超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条及生产工艺

技术领域

本发明属于胶管钢丝技术领域，具体涉及一种超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条及生产工艺。

背景技术

胶管钢丝是用于胶管起骨架、增强压力等作用的钢丝，使胶管兼具柔性、耐磨、耐压强韧性特点，广泛用于各领域，而随着胶管输送材料的发展，用户对超高强度的胶管钢丝要求不断提高。目前胶管钢丝行业尝试采用82级盘条C82DA加工超高强度胶管钢丝，通过提高盘条压缩率提高成品钢丝的抗拉强度，但成品钢丝的抗拉强度不稳定，抗拉强度合格率低于80％，且提高拉拔压缩率后，湿拉断丝率明显升高，不能满足使用需求。虽然王鲁义,顾腾飞.胎圈钢丝用合金盘条C82DACr的轧制开发[J].《现代交通与冶金材料》,2019,47(3):33-35公开了一种C82DACr钢盘条，但此钢盘条适用于加工直径φ在0.8-1.2mm的胎圈钢丝，与胶管钢丝φ≤0.30mm相比要粗很多，且要求胎圈钢丝盘条的碳含量相对较高，不能适用于ST级胶管钢丝加工。

上述C82DA、C82DACr钢盘条生产时还存在以下问题，导致不能满足胶管钢丝应用需求：(1)钢种成分设计不能兼顾抗拉强度、拉拔性能和断丝率；(2)钢水冶炼铁水成分影响、冶炼废钢比较高，导致对有害残余元素P、S、Ni、Cu控制不足，冶炼中的脆性夹杂物、纵向夹杂物宽度较大、不利于盘条拉拔；(3)精炼成分调整时增Al恶化钢水可浇性、形成B类夹杂造成拉拔断丝，铸坯碳偏析较大导致盘条质量恶化、增加控轧控冷难度；(3)钢种成分影响、轧钢加热控制不当影响盘条尺寸精度和芯部网碳；(4)控冷工艺中风机参数和辊道速度控制的冷速不当导致异常组织如＞1.0级网碳、马氏体产生的几率增大，索氏体片层间距较大，影响盘条组织和力学性能，降低抗拉强度合格率和断丝率。

因此，亟待研发一种盘条及生产工艺，有效提高抗拉强度和合格率、降低断丝率，以满足于φ≤0.30mm的细规格、强度达到3150-3350MPa的ST级超高强度胶管钢丝使用需求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条C82DACr及生产工艺，可改善抗拉强度、显著提高深拉拔性能、降低断丝率，能满足于φ≤0.30mm的细规格、强度达到3150-3350MPa的ST级超高强度胶管钢丝使用需求，可提高成品钢丝的抗拉强度合格率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条，其组成成分按质量百分数计包括：C：0.75～0.80％，Mn：0.25～0.60％，Si：0.10～0.25％，Cr：0.30～0.50％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Ni：≤0.05％，Cu：≤0.05％，Mo：≤0.03％，Al：≤0.003％，Ti≤0.002％，[O]：≤0.0025％，[N]：≤0.0050％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述盘条采用微合金化来提高超高强度胶管钢丝抗拉强度的合格率，并适当降低碳含量，控制有害残余元素，改善钢丝的拉拔性能和断丝率，其成分设计依据为：

(1)C、Cr：碳通过固溶和析出可提高钢的强度且经济有效，但碳含量过高则降低塑性和韧性，并增加偏析和网碳控制难度，在拉拔过程中容易发生断丝，在保证成品钢丝强度的同时，适当降低碳含量有利于改善碳偏析、降低网碳形成的几率，从而降低用户加工断丝率，因此本发明将C含量控制在0.75～0.80％；同时，添加铬合金加热时溶入奥氏体的Cr可以减少组织中先共析铁素体含量，增加索氏体含量、提升成品钢丝的强度，但铬再过高会影响热轧强度和钢的塑性，盘条拉拔过程加工硬化率高、不利于拉拔，因此本发明将Cr含量控制在0.30～0.50％。

(2)Mn、Si：Mn作为炼钢过程的脱氧元素，锰与Fe无限固溶提高钢盘条强度，但锰含量过高会降低钢的塑性，且容易导致连铸坯合金偏析，因此本发明将Mn含量控制在0.25～0.60％；硅是炼钢过程中的还原剂和脱氧剂，能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，促进Mn向渗碳体相分配，但硅含量过高引起晶界异常铁素体，降低钢的塑性和韧性，成分设计过程需要保持一定的锰硅比，因此本发明将Si含量控制在0.10～0.25％。

