一种高铁保护线用热轧盘条及生产方法与流程

2021-01-30 20:01:38|

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本发明涉及一种盘条及其生产方法，确切地属于一种高铁保护线用热轧盘条及其生产方法。

背景技术：

随着高铁机车的不断提速及电气化铁路建设步调的加快，中国已成为全球高速铁路发展最快、行驶速率最快、运行路程最长、建成规模最大且有自主创新的“高铁大国”。高铁电力线路不仅要给列车在运行中提供动力、照明及空调等电资源，又要承受其轴向的拉力作用，其性能对高铁列车的受流稳定系数及安全系数至关重要，其工作环境亦最恶劣，因此高铁电力线路如果缺少防护措施或措施不当，直接影响电气化铁道运营。而普通材料满足不了处于长期振动下的高速铁路电力线路承力索等的机械、电气及疲劳性能的需求。

高铁保护线用钢，主要用于制作高铁电力线路等的保护材料，该钢是一种专用钢，其采用包覆铜工艺生产，典型工艺流程为：盘条(φ12mm)→机械除磷→拉拔至φ10.7mm→包覆铜→拉拔至φ2.6mm(强度达1300mpa以上)→回火→细拉至φ2.18mm(成品铜包钢丝强度1100mpa以上)，该成品钢丝含铜量要求在15％以上，用户要求盘条的导电率≥12.0％，因此，该钢的难点在于保证高的抗拉强度的同时满足导电率要求。市场上高强度铜包钢丝多采用中、高碳钢等盘条作为原料，采用小规格φ6.5mm左右的盘条原料，进行电镀加工工艺生产，原料的碳、硅、锰等含量较高，虽然强度可以满足要求，但拉拔过程存在易断丝、易产生加工硬化，同时存在导电率低(9～11％)，镀层薄等问题，不能满足市场使用需求。基于此，开发高铁保护线用热轧盘条专用钢生产。

经检索：中国专利申请号为cn201710892579.0的文献，涉及《一种极细铜包钢丝用钢盘条的生产方法》，其成品盘条虽具有特好的冷拉拔性能，较高的导电率，满足手机等电子产品对极细铜包钢丝用钢盘条的要求。但由于该钢碳含量≤0.003％，属于超低碳钢范畴，其抗拉强度260-300mpa，远远不能满足高铁保护线用钢对抗拉强度的使用要求。

《铜包钢线材及其生产工艺》介绍了铜包钢线材的类型、性能、应用领域以及生产方法。对国内外目前广泛使用的生产铜包钢线的电镀法、包覆法、热浸镀法和水平连铸法作了详细阐述，该文献内容是针对铜包钢生产工艺的特性、生产成本、产品质量的比较分析，并未涉铜包钢原材料的生产工艺及性能指标情况，也未涉及具体材料的使用情况。

中国专利申请号为cn201711084878.8的文献，涉及《一种铜包钢复合屏蔽线用钢线材及其生产方法》，其所述钢线材化学成分及质量百分含量为c≤0.010％，si≤0.010％，mn≤0.07％，p≤0.010％，s≤0.010％，al≤0.004％，ti≤0.003％，b:0.0060～0.0120％，余量为fe和不可避免的杂质。该钢用于屏蔽线制作，其虽拉拔性能和导电性能优良，可以实现拉拔至0.08mm不断丝，导电率可达16.3％以上。但其属于超低碳钢，其抗拉强度≤290mpa，无法满足高铁保护线用钢对抗拉强度的使用要求。

中国专利申请号为cn201520338843.2的文献，其涉及《一种电气化铁路电力牵引线用铜包钢线》，所述的铜包钢线本体是由高碳钢线和通过热浸铜包覆于高碳钢线表面的铜层构成，其铜层的最大厚度不超过高碳钢线的半径，铜层通过轧制形成左右对称的沟槽，该发明未涉及高碳钢盘条的性能指标，其铜包钢线抗拉强度为750～850n/mm²，低于本发明中高铁保护线用成品铜包钢丝强度≥1100mpa的使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种成分简单，抗拉强度在410～480mpa，面缩率≥50％，导电率≥12.5％，拉拔总压缩比可达95％以上，用于生产抗拉强度不低于1100mpa的高铁保护线用热轧盘条及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种高铁保护线用热轧盘条，其化学成分及重量百分比含量为：c：0.18～0.23％、si含量不超过0.04％、mn：0.15～0.35％、p≦0.015％、s≦0.008％、als：0.015～0.045％、mn/s≥30、mn/si≥5，其余为fe及不可避免的杂质。

