高线控轧以及斯太尔摩线控冷工序中(6)开轧温度为950 1020°C，吐丝温度为820 860°C ；(7)轧制后在斯太尔摩线上控制冷却，斯太尔摩控冷线有12段，包括入口段和出口段，以及中间第1段到第10段；其中第1段到6段配有风机，每段2台；入口段长度为 3. 5m，其余每段9米；(8)斯太尔摩控冷线上入口速度为l.Om/s，第一段到第八段滚道速度为1. 1 1. 4m/s，第一段到第三段增速，速比为O 20%，第四段到第八段减速，速比为-3 -15%;(9)开启3台风机，其余风机关闭，第1段至第4段一共八台风机，风机风量依次为100%、100%、0%、0%、0%、0%、100%、0%，其中 100%表示风量大小为 150000 160000m3A ；0%表示风机不开启，风量为0 ；(10)按照以上的参数设定，保证相变前冷却速度大于17°C /s，相变前快冷，抑制网状渗碳体沿着奥氏体晶界析出；相变过程风机关闭，确保相变在600 680°C进行，防止相变温度过低造成组织片层间距过细或是生成贝氏体，这都会使加工硬化率加大，不利于大变形量的拉拔；相变阶段的辊道速度为1. 1 1. 4m/s，较快的滚道速度，将线材间距拉的较大，减小了搭接点处和中间处的温度差别，温差控制在50°C左右，使横向的冷却更加均勻。按照本发明制造方法生产的高碳钢细丝用直拉材，显微组织中索氏体含量约80v/ v%，不含网状铁素体和网状渗碳体，原始盘条的抗拉强度在900 960Mpa之间，面缩率在 35 44%之间。盘条性能的波动值较小，强度波动小于30Mpa，面缩波动值约为4%，盘条的组织性能较均勻。此外，夹杂物控制情况良好，没有20μπι以上的不变形夹杂物和2μπι 以上的TiN夹杂。
具体实施例方式以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。实施例1该高碳钢细丝用直拉线材的制造方法包括炼钢连铸和轧钢工序，所获产品原始盘条尺寸Φ 5. 5mm，生产过程具体为电炉冶炼一炉外精炼一连铸140方坯一高线控轧一斯太尔摩线控冷，关键控制参数为(1) 82吨铁水+32吨优质废钢，铁水温度1350°C，铁水经喷镁粉脱硫后，S含量为0.0020wt%，脱硫过程扒渣5次；(2)出钢温度1630°C，出钢时用硅铁脱氧，然后依次加入310kg硅铁一550kg低碳锰铁一IOOOkg专用合成渣一200kg 石灰一低氮增碳剂；(3)精炼时间45分钟，精炼渣碱度R=L 05，软搅拌时间20分钟； (4)连铸过热度23°C，140mmX 140mm方坯拉坯速度为2. 30m/min, 二冷区前三段配水量分别为 60L/min、100L/min、50L/min ;(5)开轧温度 1000°C，吐丝温度 830°C，第一、二、三、四段滚道速度分别为1. 10m/sU. 20m/s、l. 30m/s、l. 40m/s，第一台到第八台风机风量分别为 100%、100%、0%，0%，0%，0%、100%、0%。盘条综合检验结果如表1所示，使用该盘条， 从Φ 5. 5mm直接拉拔到1. 8mm，然后经过一道次热处理，接着拉拔到Φ0. 22mm，省略了中间热处理工序。实施例2该高碳钢细丝用直拉线材的制造方法包括炼钢连铸和轧钢工序，所获产品原始盘条尺寸为Φ5. 5mm，其生产过程具体为电炉冶炼一炉外精炼一连铸140方坯 —高线控轧一斯太尔摩线控冷，关键控制参数为(1)81吨铁水+30吨宽厚板废钢，铁水温度1380°C，铁水经喷镁粉脱硫后，S含量为0.0028wt%，脱硫过程扒渣5次；(2)出钢温度 1625°C，出钢时用硅铁脱氧，然后依次加入300kg硅铁一540kg低碳锰铁一IOOOkg专用合成渣一200kg石灰一低氮增碳剂；(3)精炼时间43分钟，精炼渣碱度R = O. 98，软搅拌时间 21分钟；(4)连铸过热度20°C，140mmX 140mm方坯拉坯速度为2. 40米/min，二冷区前三段配水量分别为50L/min、110L/min、55L/min ;(5)开轧温度1010°C，吐丝温度840°C，第一、 二、三、四段滚道速度分别为1. lm/sU. 21m/s、l. 33m/s、l. 26m/s，第一台直第八台风机风量分别为100%、100%、0%、0%、0%、0%、100%、0%。盘条综合检验结果如表1所示，使用该盘条，从Φ 5. 5mm直接拉拔到Φ 1. 83mm，然后经过一道次热处理，接着拉拔到0. 30mm，省略了中间热处理工序。