(3)P、S、Ni、Cu：作为胶管钢丝钢种的有害残余元素，P在钢中严重引起凝固时的偏析，溶于铁素体易使晶粒扭曲、粗大，因此本发明将P含量控制在≤0.015％；S会使钢产生热脆性，降低钢的塑韧性、增加钢材中心偏析，因此本发明将S含量控制在≤0.010％；Ni过高易在晶界上形成NiS网状组织而发生热脆且加热时易增加氧化铁皮粘性、影响表面质量，因此本发明将Ni含量控制在≤0.05％；Cu易造成析出相粗化，在加热和轧制时易产生铜脆导致钢材料面龟裂，因此本发明将Cu含量控制在≤0.05％。

(4)Mo、Al、Ti：钼易促进脱碳、出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低，因此本发明将Mo含量控制在≤0.03％；铝会加速脱碳、促进钢的石墨化、减少合金相中的碳溶浓度，造成硬度、强度降低，并恶化钢水可浇性、形成B类夹杂造成拉拔断丝，因此本发明将Al含量控制在≤0.003％；Ti会造成非金属夹杂和皮下多孔缺陷，因此本发明将Ti含量控制在≤0.002％。

(5)O、N：O在钢中是有害元素，以FeO、MnO、SiO

上述盘条，进一步地，盘条的力学性能：抗拉强度为1180-1270MPa，面缩≥45％；较现有盘条抗拉强度提高50MPa以上，有利于提高ST级别胶管钢丝的抗拉强度的合格率。

上述盘条，进一步地，盘条的异常组织：＞1.0级网状渗碳体比例小于0.5％，无马氏体组织，索氏体片层间距相对更细，有利于盘条深拉拔至0.30mm以下。

上述盘条，进一步地，盘条可以用于加工φ≤0.30mm、强度达到3150-3350MPa的ST级别胶管钢丝，加工时盘条湿拉断丝率小于1.0次/吨，胶管钢丝抗拉强度合格率大于99.8％，能满足使用需求。

超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条的生产工艺，以上述任意一项所述超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条的组成成分为目标成分，包括钢水冶炼、LF精炼、连铸、轧制和控冷工序：

所述轧制工序控制均热温度为1180-1120℃，在炉时间≥90min，钢坯断面温差小于30℃；通过延长钢坯在炉时间，减少盘条芯部网碳并确保开轧温度，避免过度高温扩散造成脱碳和晶粒粗大而减弱晶粒形核条件，避免温度过低影响合金元素固溶；

由于微合金化铬元素明显提高钢的冷却速度，所述控冷工序控制盘条按18-23℃/S的冷速降温至540-650℃相变；通过冷速控制相变动力、保证索氏体强度和韧性，避免冷速过低增加脱碳层厚度、降低塑性，造成表面与芯部组织不同、易造成内应力降低强度，避免冷速过高使芯部出现马氏体组织及网状碳化物的异常组织，获得优良的盘条组织和力学性能，珠光体团更小和晶界渗碳体更少，适合深拉拔加工。

上述生产工艺，进一步地，所述钢水冶炼工序采用专用铁水，专用铁水的组成成分按质量百分数计包括：C：4.0～4.5％，Mn：≤1.0％，Si：0.20～0.50％，Ni：≤0.03％，Cu：≤0.03％，P：≤0.12％，S：≤0.05％，Mo：≤0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；从源头上控制有害残余元素P、S、Ni、Cu含量。

进一步地，所述钢水冶炼工序的废钢比＝废钢/(废钢+专用铁水)≤15％；通过降低转炉废钢比进一步控制有害残余元素。

进一步地，所述钢水冶炼工序采用铁水KR预脱硫和两次造渣法控制转炉终点磷含量≤0.012％，转炉出钢采用滑板挡渣，杜绝转炉下渣，从源头上减少了夹杂物的数量。

上述生产工艺，进一步地，所述LF精炼工序精炼过程全程脱氧，控制造渣碱度为0.8-1.2，通过此低碱度造渣工艺改善夹杂物的塑性，塑性夹杂物有利于改善盘条的拉拔性能。

