高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法

摘要

本发明公开了一种高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，包括如下步骤：选用C含量在0.60～1.20%、Mn含量在0.20～0.45%的高碳碳素钢线材；去除高碳碳素钢线材表面氧化铁皮，然后进行7～15道次的初次连续拉拔，省去中间的退火工序，得到半成品钢丝；再进行热处理及淬火；最后进行15～25道次的连续拉拔，制得超细钢丝。本发明首先在线材生产过程中，通过加热炉工艺、高温轧制工艺和延缓快冷工艺，得到强度和硬度均较低于常规的线材。这种较柔软的高碳钢线材在冷加工时性能优良，既可以提高拉拔速度，也可以因内应力低而省略拉拔过程中的退火工序，有效的提高钢丝的生产效率，降低生产成本，且保证钢丝的强度性能指标。

说明书

技术领域

本发明涉及超细钢丝技术领域，具体地指一种高碳碳素钢线材 生产超细钢丝的方法。

背景技术

随着汽车、橡胶工业以及道路、桥梁建设的快速发展，对高强 度、高韧性超细钢丝的需求量也呈大幅上升趋势。目前，国内外各 钢铁冶金企业普遍采用碳含量大于0.60%的高碳钢线材拉丝工艺来 生产这些特殊用途的产品，该工艺具有生产成本低、经济效益明显 的优点，已得到了广泛的推广和应用。

采用碳含量大于0.60%的高碳碳素钢线材拉丝工艺来生产超细 （小于0.5mm）高碳钢丝时，要经过连续的冷拉变形，将原始的线 材拉拔到不同规格直径的钢丝。在拉拔过程中，加工硬化会提高钢 丝的强度。

影响线材拉拔性能的主要因素是材料的塑性，它主要取决于线 材本身的化学成分，通常在一定碳含量的条件下，高碳碳素钢线材 采用较高的锰含量（0.30-0.60%），即较高的碳当量来确保钢丝的强 度。为便于表达这些材料的强度性能便通过大量试验数据的统计简 单地以碳当量来表示。碳当量Ceq（百分比）值可按以下公式计算：

Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15

每一种元素的碳当量以1/X表示，X一般为正整数，由统计数 据决定。若干元素的碳当量计算之和即各个1/X值之和。同一元素 在不同的碳当量计算法中其X值不同。不同研究者得到的X值也 不相同。

目前，国内许多高速线材厂轧制高碳碳素钢线材时采用低温轧 制、轧后快速冷却等工艺，线材的晶粒细小（晶粒度大于8级）， 索氏体比率在85%以上。

由于较高的碳、锰含量和细小的晶粒，线材拉拔生产超细高碳 钢丝时，加工硬化后的内应力高，容易断丝。并且，拉拔时的速度 越高，产生的内应力越大。为了消除内应力，必须在拉拔过程中进 行一次或多次的退火处理，由于拉拔速度受到限制，影响了生产效 率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有超细钢丝生产效率不高，生产周期 较长的缺陷，提供一种高效、简单易行且经济性好的高碳碳素钢线 材生产超细钢丝的方法。

为实现上述目的，本发明所设计的高碳碳素钢线材生产超细钢 丝的方法，包括如下步骤：

（1）选用高碳碳素钢线材，按质量百分比其C含量在 0.60～1.20%、Mn含量在0.20～0.45%、Si含量在0.10%～0.35%，Cr 含量≤0.010%，Ni含量≤0.010%，Al含量≤0.005%，N含量≤ 0.005%，P含量≤0.010%，S含量≤0.005%；

（2）去除所述高碳碳素钢线材表面的氧化铁皮；

（3）对去除了氧化铁皮的线材进行7～15道次的初次连续拉 拔，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度可以根据不同的钢丝直 径，提高0.1～3.0m/s，得到半成品钢丝；

（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；

（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制 得超细钢丝。

优选地，所述步骤（3）中，半成品钢丝的直径为0.8～2.0mm。

优选地，所述步骤（4）中，对半成品钢丝进行淬火时，加热 温度在850～900℃，淬火温度在450～550℃，以提高钢丝的强度。

优选地，所述步骤（1）中，高碳碳素钢线材的制备方法如下：

1）转炉顶底复合吹炼；

2）钢包吹氩精炼；

3）炉外精炼，得到精炼钢水；

4）精炼钢水浇注成方坯；

5）将方坯在加热炉中奥氏体化；

6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，得到钢丝线；

7）将钢丝线进行冷却处理，制得直径为5.0～6.5mm的高碳碳 素钢线材。

其中，所述步骤5）将方坯在加热炉中奥氏体化的过程为：通 过煤气和空气的燃烧加热方坯，方坯加热到结晶区温度为 1100～1250℃。

其中，所述步骤6）将奥氏体化方坯轧制吐丝的过程为：在 1100～1250℃条件下进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制 在1000～1050℃，终轧温度控制在1040～1110℃；再进行穿水冷却， 在950～1050℃条件下进行吐丝。

