一种高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺及其盘条

摘要

本发明运用高线机组的设备优势，通过对高强度预应力钢丝用82B盘条的化学成分优化设计、调整轧制前的加热炉加热制度、采用控制轧制、控制冷却技术，细化晶粒、改善金相组织、获得高索氏体率，提高了高强度预应力钢丝用82B盘条的强度和塑性，达到优化高强度预应力钢丝用82B盘条的金相组织、力学性能的目的。本发明试制生产的Φ6.5mm的高强度预应力钢丝用82B盘条的高倍质量和力学性能均达到了预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条的国家标准，满足下游用户的生产要求。

权利要求

1.一种高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括以下工序：原料准备、冶炼钢水、连铸成坯、加热连铸坯、控温轧制成盘条、吐丝成卷、控制冷却、后处理并得到盘条成品，其中，以重量百分比计，所述盘条成品包括以下化学成分：C：0.80～0.85％、Si：

0.15～0.30％、Mn：0.70～0.90％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.20～0.24％、Ni≤0.10％、Cu≤0.05％、V：0.020～0.025％、Als≤0.020％，以及余量的Fe和不可避免的杂质；

在所述加热连铸坯的步骤中，控制预热段温度为700～760℃、预热时间为35～50分钟，加热段温度为960～1000℃、加热时间为35～50分钟，均热段温度为990～1030℃、均热时间为30～40min，并且控制炉内气氛为弱还原性气氛；

在所述控温轧制成盘条的步骤中，控制开轧温度为950～990℃；

在所述吐丝成卷的步骤中，控制吐丝温度为860～880℃；

在所述控制冷却的步骤中，采用斯太尔摩控冷线进行盘卷的轧后控制冷却，控制盘卷在珠光体相变前的冷速为9.5～10.5℃/s，珠光体相变温度控制在640～690℃，相变后冷速为1.5～2.5℃/s，使冷却后、后处理前的盘条表面温度小于或等于300℃。

2.根据权利要求1所述的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺，其特征在于，所述控温轧制成盘条的步骤包括使连铸坯依次通过粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、精轧机组及减定径机组形成盘条的步骤，其中，控制盘条进入精轧机组入口的温度为850～880℃，控制盘条进入减定径机组入口的温度为850～880℃。

3.根据权利要求1所述的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺，其特征在于，所述盘条成品的公称直径为6.5mm。

4.根据权利要求1所述的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺，其特征在于，所述盘条成品的一边局部总脱碳层深度不大于盘条成品公称直径的1.5％。

5.根据权利要求1所述的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺，其特征在于，所述盘条成品的金相组织中主要为细珠光体，索氏体的含量不少于90％。

6.根据权利要求1所述的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺，其特征在于，所述盘条成品的实测抗拉强度Rm≥1200MPa、伸长率A≥11％、断面收缩率Z≥30％。

说明书

一种高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺及其盘条

技术领域

[0001] 本发明属于冶金领域，涉及一种盘条的生产工艺，更具体地讲，涉及一种高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺及根据该生产工艺所获得的盘条。

背景技术

[0002] 高强度预应力钢丝是建筑用钢材中强度级别高、技术含量高的产品，广泛应用于大型高速铁路、公路、桥梁、屋架、吊车梁、高层建筑、枕轨工业等。由于预应力钢丝工作条件和工作环境的特殊性，对其质量有三点基本要求，即材质均匀，通条性能好；同一批产品必须强度在一个级别上。相应地也要求生产预应力线材制品用盘条的钢质纯净度高、成分均匀、表面质量好、组织索氏体率高且均匀；性能稳定。并且，强度越高，对所用盘条的钢质、金相组织和表面质量等的要求越高。高碳钢盘条是生产预应力钢丝的首选原料，其特点是高碳、高强度，并要求有良好的强韧性配合，以满足用户对钢材冷拉拔性能的需要。

[0003] 目前我国预应力钢丝用热轧盘条的主要问题是索氏体化率不高且不均匀、力学性能不高，这是制约我国预应力钢丝发展的主要因素。因此，开发高强度预应力钢丝用热轧盘条成为线材研发的重点之一。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

[0005] 本发明的目的在于提供一种能够细化晶粒、改善金相组织、获得高索氏体率以达到提高高强度预应力钢丝用82B盘条的强度和塑性等力学性能并优化其金相组织的目的的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺及根据该生产工艺所获得的盘条。