进一步地，所述LF精炼工序精炼过程全部采用低铝低钛专用合金进行成分调整，低铝低钛专用合金中按质量百分数计包括：Al≤0.03％，Ti≤0.05％，精炼钢水成分满足目标成分要求，并控制Al含量，避免增Al恶化钢水可浇性、形成B类夹杂造成拉拔断丝。

进一步地，所述LF精炼工序软吹时间≥40min，底吹氩气流量：30-60L/min，通过合理的软吹工艺，进一步改善钢中夹杂物，使纵向夹杂物宽度≤25μm，进一步改善拉拔性能。

上述生产工艺，进一步地，所述连铸工序全程采用保护浇铸、防止钢水二次氧化，控制浇注过热度为20-28℃，拉速为2.1±0.02m/min，使用结晶器、末端电磁搅拌使溶质元素均匀分散，二次冷却比水量≥1.7L/kg，通过低浇注过热度、低拉速、强二次冷却细化枝晶，减轻钢水在凝固过程中的碳偏析，铸坯组织碳偏析＜1.10，避免碳偏析过高导致在后续轧制过程中形成网状渗碳体，从而改善强度和拉拔性能。

上述生产工艺，进一步地，所述轧制工序采用步进梁式加热炉加热，步进梁式加热炉步距为200mm，通过降低加热炉步距进一步控制钢坯断面温差和出炉质量。

进一步地，所述轧制工序加热后采用高压水除鳞装置以除去钢坯表面氧化铁皮，确保产品表面质量。

进一步地，所述轧制工序控制开轧温度：1000-1040℃，避免高温开轧造成原始晶粒粗大；采用10机架精轧机组+4机架减定径机组的“10+4”精轧模式：控制精轧温度：890-930℃，控制奥氏体再结晶区进行大量热变形；控制减定径机温度：920-960℃，控制原始奥氏体晶粒尺寸和尺寸精度；控制吐丝温度：890-920℃，在线测径仪可实现及时、准确测量尺寸，保证盘条尺寸精度达到C级精度：允许偏差±0.15mm，不圆度≤0.24mm。

上述生产工艺，进一步地，所述控冷工序盘条在斯太尔摩线的辊道速度≥1.05m/s，斯太尔摩线的各风机最大风量为200000m

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)在组成成分上通过添加铬合金提升成盘条强度，钢水冶炼采用专用铁水、控制废钢比，控制P、S、Ni、Cu残余元素含量，抗拉强度高出常规生产工艺盘条50MPa以上。

(2)通过适当降低碳含量降低网碳形成的几率，通过低浇注过热度、低拉速、强二次冷却细化枝晶使铸坯组织碳偏析＜1.10，轧制加热时钢坯断面温差小于30℃、减少盘条芯部网碳，使盘条的异常组织：＞1.0级网状渗碳体比例小于0.5％。

(3)通过优化控冷工艺，控制盘条按18-23℃/S的冷速降温至540-650℃相变，可以提高网碳合格率、杜绝马氏体的产生，索氏体片层间距相对更细，有利于盘条深拉拔至0.30mm以下。

(4)精炼采用低碱度造渣工艺改善夹杂物的塑性，以低铝低钛专用合金进行成分调整，配合合适的软吹，使纵向夹杂物宽度≤25μm，盘条湿拉断丝率小于1.0次/吨，低于非合金化盘条30％以上。

综上，盘条改善了抗拉强度、拉拔性能和断丝率明显优于常规产品，能满足于φ≤0.30mm的细规格、强度达到3150-3350MPa的ST级超高强度胶管钢丝使用需求，且成品钢丝的抗拉强度合格率提升至99.8％以上。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例1、对比例1、对比例2的对比图。

图中标记：a1：实施例1的索氏体片层间距图，a2：实施例1的网碳图，a3：实施例1的金相组织图；b1：对比例1的索氏体片层间距图，b2：对比例1的网碳图，b3：对比例1的金相组织图；c1：对比例2的索氏体片层间距图，c2：对比例2的网碳图，c3：对比例2的金相组织图。

图2是本发明实施例1-3、对比例1、对比例2的抗拉强度和湿拉断丝率对比图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1-实施例3的盘条按KR预脱硫→120吨BOF→120吨LF精炼→150*150mm

