第9讲中高碳钢棒线材的实际生产应用

UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB1第9讲：中高碳钢棒线材的实际生产应用UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB21高碳硬线钢82B中Al2O3-SiO2-MgO-CaO-MnO系夹杂物塑性化控制新余钢铁股份有限公司分析了高碳硬线钢82B在冶炼过程中复合夹杂物-钢液-渣及耐火材料局部动态平衡反应过程及Mn、Si和Al脱氧条件下夹杂物成分变化规律。利用热力学计算软件进一步计算分析了硬线钢获得良好变形能力的Al2O3-SiO2-MgO-CaO-MnO五元系夹杂物所需要的条件。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB31.1热力学分析夹杂物形成条件某钢厂生产高碳钢盘条的工艺流程为:铁水脱硫→转炉冶炼→Mn、Si和Al合金终脱氧→LF精炼→连铸连轧由于高碳硬线钢采用一定的铝脱氧,因此在随后的炉外精炼过程中必须采用高碱度、高还原性炉渣精炼。当高碱度、高还原性炉渣形成后,由于渣-钢间的氧势很低,渣中的CaO、MgO会被还原,部分Ca、Mg进入钢液中,生成CaO、MgO。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB4在轧制温度下,随着夹杂物熔点的降低,其变形能力越来越好,夹杂物的熔点低于1500℃时,其变形能力比同温度下钢的变形能力好，当夹杂物中CaO、MgO和Al2O3含量达到一定程度时,就会形成非塑性夹杂物。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB5UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB6研究假设夹杂物-钢液-渣之间达到了热力学平衡,夹杂物的成分与渣的成分趋于一致,夹杂物的成分可以用钢液与夹杂物间的热力学平衡预测。因而通过控制精炼渣成分、炉衬耐火材料和一定的脱氧条件,可以控制夹杂物的成分。1.2硬线钢中夹杂物成分热力学优化及控制UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB7因此通过热力学软件优化上述各组元的浓度,以控制夹杂物的成分。在给定组元成分、温度、压力和某一组元的活度,选择可能生成的物质和合适的数据库,就可以计算出与该组元活度对应的炉渣成分。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB81873K时钢液中元素的相互作用系数UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB9为了将夹杂物成分控制于低熔点区域,Al2O3的活度应控制在0.01~0.04。同时,为了提高夹杂物的碱度,可以将CaO的活度控制在0.01~0.05,而SiO2的活度应当控制在较低的范围内(小于0.005)。由于MnO组元可以降低夹杂物的熔点、扩大低熔点区域,因此适当提高MnO的活度有助于将夹杂物成分控制于低熔点区域。1.3结论UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB102铬微合金化对大规格高碳钢线材质量的影响唐山钢铁有限公司研究了成品成分与高碳钢线材力学性能的关系,得出回归方程。讨论铬微合金化对大规格高碳钢线材质量的影响。高碳钢中加入的铬元素抑制先共析铁素体析出,减小珠光体片层间距,可明显提高抗拉强度,提高断面收缩率,改善线材的拉拔性能。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB112.1高碳钢线材生产工艺流程UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB122.2铬微合金化对高碳钢线材力学性能及组织的影响高线轧制80钢工艺:加热温度1050℃,吐丝温度850℃,风冷速度约为4℃/s。采用铬铁合金化与不采用铬铁合金化对高碳钢力学性能的影响如表1所示,对高碳钢线材心部组织的影响如图2所示。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB13由表1可以看出,加入铬的质量分数为0.20%~0.30%,与未加入铬元素的高碳钢线材相比,可使抗拉强度平均提高67.9MPa,断面收缩率平均提高2%。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB14图2高碳钢线材心部金相组织UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB15从图2可以看出,加入铬元素和未加入铬元素的高碳钢线材显微组织有明显区别,加入铬元素的显微组织粗大,珠光体较少,无先共析铁素体析出;未加入铬元素的显微组织粗大,珠光体较多,有先共析铁素体析出。显然先共析铁素体量很小(约为1%~2%),但由于铁素体与珠光体组织有截然不同的性能,且在转变过程中沿原奥氏体晶界析出,所以对线材抗拉强度和断面收缩率有不利影响。