一种高强度长寿命针布用钢线材及其制造方法

技术领域

本发明属于钢铁技术及热处理领域，特别涉及一种高强度长寿命针布用钢线材及其制造方法。

背景技术

近年来,我国纺织工业的技术升级和设备改造明显加快,制造厂的高产、高速要求配用高耐磨的高端金属针布,以发挥其高效能。全球金融危机造成国内纺织企业盈利不足,要降低成本必然涉及到金属针布价格,而市场上进口高端金属针布的价格是国产的3倍以上,可见高端产品制造业尚有较大利润空间。高端梳棉用金属针布的国产化对纺织厂和金属针布制造厂都是一个现实的选择和挑战。在大量检测、比对、分析进口针布的基础上,国产针布需要向高耐磨、长寿命、低成本方向发展。

为减少碳含量提高的负面影响，同时进一步提升材料强韧性，优选的成份设计和工艺路线方案显得尤为重要。高碳钢中微量Nb、V的添加对抑制材料的网状渗碳体、提高材料塑性和组织均匀性起到积极作用，实现强韧性提升。

申请号CN202011606668.2一种高弹性高镍合金针布钢线材及其制备方法，该高弹性针布钢通过成分调整，并加入稀土元素实现高弹性，而本发明采用调整成分，不需加入稀土元素即可实现高强度要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高强度长寿命针布用钢线材及其制造方法，采用该方法生产的针布用钢盘条索氏体含量高，不出现网状碳化物等异常组织，利于客户后道直接拉拔，高表面质量与低脱碳层保证其制得的针布耐磨性好，使用寿命长。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高强度长寿命针布用钢线材，该钢线材的化学成分按质量百分比设计为：C：0.85％-0.95％，Mn：0.45％-0.60％，Si：0.15％-0.35％，Nb：0.010％-0.040％，V：0.10％-0.50％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr≤0.06％，Ni≤0.05％，Cu≤0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。

由于对针布钢的组织、偏析、网状碳化物、夹杂物都有很高的要求；常规针布钢中常添加较大比例的Mn、Si、Cr元素以提高钢材的强度、硬度、塑性和耐腐蚀性，细化珠光体片层间距，但在本发明中，由于对夹杂的高要求，为了降低氧化物夹杂的产生，使用了与常规针布钢相比较低的Mn、Si元素，取消Cr元素的添加；降低Mn、Si元素含量可将夹杂物落点靠近MnO-SiO2-Al2O3系低熔点区域，对采用Si-Mn脱氧的针布钢而言，夹杂物主要是MnO-Al2O3-SiO2系(来自脱氧产物)和CaO-Al2O3-SiO2系(来自炉渣)。对于MnO-Al2O3–SiO2系，理想的夹杂应该是锰铝榴石(3MnO-Al2O3-3SiO2) 及其周围的低熔点区域，CaO-Al2O3-SiO2-MnO系熔点低于1400℃区域；若将夹杂物控制在此区域，MnO-Al2O3–SiO2系夹杂物，Mn和Si的含量会影响夹杂物的落点，就可让夹杂物获得较好的塑性，实现夹杂物塑性化、低害化。

对于针布钢丝来讲，盘条的强度、面缩也是较为关键的指标，为了能够满足客户的强度要求，在本发明中使用了高C含量的设计，同时通过线材加工的控轧控冷技术，使其进行索氏体化和阻止碳化物的析出，以达到客户对钢材的强度、面缩要求。

上述针布用钢线材的制造方法采用KR铁水处理-转炉冶炼-LF精炼-连铸方坯-加热 -控制轧制-控制冷却的生产工艺。以连铸方坯为原料，在高线进行控轧控冷处理是本工艺方案的核心，包含坯料处理、加热温度控制、开轧温度控制、终轧温度控制、吐丝温度、吐丝后冷却控制。

针布用钢热轧盘条轧制时严格控制加热温度，尽量减少脱碳，即加热炉预热段≤750 ℃，加热炉一段温度790℃～880℃，加热炉二段温度950℃～1020℃，均热段温度1000℃～1200℃，加热炉一段30min，加热二段30min，均热段40min，这样的加热工艺降低生产成本，轧制节奏容易把控。

针布用钢热轧盘条轧制时严格控制工艺参数，即开轧温度1000℃～1100℃，高压水除鳞压力≥180Mpa，高压水除鳞后进行的是初轧-中轧-预精轧-精轧-入模块-吐丝，精轧是吐丝前保证盘条尺寸重要工序，精轧温度需要控制针布钢控制在1000℃左右，精轧过后盘条直径已小于60mm。精轧后的针布用钢进行穿水冷却，穿水冷却后温度控制在 900℃-960℃，冷却目的是控制吐丝温度在合适的范围，穿水冷却成本低，可控制水流大小控制冷却强度；进入减定径机轧制后再次进行穿水冷却，减定径机是为了控制盘条最终尺寸、不圆度在标准范围内，减变率一般在15％左右，减定径后冷却穿水目的主要是为了控制吐丝温度，冷却穿水成本低，最后控制吐丝温度在850℃-950℃。