实施例1：

本发明所述超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条的一种较佳实施方式，所述盘条组成成分按质量百分数计包括：C：0.76％，Mn：0.40％，Si：0.25％，Cr：0.40％，P：0.010％，S：0.005％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，Mo：0.01％，Al：0.0007％，Ti：0.0004％，[O]：0.0015％，[N]：0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述盘条的生产工艺，包括以下步骤：

S1、钢水冶炼：将专用铁水+废钢经KR预脱硫和120吨BOF转炉冶炼获得钢水，专用铁水的组成成分按质量百分数计包括：C：4.1％，Mn：0.9％，Si：0.40％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，P：0.12％，S：0.03％，Mo：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；控制废钢比：12％，通过两次造渣法控制120吨BOF转炉终点磷含量为0.009％，转炉出钢采用滑板挡渣，杜绝转炉下渣；

S2、LF精炼：钢水进LF精炼站120吨精炼炉精炼，精炼过程全程脱氧，控制造渣碱度为0.8-1.2，精炼过程全部采用低铝低钛专用合金进行成分调整，低铝低钛专用合金中按质量百分数计包括：Al：0.01％，Ti：0.02％，软吹时间：45min，底吹氩气流量：40L/min，使纵向夹杂物宽度≤25μm；

S3、连铸：经LF精炼的钢水进入断面为150*150mm

S4、轧制：铸坯进32架次高线，经步进梁式加热炉加热获得钢坯，步进梁式加热炉步距为200mm，高压水除鳞装置除去钢坯表面氧化铁皮后进行轧制，控制开轧温度：1020℃，精轧温度：910℃，减定径机温度：945℃，经吐丝机吐丝获得盘条，控制吐丝温度：905℃，保证盘条尺寸精度达到C级精度；

S5、控冷：盘条进斯太尔摩线控冷，斯太尔摩线的各风机最大风量为200000m

实施例2：

本发明所述超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条的一种较佳实施方式，所述盘条组成成分按质量百分数计包括：C：0.78％，Mn：0.35％，Si：0.20％，Cr：0.35％，P：0.009％，S：0.006％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，Mo：0.01％，Al：0.0005％，Ti：0.0006％，[O]：0.0014％，[N]：0.0025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述盘条的生产工艺，包括以下步骤：

S1、钢水冶炼：将专用铁水+废钢经KR预脱硫和120吨BOF转炉冶炼获得钢水，专用铁水的组成成分按质量百分数计包括：C：4.3％，Mn：0.85％，Si：0.33％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，P：0.115％，S：0.025％，Mo：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；控制废钢比：13％，通过两次造渣法控制120吨BOF转炉终点磷含量为0.010％，转炉出钢采用滑板挡渣，杜绝转炉下渣；

S2、LF精炼：钢水进LF精炼站120吨精炼炉精炼，精炼过程全程脱氧，控制造渣碱度为0.8-1.2，精炼过程全部采用低铝低钛专用合金进行成分调整，低铝低钛专用合金中按质量百分数计包括：Al：0.021％，Ti：0.015％，软吹时间：41min，底吹氩气流量：50L/min，使纵向夹杂物宽度≤25μm；

S3、连铸：经LF精炼的钢水进入断面为150*150mm

S4、轧制：铸坯进32架次高线，经步进梁式加热炉加热获得钢坯，步进梁式加热炉步距为200mm，高压水除鳞装置除去钢坯表面氧化铁皮后进行轧制，控制开轧温度：1030℃，精轧温度：910℃，减定径机温度：955℃，经吐丝机吐丝获得盘条，控制吐丝温度：915℃，保证盘条尺寸精度达到C级精度；

S5、控冷：盘条进斯太尔摩线控冷，斯太尔摩线的各风机最大风量为200000m

实施例3：

本发明所述超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝用盘条的一种较佳实施方式，所述盘条组成成分按质量百分数计包括：C：0.80％，Mn：0.30％，Si：0.18％，Cr：0.30％，P：0.008％，S：0.004％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，Mo：0.02％，Al：0.0006％，Ti：0.0008％，[O]：0.0012％，[N]：0.0024％，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述盘条的生产工艺，包括以下步骤：

