[发明专利]超高强度钒钛复合微合金化高碳钢盘条及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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，属于钢铁冶金技术领域。

背景技术

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1860MPa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1860MPa级预应力钢绞线相比，2100MPa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℃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匀、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℃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匀性和综合性能；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、Al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。

发明内容

本发明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：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。

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发明的重要特征，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10MPa，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，本发明中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％。