CN110238230A - 一种超高强度金刚线用盘条的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高强度金刚线用盘条的生产方法，通过控制修磨深度，并采用1.1～1.4mm的丸粒以合适的参数进行抛丸以及后续进行探伤来减少坯料缺陷；将均热段温度控制在1100～1130℃，空燃比≤0.60，并限制在炉时间来减少脱碳和烧损，均匀温度，轧后控制吐丝温度890～910℃，开启第1～5台风机，风量为30～99％，将斯太尔摩入口段辊道速度调整为0.7～0.9m/s，前四段速比控制为1.05～1.30，调整佳灵装置，保证斯太尔摩边部风速为50～60m/s，中心位置风速为30～40m/s。本发明通过对修磨、抛丸、探伤以及加热轧制和冷却等工序进行设计，提高坯料表面质量，提升盘条的组织性能均匀性，减少拉拔断丝率，使得本发明生产的盘条能够拉拔至0.04‑0.06mm不断丝。
Description
技术领域
本发明属于高碳钢生产的技术领域，特别适用于超高强金刚线盘条的生产方法。
背景技术
金刚线切割技术是一种新型替代型的切割技术，与传统砂浆切割技术相比，切割效率高，硅耗小，因而在光伏产业的硅片切割领域得到广泛应用。金刚线被誉为拉丝制品中的“皇冠上的明珠”，目前国内产品质量尚无法满足金刚线生产要求，在很大程度上仍依赖进口。
金刚线盘条在生产中对冶炼、轧制、加工等每个环节都有特殊的要求，通常金刚线用盘条需要经过多道次拉拔至直径0.04～0.10mm的钢丝，拉拔规格约细，生产难度越大，因此能拉拔到的最小线径和断丝率是衡量一个钢企生产金刚线用盘条的重要指标，而影响这些指标的因素很多，如化学成分均匀性、杂质元素含量、夹杂物含量、偏析、组织均匀性、脱碳、心部网状碳化物、力学性能、表面质量等指标。随着各个钢厂技术的进步，在成分控制上，基本能够较好的满足要求，但是最重要的对于组织均匀性的控制上，减少脱碳、控制心部网碳等，各个企业有所区别，也是制约着质量提升的主要因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高强度金刚线用盘条的生产方法，通过添加微合金元素，对修磨、抛丸和探伤的参数进行设计，控制坯料的表面质量，同时，对加热温度、在炉时间、空燃比进行限制，使坯料加热均匀以及降低坯料表面脱碳，轧制过程温度的控制保证轧件能够均匀变形，采用吐丝温度、辊道速度和风机的搭配来有效地控制盘条的组织均匀性及强度均匀性，使得本发明生产的盘条能够拉拔至0.04-0.06mm不断丝。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种超高强度金刚线用盘条的生产方法，包括修磨-抛丸-探伤-加热-轧制-冷却，其中：
(1)选取满足盘条化学成分要求的中间坯；
(2)中间坯表面质量控制：对中间坯料进行修磨、抛丸处理及探伤，选取表面质量满足要求的坯料；
(3)加热，将表面质量合格的坯料进行加热处理；
(4)轧制及冷却，将加热处理后的坯料进行轧制和斯太尔摩风冷。
进一步，所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法中中间坯的化学成分按照质量百分比计包括：C≥0.86％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～0.5％，以及Cr 0～0.5％，Nb 0～0.06％，V 0～0.15％中的一种，其余为铁及不可避免的杂质元素。
进一步，所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法中中间坯表面质量控制中采用砂轮对坯料表面进行全修磨，单面修磨深度≥0.3mm，角部修磨宽度≥6mm，控制磨头振动振幅≤200μm；采用直径为1.1～1.4mm的丸粒对修磨的坯料进行抛丸处理，抛射速率为60～80m/s。
进一步，所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法中中间坯表面质量控制中探伤工序采用磁粉探伤，磁粉浓度控制为0.2％～0.4％，坯料与线圈间隙为2～5μm，周向电流为20～40A。
