一种稀土合金化预应力盘条用钢及其制造方法
阅读说明：本技术 一种稀土合金化预应力盘条用钢及其制造方法 (Steel for rare earth alloying prestressed wire rod and manufacturing method thereof ) 是由 李文双 牛树林 俞飞 冯治胜 王勇 张楠 顾凤义 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及预应力盘条用钢制造技术领域,特别是涉及一种稀土合金化预应力盘条用钢及其制造方法。钢的牌号为SWRH82BRe,包含：碳0.79％～0.85％,硅0.15％～0.35％,锰0.60％～0.90％,铬0.20％～0.30％,镍≤0.10％,铜≤0.20％,磷≤0.020％,硫≤0.025％,稀土Re0.010％～0.050％,余量为铁和其他不可避免的元素。本发明通过稀土对钢进行微合金化处理,保证预应力用钢SWRH82BRe具有更高的强度和良好的塑性指标,更短的时效时间,更高的洁净度和更高的组织均匀性。(The invention relates to the technical field of manufacturing of steel for a prestressed wire rod, in particular to rare earth alloying steel for the prestressed wire rod and a manufacturing method thereof. The steel grade is SWRH82BRe, comprising: 0.79 to 0.85 percent of carbon, 0.15 to 0.35 percent of silicon, 0.60 to 0.90 percent of manganese, 0.20 to 0.30 percent of chromium, less than or equal to 0.10 percent of nickel, less than or equal to 0.20 percent of copper, less than or equal to 0.020 percent of phosphorus, less than or equal to 0.025 percent of sulfur, 0.010 to 0.050 percent of rare earth Re0, and the balance of iron and other inevitable elements. According to the invention, the steel is subjected to microalloying treatment by rare earth, so that the steel for prestress SWRH82BRe has higher strength and good plasticity index, shorter aging time, higher cleanliness and higher tissue uniformity.)
技术领域
本发明涉及预应力盘条用钢制造技术领域，特别是涉及一种稀土合金化预应力盘条用钢及其制造方法。
背景技术
预应力盘条用钢主要应用于制造钢绞线、钢丝绳、电梯绳等预应力钢丝。在盘条制作钢丝的拉拔过程中异常组织会经常导致拉拔脆断，而预应力盘条属于高碳钢，高碳钢在连铸过程中极易形成中心碳偏析，从而导致在后续高线轧制的盘条中出现网状碳化物和中心马氏体，这就是导致预应力盘条拉丝脆断的异常组织，同时普通Mn-Cr成分体系的预应力盘条随着强度的增加塑性明显降低，也对高强度钢丝的制造带来了困难。
申请号为CN201810573584.X的专利公开了一种稀土合金化研磨球用钢及其制造方法，该申请的稀土研磨球用钢是一种棒材产品，与本申请的稀土合金化预应力盘条用钢属于不同的钢种，成分体系完全不同；按照原来的成分体系并不适用于本发明，达到预期的性能，因此如何设计出一种组织更均匀、更高的强度和优良的塑性指标，更短的时效时间，更高的洁净度的预应力盘条用钢是本发明需要解决的问题。
