本發(fā)明涉及一種盤條及其制備方法，尤其涉及一種纜索用盤條及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、盤條是生產(chǎn)高強(qiáng)度橋梁纜索用鋼絲、鋼絞線的原料，大規(guī)格盤條通過拉拔、鍍鋅、穩(wěn)定化等工藝，可以制成高強(qiáng)鋼絲。而要完成大減面率鋼絲拉拔過程，盤條首先需具備良好的可拉拔性能。

2、此外，鋼絲強(qiáng)度等級(jí)的提高也需要盤條強(qiáng)度不斷提升。合金強(qiáng)化和組織細(xì)化是提高盤條強(qiáng)度的兩種最有效手段。例如，公開號(hào)為cn101565797a，公開日為2009年10月28日，名稱為“一種高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲及其在橋梁纜索制造上的應(yīng)用”的中國(guó)專利文獻(xiàn)，提高材料si元素含量、添加v、nb微合金化元素復(fù)合添加來進(jìn)一步提高材料強(qiáng)度。

3、高碳盤條得到高索氏體化組織是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提升的另一重要手段。例如，公開號(hào)為cn107299280，公開日為2017年10月27日，名稱為“一種2000mpa級(jí)纜索鋼絲用熱處理盤條”，該盤條經(jīng)熱軋后還需要進(jìn)行離線等溫處理控制組織，將熱軋盤條放線后經(jīng)奧氏體化加熱、等溫鹽浴、清洗、收線得到熱處理盤條，奧氏體化加熱溫度880～980℃，等溫鹽浴520～600℃。

4、然而，目前的直接熱軋高碳盤條，當(dāng)鋼絲強(qiáng)度達(dá)到1960mpa以上時(shí)，無法同時(shí)滿足強(qiáng)度和高塑韌性的要求，需要對(duì)盤條進(jìn)行離線等溫處理，或添加大量合金元素、大方坯兩次軋制生產(chǎn)等，其質(zhì)量控制難度大，生產(chǎn)成本高。

5、基于此，期望提供一種高碳鋼盤條及其制造方法，其能夠以較低的成本制得高強(qiáng)度和和高塑韌性盤條。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條，其通過合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)，能夠以較低的加工成本，滿足2000mpa高強(qiáng)度高扭轉(zhuǎn)性能鍍鋅鋼絲加工需求。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條，其含有fe和不可避免的雜質(zhì)，此外還含有質(zhì)量百分含量如下的下述各化學(xué)元素：

3、c：0.84-0.89％；

4、si：0.60-1.00％；

5、mn：0.30-0.80％；

6、cr：0.25-0.50％；

7、v：0.02-0.06％；

8、al：0.02-0.05％；

9、o：0.0015-0.0035％；

10、n：0.004-0.008％。

11、進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條，其各化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為：

12、c：0.84-0.89％；

13、si：0.60-1.00％；

14、mn：0.30-0.80％；

15、cr：0.25-0.50％；

16、v：0.02-0.06％；

17、al：0.02-0.05％；

18、o：0.0015-0.0035％；

19、n：0.004-0.008％；

20、余量為fe和其他不可避免的雜質(zhì)。

21、在本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條中，各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理具體如下所述：

22、c：c元素是保證盤條及鍍鋅鋼絲高強(qiáng)度所必需的化學(xué)成分，c元素含量決定了高碳盤條索氏體組織中滲碳體體積分?jǐn)?shù)，提高盤條中碳含量有利于形成更多滲碳體片層，細(xì)化的索氏體片層組織具有更好的變形性能和加工硬化性能，有利于后續(xù)加工過程中鋼絲強(qiáng)度的提升。因此對(duì)于本發(fā)明需控制c含量在0.84％以上。然而，隨著材料中碳含量的增加，會(huì)造成冶煉連鑄過程中偏析控制難度加大，特別是形成沿晶界析出的網(wǎng)狀滲碳體將使材料塑韌性急劇降低，同時(shí)碳含量增加后在軋后冷卻過程中易于發(fā)生滲碳體球化現(xiàn)象，基于此本發(fā)明控制碳含量上限為0.89％。

