本发明专利技术公开了一种超高强度钒钛复合微合金化高碳钢盘条及其制备方法。该盘条系采用钒钛复合微合金化工艺制成，其包含C、Si、Mn、P、S、V、Ti、Cr、Cu、Ni、O、N等基本成分，以及Al、Ca、B、Mg等可选择成分，同时还包含余量的铁和杂质；其制备方法包括依次进行的电路冶炼、精炼、连铸、轧制和冷却工序。本发明专利技术盘条的直径为11～15mm，抗拉强度Rm为1330～1410MPa，平均为1380MPa，断面收缩率Z≥32％。采用本发明专利技术低合金高碳钢盘条生产15.2mm预应力钢绞线的抗拉强度在2140MPa以上，15.2mm镀锌钢绞线的抗拉强度在1960MPa以上，7mm镀锌钢丝的抗拉强度在1860MPa以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术特别涉及一种超高强度钒钛复合微合金化高碳钢盘条，适用于生产超高强度预应力钢绞线、镀锌钢绞线以及镀锌钢丝系列产品，属于钢铁冶金
技术介绍
高碳钢线材主要用于生产预应力钢绞线、镀锌钢丝、钢芯铝绞线、钢丝绳、弹簧钢丝、琴钢丝等产品，在钢丝生产过程中需要对高碳钢盘条进行多道次拉拔，减面率达64 96%，因此，对原始盘条的强度、面缩率、伸长率、表面质量、纯净度等均有很高的要求。目前国内市场的预应力钢绞线以1860ΜΙ^级产品为主，所用材料主要是日标JIS G3506-2004中的SWRH82B，规格以11 13mm为主，盘条强度为1150 1200MPa。高强度、大规格是近期该领域的重要发展方向。与市场主流的1860MI^级预应力钢绞线相比，2100MI^级钢绞线不仅具有更大的承载能力，还可以减少材料用量13%，简化预应力结构，减少施工成本，具有显著的经济和社会效益。提高原始盘条强度是获得超高强度钢绞线的最佳途径，可以避免增大减面率引起的塑性损失。而提高盘条强度主要有两种途径强冷与微合金化。强冷可细分为离线热处理和在线强冷。离线热处理的代表工艺是铅浴淬火，将奥氏体化加热后的盘条直接放入 550°C左右的熔融铅液中，使盘条快速冷却至相变温度，并发生等温相变，所得盘条具有组织均勻、珠光体片曾细小、强度高、塑性好等优点，但由于严重的环境污染问题，目前已很少用于盘条的热处理。在线热处理的代表技术是新日铁公司开发的在线盐浴淬火工艺，在线材生产过程中，将吐丝后的盘条直接导入550 600°C的熔融盐熔液中实现等温相变，获得了很好的效果，有效提高了盘条的均勻性和综合性能；最近，鞍钢开发出了在线水浴冷却设备，并初步应用于线材生产，该技术使用水溶液作冷却介质，环保又廉价，有望在更大范围内得到推广。微合金化是应用更广泛的一种盘条强化方法，主要利用微合金元素的析出强化和固溶强化，达到细化珠光体片层结构、提高强度与塑性的目的，高碳钢中常用的微合金元素有V、Al、Cr、Si、Ti等。析出强化时，合金元素与钢中的碳氮结合，形成纳米级的碳氮化物， 起到钉扎晶界、细化奥氏体晶粒的作用；固溶强化时，合金元素融入铁素体或渗碳体中，造成晶格畸变，增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而提高钢材强度。现有高碳钢盘条的微合金元素主要采用V、A1和Cr，对于小方坯连铸，Al容易引起水口结瘤，影响正常生产，电炉冶炼过程中增氮比较严重。
技术实现思路
本专利技术提供了一种超高强度钒钛复合微合金化高碳钢盘条，其特征在于，该盘条包含的组分及其重量比为基本成分C0. 84 0. 90 %, Si 0. 70 1. 20 %, Mn 0. 60 0. 80 %, P 彡 0. 020%,S ^ 0. 020%,V 0. 05 0. 09%,Ti :0. 01 0. 05%,Cr :0. 15 0. 35%,Cu 0. 04 0. 20%, Ni 0. 01 0. 05%, 0 < 20ppm, N :40 70ppm ；可选择成分A1 :0. 01 0. 05%，Ca :3 20ppm，B 5 20ppm 以及 Mg < 5ppm 中的任意一种或两种以上的组合；以及余量的铁和杂质。以下具体说明各元素的作用及原理钒钛复合微合金化是本专利技术的重要特征，在高碳钢中，V是重要的微合金化元素， 能够推迟珠光体转变，降低相变温度，而且V在奥氏体中的固溶度适中，强化效果明显。但 V很容易和钢中的自由氮结合，形成VN，削弱V的作用。加入适量的Ti可以固定自由N，形成细小的TiN颗粒，细化组织结构，提高产品性能。此外，(Ti，V)C颗粒优先在奥氏体晶界上析出，消耗了部分晶界能，能够有效减少晶界渗碳体的析出，防止形成网状渗碳体。 