发明内容
本发明就是针对上述存在的缺陷而提供了一种稀土合金化预应力盘条用钢及其制造方法，钢的牌号为SWRH82BRe，通过添加稀土Re进行合金化以及优化关键工艺控制点，有效的保证SWRH82BRe组织更均匀，具有更高的强度和优良的塑性指标，更短的时效时间，更高的洁净度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种稀土合金化预应力盘条用钢，钢的牌号为SWRH82BRe，按质量百分比计算，成分包括：碳0.79％～0.85％，硅0.15％～0.35％，锰0.60％～0.90％，铬0.20％～0.30％，镍≤0.10％，铜≤0.20％，，磷≤0.020％，硫≤0.025％，稀土Re 0.010～0.050％，余量为铁和其他不可避免的元素。
作为优选稀土Re元素的作用：稀土被称为“工业味精”，微量的稀土就能起到显著提高钢材性能的作用。稀土元素因独特的电子壳结构而具有极强的化学活性，4f壳层结构的能价态可变和和大原子尺寸，是钢极强的净化剂和洁净钢夹杂物的有效变质剂，是有效控制钢中弱化源、降低局域区能态和钢局域弱化的强抑制剂。具体作用如下：
1.深度净化,控制弱化源：主要表现在：可深度降低氧和硫的含量,降低磷、硫、氢、砷、锑、铋、铅、锡等低熔点元素的有害作用。用俄歇能谱和离子探针研究了硫和稀土元素在高速钢晶界上的偏聚。稀土元素使晶界P偏聚减少，消除形成Fe3P弱化晶界的有害作用，改善了晶界状态，从而强化了晶界，阻碍了晶间断裂，增加穿晶断裂分数。
2.凝固“组织控制”：二次枝晶间距的大小将影响显微偏析、夹杂及疏松，因而对机械性能产生影响。稀土在钢中形成较高熔点的化合物,在钢液凝固前析出，呈细小的质点分布在钢液中，作为非均质形核中心，降低钢液结晶的过冷度因而可细化钢的凝固组织，减少偏析，实现凝固“组织控制”。
3.微合金化作用：稀土在钢中有净化和明显的变质作用。钢的洁净度不断提高，稀土元素的微合金强化作用日益突出。稀土的微合金化包括微量稀土元素的固溶强化，稀土元素与其他溶质元素或化合物的交互作用、稀土原子的存在状态(原子、夹杂物或化合物)大小、形状和分布，特别是在晶界的偏聚，以及稀土对钢表面和基体组织结构的影响等。
作为优选，所述稀土合金化预应力盘条用钢的抗拉强度Rm：1200MPa～1260MPa，断面收缩率Z≥30％，使预应力盘条能够具有更加均衡的力学性能，即能够在高强度条件下兼顾良好的拉拔性能。
作为优选，所述稀土合金化预应力盘条用钢的T[O]含量控制在≤15×10-6，N含量控制在≤30×10-6。
作为优选，所述稀土合金化预应力盘条用钢的网状碳化物≤0.5级别，马氏体≤0.5级别。
作为优选，所述稀土合金化预应力盘条用钢，所述稀土合金化预应力盘条用钢的非金属夹杂物按照GBT10561评级达到A类夹杂物≤1.0级，B类夹杂物≤0.5级，C类夹杂物≤0.5级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类夹杂物≤1.0级。
本发明还提供了一种稀土合金化预应力盘条用钢的制造方法，包括以下步骤：
S1、转炉冶炼前期加入专用脱磷剂，保证转炉冶炼的脱磷能力，出钢一次性加入脱氧剂硅钙钡0.8kg/t，高拉碳出钢即出钢ω(C)≥0.32％，增碳剂使用低氮增碳剂；
S2、精炼渣系采用中低碱度精炼渣系，渣二元碱度R＝1～2.5,石灰总量按6.0～9.0kg/t加入，低碱度预熔渣精炼渣200公斤/炉，加入10～40公斤/炉萤石进行调渣，在钢液脱氧和脱硫良好的条件下加入稀土合金，LF精炼末期喂入Ca-Si线150m/炉，软吹时间≥15min；
S3、连铸过程采150方小方坯进行浇铸，连铸过程保证恒定过热度浇铸，控制过热度15～25℃，连铸过程采用结晶器电磁搅拌(电流：300A，频率：5Hz)和末端电磁搅拌(电流：400A，频率：8Hz)，使中心等轴晶区面积扩大，晶粒尺寸得到显著细化，铸坯低倍组织显著改善，偏析指数显著减低；