更进一步，所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法中中间坯表面质量控制后坯料表面质量满足表面粗糙度≤60μm、平均每5m坯料长度上裂纹数＜1个、裂纹长度≤10mm。
进一步，所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法中加热工序中坯料经三段加热，预热段温度控制在890～940℃，空燃比≤0.65，加热段温度控制为980～1030℃，空燃比≤0.65，均热段炉温控制为1100～1130℃，空燃比≤0.60，在炉时间120～140min。
进一步，所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法中轧制及冷却工序中开轧温度保证1000～1030℃，精轧入口温度控制为900～940℃，轧制速度≤105m/s。
更进一步，所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法中轧制及冷却工序中吐丝温度890～910℃，开启第1～5台风机，风机风量设置为30～99％，将斯太尔摩入口段辊道速度调整为0.7～0.9m/s，前四段速比控制为1.05～1.30，斯太尔摩边部风速为50～60m/s，中心位置风速为30～40m/s。
与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明中通过微合金元素Cr 0～0.5％，Nb 0～0.06％，V 0～0.15％的添加，可以减少碳的加入，从而减少偏析和心部网状碳化物的产生，并且可以利用固溶强化和析出强化，达到增加成品钢丝强度的目的，此外，通过修磨、抛丸和探伤参数的工艺设计，保证坯料的表面质量。采用精细砂轮全修磨，修磨之后进行喷丸探伤从源头上减少了缺陷的产生，解决了后续拉拔过程中产生的因表面质量导致的断丝；
2)本发明中通过对在炉时间、加热温度以及空燃比的设计，将脱碳层深度控制在20μm以下，有效地降低了脱碳层带来的表层硬度不均匀的问题，提高金刚线表面硬度均匀性，提高疲劳和扭转性能；
3)本发明中通过轧制和轧后空冷对盘条的组织性能进行控制，一方面将盘条氧化皮厚度和结构控制在合理的范围内，有利于拉拔时的机械除磷，同时，大大提高了组织均匀性，将盘条心部网状碳化物级别完全消除，同时限制了贝氏体和马氏体的产生，减少盘条同圈波动性。
具体实施方式
以下为本发明中的超高强度金刚线用盘条的生产方法：包括修磨-抛丸-探伤-加热-轧制-冷却，其中：
(1)选取满足盘条化学成分要求的中间坯，中间坯的化学成分按照质量百分比计包括：C≥0.86％，Si≤0.3％，Mn 0.2％～0.5％，以及Cr 0～0.5％，Nb 0～0.06％，V 0～0.15％中的一种，其余为铁及不可避免的杂质元素。
(2)中间坯表面质量控制：对中间坯料进行修磨、抛丸处理及探伤，选取表面质量满足要求的坯料；本发明中优选采用砂轮对坯料表面进行全修磨，单面修磨深度≥0.3mm，角部修磨宽度≥6mm，控制磨头振动振幅≤200μm；优选采用直径为1.1～1.4mm的丸粒对修磨的坯料进行抛丸处理，抛射速率为60～80m/s。探伤工序优选采用磁粉探伤，磁粉浓度控制为0.2％～0.4％，坯料与线圈间隙为2～5μm，周向电流为20～40A。中间坯表面质量控制后坯料表面质量满足表面粗糙度≤60μm、平均每5m坯料长度上裂纹数＜1个、裂纹长度≤10mm。
(3)加热，将表面质量合格的坯料进行加热处理，优选采用三段加热，预热段温度控制在890～940℃，空燃比≤0.65，加热段温度控制为980～1030℃，空燃比≤0.65，均热段炉温控制为1100～1130℃，空燃比≤0.60，在炉时间120～140min。
(4)轧制及冷却，将加热处理后的坯料进行轧制和斯太尔摩风冷，优选的，开轧温度保证1000～1030℃，精轧入口温度控制为900～940℃，轧制速度≤105m/s。优选的，吐丝温度890～910℃，开启第1～5台风机，风机风量设置为30～99％，将斯太尔摩入口段辊道速度调整为0.7～0.9m/s，前四段速比控制为1.05-1.30，斯太尔摩边部风速为50～60m/s，中心位置风速为30～40m/s。
本发明中通过对坯料进行精细修磨，并采用抛丸处理，减少坯料本身以及因修磨导致的表面缺陷，减少在生产过程中因表面缺陷的导致的拉拔断丝的风险，对各段温度以及冷却的控制，可以对盘条的组织性能有很好的保障作用。
