CN103122437A - 钒硅复合微合金化超高强度盘条及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钒硅复合微合金化超高强度盘条及其制备工艺。该盘条包含的化学成分(wt％)为：基本成分：C 0.85-0.95％、Si 0.95-1.10％、Mn 0.50-0.60％、Cr 0.20-0.35％、Ti 0.01-0.05％、Al 0.005-0.050％、V 0.11-0.15％；可选成分：Ni 0.001-0.15％、Cu 0.001-0.25％、B 0.0001-0.005％、Nb 0.001-0.03％和Mo 0.001-0.03％中的任意一种以上；以及余量的Fe和杂质；其制备工艺包括依次进行的加热、轧制和控冷工序，其中控冷工序采用斯太尔摩控制冷却，相变前冷却速度在10K/s以上，相变后期冷却速度为1-3K/s。本发明盘条抗拉强度在1370MPa以上，断面收缩率在35％以上，索氏体化率在95％以上，可用于生产超高强度预应力钢绞线和镀锌钢绞线等产品。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种钒硅复合微合金化超高强度盘条及其制备工艺，属于钢铁冶金和轧钢领域。
背景技术
桥梁、公路、电站和高层建筑等建设需要大量的预应力钢绞线及镀锌钢丝。随着桥梁跨度的不断增加，对桥梁用预应力钢绞线和镀锌钢丝的强度要求也越来越高。高强度化和大规格化是预应力钢绞线及镀锌钢绞线的主要发展方向，钢丝的高强高韧化是适应市场需求的必然趋势。
线材强度的提高能够减少建材使用量，缩短建筑周期，节约建设成本。通过提高线材强度，日本明石海峡大桥节省了17亿元的建设成本，并使建设周期缩短了5个月。在线材高强高韧化的发展方向上，日本的技术处于前沿水平。新日铁已开发出2300MPa级钢绞线用盘条，并成功实现生产和应用，并且，2500MPa级的钢绞线也正在研发。目前国内已实现量产的预应力钢绞线最高强度级别为2000MPa，镀锌钢丝的最高强度级别为1770MPa。据报道，宝钢开发出了1860MPa级镀锌钢丝用盘条。对于2140MPa级的预应力钢绞线和1960MPa级的镀锌钢丝，目前国内尚未见有该强度级别钢丝和钢绞线以及相应盘条成功开发的报道。
与常见的82B盘条相比，超高强度级别高碳钢盘条的强度级别跨度比较大，成分范围以及生产工艺的确定至关重要。合金化是提高钢材综合性能的常见方法之一。在钢中加入适量的合金元素，能够实现钢材的强韧化，并使其它性能也得到改善。在钢中加入钒和硅，通过析出强化与固溶强化作用，能够提高原始盘条的强度，并且，钒还有减轻中心偏析和抑制网状渗碳体的作用，而硅则有利于提高镀锌钢丝的热稳定性。
对于高碳钢盘条的生产，中心偏析与网状渗碳体是常见的两个主要问题。中心偏析的存在使盘条心部容易产生马氏体等有害组织，对盘条的力学性能以及拉拔性能等都将会产生不良影响。网状渗碳体的产生使盘条发生脆性断裂，对盘条的性能危害极大。
发明内容
本发明提供一种钒硅复合微合金化超高强度盘条及其制备工艺，该超高强度盘条的抗拉强度在1370MPa以上，断面收缩率在35％以上，该盘条可用于生产超高强度预应力钢绞线和镀锌钢绞线等产品，同时，其制备工艺简单易操作，成本低廉。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种钒硅复合微合金化超高强度盘条，其特征在于，它包含的化学成分及其重量百分比为：
基本成分：C 0.85-0.95％、Si 0.95-1.10％、Mn 0.50-0.60％、Cr0.20-0.35％、Ti 0.01-0.05％、Al 0.005-0.050％、V 0.11-0.15％；
可选成分：Ni 0.001-0.15％、Cu 0.001-0.25％、B 0.0001-0.005％、Nb0.001-0.03％和Mo 0.001-0.03％中的任意一种或两种以上；
