低碳拉絲用鋼的成分與性能優(yōu)化

張志明，謝杰智

（韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣東 曲江 512123）

低碳拉絲用鋼的成分與性能優(yōu)化

張志明，謝杰智

（韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣東 曲江 512123）

介紹了韶鋼低碳拉絲用鋼抗拉強(qiáng)度偏高的情況，分析結(jié)果表明，鋼中微量元素Cu、As、Sn含量高是導(dǎo)致低碳拉絲用鋼強(qiáng)度高的主要原因．為降低鋼的強(qiáng)度，進(jìn)行了成分與性能的優(yōu)化試驗(yàn)．試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在適當(dāng)降低鋼中微量元素的條件下，當(dāng)鋼中Mn含量由原來(lái)的平均0．47%降低到0．25%以下后，能有效解決抗拉強(qiáng)度高的問題，且鋼材的加工和使用性能良好．

低碳拉絲用鋼；抗拉強(qiáng)度；銅；砷；錫

低碳拉絲用鋼（簡(jiǎn)稱拉絲鋼）廣泛應(yīng)用于金屬制品行業(yè)，對(duì)拉絲鋼的要求是強(qiáng)度低、延伸性好．為達(dá)到上述要求，需降低鋼中的C和Si的含量，但在實(shí)際生產(chǎn)中，冶煉低C低Si鋼的難度較大，我們?cè)谘邪l(fā)拉絲鋼的過程中發(fā)現(xiàn)，鋼中的微量元素Cu、As和Sn也是影響拉絲鋼強(qiáng)度的主要因素之一，結(jié)合韶鋼原材料的特點(diǎn)，開展了優(yōu)化拉絲鋼成分與性能的試驗(yàn)，摸索出了具有韶鋼特點(diǎn)的拉絲鋼成分控制標(biāo)準(zhǔn)．

1 韶鋼拉絲鋼生產(chǎn)及存在的問題

1．1 拉絲鋼的生產(chǎn)

生產(chǎn)工藝流程：鐵水脫硫預(yù)處理→120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→吹氬喂絲站→方坯連鑄→加熱爐→高速線材軋機(jī)→精整．

煉鋼采用兩步法脫氧，轉(zhuǎn)爐出鋼用鋁錳鐵、鋼芯鋁和鋁粒脫氧合金化；鋼水在氬站定氧，根據(jù)鋼水中自由氧含量確定喂鋁線進(jìn)行深脫氧，喂硅鈣線進(jìn)行Ca化處理．

軋鋼采用緩冷工藝，以控制鋼中鐵素體的含量和大小，盡可能降低鋼的強(qiáng)度．拉絲鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別列于表1和表2．

1．2 存在的問題

表1 韶鋼產(chǎn)拉絲鋼的化學(xué)成分

表2 拉絲鋼的力學(xué)性能

由表1和表2可見，在鋼中的碳、硅、錳含量與國(guó)內(nèi)其他鋼廠［2－4］同類產(chǎn)品含量相近的情況下，韶鋼產(chǎn)拉絲鋼鋼的抗拉強(qiáng)度（其分布如圖1所示）每月有30%～50%超出標(biāo)準(zhǔn)上限值390 MPa．為降低鋼的強(qiáng)度，我們?cè)谲堜摴ば蚍謩e進(jìn)行了調(diào)整軋制溫度和吐絲溫度、軋后緩冷速度等工藝試驗(yàn)，均未達(dá)到理想的效果，這表明在鋼的化學(xué)成分不變的情況下，通過改變軋鋼工藝無(wú)法達(dá)到降低鋼的強(qiáng)度的目的．

圖1 拉絲鋼抗拉強(qiáng)度分布圖

2 原因分析

鋼的強(qiáng)度主要取決于鋼的化學(xué)成分和軋制工藝．

2．1 合金元素對(duì)拉絲鋼性能的影響

拉絲鋼中的常規(guī)合金元素是碳、硅和錳，其中碳元素可提高鋼的強(qiáng)度、降低鋼的塑性和韌性，拉絲鋼中的碳含量應(yīng)控制在下限．拉絲鋼中的硅大部分溶于鐵素體中，使鐵素體強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，降低鋼的塑性和韌性．硅元素還會(huì)增加鐵素體的冷變形硬化率，使鋼的冷加工困難，鋼中的硅含量應(yīng)盡可能控制得低些．拉絲鋼中的錳大部分溶于鐵素體形成置換固溶體，這使得鐵索體強(qiáng)化、珠光體變細(xì)、數(shù)量變多，可提高鋼的強(qiáng)度，對(duì)鋼的塑性和韌性的影響不大，拉絲鋼中的錳含量應(yīng)按中限控制．

韶鋼產(chǎn)拉絲鋼中的常規(guī)元素碳、硅、錳的含量與國(guó)內(nèi)其他鋼廠［2－4］同類產(chǎn)品的含量相當(dāng)，而其他鋼廠生產(chǎn)的拉絲鋼未出現(xiàn)強(qiáng)度偏高的情況，這說明韶鋼產(chǎn)拉絲鋼的強(qiáng)度偏高不是由鋼中合金元素引起的．

2．2 微量元素對(duì)拉絲鋼性能的影響

韶鋼煉鐵使用的鐵礦石中微量元素Cu，As和Sn的含量較高，這些微量元素通過選礦或煉鐵都無(wú)法去除，最終都進(jìn)入鋼中，導(dǎo)致鋼中的Cu、As和Sn含量較高，與其他廠相比分別平均高0．05%，0．04%和0．03%以上（見表3）．