以下通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
选取满足盘条化学成分要求的中间坯，各实施例中间坯的化学成分(wt％)见表1，中间坯除表1中的化学组成，余量为铁及不可避免的杂质元素。
表1各实施例中间坯的化学成分(wt％)
| C | Si | Mn | P | S | Cr | V | Nb | |
| 实施例1 | 0.92 | 0.15 | 0.35 | 0.01 | 0.008 | 0.25 | / | / |
| 实施例2 | 0.96 | 0.12 | 0.32 | 0.012 | 0.006 | / | / | 0.04 |
| 实施例3 | 0.87 | 0.19 | 0.45 | 0.011 | 0.007 | / | 0.12 | / |
实施例1
本实施例的中间坯坯料的成分见表1，坯料尺寸在140*140mm，采用24目砂轮对坯料表面进行全修磨，单面修磨深度0.35mm，角部修磨宽度8mm，磨头振动振幅为180μm；对修磨完的坯料进行抛丸处理，采用直径为1.13mm的丸粒对修磨的坯料进行抛丸处理，抛射速率为67m/s，控制抛丸后的坯料表面表面粗糙度53μm。为进一步检查修磨后的表面是否存在表面缺陷，对坯料进行磁粉探伤，磁粉浓度控制为0.28％，保证坯料与线圈间隙为3.8μm，周向电流为32A，探伤到的裂纹数为2个，裂纹长度分别为5mm和6mm；将坯料进行加热轧制，坯料经三段加热，预热段温度控制在910℃，空燃比为0.63，加热段温度控制为1013℃，空燃比为0.62，均热段炉温控制为1118℃，空燃比为0.58，实际在炉时间126min。开轧温度1010℃，精轧入口温度控制为915℃，轧制速度为103m/s；采用斯太尔摩进行冷却，斯太尔摩每段9m，每段包含两个风机，调整吐丝温度910℃，开启第1～5台风机，风机风量分别为99％、95％、80％、50％、30％，将斯太尔摩入口段辊道速度调整为0.85m/s，前四段速比控制为1.15、1.20、1.10、1.10，调整佳灵装置，保证斯太尔摩边部风速为58m/s，中心位置风速为36m/s。轧制盘条规格为5.5mm，最终的组织性能指标如表2所示。
实施例2
本实施例的中间坯坯料的成分见表1，坯料尺寸在150*150mm，采用24目砂轮对坯料表面进行全修磨，单面修磨深度0.42mm，角部修磨宽度8.5mm，磨头振动振幅为185μm；对修磨完的坯料进行抛丸处理，采用直径为1.32mm的丸粒对修磨的坯料进行抛丸处理，抛射速率为72m/s，控制抛丸后的坯料表面表面粗糙度56μm。为进一步检查修磨后的表面是否存在表面缺陷，对坯料进行磁粉探伤，磁粉浓度控制为0.32％，保证坯料与线圈间隙为4.2μm，周向电流为36A，探伤到的裂纹数为1个，裂纹长度为8mm；将坯料进行加热轧制，坯料经三段加热，预热段温度控制在923℃，空燃比为0.62，加热段温度控制为1022℃，空燃比为0.62，均热段炉温控制为1122℃，空燃比为0.56，实际在炉时间128min。开轧温度1015℃，精轧入口温度控制为922℃，轧制速度为102m/s；采用斯太尔摩进行冷却，斯太尔摩每段9m，每段包含两个风机，调整吐丝温度915℃，开启第1～5台风机，风机风量分别为99％、90％、85％、80％、80％，将斯太尔摩入口段辊道速度调整为0.90m/s，前四段速比控制为1.15、1.20、1.10、1.10，调整佳灵装置，保证斯太尔摩边部风速为56m/s，中心位置风速为38m/s。轧制盘条规格为5.5mm，最终的组织性能指标如表2所示。
实施例3