S1、钢水冶炼：将专用铁水+废钢经KR预脱硫和120吨BOF转炉冶炼获得钢水，专用铁水的组成成分按质量百分数计包括：C：4.42％，Mn：0.94％，Si：0.41％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，P：0.112％，S：0.022％，Mo：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质；控制废钢比：11％，通过两次造渣法控制120吨BOF转炉终点磷含量为0.008％，转炉出钢采用滑板挡渣，杜绝转炉下渣；

S2、LF精炼：钢水进LF精炼站120吨精炼炉精炼，精炼过程全程脱氧，控制造渣碱度为0.8-1.2，精炼过程全部采用低铝低钛专用合金进行成分调整，低铝低钛专用合金中按质量百分数计包括：Al：0.018％，Ti：0.023％，软吹时间：48min，底吹氩气流量：38L/min，使纵向夹杂物宽度≤25μm；

S3、连铸：经LF精炼的钢水进入断面为150*150mm

S4、轧制：铸坯进32架次高线，经步进梁式加热炉加热获得钢坯，步进梁式加热炉步距为200mm，高压水除鳞装置除去钢坯表面氧化铁皮后进行轧制，控制开轧温度：1035℃，精轧温度：918℃，减定径机温度：926℃，经吐丝机吐丝获得盘条，控制吐丝温度：908℃，保证盘条尺寸精度达到C级精度；

S5、控冷：盘条进斯太尔摩线控冷，斯太尔摩线的各风机最大风量为200000m

对比例1：

一种C82DA盘条，所述盘条组成成分按质量百分数计包括：C：0.83％，Mn：0.52％，Si：0.20％，Cr：0.03％，P：0.010％，S：0.005％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，Mo：0.01％，Al：0.0008％，Ti：0.0007％，[O]：0.0017％，[N]：0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。上述C82DA盘条与实施例实施例1的生产工艺区别在于：步骤4和步骤5的工艺参数不同。

对比例2：

一种胎圈钢丝用钢C82DACr盘条，所述盘条组成成分按质量百分数计包括：C：0.82％，Mn：0.23％，Si：0.16％，Cr：0.25％，P：0.012％，S：0.007％，Ni：0.01％，Cu：0.01％，Mo：0.02％，Al：0.0010％，Ti：0.0012％，[O]：0.0018％，[N]：0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。上述C82DACr盘条与实施例实施例1的生产工艺区别在于：步骤4和步骤5的工艺参数不同。

按照YB/T169标准进行盘条索氏体含量金相检测方法，以GB/T13298金属显微组织检验方法检测盘条，其结果如图1所示，由图1对比结果可知，本发明所述盘条索氏体片层间距相对更细，网碳＞1.0级更少，金相组织珠光体团更小和晶界渗碳体更少，有利于盘条深拉拔至φ0.30mm以下。

上述实施例1-3、对比例1-2的步进梁式加热炉加热工艺参数、控冷工艺参数，以GB/T 228标准检测盘条抗拉强度和面缩，以GB/T13298金属显微组织检验方法检测盘条，实施例1-3、对比例1的盘条用于加工φ≤0.30mm、强度达到3150-3350MPa的ST级别胶管钢丝，测量湿拉断丝率和成品钢丝抗拉强度合格率，其对比结果如下表1和图2所示：

表1

由上表1和附图2可知，本发明通过添加铬合金提升盘条强度，平均抗拉强度高出常规生产工艺盘条50MPa以上，同时通过适当降低碳含量降低网碳形成的几率，控制P、S、Ni、Cu残余元素含量，通过低浇注过热度、低拉速、强二次冷却细化枝晶，减轻钢水在凝固过程中的碳偏析，控制轧制延长钢坯在炉时间、钢坯断面温差小于30℃减少盘条芯部网碳，异常组织如＞1.0级网碳产生的几率降低为0.5％以下，且通过控冷工艺的优化、控制盘条按18-23℃/S的冷速降温至540-650℃相变可以杜绝马氏体的产生，获得优良的盘条组织和力学性能，生产超高强度φ≤0.30ST级胶管钢丝，成品钢丝的抗拉强度合格率提升至99.8％以上，且采用低碱度造渣工艺改善夹杂物的塑性，以低铝低钛专用合金进行成分调整，使纵向夹杂物宽度≤25μm，湿拉断丝率低于非合金化盘条，断丝率降低30％以上，钢丝的拉拔性能和断丝率明显优于常规产品，产品性能满足超高强度细规格φ≤0.30ST级钢丝加工要求。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。