高碳钢盘条及其制备方法荣誉表彰

2013年，《高碳钢盘条及其制备方法》获得第八届江苏省专利项目奖优秀奖。

江苏省沙钢集团采用如下工艺进行高碳钢盘条的生产，该工艺包括依次进行的冶炼工序、铸造工序、轧制工序和控冷工序。其中，在冶炼工序中，主要选用优质废钢和铁水为原料进行电炉或转炉熔炼，其中铁水比率可根据生产情况和市场行情调整，以降低生产成本，熔炼完成后，采用钢包精炼炉法进行精炼，并在精炼后期脱氧完成后添加V、Cr等合金元素，最后添加Ti，以提高合金收得率，精炼过程中温度控制在1490～1550℃，精炼渣二元碱度控制在2.5～3.0，白渣时间控制在15分钟以上，精炼出钢温度为1530±10℃。精炼后采取方坯连铸工艺，降低拉坯速率，并在结晶器和连铸末端的合适位置使用电磁搅拌等，以进一步减少中心偏析，连铸过程浇注温度为1490℃，过热度为30℃，目标拉速为2.7米/秒，结晶器液面波动控制在±3毫米之间，结晶器电磁搅拌电流为350安，频率为4赫兹，末端电磁搅拌为400安，频率为18赫兹。在轧制工序中，为确保Cr₃C₂的充分溶解，可将加热温度和开轧温度适当提高20℃左右，即将开轧温度控制在1000～1100℃之间，吐丝温度控制在870～930℃。同时，对于斯太尔摩控冷工艺，相变前采用快速冷却，以减少网状渗碳体的生成，并形成细小的组织结构，相变后期采用较慢的冷却速率，以抑制马氏体的生成，并减少残余应力。以13毫米盘条为例，斯太尔摩上各段的辊道速率可分别控制在1.100、1.210、1.331、1.464、1.391、1.252、1.252、1.252、1.252、1.001、0.851和1.000米/秒，亦即，相变前及相变前期尽可能提高辊道速率，以降低堆积密度，实现快速冷却，相变后期降低辊道速率，以实现缓冷；而对应辊道速率，还设定了与之配合的风机风量，使相变前及相变前期风机开100％，实现快速冷却，相变后期风机开在50％以下，以实现缓冷。在此控冷工艺下在线测量的斯太尔摩冷却曲线如图1所示。表1列出的是部分根据上述工艺生产的产品的化学成分。如图2～3所示，金相检测（500倍）及扫描电镜测试结果表明，该等产品基本组织为细片状珠光体（即索氏体），其索氏体化率在93.3％以上（较之普通的SWRH82B高3％左右），片层间距为100～200纳米，除此之外产品组织中还含有少量的片层状珠光体和先共析铁素体，各类夹杂物都控制在1级以内，同时，组织中心部马氏体、网状碳化物、表面质量、晶粒度等其它检测项目也完全符合相关的国家标准和日本JIS标准。该等产品的力学性能试验结果如表2所示，即，产品的抗拉强度在1200兆帕以上，面缩率在35％以上，无论是强度还是塑性，都普遍高于普通的SWRH82B产品。

《高碳钢盘条及其制备方法》的高碳钢盘条机械性能优良，抗拉强度在1200兆帕以上，面收缩率在35％以上，合金元素较少，成本低，可广泛应用于各种钢丝生产工艺，且该高碳钢盘条的制备工艺仅是对2009年9月前已有高碳钢盘条的生产工艺进行小幅度调整而得，其几乎不会增加任何生产成本。

1.一种高碳钢盘条，其抗拉强度在1200兆帕以上，其特征在于，该高碳钢盘条包含的组分及其重量百分比为：基本成分：C0.77～0.84％、Si0.20～0.50％、Mn0.60～0.75％、Cr0.30～0.40％和V0.001～0.10％；可选择成分：Ni0.02～0.15％、Cu0.02～0.25％、Al0.001～0.05％、B0.001～0.005％、Ti0.01～0.05％、Nb0.01～0.05％和Mo0.01～0.10％中的一种或二种以上的组合；以及余量的Fe和杂质。