23、si：冶煉過程中si元素常作為脫氧劑加入鋼中，同時(shí)固溶于盤條鐵素體相中的si將顯著提高材料強(qiáng)度。此外，在本發(fā)明中，盤條冷卻相變過程中si元素還將在鐵素體相和滲碳體相界面富集，經(jīng)過大減面率拉拔的鋼絲在鉛浴脫脂和熱鍍鋅過程中，si元素在相界面的富集將減緩大變形滲碳體片層的分解，減小鋼絲強(qiáng)度的損失?；诖?，為了保證盤條高強(qiáng)度以及拉拔加工后的鋼絲具有更高的強(qiáng)度，本發(fā)明控制si含量高于0.6％，但過高的si將顯著降低鋼的塑性，導(dǎo)致材料脆化，扭轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)劈裂，因此本發(fā)明將si元素含量控制在0.60-1.0％。

24、mn：mn元素在煉鋼過程也常作為脫氧劑添加，同時(shí)mn易與鋼中的有害元素s結(jié)合形成mns，降低其危害。mn也是鋼中常用的強(qiáng)化元素，主要起到固溶強(qiáng)化的作用，形成的合金滲碳體具有更高的強(qiáng)度，因此合金中mn含量需控制高于0.30％。但對(duì)于本發(fā)明來說，當(dāng)mn含量過高時(shí)將增大材料加熱過程中晶粒粗化傾向，增大控冷組織控制難度，尤其是在鋼中的c、si含量均較高的情況下，基于此，本發(fā)明控制mn元素添加量低于0.80％。

25、cr：本發(fā)明通過cr元素的添加來細(xì)化盤條中索氏體組織片層結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高滲碳體強(qiáng)度，對(duì)材料強(qiáng)度和塑性均有改善，因此本材料中添加cr含量高于0.25％。另一方面，為了防止出現(xiàn)馬氏體異常組織，降低組織控制難度，同時(shí)cr含量提高后，滲碳體球化趨勢(shì)更強(qiáng)，因此本發(fā)明控制其含量上限為0.50％。

26、v、al、o和n：v和al元素易于與c、n結(jié)合，生成納米級(jí)的碳氮析出物，同時(shí)al元素與o元素結(jié)合生成氧化鋁，在盤條熱軋過程中有利于細(xì)化奧氏體組織，提高晶界面積，為索氏體組織轉(zhuǎn)變提供更形核點(diǎn)，便于形成良好的層片狀的索氏體片層組織，降低球狀和短棒狀退化滲碳體比例，有利于熱軋盤條在后續(xù)直接拉拔過程中鋼絲強(qiáng)度的提升和扭轉(zhuǎn)性能的提高?；诖?，本發(fā)明為了發(fā)揮al元素細(xì)化晶粒作用，控制al含量范圍為0.02-0.05％，o含量高于0.0015％。另一方面，為了防止產(chǎn)生過多的氧化鋁，從而劣化性能，本發(fā)明控制o含量低于0.0035％。此外，本發(fā)明為了保證v、al的氮碳化物在800-900℃溫度范圍內(nèi)充分析出，同時(shí)防止v過量促進(jìn)大顆粒球化碳化物形核生長(zhǎng)，控制v添加范圍為0.02-0.06％，n元素含量為0.004-0.008％。

27、進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條中，其化學(xué)元素質(zhì)量百分含量還滿足：(v+al)/(c+100n)≥1/35，式中各化學(xué)元素代入相應(yīng)化學(xué)元素質(zhì)量百分含量百分號(hào)前的數(shù)值。

28、本發(fā)明為了進(jìn)一步地保證v、al的氮碳化物在800-900℃溫度范圍內(nèi)充分析出，同時(shí)防止v過量促進(jìn)大顆粒球化碳化物形核生長(zhǎng)，控制(v+al)/(c+100n)≥1/35。

29、進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條的其他不可避免的雜質(zhì)中：ti≤0.003％，ca≤0.001％，p≤0.010％，s≤0.010％。

30、本發(fā)明中不可避免的雜質(zhì)主要是p、s、ti和ca。其中p和s元素含量過高將增加材料脆性，特別是當(dāng)出現(xiàn)偏析時(shí)。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，控制p含量低于0.010％、s含量低于0.010％。

31、ti元素過高時(shí)，在鋼中形成大量碳氮化物，不利于鋼絲扭轉(zhuǎn)性能和疲勞壽命，因此在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，控制ti含量在0.003％以下。

32、ca雖然可以使得該盤條中脆性夾雜物熔點(diǎn)降低，提高鋼絲扭轉(zhuǎn)性能，但過高時(shí)將導(dǎo)致生成大量球狀?yuàn)A雜物，不利于索氏體片層結(jié)構(gòu)形成，因此需控制其含量低于0.001％。