实施例3该高碳钢细丝用直拉线材的制造方法包括炼钢连铸和轧钢工序。所获产品原始盘卷直径为5. 5mm，其生产过程具体为电炉冶炼一炉外精炼一连铸140方坯一高线控轧一斯太尔摩线控冷，关键控制参数为(1)83吨铁水+30吨宽厚板废钢，铁水温度1356°C，铁水经喷镁粉脱硫后，S含量为0.0023wt%，脱硫过程扒渣5次；(2)出钢温度 1620°C，出钢时用硅铁脱氧，然后依次加入305kg硅铁一550kg低碳锰铁一IOOOkg专用合成渣一200kg石灰一低氮增碳剂；(3)精炼时间38分钟，精炼渣碱度R= 1. 10，软搅拌时间 24分钟；(4)连铸过热度23°C，160mmX 160mm方坯拉坯速度为2. 45米/min，二冷区前三段配水量分别为60L/min、120L/min、55L/min ； (5)开轧温度990°C，吐丝温度820°C，第一、二、 三、四段滚道速度分别为1. 15m/s、l. 32m/s、l. 32m/s、l. 27m/s，第一台直第八台风机风量分别为100%、100%、0%、0%、0%、0%、100%、0%。盘条综合检验结果如表1所示，使用该盘条，从Φ 5. 5mm直接拉拔到Φ1. 78mm，然后经过一道次热处理，接着拉拔到Φ0. 32mm，省略了中间热处理工序。表1列出了实施例1-3中Φ5. 5热轧盘条力学性能、夹杂物的检测分析报告。其中夹杂物检测是取该炉盘条不同位置的样，一共12个纵截面，检测面积为462mm2，统计了不变形夹杂物和TiN夹杂最大尺寸。定义长宽比小于的3的夹杂物为不变形夹杂。给出了热轧盘条中心、1/4处、边缘处索氏体化率的统计数据，索氏体化率都在80%以上。同时也测量力学性能波动，及测量不同位置的抗拉强度和面缩值，在大量测量数据中，取最大和最小值差值为力学性能的波动值。抗拉强度和面缩的最大的波动值分别为35Mpa、3.9%。波动值越小，表明力学性能越均勻。表1实施例1-3盘条中夹杂物和力学性能数据表
权利要求
1.一种高碳钢细丝用直拉线材的制造方法，包括依次进行的电炉冶炼、炉外精炼、小方坯连铸、高线控轧以及斯太尔摩线控冷工序，其特征在于(1)电炉铁水装入量，其余为线材或板材切废钢；(2)铁水采用镁粉脱硫，脱硫后Ti彡0.05wt%, S彡0. 003wt%，温度高于1300°C，脱硫后铁水包的扒渣率大于95wt% ；(3)出钢温度1605 1635°C，出钢时用硅铁脱氧，出钢过程进行合金化；(4)精炼时间>35分钟，精炼采用合成渣，控制碱度0. 90 1. 10，在该碱度范围内保持时间> 25分钟；软搅拌时间> 18分钟，压力以渣面出现微动为准；(5)连铸采用10 30°C过热度，拉坯速度为2.0 2. 5m/min, 二冷区前三段配水量分别为 60 80L/min、100 120L/min、40 60L/min，铸坯断面尺寸为 140mmX140mm 160mmX 160mm ；(6)轧制后在斯太尔摩线上控制冷却，吐丝温度820 860°C，辊道速度1.0 1. 4m/s, 并完全开启第一号、第二号、第七号风机，使冷却速度控制在10 21°C /s。
2.根据权利要求1所述高碳钢细丝用直拉线材的制造方法，其特征在于，在斯太尔摩线控冷工序中，相变前冷却速度> 17°C /s，相变时温度控制在600 680°C，且线圈搭接点与其它位置温差彡50°C。
3.一种采用如权利要求1所述方法制备的高碳钢细丝用直拉线材，其特征在于，所述直拉线材的原始盘条含碳量为0. 69-0. 73wt%,直径为5. 5mm,抗拉强度为900 960Mpa，面缩为35 44%，不变形夹杂物尺寸小于15 μ m,该直拉线材的原始盘条经直接拉拔后的直径在0. 9 2. 0mm。
全文摘要
本发明公开了一种高碳钢细丝用直拉线材及其制造方法。该直拉线材的原始盘条含碳量为0.69-0.73wt％，抗拉强度为900～960MPa，面缩为35～44％，不变形夹杂物尺寸小于15μm，可从Φ5.5mm直接拉拔至Φ0.9～2.0mm；其制造方法包括依次进行的电炉冶炼、炉外精炼、小方坯连铸、高线控轧和斯太尔摩线控冷工序，在斯太尔摩线控冷工序中确保相变在600～680℃进行，且线圈搭接点和其它位置温差不超过50℃。本发明直拉线材完全满足高碳钢细丝用直拉材的使用要求，在加工钢帘线、胎圈钢丝、胶管钢丝等高碳钢细丝的过程中可以省略中拉热处理工序，具有节约能源、减少污染、降低成本的优势，且其制备工艺简单可控，满足规模化工业生产的要求。
文档编号C21C7/06GK102492814SQ20111041970
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者王世芳, 高利容, 麻晗 申请人:江苏省沙钢钢铁研究院有限公司