2.根据权利要求1所述的高碳钢盘条，其特征在于，该高碳钢盘条的面收缩率在35％以上。

3.如权利要求1所述高碳钢盘条的制备方法，其包括依次进行的冶炼工序、铸造工序、轧制工序和控冷工序，其特征在于，所述轧制工序的开轧温度控制在1000～1100℃之间，吐丝温度为870～930℃；所述控冷工序采用斯太尔摩控制冷却，在相变之前及相变前期采用快速冷却，风机风量为100％，在相变后期采用缓慢冷却方式，风机风量在50％以下。

4.根据权利要求3所述的如权利要求1所述高碳钢盘条的制备方法，其特征在于，所述冶炼工序包括依次进行的电炉或转炉熔炼工序和钢包精炼工序。

5.根据权利要求3所述的如权利要求1所述高碳钢盘条的制备方法，其特征在于，所述铸造工艺采用方坯连铸工艺。

图1是《高碳钢盘条及其制备方法》具体实施方式中斯太尔摩在线测量的冷却曲线图；

图2是该发明具体实施方式中高碳钢盘条横截面的金相组织照片；

图3是该发明具体实施方式中高碳钢盘条横截面的扫面电镜照片。

高碳钢盘条及其制备方法专利目的

《高碳钢盘条及其制备方法》的目的之一在于提出一种高碳钢盘条，其抗拉强度高，面缩率大，可克服2009年9月前已有技术中的不足。该发明的另一目的在于提出一种制备如上所述高碳钢盘条的工艺，其包括依次进行的冶炼工序、铸造工序、轧制工序和控冷工序，其特征在于，所述轧制工序的开轧温度控制在1000～1100℃之间，吐丝温度为870～930℃；所述控冷工序采用斯太尔摩控制冷却，在相变之前及相变前期采用快速冷却，风机风量为100％，在相变后期采用缓慢冷却方式，风机风量在50％以下。

高碳钢盘条及其制备方法技术方案

一种高碳钢盘条，其抗拉强度在1200兆帕以上，其特征在于，该高碳钢盘条包含的组分及其重量百分比为：基本成分：C0.77～0.84％、Si0.20～0.50％、Mn0.60～0.75％、Cr0.30～0.40％和V0.001～0.10％；可选择成分：Ni0.02～0.15％、Cu0.02～0.25％、Al0.001～0.05％、B0.001～0.005％、Ti0.01～0.05％、Nb0.01～0.05％和Mo0.01～0.10％中的一种或二种以上的组合；以及余量的Fe和杂质。

具体而言，该高碳钢盘条的面收缩率在35％以上。

进一步地讲，所述冶炼工序包括依次进行的电炉或转炉熔炼工序和钢包精炼工序。

所述铸造工艺采用方坯连铸工艺。

以下对《高碳钢盘条及其制备方法》的技术内容做详细说明：

对于钢制品而言，C是最基本的强化元素，过量的C会促进先共析渗碳体的析出，严重时会形成网状渗碳体，降低盘条的塑性，而C含量不足时会形成先共析铁素体，同样会降低盘条的性能。如在SWRH82B等材料中，C含量接近平衡相图中的共析点，其可能含有部分的心部马氏体或网状渗碳体，从而影响盘条的性能。而只有在控制盘条中C含量在合适范围时，才可使盘条中的组织在工厂生产的冷却条件下基本形成较之马氏体等组织具有更好的加工性能和更大的加工硬化率的全珠光体组织，该组织非常适合拉丝加工。同时，Si亦是一种铁素体强化元素，其可通过固溶强化提高铁素体的强度，且Si还是一种重要的脱氧剂，Si在铁素体/渗碳体界面的富集有助于防止渗碳体在热镀锌和稳定化处理过程中发生分解，提高加工过程中的热稳定性，但过多的Si会引起脱碳，降低表面质量。又及，Mn作为一种重要的脱氧剂，可减少S在钢中的危害，有助于提高盘条的强度。但过多的Mn会促进中心偏析和心部马氏体的形成，提高拉丝加工过程中发生断丝的几率。另外，Cr是细化珠光体组织的有效元素，能够显著提高线材的强度和硬度，但另一方面会促进中心偏析和心部马氏体的形成。此外，V可在钢材中形成细小的C、N化物，而且在奥氏体温度区间具有较大的固溶度，能有效阻止奥氏体晶粒长大，细化产品的组织结构，提高产品性能，而且能够有效阻止网状渗碳体的析出，但过多的V会使V（C，N）颗粒粗化，降低产品的塑性，而且V的价格较高，不利于成本控制。

