一種高強度經濟型高碳鋼盤條及其制造方法與流程

本發明涉及一種盤條及其制備方法，尤其涉及一種纜索用盤條及其制備方法。

背景技術：

1、盤條是生產高強度橋梁纜索用鋼絲、鋼絞線的原料，大規格盤條通過拉拔、鍍鋅、穩定化等工藝，可以制成高強鋼絲。而要完成大減面率鋼絲拉拔過程，盤條首先需具備良好的可拉拔性能。

2、此外，鋼絲強度等級的提高也需要盤條強度不斷提升。合金強化和組織細化是提高盤條強度的兩種最有效手段。例如，公開號為cn101565797a，公開日為2009年10月28日，名稱為“一種高強度鍍鋅鋼絲及其在橋梁纜索制造上的應用”的中國專利文獻，提高材料si元素含量、添加v、nb微合金化元素復合添加來進一步提高材料強度。

3、高碳盤條得到高索氏體化組織是實現強度提升的另一重要手段。例如，公開號為cn107299280，公開日為2017年10月27日，名稱為“一種2000mpa級纜索鋼絲用熱處理盤條”，該盤條經熱軋后還需要進行離線等溫處理控制組織，將熱軋盤條放線后經奧氏體化加熱、等溫鹽浴、清洗、收線得到熱處理盤條，奧氏體化加熱溫度880～980℃，等溫鹽浴520～600℃。

4、然而，目前的直接熱軋高碳盤條，當鋼絲強度達到1960mpa以上時，無法同時滿足強度和高塑韌性的要求，需要對盤條進行離線等溫處理，或添加大量合金元素、大方坯兩次軋制生產等，其質量控制難度大，生產成本高。

5、基于此，期望提供一種高碳鋼盤條及其制造方法，其能夠以較低的成本制得高強度和和高塑韌性盤條。

技術實現思路

1、本發明的目的之一在于提供一種高強度經濟型高碳鋼盤條，其通過合理的化學成分設計，能夠以較低的加工成本，滿足2000mpa高強度高扭轉性能鍍鋅鋼絲加工需求。

2、為了實現上述目的，本發明提出了一種高強度經濟型高碳鋼盤條，其含有fe和不可避免的雜質，此外還含有質量百分含量如下的下述各化學元素：

3、c：0.84-0.89％；

4、si：0.60-1.00％；

5、mn：0.30-0.80％；

6、cr：0.25-0.50％；

7、v：0.02-0.06％；

8、al：0.02-0.05％；

9、o：0.0015-0.0035％；

10、n：0.004-0.008％。

11、進一步地，本發明還提供了一種高強度經濟型高碳鋼盤條，其各化學元素質量百分含量為：

12、c：0.84-0.89％；

13、si：0.60-1.00％；

14、mn：0.30-0.80％；

15、cr：0.25-0.50％；

16、v：0.02-0.06％；

17、al：0.02-0.05％；

18、o：0.0015-0.0035％；

19、n：0.004-0.008％；

20、余量為fe和其他不可避免的雜質。

21、在本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條中，各化學元素的設計原理具體如下所述：

22、c：c元素是保證盤條及鍍鋅鋼絲高強度所必需的化學成分，c元素含量決定了高碳盤條索氏體組織中滲碳體體積分數，提高盤條中碳含量有利于形成更多滲碳體片層，細化的索氏體片層組織具有更好的變形性能和加工硬化性能，有利于后續加工過程中鋼絲強度的提升。因此對于本發明需控制c含量在0.84％以上。然而，隨著材料中碳含量的增加，會造成冶煉連鑄過程中偏析控制難度加大，特別是形成沿晶界析出的網狀滲碳體將使材料塑韌性急劇降低，同時碳含量增加后在軋后冷卻過程中易于發生滲碳體球化現象，基于此本發明控制碳含量上限為0.89％。

23、si：冶煉過程中si元素常作為脫氧劑加入鋼中，同時固溶于盤條鐵素體相中的si將顯著提高材料強度。此外，在本發明中，盤條冷卻相變過程中si元素還將在鐵素體相和滲碳體相界面富集，經過大減面率拉拔的鋼絲在鉛浴脫脂和熱鍍鋅過程中，si元素在相界面的富集將減緩大變形滲碳體片層的分解，減小鋼絲強度的損失。基于此，為了保證盤條高強度以及拉拔加工后的鋼絲具有更高的強度，本發明控制si含量高于0.6％，但過高的si將顯著降低鋼的塑性，導致材料脆化，扭轉過程中出現劈裂，因此本發明將si元素含量控制在0.60-1.0％。

24、mn：mn元素在煉鋼過程也常作為脫氧劑添加，同時mn易與鋼中的有害元素s結合形成mns，降低其危害。mn也是鋼中常用的強化元素，主要起到固溶強化的作用，形成的合金滲碳體具有更高的強度，因此合金中mn含量需控制高于0.30％。但對于本發明來說，當mn含量過高時將增大材料加熱過程中晶粒粗化傾向，增大控冷組織控制難度，尤其是在鋼中的c、si含量均較高的情況下，基于此，本發明控制mn元素添加量低于0.80％。

25、cr：本發明通過cr元素的添加來細化盤條中索氏體組織片層結構，同時提高滲碳體強度，對材料強度和塑性均有改善，因此本材料中添加cr含量高于0.25％。另一方面，為了防止出現馬氏體異常組織，降低組織控制難度，同時cr含量提高后，滲碳體球化趨勢更強，因此本發明控制其含量上限為0.50％。