优选地：c的重量百分比含量在0.19～0.22％。

优选地：si的重量百分比含量在0.009～0.03％。

优选地：mn的重量百分比含量在0.19～0.325％。

优选地：mn/s不低于33；mn/si不低于7.5。

生产一种高铁保护线用热轧盘条的方法，其步骤：

1)炼钢：控制入炉铁水中s≤0.002％；期间转炉终点采用一次高拉碳工艺；控制钢水终点c在0.08～0.12％；出钢时间不低于200s，目标温度不低于1650℃，氧活度控制在450～700ppm，出钢采用al系合金预脱氧及留渣操作法；

2)在氩站进行成分及温度调整：全程采用底吹氩，吹氩时间3～5min，氩气压力控制在0.5～0.6mpa，氩气流量在7.0～10.0nm³/min；出站时钢水中c含量不低于0.12％，s≤0.006％，als:0.035％～0.055％之间；

3)在lf炉进行成分微调和渣面脱氧：控制渣中feo+mno≤3％，als/alt不低于0.85；在钢水起吊前的6～8min内进行喂钙线处理，喂钙线量按照2.3～2.8m/吨钢加入；成分调整结束后的2min内用氩气进行软吹，软吹时间不低于5min；

4)出钢并浇注成坯：采用ar全程保护浇注，开浇前采用氩气置换法去除中包内空气；中包钢水过热度控制：第一炉在30～45℃，连浇炉在15～30℃；拉坯速度控制在1.6～2.0m/min；二冷比水量再1.2～1.5l/kg；

5)对铸坯加热，控制其均热段温度在1080～1160℃，在炉时间在120-160min，同坯断面温差≤30℃；

6)进行热轧，控制粗轧开轧温度在1040～1100℃，控制精轧开轧温度在900～940℃，控制吐丝温度在895～925℃；

7)进行风冷，控制辊道运行速度在21～30m/min，冷却风机使用状态：1#开启量为20～30％，中间风机为关闭，最后一个风机为全开，将盘条冷却至不超过700℃；

8)轧制至用户要求的直径；

9)由用户进行后工序。

本发明中各组分及主要工艺的机理及作用

c：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，钢的抗拉强度随着含碳量的增加而不断提高、塑性随着碳含量的增加而降低。考虑钢的碳含量正好处于包晶反应区，凝固时容易产生内裂，将碳含量略作提高，控制在0.18～0.23％，优选地c的重量百分比含量在0.19～0.22％。

si：是作为控制元素，该元素破坏钢的冷成型性，提高钢丝的弹性极限，也是夹杂物重要来源，硅的存在会影响钢的导电率，硅含量越高，钢的导电率越低，因此，硅控制在0.04％以下，优选地si的重量百分比含量在0.009～0.03％。

mn：可提高盘条的强度，同时是炼钢的良好脱氧剂。锰和硫化合生成mns能减轻硫的有害作用，但与钢的导电性能存在强相关性，其存在影响钢的导电率，同时低锰含量可使包晶反应点碳含量范围向左移动。因此，锰含量控制在0.15～0.35％，优选地mn的重量百分比含量在0.19～0.325％。

p：是有害杂质元素，降低钢的塑性、韧性，使钢的脆性转变温度急剧升高，即提高钢的冷脆性(低温变脆)。磷的存在会影响钢的导电率，磷含量越高，钢的导电率越低，因此，磷控制在0.015％以下。

s：是钢水洁净度重要衡量指标之一，很大程度上制约钢材性能的提高，其最大危害在热加工时开裂，产生热脆。钢中硫含量高使其硫化物夹杂含量增高，导致钢的塑性和韧性降低。因此，硫的含量应控制在≤0.010％。

als：是脱氧定氮元素，抑制钢水氧化性，部分与氧结合形成al2o3夹杂物上浮到渣中，起到脱氧作用，还有一部分溶入固态铁中，形成适当尺寸和数量的第二项弥散微粒aln，一方面，减弱甚至消除n的有害时效作用，另一方面，aln质点在晶界析出，对奥氏体境界的迁徙起钉扎作用，阻碍奥氏体晶粒长大，从而控制奥氏体晶粒度，细化晶粒，改善钢材韧性。同时与导电率呈负相关关系，即铝含量越大，导电率越低。为了保证产品质量，铝应控制在0.015～0.045％。

mn/s：为了消除s的热脆倾向，降低铸坯角部裂纹，还需要控制mn/s，因为锰硫比影响硫化物夹杂大小、形态和分布，锰硫比过低，使硫在钢中形成fe+fes+feo共晶体，发生轧制开裂，形成缺陷源，甚至导致轧制生产无法顺利进行；锰硫比越高，使硫在钢中形成共晶体fes-mns，其中mns占比多，能有效的防止钢的“热脆”，因此保证锰硫比不低于30，优选地mn/s不低于33。