S4、轧制加热炉控制中性气氛，加热时间90～110min，均热段温度1200℃，促进C和Cr元素的高温扩散，降低偏析指数，加热炉控制中性气氛，防止钢材脱碳，控制高压水除鳞压力≥12MPa，除鳞率≥95％，控制出钢温度1030-1070℃，控制进精轧温度900～920℃，控制吐丝温度840～860℃，首段辊道速度0.70m/s，标准冷却模式，风机1～6#开启100％，保温盖全部打开。
作为优选，S1中，所述专用脱磷剂具体成分为石灰CaO与氧化铁皮Fe2O3按照1:2质量配比，使用脱磷剂后能够在转炉冶炼前期快速脱磷，出钢磷含量控制在≤0.013％，控制废钢比例≤25％，出钢温度控制1600～1630℃，出钢一次性加入脱氧剂硅铝钡0.8kg/t。
作为优选，S2中，稀土合金的加入时机为：在精炼过程中钢水脱氧、脱硫满足[O]≤8ppm，[S]≤0.010％时快速加入纯稀土，控制稀土合金加入量15-25kg/炉。
作为优选，S3中，连铸过程采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌的电流为300A，频率为5Hz；末端电磁搅拌的电流为400A，频率为8Hz。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种稀土合金化预应力盘条用钢，钢的牌号为SWRH82BRe及其制造方法，通过添稀土Re进行合金化，合理控制各种合金元素的配比、优化关键过程控制点以及科学的热处理制度，有效的保证SWRH82BRe组织更均匀，具有更高的强度和优良的塑性指标，更短的时效时间，更高的洁净度。
具体实施方式
：
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中设计的稀土合金化预应力盘条用钢，钢牌号SWRH82BRe，按照质量百分比计算，具体包含以下成分：
碳0.79％～0.85％，硅0.15％～0.35％，锰0.60％～0.90％，铬0.20％～0.30％，镍≤0.10％，铜≤0.20％，，磷≤0.020％，硫≤0.025％，稀土Re 0.010～0.050％，余量为铁和其他不可避免的元素，如锡、锑、铋等。
根据以上的成份设计，实施过程中的成分控制实测值见表1：
表1 实施例1化学成分控制值/wt％
序号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Cu
Ni
Re
1
0.81
0.22
0.73
0.013
0.005
0.23
0.018
0.008
0.015
按照表1的成分控制和投料量，本实施例提供上述一种稀土合金化预应力盘条用钢SWRH82BRe的制造方法：
S1、转炉冶炼前期加入专用脱磷剂，脱磷剂具体成分为石灰CaO与氧化铁皮Fe2O3按照1:2质量配比，使用脱磷剂后能够在转炉冶炼前期快速脱磷，保证转炉冶炼的脱磷能力，使磷含量为0.013％；出钢一次性加入脱氧剂硅钙钡0.8kg/t；高拉碳出钢即出钢ω(C)＝0.35％；控制废钢比例≤25％，出钢温度控制1620℃；增碳剂使用低氮增碳剂；
S2、精炼渣系采用中低碱度精炼渣系，渣二元碱度R＝1.9，石灰总量按7.0kg/t加入；低碱度预熔渣精炼渣200公斤/炉，加入30公斤/炉萤石进行调渣；在钢液脱氧和脱硫良好的条件下([O]≤8ppm，[S]≤0.010％)加入稀土合金，加入量20kg/炉，稀土合金的供应单位为中科院金属所；LF精炼末期喂入Ca-Si线150m/炉，软吹时间16min；
S3、连铸过程采用150方小方坯进行浇铸，连铸过程保证恒定过热度浇铸，控制过热度20℃，二冷比水量0.9L/kg；连铸过程采用结晶器电磁搅拌(电流：300A，频率：5Hz)和末端电磁搅拌(电流：400A，频率：8Hz)，使中心等轴晶区面积扩大，晶粒尺寸得到显著细化，铸坯低倍组织显著改善，偏析指数显著减低；