其中，所述步骤7）将钢丝线进行冷却处理的过程为：钢丝线 在风冷线上，在950～1000℃区间停留10～30s，然后在600～800℃区 间的冷却速度控制在12～30℃/s。

本发明中采用的高碳碳素钢线材中各合金成份的作用机理如 下：

本发明的碳（C）含量为0.60～1.20%，碳是钢中最重要的组成 元素，含碳量直接决定其强度和塑性。在冷拉状态下，抗拉强度随 含碳量的增加而不断提高，塑性随碳含量的的增加而降低。由于钢 中的碳含量决定钢丝的最终强度，因此根据超细钢丝的强度要求， 设计了不同范围的碳含量。

本发明的锰（Mn）含量为0.20～0.45%，它是炼钢的良好脱氧 剂，冶炼反应中生成的硫化锰、氧化锰对线材的冷拉性能不产生有 害影响，锰和硫化合生成MnS还能减轻硫的有害作用。锰还能增 加珠光体相对量，并使珠光体变细。所以锰含量增加会使钢丝的强 度和硬度提高，屈服极限和断面收缩率也有所增加。锰大部分溶于 铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体碳化。锰能增大奥氏体的 稳定性，降低钢的临界转变温度。而且锰还能增加钢的过热敏感性， 使热处理时晶粒容易长大，影响冲击韧性。因此，本发明的锰含量 控制不能太高。

本发明的硅（Si）含量为0.10～0.35%，硅也是作为一种脱氧剂， 以硅铁形式加入钢中，能消除FeO夹杂的不良影响，对钢材起着均 匀致密的作用。硅含量的上升，能明显提高钢丝的弹性极限，但也 会使塑性、韧性和延展性能明显降低。当硅以硅酸盐形式出现在钢 中时，则对拉拔不利，使拉丝模容易磨损，或形成夹杂物而造成钢 丝断裂，同时有抗酸洗倾向，对酸洗也不利。

本发明选择铬（Cr）含量≤0.010%、镍（Ni）含量≤0.010%。 铬、镍能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。 铬、镍又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。

本发明的铝（Al）含量≤0.005%，铝是一种有效的还原剂。铝 形成Al₂O₃，由于含有非金属，所以将降低钢的延展性。为此，本 发明要求控铝含量，从而减轻其不利影响。

本发明的氮（N）含量≤0.005%，在590℃时，氮在铁素体中 的溶解度最大约为0.1%，随后在室温和稍高温度下，氮逐渐以Fe₄N 形式析出，使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。另外，钢水 [N]升高，加剧了氮化钛的析出。

本发明的磷（P）含量≤0.010%、硫（S）含量≤0.005%。磷在 钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧 性、提高脆性转变温度等不利影响。硫易与锰结合生成MnS夹杂， 硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素 对钢性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理、真空处理等 手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。

本发明的有益效果：高碳碳素钢线材生产超细钢丝的方法，主 要通过钢中的碳、锰元素的含量确保超细钢丝的最终强度性能，在 线材生产过程中，通过加热炉工艺、高温轧制工艺和延缓快冷工艺， 得到索氏体含量比率不超过80%，线材的强度和硬度均较低于常规 工艺生产的线材性能。这种较柔软的高碳钢在冷加工时性能优良， 即可以提高拉拔速度，也可以因内应力低而省略拉拔过程中的退火 工序，有效的提高钢丝的生产效率，降低生产成本，且保证钢丝的 强度性能指标。同时，本发明还可广泛用作其它规格的钢丝生产。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

高碳碳素钢线材1#，其C含量在0.70%wt、Mn含量在0.45%wt、 Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤ 0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤ 0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ6.5mm。

生产线材1#方法如下：

1）转炉顶底复合吹炼；

2）钢包吹氩精炼；

3）炉外精炼，得到精炼钢水；

4）精炼钢水浇注成方坯；

5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度 1110±10℃；

6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1110±10℃条件下进 行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1010±10℃，终轧温 度控制在1060±10℃；进行穿水冷却，在951℃条件下进行吐丝， 得到钢丝线；

7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在 950～1000℃区间停留29s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制 在12℃/s，制得直径为6.5mm的高碳碳素钢线材1#。

利用高碳碳素钢线材1#生产超细钢丝，其步骤如下：

（1）去除高碳碳素钢线材1#表面氧化铁皮；

（3）对去除了氧化铁皮的线材1#进行7～15道次的初次连续 拉拔至直径0.80mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由9.0m/s 提升至12m/s，提高3.0m/s，得到半成品钢丝；

（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温 度在855±5℃区间，铅液淬火温度在455±5℃区间

（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制 得超细钢丝1#，其强度达到2780MPa。

实施例2

高碳碳素钢线材2#，其C含量在0.80%wt、Mn含量在0.40%wt、 Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤ 0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤ 0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ5.5mm。

生产线材2#方法如下：

1）转炉顶底复合吹炼；

2）钢包吹氩精炼；

3）炉外精炼，得到精炼钢水；

4）精炼钢水浇注成方坯；

5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度 1240±10℃；

6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1240±10℃条件下 进行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1050±10℃，终轧 温度控制在1100±10℃；进行穿水冷却，在1049℃条件下进行吐丝， 得到钢丝线；