26、v、al、o和n：v和al元素易于與c、n結合，生成納米級的碳氮析出物，同時al元素與o元素結合生成氧化鋁，在盤條熱軋過程中有利于細化奧氏體組織，提高晶界面積，為索氏體組織轉變提供更形核點，便于形成良好的層片狀的索氏體片層組織，降低球狀和短棒狀退化滲碳體比例，有利于熱軋盤條在后續直接拉拔過程中鋼絲強度的提升和扭轉性能的提高。基于此，本發明為了發揮al元素細化晶粒作用，控制al含量范圍為0.02-0.05％，o含量高于0.0015％。另一方面，為了防止產生過多的氧化鋁，從而劣化性能，本發明控制o含量低于0.0035％。此外，本發明為了保證v、al的氮碳化物在800-900℃溫度范圍內充分析出，同時防止v過量促進大顆粒球化碳化物形核生長，控制v添加范圍為0.02-0.06％，n元素含量為0.004-0.008％。

27、進一步地，在本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條中，其化學元素質量百分含量還滿足：(v+al)/(c+100n)≥1/35，式中各化學元素代入相應化學元素質量百分含量百分號前的數值。

28、本發明為了進一步地保證v、al的氮碳化物在800-900℃溫度范圍內充分析出，同時防止v過量促進大顆粒球化碳化物形核生長，控制(v+al)/(c+100n)≥1/35。

29、進一步地，在本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條的其他不可避免的雜質中：ti≤0.003％，ca≤0.001％，p≤0.010％，s≤0.010％。

30、本發明中不可避免的雜質主要是p、s、ti和ca。其中p和s元素含量過高將增加材料脆性，特別是當出現偏析時。因此，在本發明的一些實施方式中，控制p含量低于0.010％、s含量低于0.010％。

31、ti元素過高時，在鋼中形成大量碳氮化物，不利于鋼絲扭轉性能和疲勞壽命，因此在本發明的一些實施方式中，控制ti含量在0.003％以下。

32、ca雖然可以使得該盤條中脆性夾雜物熔點降低，提高鋼絲扭轉性能，但過高時將導致生成大量球狀夾雜物，不利于索氏體片層結構形成，因此需控制其含量低于0.001％。

33、進一步地，在本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條中，其微觀組織包括索氏體球團，索氏體球團的尺寸范圍為2-30μm。

34、進一步地，在本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條中，其微觀組織中的球狀和短棒狀退化滲碳體的體積占比低于0.6％。

35、進一步地，在本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條中，其抗拉強度≥1320mpa，面縮率≥30％。

36、本發明的另一目的在于提供一種高強度經濟型高碳鋼盤條的制造方法，其采用較為簡單的加工工藝，可以制得滿足2000mpa高強度高扭轉性能鍍鋅鋼絲加工需求的高碳鋼盤條。

37、基于上述目的，本發明還提供了一種高強度經濟型高碳鋼盤條的制造方法，其包括步驟：

38、(1)冶煉；

39、(2)采用小方坯連鑄機澆注方坯；

40、(3)加熱：加熱至950-1150℃，保溫1.5-2.5h；

41、(4)盤條軋制：控制軋制速度為20-60m/s；

42、(5)斯太爾摩風機冷卻。

43、在本發明所述的制造方法中，其中澆鑄過程可以采用氬氣保護，小方坯尺寸可以為≤260mm，寬厚比≤4：3。此外，可以通過調整連鑄過程中拉速、冷卻及末端輕壓下參數，控制坯料心部碳偏析低于1.06。

44、進一步地，在本發明所述的制造方法的步驟(4)中，控制精軋機組進口溫度為930-990℃，減定徑機組進口溫度為930-990℃，吐絲溫度為920-980℃。

45、進一步地，在本發明所述的制造方法的步驟(5)中，控制斯太爾摩線的風量調整范圍為：f1-f8風機風量為80-100％，f9-f14風機風量為0-45％。

46、在本發明所述的制造方法中，盤條軋制后通過調整斯太爾摩線風機分量控制盤條組織轉變，優化盤條組織。經斯太爾摩冷卻后盤條形成良好的層片狀的索氏體片層組織，無馬氏體異常組織，索氏體球團尺寸2-30μm，盤條中球狀和短棒狀退化滲碳體占比低于0.6％，有利于后續鋼絲拉拔。

47、本發明還提供了一種鍍鋅鋼絲，其采用如上文所述的高強度經濟型高碳鋼盤條經拉拔、鍍鋅和穩定化處理后獲得，所述鍍鋅鋼絲的抗拉強度≥2000mpa；扭轉值≥11次。

48、其中的拉拔、鍍鋅和穩定化處理均為本領域內常規工藝，本發明對其并無改進，因此在此不再贅述。

49、本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條具有如下所述的優點以及有益效果：

50、本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條在成分設計時，添加的合金元素種類少，且含量相對較低，因此具有低成本的優勢。

51、本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條制造方法工藝簡單，無需采用等溫處理等步驟，就可以獲得所獲得具有良好的強塑性匹配能力的盤條，可以滿足高強度鋼絲拉拔、鍍鋅加工要求。

52、本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條的顯微組織主要以索氏體為主，并且索氏體球團尺寸細化至2-30μm，盤條中球狀和短棒狀退化滲碳體體積占比低于0.6％，心部碳偏析低于1.06，組織中無異常組織。

53、本發明所述的高強度經濟型高碳鋼盤條的抗拉強度可達1320mpa以上，同時具有良好的塑性，面縮率高于30％。因此該盤條可直接進行拉拔、鍍鋅、穩定化處理生產強度高于2000mpa、扭轉值高于11次的橋梁纜索和高強鋼絞線用鍍鋅鋼絲，加工成本低，可滿足大跨徑橋梁、建筑工程的使用要求，降低項目投資，節約成本。