低碳拉丝用钢的成分与性能优化.pdf

第４卷第４期２０１０年ｌ２月材料研究与应用ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴｌ０ＮＶ０１．４，Ｎｏ．４Ｄｅｃ．２０１０——文章编号：１６７３－９９８１（２０１０）０４０５０００４低碳拉丝用钢的成分与性能优化张志明，谢杰智（韶关钢铁集团有限公司，广东曲江５１２１２３）摘要：介绍了韶钢低碳拉丝用钢抗拉强度偏高的情况，分析结果表明，钢中微量元素Ｃｕ、Ａｓ、Ｓｎ含量高是导致低碳拉丝用钢强度高的主要原因．为降低钢的强度，进行了成分与性能的优化试验．试验研究结果表明，在适当降低钢中微量元素的条件下，当钢中Ｍｎ含量由原来的平均０．４７％降低到０．２５％以下后，能有效解决抗拉强度高的问题，且钢材的加工和使用性能良好．关键词：低碳拉丝用钢；抗拉强度；铜；砷；锡中图分类号：ＴＧｌ４２．３１文献标识码：Ａ低碳拉丝用钢（简称拉丝钢）广泛应用于金属制品行业，对拉丝钢的要求是强度低、延伸性好．为达到上述要求，需降低钢中的Ｃ和Ｓｉ的含量，但在实际生产中，冶炼低Ｃ低Ｓｉ钢的难度较大，我们在研发拉丝钢的过程中发现，钢中的微量元素Ｃｕ、Ａｓ和Ｓｎ也是影响拉丝钢强度的主要因素之一，结合韶钢原材料的特点，开展了优化拉丝钢成分与性能的试验，摸索出了具有韶钢特点的拉丝钢成分控制标准．１韶钢拉丝钢生产及存在的问题１．１拉丝钢的生产生产工艺流程：铁水脱硫预处理一１２０ｔ顶底复吹转炉一吹氩喂丝站一方坯连铸一加热炉一高速线材轧机一精整．炼钢采用两步法脱氧，转炉出钢用铝锰铁、钢芯铝和铝粒脱氧合金化；钢水在氩站定氧，根据钢水中自由氧含量确定喂铝线进行深脱氧，喂硅钙线进行Ｃａ化处理．轧钢采用缓冷工艺，以控制钢中铁素体的含量和大小，尽可能降低钢的强度．拉丝钢的化学成分和力学性能分别列于表１和表２．——收稿日期：２０１０１００９作者简介：张志明（１９６８一），男，江西信丰人，高级工程师，硕士表１韶钢产拉丝钢的化学成分性能指标标准值实际值１．２存在的问题由表１和表２可见，在钢中的碳、硅、锰含量与万方数据第４卷第４期张志明，等：低碳拉丝用钢的成分与性能优化５０１国内其他钢厂陪４３同类产品含量相近的情况下，韶钢产拉丝钢钢的抗拉强度（其分布如图１所示）每月有３０％～５０％超出标准上限值３９０ＭＰａ．为降低钢的强度，我们在轧钢工序分别进行了调整轧制温度和３０２５２０毒１５骚１０Ｏ２原因分析吐丝温度霹Ｌ后缓冷速度等工艺试验，均未达到理想的效果，这表明在钢的化学成分不变的情况下，通过改变轧钢工艺无法达到降低钢的强度的目的．抗拉强度频率分布图（Ｎ＝１４２４）丽豳■丽■嬲曩凰嬲鞠鳓＿．豳．翻圈豳豳圜．圈．啊≤≤≤≤≤≤≤≤≤３５０一＜Ｇ３６０＜Ｇ３７０＜Ｇ３８０＜（ｊ３９０＜Ｇ４００＜Ｇ４１０＜Ｇ４２０＜Ｇ４３０＜Ｇ３６０３７０３８０３９０４００４１０４２０４３０４５０抗拉强度／ＭＰａ图１拉丝钢抗拉强度分布图钢的强度主要取决于钢的化学成分和轧制工艺．２．１合金元素对拉丝钢性能的影响拉丝钢中的常规合金元素是碳、硅和锰，其中碳元素可提高钢的强度、降低钢的塑性和韧性，拉丝钢中的碳含量应控制在下限．拉丝钢中的硅大部分溶于铁素体中，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度，降低钢的塑性和韧性．硅元素还会增加铁素体的冷变形硬化率，使钢的冷加工困难，钢中的硅含量应尽可能控制得低些．拉丝钢中的锰大部分溶于铁素体形成置换固溶体，这使得铁索体强化、珠光体变细、数量变多，可提高钢的强度，对钢的塑性和韧性的影响不大，拉丝钢中的锰含量应按中限控制．韶钢产拉丝钢中的常规元素碳、硅、锰的含量与国内其他钢厂［２－４３同类产品的含量相当，而其他钢厂生产的拉丝钢未出现强度偏高的情况，这说明韶钢产拉丝钢的强度偏高不是由钢中合金元素引起的．２．２微量元素对拉丝钢性能的影响韶钢炼铁使用的铁矿石中微量元素Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ的含量较高，这些微量元素通过选矿或炼铁都无法去除，最终都进入钢中，导致钢中的Ｃｕ、Ａｓ和Ｓｎ含量较高，与其他厂相比分别平均高０．０５％，０．０４％和０．０３％以上（见表３）．裹３各钢厂所生产的钢中的微量元素含量钢厂”微量元素及含量／％ＣｕＡｓＳｎＣｕ一＿Ａｓ４ＳｎＣｕ，Ａｓ和Ｓｎ均可提高钢的强度，就抗拉强度而言，１单位的Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ分别与０．３８，０．３７和０．７６单位的Ｃ的作用相当．由于韶钢钢中Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ元素比其他厂的含量高，参照文献［５］和文献［６］的计算公式测算出韶钢钢中Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ元素万方数据５０２材料研究与应用对拉丝钢抗拉强度的贡献比其他厂的平均高２７．１ＭＰａ．若剔除Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ元素的影响，韶钢产拉丝钢的抗拉强度平均为３６８．６ＭＰａ，与国内同类产品的抗拉强度相当．由此可知韶钢的拉丝钢强度偏高主要是由于钢中微量元素Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ的含量高而引起的．３成分和性能的优化为降低拉丝钢的强度，进行了成分优化试验．试验中将Ｍｎ含量的控制目标由原来的０．４５％调整为０．