[0006] 为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺，所述生产工艺包括以下工序：原料准备、冶炼钢水、连铸成坯、加热连铸坯、控温轧制成盘条、吐丝成卷、控制冷却、后处理并得到盘条成品，其中，以重量百分比计，所述盘条成品包括以下化学成分：C：0.80～0.85％、Si：0.15～0.30％、Mn：0.70～0.90％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.15～0.30％、Ni≤0.10％、Cu≤0.05％、V：0.02～0.05％、Als≤0.02％，以及余量的Fe和不可避免的杂质；在所述加热连铸坯的步骤中，控制预热段温度为700～760℃、预热时间为35～50分钟，加热段温度为960～1000℃、加热时间为35～50分钟，均热段温度为990～1030℃、均热时间为30～40min，并且控制炉内气氛为弱还原性气氛；在所述控温轧制成盘条的步骤中，控制开轧温度为950～990℃；
在所述吐丝成卷的步骤中，控制吐丝温度为860～880℃；在所述控制冷却的步骤中，采用斯太尔摩控冷线进行盘卷的轧后控制冷却，控制盘卷在珠光体相变前的冷速为9.5～
10.5℃/s，珠光体相变温度控制在640～690℃，相变后冷速为1.5～2.5℃/s，使冷却后、后处理前的盘条表面温度小于或等于300℃。

[0007] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的一个实施例，所述控温轧制成盘条的步骤包括使连铸坯依次通过粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、预精轧机组、精轧机组及减定径机组形成盘条的步骤，其中，控制盘条进入精轧机组入口的温度为850～880℃，控制盘条进入减定径机组入口的温度为850～880℃。

[0008] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的一个实施例，以重量百分比计，所述盘条成品中含有0.20～0.24％的Cr、0.020～0.025％的V。

[0009] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的一个实施例，所述盘条成品的公称直径为6.5mm。

[0010] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的一个实施例，所述盘条成品的一边局部总脱碳层深度不大于盘条成品公称直径的1.5％。

[0011] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的一个实施例，所述盘条成品的金相组织中主要为细珠光体，索氏体的含量不少于90％。

[0012] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的一个实施例，所述盘条成品的实抗拉强度Rm≥1200MPa、伸长率A≥11％、断面收缩率Z≥30％。

[0013] 本发明的另一方面提供了一种高强度预应力钢丝用82B盘条，所述盘条根据上述高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺制成。

[0014] 本发明与现有技术相比，运用高线机组的设备优势，通过对高强度预应力钢丝用82B盘条的化学成分优化设计、调整轧制前的加热炉加热制度、采用控制轧制、控制冷却技术，细化晶粒、改善金相组织、获得高索氏体率，提高了高强度预应力钢丝用82B盘条的强度和塑性，达到优化高强度预应力钢丝用82B盘条的金相组织、力学性能的目的。

附图说明

[0015] 图1是本发明实施例中高强度预应力钢丝用82B盘条的样品一的高倍检验金相组织示意图。

[0016] 图2是本发明实施例中高强度预应力钢丝用82B盘条的样品二的高倍检验金相组织示意图。

[0017] 图3是本发明实施例中高强度预应力钢丝用82B盘条的样品三的高倍检验金相组织示意图。

具体实施方式

[0018] 在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺及根据该生产工艺所获得的盘条。其中，若无特别说明，所涉及的百分比均为重量百分比。

[0019] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的示例性实施例，所述生产工艺包括以下工序：原料准备、冶炼钢水、连铸成坯、加热连铸坯、控温轧制成盘条、吐丝成卷、控制冷却、后处理并得到盘条成品。其中，以重量百分比计，所述盘条成品包括以下化学成分：C：0.80～0.85％、Si：0.15～0.30％、Mn：0.70～0.90％、P≤0.025％、S≤0.025 ％、Cr：0.15 ～0.30 ％、Ni≤0.10 ％、Cu≤0.05 ％、V：0.02～0.05 ％、Als≤0.02％，以及余量的Fe和不可避免的杂质；在所述加热连铸坯的步骤中，控制预热段温度为700～760℃、预热时间为35～50分钟，加热段温度为960～1000℃、加热时间为35～50分钟，均热段温度为990～1030℃、均热时间为30～40min，并且控制炉内气氛为弱还原性气氛；在所述控温轧制成盘条的步骤中，控制开轧温度为950～990℃；在所述吐丝成卷的步骤中，控制吐丝温度为860～880℃；在所述控制冷却的步骤中，采用斯太尔摩控冷线进行盘卷的轧后控制冷却，控制盘卷在珠光体相变前的冷速为9.5～10.5℃/s，珠光体相变温度控制在640～690℃，相变后冷速为1.5～2.5℃/s，使冷却后、后处理前的盘条表面温度小于或等于300℃。