吐丝后采用风冷进行控制冷却，吐丝后初始辊道的速度为0.75～0.95m/s，此阶段的冷却温度区间为900～700℃，冷却速度控制在15～20℃/s，用以控制网状碳化物析出及珠光体团大小，晶粒度在7级左右，此阶段已经发生奥氏体向珠光体的相变；后续辊道逐次递增0.01～0.02m/s，此阶段的冷却温度区间在700～600℃，冷却速度控制在12～15℃ /s，控制珠光体片间距在0.1～0.15um之间，此过程中部分珠光体会转变为索氏体；保温罩前十全部开启，保温罩前十对应至盘条相变结束，开启保温罩是为了保证风冷冷却强度，当温度达到600℃左右时，后续保温罩关闭，相变即将结束时关闭保温罩，延长相变时间，使盘条能充分相变，保证珠光体向索氏体转变的充分相变时间，保证组织均匀性，抑制网状碳化物析出和控制氧化铁皮厚度。整个控冷工艺中，斯太尔摩风冷线上各冷却阶段风速是通过风机调整功率大小调整风量来控制。

风冷冷却至600℃-650℃之间后，其余保温罩关闭，使相变区从奥氏体区完全转换到珠光体区域，从而抑制网状碳化物析出和控制氧化铁皮厚度。盘条从吐丝温度900℃开始，快速冷却至700℃以下，可避开网状碳化物析出区间(700～750℃网状碳化物析出区间)，控制相变温度在600～650℃，后续保温时组织充分相变，使组织更均匀，抑制氧化铁皮的形成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过合理成分设计，及后道高线轧制斯太尔摩风冷线风冷工艺，盘条从吐丝温度900℃开始，快速冷却至700℃以下，可避开网状碳化物析出区间(700～750℃网状碳化物析出区间)，控制相变温度在600～650℃，后续保温时组织充分相变，使组织更均匀，抑制氧化铁皮的形成。通过提高冷却速率及增大线材接触面积，使成品网状碳化物得到抑制，通条均匀性得到改善；既提高了成品质量又降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例1钢线材显微组织及珠光体片间距图。

图2为本发明实施例2钢线材显微组织和珠光体片间距图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明内容作进一步说明。

实施例1

熔炼100吨下述所示化学成分组成的钢，进行连铸，制作截面尺寸200mm×200mm或390mm*510mm的连铸坯，所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.92％， Mn：0.50％，Si：0.20％，Nb：0.035％，V：0.45％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr≤0.06％，Ni≤0.05％，Cu≤0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。

把连铸坯加热至1000℃以上，炉内残氧量控制在6％以下，加热2小时出炉，高压水除鳞后进行轧制：开轧温度为1100℃，轧制过程分39道次轧制，轧制速度设定40m/s，轧制后最终规格为φ5.5，轧制分为四个阶段，各阶段的变形率均不相同，轧制后为吐丝需采用风冷，控制风机风量控制冷速，保证获得组织正常。吐丝温度控制在850℃；轧制结束后，盘条经斯太尔摩风冷线实行冷却，为实现冷却辊道上均衡的冷却速率，需对辊道速度及轧制速度、辊道长度进行匹配，此处辊道长度108m，初始辊道速度0.85m/s，后续按0.02m/s递增，风机在辊道下每隔3m一个风机，1～2#风机对应900～700℃，3～4#风机对应700～650℃，1#风机开启度80％，2#风机开启度80％，3#风机开启度30％，4#风机开启度25％，5#风机开启度25％，6#风机开启度15％，后续保温罩全部关闭；盘条经上述风冷线冷却后，形成均匀的索氏体组织，索氏体含量95％以上，其余为铁素体。盘条下线后试样经时效处理，检测盘条的力学性能和组织，盘条的力学性能指标如下：抗拉强度1250Mpa左右，面缩：42％；盘条的金相组织为图1所示的均匀的索氏体组织，索氏体比例95％以上，片层间距在0.08～0.12um，夹杂物尺寸控制在15um以下。

实施例2

熔炼100吨下述所示化学成分组成的钢，进行连铸，制作截面尺寸200mm×200mm或390mm*510mm的连铸坯，所得连铸坯的化学成分按照质量百分比计包括：C：0.92％， Mn：0.50％，Si：0.20％，Nb：0.02％，V：0.45％，P≤0.02％，S≤0.015％，Cr≤ 0.06％，Ni≤0.05％，Cu≤0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。

把连铸坯加热至1200℃以上，炉内残氧量控制在6％以下，保温3小时出炉，高压水除鳞后进行轧制：开轧温度为1050℃，轧制过程分39道次轧制，轧制速度设定40m/s，吐丝温度控制在900℃；轧制结束后，盘条经斯太尔摩风冷线实行冷却，为实现冷却辊道上均衡的冷却速率，需对辊道速度及轧制速度、辊道长度进行匹配，此处使用0.95m/s 的辊道速度，后续辊道速度按照0.03m/s递增，1#风机开启度85％，2#风机开启度85％，3# 风机开启度35％，4#风机开启度25％，5#风机开启度25％，6#风机开启度15％，后续保温罩全部关闭；盘条经上述风冷线冷却后，形成均匀的索氏体组织，索氏体含量95％以上，其余为铁素体。盘条下线后试样经时效处理，检测盘条的力学性能和组织，盘条的力学性能指标如下：抗拉强度1300Mpa，面缩：41％；盘条的金相组织为图2所示的均匀的索氏体组织，索氏体比例95％以上，片层间距在0.09～0.13um，夹杂物尺寸控制在15um 以下。

尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。