２５％以下，通过大幅度降低钢中的Ｍｎ实现降低钢的强度的目的，这在国内的线材生产中是第一次尝试．４试验结果及讨论４．１化学成分对钢的力学性能的影响试验钢的化学成分和力学性能分别列于表４和表５．裹４样品钢的化学成分注：为减少微量元素Ｃｕ、Ａｓ、Ｓｎ对韶钢产品特别是对板材性能的影响，在降Ｍｎ试验前已适当调整．广炼铁矿料结构，钢中的Ｃｕ和Ａｓ有所降低．表５样品钢的力学性能由表２～表５可见，在轧钢工艺不变，Ｍｎ含量平均降低０．２７３％、Ｃｕ含量平均降低０．０２％、Ａｓ含量平均降低０．０１５％，其它元素不变的条件下，钢的抗拉强度平均下降２３．５ＭＰａ，抗拉强度超上限的比例由原来的３０％～５０％降低到０．５％以下，实现了试验目标．抗拉强度频率分布图（Ｎ＝７５８）圉阌一錾霭鍪霭霪霭圈鏊霭暨霭圈纂ｉ鏊霭攀囊器霭曰．翻豳豳■■■■．≤≤３３５Ｇ３５０３５０＜Ｇ一＜３６０≤３６０＜（ｊ３７０≤３７０＜Ｇ３８０≤３８０（Ｇ３９０３９（Ｊ＜Ｇ。＜４０５抗拉强度／ＭＰａ围２降Ｍｎ样品钢的抗拉强度分布图４．２实际使用情况小批量生产低Ｍｎ拉丝钢，用户使用后认为，钢材的拉拔性能有所提高，且拉拔后钢的强度稳定．直径６．５ｍｍ的钢材拉拔至４ｍｍ左右后，其强度可∞”如筋加：２ｍ，Ｏ，将臻万方数据第４卷第４期张志明，等：低碳拉丝用钢的成分与性能优化５０３稳定在５４０～５８０ＭＰａ，符合用户要求，拉拔钢丝的深加工性能良好．经用户小批量试用验证合格后，目前，韶钢已按降Ｍｎ试验的工艺流程进行批量生产．５结论（１）韶钢拉丝钢强度偏高的主要原因是钢中微量元素Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ的含量偏高．（２）在炼铁矿料结构有所变化，钢中微量元素Ｃｕ，Ａｓ和Ｓｎ的含量有所降低的条件下，通过大幅度降低钢中Ｍｎ的含量，可使钢的抗拉强度平均降低２３．５ＭＰａ，采用降Ｍｎ工艺流程可使钢的抗拉强度的超标量小于标准值的０．５％，比降Ｍｎ前大幅度下降．（３）低碳低硅低锰拉丝用钢的拉拔和深加工性能良好，能满足用户的使用要求．参考文献：［１］包燕平，张堵峰，刘建华，等．转炉冶炼低碳低硅钢的脱氧工艺优化研究［ｃ］／／第十三届全国炼钢学术会议论文—集．武汉：《炼钢》杂志编辑部。２００４：１８１１８５．［２］孙永乐，黄肇信．ＬＳ０８拉丝用钢盘条的研制与开发［Ｊ］．—炼钢，２００２（１）：１９２２．［３］王明合，张玉军。胡黎宁，等．邢钢冶炼Ｑ１９５ＬＳ钢生产—实践ｌ－Ｊ］．炼钢，２００１（６）：１７２０．［４］肖久宏．ＢＬＩ拉丝材的开发［Ｊ］．湖南冶金，２００１（６）：—１５１７．［５］余宗森，袁泽喜．由矿石带入的痕量元素对钢力学性能—的影响［Ｊ］．钢铁，１９９７（１）：４９５２．［６］余宗森，袁泽喜，刘锦标．韶钢钢材化学成分特点及其对力学性能的影响［Ｊ］．南方钢铁，２０００（４）：ｉ－４．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｆｏｒｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇＺＨＡＮＧ—Ｚｈｉｍｉｎｇ，ＸＩＥＪｉｅ－ｚｈｉ（ＳｈａｏｇｕａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｑｕｊｉａｎｇ５１２１２３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈａｔｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｆｏｒｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｈａｓｈｉｇｈｅｒｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎＳＧＩＳ，ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｈｉｇｈｃｏｎｔｅｎｔｏｆＣｕ，Ａｓ。Ｓｎｉｎｓｔｅｅｌｉｓｍａｉｎｆａｃｔｏｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｔｅｅｌ，Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｂｏｗｅｄｗｈｅｎｔｈｅａｖｅｒａｇｅＭｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｈａｓｂｅｅｎｌｏｗｅｒｅｄｆｒｏｍ０．４７％ｔｏｂｅｌｏｗ０．２５％，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｈｉｇｈｅｒｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｒｅｓｏｌｖｅｄｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｐｒｏｃｅｓｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ１０Ｗｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌｆｏｒｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇ；ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｃｏｐｐｅｒ；ａｒｓｅｎｉｃ；Ｓｔａｎｎｕｍ万方数据