[0020] 本实施例中，通过对高强度预应力钢丝用82B盘条的化学成分优化设计、调整轧制前的加热炉加热制度、采用控制轧制、控制冷却技术等改进，有效地达到细化晶粒、改善金相组织、获得高索氏体率的目的，提高了高强度预应力钢丝用82B盘条的力学性能。

[0021] 根据本发明，以重量百分比计，盘条成品包括以下化学成分：C：0.80～0.85％、Si：0.15～0.30％、Mn：0.70～0.90％、P≤0.025％、S≤0.025％、Cr：0.15～0.30％、Ni≤0.10％、Cu≤0.05％、V：0.02～0.05％、Als≤0.02％，以及余量的Fe和不可避免的杂质。由于高强度预应力钢丝用82B盘条属于过共析钢，若需在提高过共析钢的强度的同时不降低塑性，通过添加适量的微合金化元素再调整轧制工艺是迄今为止最有效的解决方案。对微合金元素的研究表明：Cr元素有降低过冷奥氏体转变温度的作用，可减小过共析钢的珠光体片层间距提高钢的强度，降低γ→Fe3C的转变速度并减轻抑制先共析渗碳体析出、提高钢的拉拔性能、细化晶粒提高塑性；V元素有细化晶粒的作用，微量V(＜0.1％)元素能提高高碳钢的强度和塑性。因此，本发明通过添加微量合金元素Cr和V进行微合金化，达到优化性能的目的。优选地，盘条成品中含有0.20～0.24％的Cr、0.020～0.025％的V。

[0022] 根据本发明，在加热连铸坯的步骤中，控制预热段温度为700～760℃、预热时间为35～50分钟，加热段温度为960～990℃、加热时间为35～50分钟，均热段温度为990～1030℃、均热时间为30～40min，并且控制炉内气氛为弱还原性气氛，最终使连铸坯的上下面温差、全长温差均不超过30℃。由于本发明在盘条中添加了微合金化元素，为了让微合金化元素充分固溶于奥氏体中，起到细化晶粒、提高索氏体率、提高强度和塑性的目的，同时避免烧损过大及原始奥氏体晶粒粗大，本发明适当降低了预热段、加热段的加热温度，适当延长了这两段的加热时间，并且适当提高了均热段的加热温度。

[0023] 恰当的加热段温度、加热时间及均热段温度、均热时间可以充分发挥微合金化元素的作用而不对钢坯质量造成损伤，若加热段、均热段的温度低了或加热时间短了，微合金化元素无法充分固溶于奥氏体中以致于其沉淀强化和细化晶粒作用发挥不出来；若加热段、均热段的温度高了或加热时间长了，将增加坯料的烧损影响钢坯质量，造成原始奥氏体晶粒的粗大降低其强度及塑韧性。要保证加热段和均热段的温度，需合理设计预热段温度及预热时间，如果预热段的温度低了或加热时间短了将使接下来的加热段温度不够或钢坯内外温度不均，如果预热段的温度高了将增加坯料内部应力增加裂纹缺陷产生的机率，如果预热段的加热时间长了降低轧钢节奏影响生产效率。

[0024] 由于表面脱碳是高碳钢常出现的缺陷，为了减少脱碳，经多组加热炉炉内数据分析得出采用弱还原性气氛可有效控制脱碳。由于通常使用的连铸坯加热炉为步进式加热炉，而步进式加热炉是钢坯头端与尾端交换式“喷火”，所以连铸坯存在温差，为了提高成品的通条性能均匀性，必须保证连铸坯上下面温差、全长温差不超过30℃。根据本发明，在控温轧制成盘条的步骤中，控制开轧温度为950～990℃，如此，一方面可控制晶粒度，另一方面可降低轧辊磨损。如果温度过高会使原始晶粒粗大，降低成品强度；如果温度过低会加重轧机磨损，增加生产成本。