mn/si：锰硅比控制的范围与脱氧产物的颗粒大小具有一定的相关性，当mn/si较低时，夹杂物颗粒较小，不易上浮，夹杂物会跟随钢液进入结晶器内，部分残留在铸坯内部晶间，造成铸坯裂纹等缺陷；当mn/si较高时，夹杂物颗粒较大，且为液态产物，利于夹杂物上浮，考虑钢中各元素存在的偏析，将mn/si控制在5以上，优选地mn/si不低于7.5。

本发明之所以控制钢水终点c在0.08～0.12％；出钢时间不低于200s，目标温度不低于1650℃，氧活度控制在450～700ppm，是由于采用高拉碳出钢，使吹炼时间短，氧气消耗量少、铁损少，金属收得率高；对出钢时间的控制，以减少钢水吸气和有利于钢水均匀，钢液氧活度低，炉渣全铁含量低，减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉龄，同时可减少增碳剂的使用量，既节约成本，又减少了增碳剂中杂质对钢洁净度的影响。可降低脱氧用铝量。

本发明之所以在出站时控制钢水中c含量不低于0.12％，als:0.035％～0.055％之间，是由于碳含量低时，铝的收得率降低、波动大，钢中氧化含量升高，产生的al2o3夹杂多，因此控制c含量不低于0.12％；钢中als过高或过低都将引起夹杂物总量的增加，控制钢中als在0.035％～0.055％范围，既降低溶解氧的含量，减少钢中夹杂物，又防止钢水二次氧化，解决水口结瘤问题的同时细化钢的晶粒。

本发明之所以控制渣中feo+mno≤3％，als/alt不低于0.85；在钢水起吊前的6～8min内进行喂钙线处理，喂钙线量按照2.3～2.8m/吨钢加入；成分调整结束后的2min内用氩气进行软吹，软吹时间不低于5min，是由于该钢关键点在于钢中的氧含量控制。控制渣中feo+mno≤3％和als/alt不低于0.85，目的为降低钢水和钢渣的氧化性，减少钢水二次氧化，同时控制钢中氧的稳定性。待钢中成分均匀后，方可进行钙处理，通过改变钢水中al2o3夹杂物形态、大小和分布，使其转变为低熔点12cao·7al2o3，改善钢水的浇铸性，防止中间包结瘤，进行软吹，确保夹杂物最大程度上浮，提高钢水纯净度。

本发明之所以控制第一炉的过热度在30～45℃，连浇炉的过热度在15～30℃，是由于过热度对连铸坯凝固组织有重要影响，低过热度可增加等轴晶区域，温度过低会造成断浇；高过热度使柱状晶发达，易造成铸坯中心缺陷，同时出结晶器的坯壳较薄，增加漏钢风险。考虑第一炉钢包(新包)温降大，为保证钢水良好的可浇性，第一炉过热度按30～45℃控制，连浇炉按15～30℃控制。

本发明与现有技术相比，通过提碳降锰，保证产品强度的同时，使包晶反应点碳含量范围向左移动，避开包晶反应区，优化连铸坯质量控制；低硅加铝，提高产品延伸率、导电率，实现高抗拉高延伸，通过合适的轧制工艺创新，使抗拉强度在410～480mpa，面缩率≥50％，导电率≥12.5％的热轧盘条，并能确保钢丝抗拉强度≥1100mpa，导电率≥12.5％，具有良好的拉拔极成形性能，以满足高铁保护线用钢的使用要求。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例和对比例的化学成分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的冶炼工艺取值列表；

表3为本发明各实施例及对比例的轧制工艺取值列表；

表4为本发明各实施例及对比例的盘条性能及应用情况。

本发明各实施例均按一下工艺生产：

4)出钢并浇注成坯：采用ar全程保护浇注，开浇前采用氩气置换法去除中包内空气；中包钢水过热度控制：第一炉在30～45℃，连浇炉在15～30℃；拉坯速度控制在1.6～2.0m/min；二冷比水量1.2～1.5l/kg；

5)对铸坯加热，控制其均热段温度在1080～1160℃，在炉时间在120-160min，同坯断面温差≤30℃；

6)进行热轧，控制粗轧开轧温度在1040～1100℃，控制精轧开轧温度在900～940℃，控制吐丝温度在985～925℃；

8)轧制至用户要求的直径；

9)由用户进行后工序。