以及，余量的Fe和杂质。
所述超高强度盘条的抗拉强度在1370MPa以上，断面收缩率在35％以上，索氏体化率在95％以上，珠光体平均片层间距在80nm以下。
该钒硅复合微合金化超高强度盘条的制备工艺包括对具有与上述钒硅复合微合金化超高强度盘条相同组分的铸坯依次进行的加热、轧制和控冷工序，其中，控冷工序采用斯太尔摩控制冷却，相变前采用10K/s以上的冷却速度，相变后期采用1-3K/s的冷却速度。
所述加热工序中，加热炉温度为1120±20℃；所述轧制工序中，吐丝温度为880±10℃。
以下结合各组分的作用对本发明超高强度盘条的成分设计作详细说明：
C元素作为间隙原子，有显著的固溶强化作用，能够显著提高钢材的强度。为提高盘条强度，应增加C元素含量。但是，C元素的增加并不是无限制的。过高的C含量会使钢的塑性下降，偏析程度加剧，并导致网状渗碳体的产生。因此，应结合生产条件，合理选择C含量。本发明中C含量控制在0.85-0.95％。
Si能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度，也是炼钢过程中常用的脱氧剂。Si有稳定渗碳体的作用，在钢丝进行热镀锌时能够抑制渗碳体的分解。在高强度高碳钢中加入硅，对增加镀锌钢丝的热稳定性是有利的。但是，Si有促进石墨化的作用，使钢易发生脱碳。本发明中，Si含量控制在0.95-1.10％。
Mn能够提高钢的强度，改善力学性能。但是，Mn明显提高钢的淬透性，并有粗化晶粒和增加回火脆性的负面效果。高碳钢中Mn含量过高，容易导致马氏体的产生，并促进中心偏析。本发明中，Mn含量控制在0.50-0.60％。
Cr提高钢的强度和耐磨性，能够显著提高钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。但是，Cr也能够增加钢的淬透性，促进马氏体的产生。本发明中，Cr含量控制在0.20-0.35％。
V是常用的合金元素之一，能够提高钢的强度、屈强比和低温韧性。V能够与C、N和O等形成化合物，有析出强化的作用。由于V与C的结合，减少了基体中的固溶C原子，有减轻中心偏析的作用。此外，形成的VC细小颗粒在晶界上析出，可有效抑制网状渗碳体的形成。但钒铁的价格比较高。本发明中，V含量控制在0.11-0.15％。
本发明中，为提高盘条强度，C含量设计的比较高。而为了避免由于C含量增加所引起的中心偏析和网状渗碳体，添加了0.11-0.15％的V，此外，加入的V还可以起到细化组织、提高强度的作用。为降低淬透性、提高塑性，把Mn含量降至0.50-0.60％的范围，该含量低于普通82B中的Mn含量。此外，为稳定钢丝在热镀锌和稳定化处理之后的性能，并进一步提高强度与钢丝的扭转性能，把Si含量设计为0.95-1.10％的较高水平。
考虑到网状渗碳体与心部马氏体是高碳钢生产时遇到的两个主要问题。为消除这两种异常组织，除成分设计考虑之外，本发明的轧制和冷却过程按照以下参数控制：加热炉温度为1120±20℃，吐丝温度为880±10℃，采用斯太尔摩控制冷却。在控冷过程中，本发明采用斯太尔摩控制冷却，相变前冷却速度在10K/s以上，采用较快的冷却速度，以形成比较细小的索氏体片层，提高强度与塑性；同时，风机风量设为100％，尽可能提高辊道速率，降低盘条堆积密度，以实现快速冷却，防止网状渗碳体的产生；相变后冷却速度在1-3K/s之间，实现缓冷，使过冷奥氏体充分转变为珠光体，防止心部大尺寸马氏体的产生，同时，风机风量设为50％，降低辊道速度。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例中Stelmor线上实测的冷却曲线图；
图2a和图2b分别是本发明一较佳实施例中钒硅复合微合金化超高强度盘条的金相组织照片。
具体实施方式