本实施例的中间坯坯料的成分见表1，坯料尺寸在140*140mm，采用24目砂轮对坯料表面进行全修磨，单面修磨深度0.35mm，角部修磨宽度8mm，磨头振动振幅为180μm；对修磨完的坯料进行抛丸处理，采用直径为1.13mm的丸粒对修磨的坯料进行抛丸处理，抛射速率为67m/s，控制抛丸后的坯料表面表面粗糙度53μm。为进一步检查修磨后的表面是否存在表面缺陷，对坯料进行磁粉探伤，磁粉浓度控制为0.27％，保证坯料与线圈间隙为3.2μm，周向电流为32A，未发现裂纹；将坯料进行加热轧制，坯料经三段加热，预热段温度控制在935℃，空燃比为0.63，加热段温度控制为1020℃，空燃比为0.62，均热段炉温控制为1125℃，空燃比为0.56，实际在炉时间130min，开轧温度1010℃，精轧入口温度控制为922℃，轧制速度为100m/s；采用斯太尔摩进行冷却，斯太尔摩每段9m，每段包含两个风机，调整吐丝温度925℃，开启第1～5台风机，风机风量分别为99％、85％、60％、60％、50％，将斯太尔摩入口段辊道速度调整为0.75m/s，前四段速比控制为1.15、1.20、1.10、1.10，调整佳灵装置，保证斯太尔摩边部风速为56m/s，中心位置风速为38m/s。轧制盘条规格为5.5mm，最终的组织性能指标如表2所示。
表2实施例中轧制盘条的组织性能
由表2可知，按照本发明技术方案生产的超高强度金刚线用盘条金相组织为索氏体，索氏体含量≥90％，且不含有网碳、贝氏体、马氏体等异常组织，脱碳层厚度不高于20μm，氧化皮厚度低于15μm，抗拉强度不低于1150MPa，生产的盘条表面质量及力学性能均能满足生产超高强度金刚线的要求，最终拉拔至0.06mm，265km未发生断丝，达到国内外先进材料的要求。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种超高强度金刚线用盘条的生产方法，包括修磨-抛丸-探伤-加热-轧制-冷却，其特征在于：
(1)选取满足盘条化学成分要求的中间坯；
(2)中间坯表面质量控制：对中间坯料进行修磨、抛丸处理及探伤，选取表面质量满足要求的坯料；
(3)加热，将表面质量合格的坯料进行加热处理；
(4)轧制及冷却，将加热处理后的坯料进行轧制和斯太尔摩风冷。
2.根据权利要求1所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法，其特征在于：所述中间坯的化学成分按照质量百分比计包括：C≥0.86％，Si≤0.3％，Mn0.2％～0.5％，以及Cr0～0.5％，Nb0～0.06％，V0～0.15％中的一种，其余为铁及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法，其特征在于：所述中间坯表面质量控制中采用砂轮对坯料表面进行全修磨，单面修磨深度≥0.3mm，角部修磨宽度≥6mm，控制磨头振动振幅≤200μm；采用直径为1.1～1.4mm的丸粒对修磨的坯料进行抛丸处理，抛射速率为60～80m/s。
4.根据权利要求1所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法，其特征在于：所述中间坯表面质量控制中探伤工序采用磁粉探伤，磁粉浓度控制为0.2％～0.4％，坯料与线圈间隙为2～5μm，周向电流为20～40A。
5.根据权利要求1、3或4所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法，其特征在于：所述中间坯表面质量控制后坯料表面质量满足表面粗糙度≤60μm、平均每5m坯料长度上裂纹数＜1个、裂纹长度≤10mm。
6.根据权利要求1所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法，其特征在于：所述加热工序中坯料经三段加热，预热段温度控制在890～940℃，空燃比≤0.65，加热段温度控制为980～1030℃，空燃比≤0.65，均热段炉温控制为1100～1130℃，空燃比≤0.60，在炉时间120～140min。
7.根据权利要求1所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法，其特征在于：所述轧制及冷却工序中开轧温度保证1000～1030℃，精轧入口温度控制为900～940℃，轧制速度≤105m/s。
8.根据权利要求1或7所述的超高强度金刚线用盘条的生产方法，其特征在于：所述轧制及冷却工序中吐丝温度890～910℃，开启第1～5台风机，风机风量设置为30～99％，将斯太尔摩入口段辊道速度调整为0.7～0.9m/s，前四段速比控制为1.05～1.30，斯太尔摩边部风速为50～60m/s，中心位置风速为30～40m/s。
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