[0025] 根据本发明，上述控温轧制成盘条的步骤可以具体包括使连铸坯依次通过粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、精轧机组及减定径机组形成盘条的步骤，其中，控制盘条进入精轧机组入口的温度为850～880℃，控制盘条进入减定径机组入口的温度为850～880℃。这样控温进行轧制，一方面可控制晶粒度，另一方面可降低轧辊磨损。如果温度过高会使晶粒粗大，降低成品强度；如果温度过低会加重轧机磨损，大大增加生产成本；另外，盘条在减定径机组入口的温度过高或过低都将难以保证吐丝温度在要求范围内。

[0026] 根据本发明，在吐丝成卷的步骤中，控制吐丝温度为860～880℃；在控制冷却的步骤中，采用斯太尔摩控冷线进行盘卷的轧后控制冷却，控制盘卷在珠光体相变前的冷速为9.5～10.5℃/s，珠光体相变温度控制在640～690℃，相变后冷速为1.5～2.5℃/s，冷却后、后处理前的盘条表面温度小于或等于300℃。轧后控制冷却的目的是在高温轧制后控制轧件的相变过程，从而控制钢材组织状态，进而改进盘条的综合力学性能与使用性能。吐丝温度过低会降低奥氏体稳定性，易析出先共析相，对于先共析相是渗碳体的82B过共析钢来说，这将会增加其拉拔脆性影响盘条使用性能；吐丝温度过高一方面会使钢的晶粒粗大降低其力学性能，另一方面也会增加盘条表面脱碳影响后续使用。如果珠光体相变前的冷速偏低，不能快速绕过先共析相形成区，将生成影响盘条后续使用的先共析相；如果珠光体相变前的冷速过快，会很难控制后续的相变温度致使生成影响盘条后续拉拔的屈氏体甚至马氏体、贝氏体等异常组织。珠光体相变温度过高会增加珠光体片间距减少索氏体含量，珠光体相变温度过低会使珠光体片间距过细而形成屈氏体，这都将会影响盘条后续拉拔性能。因此，须确定合理的吐丝温度并配合适宜的轧后控冷工艺，才能得到需要的组织。

[0027] 在本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的一个实施例，盘条成品的公称直径为6.5mm。并且，根据本发明示例性实施例的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺所获得的盘条成品的一边总脱碳层深度不大于盘条成品公称直径的1.5％，其中总脱碳层包括铁素体和过渡层；盘条成品的金相组织中主要为细珠光体，索氏体的含量不少于85％，并且不允许网状渗碳体和淬火组织(马氏体和屈氏体区域)的存在；盘条成品的热轧试样的抗拉强度Rm≥1210MPa、伸长率A≥9％、断面收缩率Z≥25％，盘条成品时效15天后的试样的抗拉强度Rm≥1200MPa、伸长率A≥11％、断面收缩率Z≥30％。

[0028] 根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条则是采用上述高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺制成。在本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的一个实施例中，盘条的公称直径为6.5mm；盘条的一边局部总脱碳层深度不大于盘条成品公称直径的1.5％；盘条成品的金相组织中主要为细珠光体，索氏体的含量不少于85％；盘条的热轧试样的抗拉强度Rm≥1210MPa、伸长率A≥9％、断面收缩率Z≥25％，盘条时效15天后的试样的抗拉强度Rm≥1200MPa、伸长率A≥11％、断面收缩率Z≥32％。

[0029] 具体而言，根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺的示例性实施例可以包括以下步骤：

[0030] 原料准备、冶炼钢水、连铸成坯、加热连铸坯、控温轧制成盘条、吐丝成卷、控制冷却、后处理并得到盘条成品。

[0031] 具体包括原料(高炉铁水)→50吨转炉→LF炉→连铸→钢坯检验→(修磨)→加热炉上料辊道上料→钢坯入炉→步进炉加热→出炉辊道钢坯出炉→高压水除鳞→粗轧六架轧制→1#飞剪切头→中轧六架轧制→2#飞剪切头、尾→中轧两架轧制→预精轧四架轧制(包括立活套)→1#、2#水冷箱冷却→3#飞剪切头→水平活套→BGV6机架精轧→3#、4#水冷箱冷却→TMB1+TMB2减定径轧制→5#水箱冷却→(夹送辊)→吐丝机→散卷风冷→集卷收集→挂卷→PF钩式运机运输→检查质量、取样、剪除头尾→压紧打捆→称重挂标牌→卸卷→入库→成品运出。