7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在 950～1000℃区间停留11s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制 在22℃/s，制得直径为5.5mm的高碳碳素钢线材2#。

利用高碳碳素钢线材2#生产超细钢丝，其步骤如下：

（1）去除高碳碳素钢线材2#表面氧化铁皮；

（3）对去除了氧化铁皮的线材2#进行7～15道次的初次连续 拉拔至直径1.80mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由8.0m/s 提升至10.5m/s，提高2.5m/s，得到半成品钢丝；

（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温 度在895±5℃区间，铅液淬火温度在545±5℃区间

（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制 得超细钢丝2#，其强度达到3180MPa。

实施例3

高碳碳素钢线材3#，其C含量在0.90%wt、Mn含量在0.35%wt、 Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤ 0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤ 0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ6.5mm。

生产线材3#方法如下：

1）转炉顶底复合吹炼；

2）钢包吹氩精炼；

3）炉外精炼，得到精炼钢水；

4）精炼钢水浇注成方坯；

5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度 1140±10℃；

6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1140±10℃条件下进 行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1020±10℃，终轧温 度控制在1060±10℃；进行穿水冷却，在1010℃条件下进行吐丝， 得到钢丝线；

7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在950～970℃ 区间停留17s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制在21℃/s， 制得直径为6.5mm的高碳碳素钢线材3#。

利用高碳碳素钢线材3#生产超细钢丝，其步骤如下：

（1）去除高碳碳素钢线材3#表面氧化铁皮；

（3）对去除了氧化铁皮的线材3#进行7～15道次的初次连续 拉拔至直径1.60mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由8.5m/s 提升至10.5m/s，提高2.0m/s，得到半成品钢丝；

（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温 度在875±5℃区间，铅液淬火温度在500±5℃区间

（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制 得超细钢丝3#，其强度达到3600MPa。

实施例4

高碳碳素钢线材4#，其C含量在1.00%wt、Mn含量在0.30%wt、 Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤ 0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤ 0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ5.5mm。

生产线材4#方法如下：

1）转炉顶底复合吹炼；

2）钢包吹氩精炼；

3）炉外精炼，得到精炼钢水；

4）精炼钢水浇注成方坯；

5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度 1190±10℃；

6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1180±10℃条件下进 行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1030±10℃，终轧温 度控制在1080±10℃；进行穿水冷却，在1040℃条件下进行吐丝， 得到钢丝线；

7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在 980～1000℃区间停留25s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制 在20℃/s，制得直径为5.5mm的高碳碳素钢线材4#。

利用高碳碳素钢线材4#生产超细钢丝，其步骤如下：

（1）去除高碳碳素钢线材4#表面氧化铁皮；

（3）对去除了氧化铁皮的线材4#进行7～15道次的初次连续 拉拔至直径1.80mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由7.0m/s 提升至9.5m/s，提高2.5m/s，得到半成品钢丝；

（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温 度在880±5℃区间，铅液淬火温度在480±5℃区间

（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制 得超细钢丝4#，其强度达到4000MPa。

实施例5

高碳碳素钢线材5#，其C含量在1.10%wt、Mn含量在0.21%wt、 Si含量在0.10%wt～0.35%wt，Cr含量≤0.010%wt，Ni含量≤ 0.010%wt，Al含量≤0.005%wt，N含量≤0.005%wt，P含量≤ 0.010%wt，S含量≤0.005%wt；轧制直径：φ5.0mm。

生产线材5#方法如下：

1）转炉顶底复合吹炼；

2）钢包吹氩精炼；

3）炉外精炼，得到精炼钢水；

4）精炼钢水浇注成方坯；

5）将方坯在加热炉中奥氏体化，方坯加热到结晶区温度 1240±10℃；

6）将奥氏体化方坯轧制吐丝，过程为：在1120±10℃条件下进 行粗轧；然后进行精轧，精轧开轧温度控制在1035±10℃，终轧温 度控制在1090±10℃；进行穿水冷却，在1048℃条件下进行吐丝， 得到钢丝线；

7）将钢丝线进行冷却处理，在斯太尔摩风冷线上，在 990～1000℃区间停留28s。温度在600～800℃区间的冷却速度控制 在19℃/s，制得直径为5.0mm的高碳碳素钢线材5#。

利用高碳碳素钢线材5#生产超细钢丝，其步骤如下：

（1）去除高碳碳素钢线材5#表面氧化铁皮；

（3）对去除了氧化铁皮的线材5#进行7～15道次的初次连续 拉拔至直径1.90mm，省去中间的退火工序，并且，拉拔速度由6.5m/s 提升至9.2m/s，提高2.7m/s，得到半成品钢丝；

（4）对半成品钢丝进行热处理及淬火；淬火处理时，加热温 度在885±5℃区间，铅液淬火温度在465±5℃区间

（5）对淬火后的半成品钢丝进行15～25道次的连续拉拔，制 得超细钢丝5#，其强度达到4500MPa。