C是钢材中最基本的强化元素，C含量每增加0. 01 %，盘条强度约增加lOMPa，但过量的C会促进中心偏析处先共析渗碳体的析出，严重时会形成网状渗碳体，降低盘条的塑性，造成拉拔断丝。因此，本专利技术中C含量的范围选为0. 84 0. 90%。Si是铁素体强化元素，能够通过固溶强化提高铁素体的强度，Si也是重要的脱氧剂，有助于降低钢中的氧含量，减少夹杂物。此外，Si在铁素体/渗碳体界面的富集有助于防止渗碳体在热镀锌和稳定化处理过程中发生分解，提高加工过程中的热稳定性。但过多的Si会引起脱碳，促使渗碳体石墨化，降低表面质量和盘条塑性。因此，Si含量范围选为 0. 70 1. 20%。Mn在钢中主要用于增加钢的强度，同时可以增加奥氏体的稳定性，降低相变温度， 同时Mn能改变硫化物成分、减小S的有害作用，但如果Mn含量过高使得盘条的淬透性增加，容易造成盘条中淬火组织的出现，因此本专利技术中，Mn含量控制在0. 60 0. 80%。P在本专利技术钢中会引起中心偏析，形成晶界偏聚，降低盘条塑性，P含量应控制在 0. 020% 以内。S除了容易引起中心偏析外，还会形成长条形的MnS夹杂物，在冷变形过程中容易形成裂纹，降低扭转性能，其含量应控制在0. 020 %以内。V是强碳化物形成元素，能够抑制热轧时奥氏体晶粒的长大。V在相变初期易于奥氏体晶界上形成VC颗粒，降低了晶界上C元素的含量从而可以有效的抑制网状渗碳体的产生；另外V在相变过程中会在珠光体中的铁素体间析出，对盘条起到析出强化作用，有利于提高盘条的强度。V含量过高容易出现淬火组织，不利于组织控制。本专利技术中，V含量控制在 0. 05 0. 09%。Ti是强碳氮化物形成元素，能够固定钢中的自由氮，防止氮在拉丝升温后产生应变时效，另外Ti (C，N)可以抑制热轧时奥氏体晶粒的长大，Ti还可以起到脱氧作用。但过多的Ti容易使Ti (C，N)长大，降低材料的塑性。本专利技术中，Ti含量控制在0.01 0.05%。Cr是碳化物生成元素，它在钢中主要存在于渗碳体片层中通过置换作用形成合金渗碳体。Cr的添加提高了奥氏体的稳定性，可以阻止热轧时晶粒的长大，另外Cr的添加使得钢的连续冷却转变曲线右移，在相同的冷速下可以细化珠光体片层间距。由于珠光体中合金渗碳体的存在，Cr的添加同样有助于抑制镀锌钢丝生成过程中镀锌时的渗碳体溶解， 减小钢丝强度损失。但Cr含量过高容易出现淬火组织，不利于组织控制。综合考虑产品性能与成本因素，本专利技术中，Cr含量控制在0. 15 0. 35%。Cu有助于提高钢绞线的耐腐蚀能力，但过多的Cu会引起材料的塑性下降，造成热轧过程中的开裂，本专利技术中，Cu含量控制在0. 04 0. 20%。Ni可以提高钢绞线的塑性和耐腐蚀能力，但过多的M会提高淬透性，同时增加材料成本，本专利技术中，Ni含量控制在0.01 0. 05%。0含量过高会增加夹杂物含量，引起材料的塑性下降，其含量应控制在20ppm以内。N可以和钢中的Ti结合形成TiN，抑制热轧时奥氏体晶粒的长大，细化组织结构， 但过多的N会增大钢的脆性，本专利技术中，N含量控制在40 70ppm。Al的加入主要是为了脱氧，另外多余的Al可以固定钢中的自由氮，形成的AlN可以细化奥氏体晶粒，但Al超过一定量后容易造成小方坯连铸过程中的水口结瘤，影响生产的顺利进行。本专利技术中Al的控制范围在0. 01 0. 05%。Ca有助于改善钢中MnS本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种超高强度钒钛复合微合金化高碳钢盘条，其特征在于，该盘条包含的组分及其重量百分比含量分别为：基本成分：Ｃ：０．８４～０．９０％，Ｓｉ：０．７０～１．２０％，Ｍｎ：０．６０～０．８０％，Ｐ≤０．０２０％，Ｓ≤０．０２０％，Ｖ：０．０５～０．０９％，Ｔｉ：０．０１～０．０５％，Ｃｒ：０．１５～０．３５％，Ｃｕ：０．０４～０．２０％，Ｎｉ：０．０１～０．０５％，Ｏ＜２０ｐｐｍ，Ｎ：４０～７０ｐｐｍ；可选择成分：Ａｌ：０．０１～０．０５％，Ｃａ：３～２０ｐｐｍ，Ｂ：５～２０ｐｐｍ以及Ｍｇ＜５ｐｐｍ中的任意一种或两种以上的组合；以及余量的铁和杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：麻晗，王雷，李平，
申请(专利权)人：江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：32
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