考虑到上述原因，该案发明人经长期研究和实践，采用将高碳钢盘条中的C含量控制在0.77～0.84％，Si含量控制在0.20～0.50％，Mn含量控制在0.60～0.75％，Cr含量控制在0.30～0.40％，V含量控制在0.001～0.10％，从而有效提高盘条强度及其它机械性能，防止心部马氏体的形成，并降低成本，且实践结果确切表明，由上述含量的组分构成的高碳钢盘条，其抗拉强度可达到1200兆帕以上，面收缩率可达到35％以上。

为制备上述高碳钢盘条，《高碳钢盘条及其制备方法》采用了包含冶炼、铸造、轧制和斯太尔摩控冷等工序的工艺。在冶炼工序中，主要选用优质废钢和铁水为原料进行电炉或转炉熔炼，其中铁水比率可根据生产情况和市场行情调整，以降低生产成本，熔炼完成后，采用钢包精炼炉法进行精炼，并在精炼后期脱氧完成后添加V、Cr等合金元素，最后添加Ti，以提高合金收得率，其后采取方坯连铸工艺，降低拉坯速率，并在结晶器和连铸末端的合适位置使用电磁搅拌，以进一步减少中心偏析。在轧制工序中，为确保Cr₃C₂的充分溶解，可将加热温度和开轧温度适当提高20℃左右，即将开轧温度控制在1000～1100℃之间，吐丝温度控制在870～930℃。同时，对于斯太尔摩控冷工艺，相变前采用快速冷却，以减少网状渗碳体的生成，并形成细小的组织结构，相变后期采用较慢的冷却速率，以抑制马氏体的生成，并减少残余应力。该制备工艺是对常规的SWRH82B等材料的制备工艺进行调整而得，几乎不会增加生产成本，且所需操作人员、工时、设备等亦大致相同，但生产所得高碳钢盘条的性能远远优于2009年9月前已有SWRH82B等材料。

高碳钢盘条及其制备方法改善效果

与2009年9月前已有技术相比，《高碳钢盘条及其制备方法》的有益效果在于：该高碳钢盘条机械性能优良，抗拉强度在1200兆帕以上，面收缩率在35％以上，合金元素较少，可广泛应用于各种钢丝生产工艺，且该高碳钢盘条的制备工艺仅是对2009年9月前已有高碳钢盘条的生产工艺进行小幅度调整而得，几乎不会增加任何生产成本。

高碳钢盘条等线材在用于生产预应力钢绞线、镀锌钢丝、钢芯铝绞线、钢丝绳、弹簧钢丝和琴钢丝等产品时，一般需要经过多道次拉拔，其减面率高达64～96％。为使成品钢丝具有较好机械性能，则对于原始盘条的强度、面缩率、反复弯曲及扭转性能等均有很高要求。SWRH82B是高碳钢线材中产量最大、用途最广的一种产品，其成份位于Fe-C平衡相图的共析点附近，基本组织为索氏体，片层间距通常为100～200纳米，盘条中心部索氏体化率一般高于75％，并另含马氏体或网状渗碳体等常见有害组织，而心部马氏体和网状渗碳体的存在往往会引发拉拔过程中的断丝事故，降低下游客户的生产率和最终产品的使用性能。为满足现代化工业生产对于此类高碳钢线材性能的越来越高的要求，业界亟待对普通SWRH82B盘条等材料的性能做进一步改善。

碳的质量分数为0.8%左右的高碳钢盘条具有很高的强度，由于该盘条要直接经过多道次连续冷拔深加工，盘条的断面收缩率是非常重要的指标。在生产和用户检验的过程中，出现当天生产的盘条，检验断面收缩率较低，搁置数天后断面收缩率会有大幅度的提高。即产生盘条断面收缩率的时效现象。

1.高碳钢大规格盘条的断面收缩率时效现象是盘条中氢的质量分数的变化导致拉伸或拉拔过程中形成氢富集进而造成解理断裂面和二次裂纹所致。氢的逃逸速度直接影响时效过程中盘条的断面收缩率提高。

2.其他可以产生近程扩散的原子浓度（C，N，O）不是断面收缩率时效现象的直接原因。

3.振动时效不能提高断面收缩率。残余应力对断面收缩率的影响可以忽略 。

《中华人民共和国黑色冶金行业标准:高碳钢盘条索氏体含量金相检测方法(YB/T 169-2000)》由中国标准出版社出版。