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB16在轧制大规格(Φ≥10mm)高碳钢线材时,由于线材直径较大,线材心部冷却较慢,奥氏体向珠光体转变时,就可能形成较大的珠光体片层间距。从图3、图4可以看出,钢中加入铬元素可缩小奥氏体区,使C曲线向右移,提高钢的淬透性,抑制先共析铁素体析出,缩小珠光体片层间距。所以,在轧制大规格高碳钢线材时,钢中加入铬元素,减少或消除先共析铁素体析出,使珠光体片层间距减小。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB17缩小珠光体片层间距可提高钢的抗拉强度又可以提高钢的塑性。在拉拔时,随珠光体片层间距的减小,极限拉拔强度增加,极限拉拔量也增加。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB18(1)高碳钢中加入铬元素可明显提高抗拉强度,也可改善断面收缩率。(2)80钢中铬元素含量在0.20%~0.30%范围内,铬元素每提高0.01%,抗拉强度提高3.22MPa,断面收缩率提高0.078%。(3)高碳钢中加入铬元素抑制先共析铁素体析出,缩小珠光体片层间距,改善线材心部与边部组织的均匀性。2.3结论UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB193微合金高碳钢硬线轧制工艺研究北京科技大学对酒钢的微合金高碳钢硬线轧制工艺进行了研究。研究发现，与普通高碳钢相比,铌元素的加入使微合金高碳钢的A→P转变温度区间扩大,开始转变温度升高,转变结束温度降低,转变完成所需时间增加。与普通高碳钢相比,含铌高碳钢受冷却速度的影响较大:随着控冷冷速的提高,线材内部索氏体含量增加,珠光体和先共析铁素体的含量降低,线材的强度、塑性向着有利于深加工的方向发展。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB20加热炉→粗轧→1#飞剪切头尾→中轧→2#飞剪切头尾→中轧→预精轧→预水冷→3#飞剪切头尾→精轧→水冷→热测径→减定径→水冷→探伤→吐丝→控制冷却(风冷)→集卷→打包→入库3.1轧钢工序所采用的工艺路线UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB213.2主要技术措施（1）控制轧制、控制冷却；（2）终轧温度的控制；（3）控冷辊道佳灵装置参数的调整、设定；（4）冷却速度的确定；（5）控冷冷速的确定。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB223.3试验结果分析UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB23由表1可以看出铌微合金高碳钢硬线在冷速25.43℃/s时的索氏体比例比21.34℃/s时的索氏体比例高4.61%、珠光体含量低4.46%、铁素体含量低0.1%,因此铌微合金高碳钢硬线随着控冷冷速的提高,线材内部索氏体含量增加、珠光体和先共析铁素体的含量降低。随着索氏体含量增加、珠光体和先共析铁素体含量的降低,线材的强度、塑性向着有利于深加工的方向发展。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB24UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB25UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB26从图3~4中的e、f、g、h四张照片可看出,线材中铁素体含量明显偏高,尤其心部不但含有较多已呈网状的铁素体,且珠光体含量很高,片层间距粗宽,索氏体含量相对较低。而铁素体组织强度低于索氏体组织的强度,在线材受拉伸时,由于网状铁素体在奥氏体晶界的析出,使材料首先在晶界形成微裂纹,随着外力的增大,裂纹迅速扩展断裂,使线材抗拉强度低,韧性差;同时在有粗片状珠光体和索氏体混合的组织时,材料的强度和塑性就取决于强度和塑性较弱的粗片状珠光体在基体组织中的数量比例,比例越大则线材的强度和塑性就越差。对比照片发现,表面组织明显优于心部,其珠光体片层相对较小,而轧后冷却时边部冷速一般较心部快,表明可能由于线材在控冷线上冷速较慢而导致这种索氏体+粗片状珠光体(多)+网状铁素体组织的出现。UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB27（1）为获得良好的组织性能,在设备允许的条件下,应采用低温终轧。（2）与普通高碳钢相比,铌元素的加入使高碳钢的A→P转变温度区间扩大,开始转变温度升高,转变结束温度降低,转变完成所需时间增加。（3）与普通高碳钢相比,含铌高碳钢受冷却速度的影响较大,根据生产结果,冷速应控制在20~28℃/s。3.4结论UniversityOfScienceandTechnologyBeijingUSTB28（4）铌微合金高碳钢硬线随着控冷冷速的提高,线材内部索氏体含量增加,珠光体和先共析铁素体的含量降低;线材的强度、塑性向着有利于深加工的方向发展。（5）高碳钢中加入微量的铌合金可有效提高线材的强度和韧性,能满足优质钢丝绳高强度、高韧性的生产要求。