S4、轧制加热炉控制中性气氛，以防止钢材脱碳；加热时间100min，均热段温度1200℃，促进C和Cr元素的高温扩散，降低偏析指数；控制高压水除鳞压力为14MPa，除鳞率≥95％；控制出钢温度1050℃，控制进精轧温度910℃，控制吐丝温度850℃，首段辊道速度0.70m/s，标准冷却模式，风机1～6#开启100％，保温盖全部打开。
通过检验，本实施例所得产品的最终性能指标为：抗拉强度Rm＝1230MPa，断面收缩率Z＝34％，马氏体0.5，网状碳化物0级，T[O]＝14ppm，[N]＝28ppm，普通的SWRH82B产品的性能指标和本实施例的性能指标对比见表2。
表2 普通SWRH82B与实施例1的SWRH82B性能指标对比
Rm/MPa
Z/％
马氏体/级
网状碳化物/级
T[O]/ppm
N/ppm
普通SWRH82B
1170
19
2.0
2.5
25×10<sup>-6</sup>
43×10<sup>-6</sup>
实施例1
1230
34
0.5
0
14×10<sup>-6</sup>
28×10<sup>-6</sup>
由表2可见，新设计的稀土-钛微合金化钢具有更高的强度、塑性和更好的组织均匀性。
所述稀土合金化预应力盘条用钢的非金属夹杂物按照GBT10561评级达到A类夹杂物≤1.0级，B类夹杂物≤0.5级，C类夹杂物≤0.5级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类夹杂物≤1.0级。
实施例2
表3、实施例2化学成分控制值/wt％
序号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Cu
Ni
Re
1
0.79
0.15
0.60
0.010
0.008
0.20
0.018
0.008
0.010
按照表3的成分控制和投料量，本实施例提供一种稀土合金化预应力盘条用钢SWRH82BRe的制造方法：
S1、转炉冶炼前期加入专用脱磷剂，脱磷剂具体成分为石灰CaO与氧化铁皮Fe2O3按照1:2质量配比，使用脱磷剂后能够在转炉冶炼前期快速脱磷，保证转炉冶炼的脱磷能力，使磷含量为0.011％；出钢一次性加入脱氧剂硅钙钡0.8kg/t；高拉碳出钢即出钢ω(C)＝0.32％；控制废钢比例≤25％，出钢温度控制1600℃；增碳剂使用低氮增碳剂；
S2、精炼渣系采用中低碱度精炼渣系，渣二元碱度R＝1.0，石灰总量按6.0kg/t加入；低碱度预熔渣精炼渣200公斤/炉，加入10公斤/炉萤石进行调渣；在钢液脱氧和脱硫良好的条件下([O]≤8ppm，[S]≤0.010％)加入稀土合金，加入量15kg/炉，稀土合金的供应单位为中科院金属所；LF精炼末期喂入Ca-Si线150m/炉，软吹时间15min；
S3、连铸过程采用150方小方坯进行浇铸，连铸过程保证恒定过热度浇铸，控制过热度15℃，二冷比水量0.9L/kg；连铸过程采用结晶器电磁搅拌(电流：300A，频率：5Hz)和末端电磁搅拌(电流：400A，频率：8Hz)，使中心等轴晶区面积扩大，晶粒尺寸得到显著细化，铸坯低倍组织显著改善，偏析指数显著减低；
S4、轧制加热炉控制中性气氛，以防止钢材脱碳；加热时间90min，均热段温度1200℃，促进C和Cr元素的高温扩散，降低偏析指数；控制高压水除鳞压力为12MPa，除鳞率≥95％；控制出钢温度1030℃，控制进精轧温度900℃，控制吐丝温度840℃，首段辊道速度0.70m/s，标准冷却模式，风机1～6#开启100％，保温盖全部打开。
通过检验，本实施例所得产品的最终性能指标为：抗拉强度Rm＝1200MPa，断面收缩率Z＝38％，马氏体0，网状碳化物0级，T[O]＝15ppm，[N]＝29ppm，普通的SWRH82B产品的性能指标和本实施例的性能指标对比见表4。
表4 普通SWRH82B与实施例2的SWRH82B性能指标对比
Rm/MPa
Z/％
马氏体/级
网状碳化物/级
T[O]/ppm
N/ppm
普通SWRH82B
1170
19
2.0
2.5
25×10<sup>-6</sup>
43×10<sup>-6</sup>
实施例1
1200
38
0
0
15×10<sup>-6</sup>
