小方坯連鑄連軋1860MPa級PC鋼絞線用熱軋盤條的組織與性能.pdf

1、先進(jìn)的生產(chǎn)裝備及其控制技術(shù)是加快我國鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)其高性能低成本化的必備條件。就鋼的中小規(guī)格線材而言,小方坯連鑄連軋工藝技術(shù)因其無需開坯、熱裝熱送、一火成材等特點(diǎn)而成為當(dāng)今世界最具競爭力的生產(chǎn)工藝。盡管國內(nèi)引進(jìn)了多條具有國際先進(jìn)水平的小方坯連鑄連軋生產(chǎn)線,卻因缺乏與之配套的生產(chǎn)工藝控制技術(shù)軟件,該類生產(chǎn)線在國內(nèi)只能生產(chǎn)中低檔次的鋼質(zhì)盤條,是為與國際先進(jìn)水平的差距所在。若能改進(jìn)其生產(chǎn)控制技術(shù),必將以絕對的性價(jià)比優(yōu)勢而全面替代當(dāng)前國

2、內(nèi)占主流的優(yōu)質(zhì)盤條大方坯連鑄工藝,有可能成為“連鑄替代模鑄”后又一次重要的技術(shù)進(jìn)步。 1860MPa級PC鋼絞線作為第三代高檔建筑材料,正被廣泛應(yīng)用于高層建筑、大跨度橋梁等現(xiàn)代化大型建筑中,且隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的不斷加大,其年需求量更呈穩(wěn)步攀升之勢。為保證該鋼絞線的實(shí)物質(zhì)量及其大生產(chǎn)的連續(xù)性、高效性,其原料--熱軋高碳盤條必須滿足以下三個(gè)要求：一是力學(xué)性能的要求；二是通條性好；三是低的拉拔斷絲率。國產(chǎn)熱軋高碳盤條與國際先進(jìn)

3、水平的主要差距就表現(xiàn)在高的斷絲率上。因?yàn)楝F(xiàn)代化拉絲生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率很高,當(dāng)拉拔斷絲率超過5次/100噸就沒有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值了。該指標(biāo)是PC鋼絞線生產(chǎn)廠家根據(jù)其生產(chǎn)連續(xù)性所提出的新要求,其十分重要卻又無法通過對盤條的抽檢來完成的,故只能靠后續(xù)拉絲生產(chǎn)線上的實(shí)物生產(chǎn)去評判,但卻為時(shí)已晚,于事無補(bǔ),因?qū)@一客觀的問題缺乏深度的理解與系統(tǒng)研究,故長期以來該熱軋高碳盤條主要依賴進(jìn)口。 鑒于此,本文以1860MPa級PC鋼絞線用熱軋盤條的小方

4、坯連鑄連軋生產(chǎn)和后續(xù)的拉絲形變過程為對象,以降低拉拔斷絲率為目標(biāo),較為系統(tǒng)地研究了小方坯連鑄連軋及拉絲形變過程,通過大量的統(tǒng)計(jì)分析、形貌分析、微觀分析、力學(xué)分析和綜合分析,發(fā)現(xiàn)了影響這一復(fù)雜工程問題的主要矛盾和控制拉拔斷絲率的重要依據(jù),并提出了相應(yīng)的解決方案。主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下： 采用小方坯連鑄試制出力學(xué)性能滿足要求的1860MPa級PC鋼絞線用Ф13mm熱軋盤條,分析了冷拉拔至Ф5mm左右的鋼絲過程中盤條的組織和珠光體組織的變形

5、情況。結(jié)果表明,形變后的鋼絲,橫截面上晶粒顯著細(xì)化,而在縱截面上品粒逐漸被拉長呈纖維狀；其抗拉強(qiáng)度則隨著形變量的增加而不斷增加;形變前的珠光體團(tuán)為隨機(jī)取向,Fe3C片很平直;隨著形變量的增加,Fe3C片逐漸轉(zhuǎn)到與拉絲軸平行的方向上,基本與拉絲軸方向一致。Fe3C片越接近平行于拉絲方向排列,越有利于拉絲形變的進(jìn)行。 由于熱軋高碳盤條在拉拔生產(chǎn)中的斷絲率偏高,無法滿足拉絲生產(chǎn)的現(xiàn)象,分析了導(dǎo)致其斷絲的可能原因。研究結(jié)果表明：導(dǎo)致熱軋

6、高碳盤條拉拔斷絲的主要原因是盤條的表面缺陷(裂紋、折疊、表面夾渣等)和芯部缺陷(夾雜物、成分偏析引起的異常組織等)。結(jié)合盤條生產(chǎn)工藝可知：結(jié)晶器的內(nèi)壁磨損、結(jié)晶器液面波動(dòng),以及未采用專用保護(hù)渣等是造成熱軋高碳盤條表面缺陷的主要原因；鋼的純凈度,未能充分排除各類夾雜物,以及連鑄過程中發(fā)生嚴(yán)重的中心偏析是導(dǎo)致芯部缺陷產(chǎn)生的主要因素。 通過拉絲斷口的形貌和力學(xué)分析,提出了“筆尖狀斷口”新概念,深化了對拉絲斷口的認(rèn)識。長期以來,一直將該

7、類斷口歸于杯錐狀斷口。由于杯錐狀斷口與拉絲斷口在受力狀態(tài)上存在著顯著的差異：杯錐狀斷口在單向拉伸狀態(tài)下發(fā)生頸縮,在材料心部受力狀態(tài)為三向張應(yīng)力；而拉絲斷口的受力狀態(tài)為軸向拉應(yīng)力、徑向壓應(yīng)力；斷口形貌上也存在著顯著的差異。因此,該拉絲斷口不應(yīng)歸于杯錐狀斷口,而應(yīng)稱為“筆尖狀斷口”。其形貌不僅受到材料性能參數(shù)的影響,還受到拉絲模具及拉絲工藝參數(shù)的影響。模擬計(jì)算表明,拉絲模具頂角越大,筆尖變得更細(xì)長；拉絲模具與盤條之間的摩擦系數(shù)越大,筆尖越短

8、。 針對微裂紋、夾雜物等顯微缺陷在材料中客觀存在的現(xiàn)實(shí),研究了這些缺陷存在的安全性問題。通過表面缺陷試驗(yàn)和芯部缺陷的有限元計(jì)算模擬,確定了其臨界尺寸。研究結(jié)果表明,1860MPa級PC鋼絞線用熱軋高碳盤條JIC=0.0148MPa·m,KIC=57.6MPa·m1/2;熱軋高碳盤條的最佳拉拔角約為8°；對于相同尺寸的裂紋,J積分值隨著模具頂角的增大而增加：當(dāng)模具頂角小于8°后,J積分值變化較小,趨于一定值；J積分值隨著摩擦系數(shù)的

9、增大而增大；最終提出了“盤條的表面缺陷臨界尺寸約為0.18mm,芯部缺陷臨界尺寸為30μm-40μm左右”的判據(jù),這一結(jié)果為小方坯連鑄連軋生產(chǎn)1860MPa級PC鋼絞線用熱軋盤條成套工藝的開發(fā)提供了重要的理論依據(jù)。 據(jù)此,在江蘇沙鋼集團(tuán)的小方坯連鑄連軋生產(chǎn)線進(jìn)行了設(shè)備改造和工藝優(yōu)化試驗(yàn),取得了良好的效果。結(jié)果表明,通過對成分、表面缺陷、夾雜物、成分偏析、顯微組織等的控制,采用小方坯連鑄連軋高速線材生產(chǎn)線,可以生產(chǎn)出滿足現(xiàn)代化拉絲