表3 各鋼廠所生產(chǎn)的鋼中的微量元素含量

Cu，As和Sn均可提高鋼的強(qiáng)度，就抗拉強(qiáng)度而言，1單位的 Cu，As和Sn分別與0．38，0．37和0．76單位的C的作用相當(dāng)．由于韶鋼鋼中Cu，As和Sn元素比其他廠的含量高，參照文獻(xiàn)［5］和文獻(xiàn)［6］的計(jì)算公式測(cè)算出韶鋼鋼中Cu，As和Sn元素對(duì)拉絲鋼抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)比其他廠的平均高27．1 MPa．若剔除Cu，As和Sn元素的影響，韶鋼產(chǎn)拉絲鋼的抗拉強(qiáng)度平均為368．6 MPa，與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)．由此可知韶鋼的拉絲鋼強(qiáng)度偏高主要是由于鋼中微量元素Cu，As和Sn的含量高而引起的．

3 成分和性能的優(yōu)化

為降低拉絲鋼的強(qiáng)度，進(jìn)行了成分優(yōu)化試驗(yàn)．試驗(yàn)中將Mn含量的控制目標(biāo)由原來(lái)的0．45%調(diào)整為0．25%以下，通過大幅度降低鋼中的Mn實(shí)現(xiàn)降低鋼的強(qiáng)度的目的，這在國(guó)內(nèi)的線材生產(chǎn)中是第一次嘗試．

4 試驗(yàn)結(jié)果及討論

4．1 化學(xué)成分對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響

試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別列于表4和表5．

表4 樣品鋼的化學(xué)成分

表5 樣品鋼的力學(xué)性能

由表2～表5可見，在軋鋼工藝不變，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%，其它元素不變的條件下，鋼的抗拉強(qiáng)度平均下降23．5 MPa，抗拉強(qiáng)度超上限的比例由原來(lái)的30%～50%降低到0．5%以下，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)．

圖2 降Mn樣品鋼的抗拉強(qiáng)度分布圖

4．2 實(shí)際使用情況

小批量生產(chǎn)低Mn拉絲鋼，用戶使用后認(rèn)為，鋼材的拉拔性能有所提高，且拉拔后鋼的強(qiáng)度穩(wěn)定．直徑6．5 mm的鋼材拉拔至4 mm左右后，其強(qiáng)度可穩(wěn)定在540～580 MPa，符合用戶要求，拉拔鋼絲的深加工性能良好．經(jīng)用戶小批量試用驗(yàn)證合格后，目前，韶鋼已按降Mn試驗(yàn)的工藝流程進(jìn)行批量生產(chǎn)．

5 結(jié) 論

（1）韶鋼拉絲鋼強(qiáng)度偏高的主要原因是鋼中微量元素Cu，As和Sn的含量偏高．

（2）在煉鐵礦料結(jié)構(gòu)有所變化，鋼中微量元素Cu，As和Sn的含量有所降低的條件下，通過大幅度降低鋼中Mn的含量，可使鋼的抗拉強(qiáng)度平均降低23．5 MPa，采用降Mn工藝流程可使鋼的抗拉強(qiáng)度的超標(biāo)量小于標(biāo)準(zhǔn)值的0．5%，比降Mn前大幅度下降．

（3）低碳低硅低錳拉絲用鋼的拉拔和深加工性能良好，能滿足用戶的使用要求．

［1］包燕平，張培峰，劉建華，等．轉(zhuǎn)爐冶煉低碳低硅鋼的脫氧工藝優(yōu)化研究［C］／／第十三屆全國(guó)煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議論文集．武漢：《煉鋼》雜志編輯部，2004：181－185．

［2］孫永樂，黃肇信．LS08拉絲用鋼盤條的研制與開發(fā)［J］．煉鋼，2002（1）：19－22．

［3］王明合，張玉軍，胡黎寧，等．邢鋼冶煉Q195LS鋼生產(chǎn)實(shí)踐［J］．煉鋼，2001（6）：17－20．

［4］肖久宏．BL1拉絲材的開發(fā)［J］．湖南冶金，2001（6）：15－17．

［5］余宗森，袁澤喜．由礦石帶入的痕量元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響［J］．鋼鐵，1997（1）：49－52．

［6］余宗森，袁澤喜，劉錦標(biāo)．韶鋼鋼材化學(xué)成分特點(diǎn)及其對(duì)力學(xué)性能的影響［J］．南方鋼鐵，2000（4）：1－4．

Optimization of properties and composition in low carbon steel for wire drawing

ZHANG Zhi－ming，XIE Jie－zhi
（Shaoguan Iron and Steel Group Co．，Ltd，Qujiang 512123，China）

This paper introduced that low carbon steel for wire drawing has higher tensile strength in SGIS，the analysis showed that high content of Cu，As，Sn in steel is main factor．In order to decrease tensile strength of steel，The optimization experimental study was carried out on properties and composition．The results showed when the average Mn content of steel has been lowered from 0．47%to below 0．25%，the problem of higher tensile strength is resolved on condition of appropriate reduction of trace elements，and improved process performance of low carbon stee1．

low carbon steel for wire drawing；tensile strength；copper；arsenic；Stannum

TG142．31

A

1673－9981（2010）04－0500－04

2010－10－09

張志明（1968—），男，江西信豐人，高級(jí)工程師，碩士．