29×10<sup>-6</sup>
由表4可见，新设计的稀土-钛微合金化钢具有更高的强度、塑性和更好的组织均匀性。
所述稀土合金化预应力盘条用钢的非金属夹杂物按照GBT10561评级达到A类夹杂物≤1.0级，B类夹杂物≤0.5级，C类夹杂物≤0.5级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类夹杂物≤1.0级。
实施例3
表5、实施例3化学成分控制值/wt％
序号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Cu
Ni
Re
1
0.85
0.35
0.90
0.010
0.010
0.30
0.015
0.009
0.050
按照表5的成分控制和投料量，本实施例提供一种稀土合金化预应力盘条用钢SWRH82BRe的制造方法：
S1、转炉冶炼前期加入专用脱磷剂，脱磷剂具体成分为石灰CaO与氧化铁皮Fe2O3按照1:2质量配比，使用脱磷剂后能够在转炉冶炼前期快速脱磷，保证转炉冶炼的脱磷能力，使磷含量为0.009％；出钢一次性加入脱氧剂硅钙钡0.8kg/t；高拉碳出钢即出钢ω(C)＝0.39％；控制废钢比例≤25％，出钢温度控制1630℃；增碳剂使用低氮增碳剂；
S2、精炼渣系采用中低碱度精炼渣系，渣二元碱度R＝2.5，石灰总量按9.0kg/t加入；低碱度预熔渣精炼渣200公斤/炉，加入40公斤/炉萤石进行调渣；在钢液脱氧和脱硫良好的条件下([O]≤8ppm，[S]≤0.010％)加入稀土合金，加入量25kg/炉，稀土合金的供应单位为中科院金属所；LF精炼末期喂入Ca-Si线150m/炉，软吹时间19min；
S3、连铸过程采用150方小方坯进行浇铸，连铸过程保证恒定过热度浇铸，控制过热度25℃，二冷比水量0.9L/kg；连铸过程采用结晶器电磁搅拌(电流：300A，频率：5Hz)和末端电磁搅拌(电流：400A，频率：8Hz)，使中心等轴晶区面积扩大，晶粒尺寸得到显著细化，铸坯低倍组织显著改善，偏析指数显著减低；
S4、轧制加热炉控制中性气氛，以防止钢材脱碳；加热时间110min，均热段温度1200℃，促进C和Cr元素的高温扩散，降低偏析指数；控制高压水除鳞压力为15MPa，除鳞率≥95％；控制出钢温度1070℃，控制进精轧温度920℃，控制吐丝温度860℃，首段辊道速度0.70m/s，标准冷却模式，风机1～6#开启100％，保温盖全部打开。
通过检验，本实施例所得产品的最终性能指标为：抗拉强度Rm＝1260MPa，断面收缩率Z＝32％，马氏体0.5，网状碳化物0级，T[O]＝11ppm，[N]＝25ppm，普通的SWRH82B产品的性能指标和本实施例的性能指标对比见表4。
表6 普通SWRH82B与实施例3的SWRH82B性能指标对比
Rm/MPa
Z/％
马氏体/级
网状碳化物/级
T[O]/ppm
N/ppm
普通SWRH82B
1170
19
2.0
2.5
25×10<sup>-6</sup>
43×10<sup>-6</sup>
实施例1
1260
32
0
0.5
11×10<sup>-6</sup>
25×10<sup>-6</sup>
由表6可见，新设计的稀土-钛微合金化钢具有更高的强度、塑性和更好的组织均匀性。
所述稀土合金化预应力盘条用钢的非金属夹杂物按照GBT10561评级达到A类夹杂物≤1.0级，B类夹杂物≤0.5级，C类夹杂物≤0.5级，D类夹杂物≤1.0级，Ds类夹杂物≤1.0级。
本发明所述的稀土合金化预应力盘条用钢，钢的牌号为SWRH82BRe及其制造方法，通过添稀土Re进行合金化，合理控制各种合金元素的配比、优化关键过程控制点以及科学的热处理制度，有效的保证SWRH82BRe组织更均匀，具有更高的强度和优良的塑性指标，更短的时效时间，更高的洁净度。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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