[0032] 其中，高强度预应力钢丝用82B盘条的化学成分优化设计如表1所示。

[0033] 表1高强度预应力钢丝用82B盘条的化学成分

[0034]C Si Mn P S As
0.80～0.85 0.15～0.30 0.70～0.90 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.020
Cr Ni Cu V Mo Alt
0.15～0.30 ≤0.10 ≤0.05 0.02～0.05 ≤0.03 ≤0.02
Sn N O H
≤0.010 ≤0.0070 ≤0.0020 ≤0.00020

[0035] 加热炉中的连铸坯加热条件优化控制如表2所示。

[0036] 表2连铸坯的加热条件

[0037]

[0038] 空燃比为0.75～0.82，炉内气氛为弱还原性，连铸坯的上下面温差、全长温差均应不超过30℃。其中，弱还原性气氛的组成如表3所示。

[0039] 表3弱还原性气氛的气体含量

[0040]

[0041] 控制轧制时盘条进入精轧机组入口的温度为850～880℃，进入减定径机组入口的温度为850-880℃；吐丝温度为860-880℃。

[0042] 控制冷却采用斯太尔摩控冷线进行，斯太尔摩辊道速率的控制如表4所示，斯太尔摩风机风量的控制如表5所示，实现控制盘卷在珠光体相变前的冷速为9.5～10.5℃/s，珠光体相变温度控制在640～690℃，相变后冷速为1.5～2.5℃/s，并使冷却后盘条的表面温度≤300℃。

[0043] 表4斯太尔摩辊道速率

[0044]辊道段位 1段 2段 3段 4段 5段 6段 7段
辊道速率(m/s) 0.62 0.62 0.65 0.68 0.71 0.75 0.79
辊道段位 8段 9段 10段 11段 12段 13段
辊道速率(m/s) 0.83 0.87 0.91 0.96 0.96 0.96

[0045] 表5斯太尔摩风机风量

[0046]风机编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 12#
风量(HZ) 41 41 39 39 38 38 38 38 30 30 30 30[0047] 本实施例所要达到的力学性能指标如表6所示。

[0048] 表6力学性能指标

[0049]

[0050] 本实施例所获得的盘条的一边局部总脱碳层深度应不大于盘条公称直径的1.5％，并且金相组织主要为细珠光体，其中索氏体不少于90％，不允许有网状渗碳体和淬火组织(马氏体和屈氏体区域)的存在。

[0051] 下面举出具体示例来对本发明的示例性实施例作进一步的阐述。示例仅用于说明本发明，而并非以任何方式来限制本发明。

[0052] 在下面的示例中，生产试制了公称直径为6.5mm的高强预应力钢丝用82B盘条3炉，分别命名为样品一、样品二和样品三，其具体的生产工艺严格按上述高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺进行，所得各样品的成品经检验后各项指标如表7、表8、表9以及图1至图3所示。

[0053] 表7Φ6.5mm的高强预应力钢丝用82B盘条的化学成分

[0054]

[0055] 由表7可知，试制的3炉高强预应力钢丝用82B盘条的化学成分均在设计范围值内，且样品一至样品三中的Cr元素为0.20～0.24％，V元素为0.024～0.025％。

[0056] 表8Φ6.5mm的高强预应力钢丝用82B盘条的力学性能

[0057]

[0058] 由表8可知，试制的Φ6.5mm的高强预应力钢丝用82B盘条的样品一至样品三的力学性能均达到了内控要求值，实现了高强度高塑性的结合，力学性能优良。

[0059] 表9Φ6.5mm的高强预应力钢丝用82B盘条的高倍检验结果分析

[0060]

[0061] 由表9、图1至图3可以看出，根据本发明的高强度预应力钢丝用82B盘条的生产工艺生产的Φ6.5mm的高强度预应力钢丝用82B盘条的高倍质量很好，达到了预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条的国家标准，也满足用户的使用要求。

[0062] 综上所述，本发明通过化学成分优化设计(进行Cr、V微合金化)、调整加热炉加热制度、优化控轧控冷工艺，实现了高碳钢盘条高强度与高塑性的结合。试制生产出的Φ6.5mm的高强度预应力钢丝用82B盘条的高倍质量和力学性能均优于预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条的国家标准要求，满足下游用户的生产要求。

[0063] 尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。