以下结合附图及一较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本实施例钒硅复合微合金化超高强度盘条包含的化学成分为(wt％)：C 0.90，Si 1.04，Mn 0.54，Cr 0.275，Ti 0.038，Al 0.034，V 0.112，以及余量的Fe和不可避免的杂质。
该钒硅复合微合金化超高强度盘条的制备工艺如下：将含有上述成分的铸坯加热到1120±20℃，吐丝温度为880±10℃，Stelmor控冷按照表1的控冷条件进行。图1所示为Stelmor线上实测的冷却曲线，相变前的冷却速度在10K/s以上，相变后的冷速在1-3K/s之间。
参阅表2和图2a-2b，本实施例所获一批次13mm盘条产品的抗拉强度均在1370MPa以上，断面收缩率均在35％以上，其组织为细小的索氏体，索氏体化率高达97.8％，索氏体片层间距平均值为76nm，远低于普通82B的片层间距尺寸(100-200nm)。组织中只有极少量的马氏体，参阅图2b，最大尺寸不超过12μm。该产品力学性能优异，组织细小均匀，可用于生产超高强度预应力钢绞线和镀锌钢绞线等产品。
表1Stelmor控冷条件
表2热轧盘条的力学性能
| 盘条直径/mm | 状态 | 抗拉强度/MPa | 面缩率/％ |
| 13 | 热轧盘条 | 1425 | 42.6 |
| 13 | 热轧盘条 | 1374 | 35.5 |
| 13 | 热轧盘条 | 1514 | 43.8 |
| 13 | 热轧盘条 | 1436 | 40.5 |
| 13 | 热轧盘条 | 1380 | 35.1 |
| 13 | 热轧盘条 | 1438 | 42.9 |
| 平均值 | ------ | 1427.8 | 40.1 |
Claims (6)
1.一种钒硅复合微合金化超高强度盘条，其特征在于，它包含的化学成分及其重量百分比为：
基本成分：C 0.85-0.95％、Si 0.95-1.10％、Mn 0.50-0.60％、Cr0.20-0.35％、Ti 0.01-0.05％、Al 0.005-0.050％、V 0.11-0.15％；
可选成分：Ni 0.001-0.15％、Cu 0.001-0.25％、B 0.0001-0.005％、Nb0.001-0.03％和Mo 0.001-0.03％中的任意一种或两种以上；
以及，余量的Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的钒硅复合微合金化超高强度盘条，其特征在于，该超高强度盘条是通过包含有依次进行的加热、轧制和控冷工序的制备工艺而制成的，其中，控冷工序采用斯太尔摩控制冷却，相变前采用10K/s以上的冷却速度，相变后期采用1-3K/s的冷却速度。
3.根据权利要求1所述的钒硅复合微合金化超高强度盘条，其特征在于，所述加热工序中，加热炉温度为1120±20℃；所述轧制工序中，吐丝温度为880±10℃。
4.根据权利要求1所述的钒硅复合微合金化超高强度盘条，其特征在于，所述超高强度盘条的抗拉强度在1370MPa以上，断面收缩率在35％以上，索氏体化率在95％以上，珠光体平均片层间距在80nm以下。
5.一种钒硅复合微合金化超高强度盘条的制备工艺，其特征在于，该制备工艺包括对具有与如权利要求1所述钒硅复合微合金化超高强度盘条相同组分的铸坯依次进行的加热、轧制和控冷工序，其中，控冷工序采用斯太尔摩控制冷却，相变前采用10K/s以上的冷却速度，相变后期采用1-3K/s的冷却速度。
6.根据权利要求5所述的钒硅复合微合金化超高强度盘条的制备工艺，其特征在于，所述加热工序中，加热炉温度为1120±20℃；所述轧制工序中，吐丝温度为880±10℃。
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Application publication date: 20130529 |