33、進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條中，其微觀組織包括索氏體球團(tuán)，索氏體球團(tuán)的尺寸范圍為2-30μm。

34、進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條中，其微觀組織中的球狀和短棒狀退化滲碳體的體積占比低于0.6％。

35、進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條中，其抗拉強(qiáng)度≥1320mpa，面縮率≥30％。

36、本發(fā)明的另一目的在于提供一種高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條的制造方法，其采用較為簡(jiǎn)單的加工工藝，可以制得滿足2000mpa高強(qiáng)度高扭轉(zhuǎn)性能鍍鋅鋼絲加工需求的高碳鋼盤條。

37、基于上述目的，本發(fā)明還提供了一種高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條的制造方法，其包括步驟：

38、(1)冶煉；

39、(2)采用小方坯連鑄機(jī)澆注方坯；

40、(3)加熱：加熱至950-1150℃，保溫1.5-2.5h；

41、(4)盤條軋制：控制軋制速度為20-60m/s；

42、(5)斯太爾摩風(fēng)機(jī)冷卻。

43、在本發(fā)明所述的制造方法中，其中澆鑄過程可以采用氬氣保護(hù)，小方坯尺寸可以為≤260mm，寬厚比≤4：3。此外，可以通過調(diào)整連鑄過程中拉速、冷卻及末端輕壓下參數(shù)，控制坯料心部碳偏析低于1.06。

44、進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的制造方法的步驟(4)中，控制精軋機(jī)組進(jìn)口溫度為930-990℃，減定徑機(jī)組進(jìn)口溫度為930-990℃，吐絲溫度為920-980℃。

45、進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的制造方法的步驟(5)中，控制斯太爾摩線的風(fēng)量調(diào)整范圍為：f1-f8風(fēng)機(jī)風(fēng)量為80-100％，f9-f14風(fēng)機(jī)風(fēng)量為0-45％。

46、在本發(fā)明所述的制造方法中，盤條軋制后通過調(diào)整斯太爾摩線風(fēng)機(jī)分量控制盤條組織轉(zhuǎn)變，優(yōu)化盤條組織。經(jīng)斯太爾摩冷卻后盤條形成良好的層片狀的索氏體片層組織，無馬氏體異常組織，索氏體球團(tuán)尺寸2-30μm，盤條中球狀和短棒狀退化滲碳體占比低于0.6％，有利于后續(xù)鋼絲拉拔。

47、本發(fā)明還提供了一種鍍鋅鋼絲，其采用如上文所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條經(jīng)拉拔、鍍鋅和穩(wěn)定化處理后獲得，所述鍍鋅鋼絲的抗拉強(qiáng)度≥2000mpa；扭轉(zhuǎn)值≥11次。

48、其中的拉拔、鍍鋅和穩(wěn)定化處理均為本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)工藝，本發(fā)明對(duì)其并無改進(jìn)，因此在此不再贅述。

49、本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條具有如下所述的優(yōu)點(diǎn)以及有益效果：

50、本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條在成分設(shè)計(jì)時(shí)，添加的合金元素種類少，且含量相對(duì)較低，因此具有低成本的優(yōu)勢(shì)。

51、本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條制造方法工藝簡(jiǎn)單，無需采用等溫處理等步驟，就可以獲得所獲得具有良好的強(qiáng)塑性匹配能力的盤條，可以滿足高強(qiáng)度鋼絲拉拔、鍍鋅加工要求。

52、本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條的顯微組織主要以索氏體為主，并且索氏體球團(tuán)尺寸細(xì)化至2-30μm，盤條中球狀和短棒狀退化滲碳體體積占比低于0.6％，心部碳偏析低于1.06，組織中無異常組織。

53、本發(fā)明所述的高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)型高碳鋼盤條的抗拉強(qiáng)度可達(dá)1320mpa以上，同時(shí)具有良好的塑性，面縮率高于30％。因此該盤條可直接進(jìn)行拉拔、鍍鋅、穩(wěn)定化處理生產(chǎn)強(qiáng)度高于2000mpa、扭轉(zhuǎn)值高于11次的橋梁纜索和高強(qiáng)鋼絞線用鍍鋅鋼絲，加工成本低，可滿足大跨徑橋梁、建筑工程的使用要求，降低項(xiàng)目投資，節(jié)約成本。