70钢盘条作为含碳量较高的优质碳素钢盘条，具有较好的抗拉强度和塑性，常用于拉拔加工，生产制造预应力钢丝、碳素弹簧钢丝、高强度优质碳素结构钢丝、油淬火回火碳素弹簧钢丝、镀锌钢丝、镀锌绞线钢丝绳等部件^[1]，是一种附加值高的线材产品，具有广阔的应用前景。此类钢种已被广泛应用于德国、日本、意大利、美国、英国、法国等发达国家的吊运起重、物流运输、船舶制造、桥梁建筑、机械工程、海洋建设等领域内^[2-3]，对各国工业和民生的发展建设具有重要的作用。在我国，线材加工量比较小，但线材制品总产量在世界名列前茅^[4-6]。

抗拉强度是评判此类盘条力学性能的重要技术指标。用于制作钢绞线的盘条，要求抗拉强度大的同时抗拉塑性变形小，使产品具有较高的稳定性和可靠性。在桥梁建筑、机械工程等领域，盘条的拉拔脆断现象对安全生产极为不利。研究表明，材料的变形容量越小，越容易发生拉拔脆断。钢材的拉拔脆断主要受裂纹产生和扩展两因素的影响，前者主要取决于钢材抵抗塑性变形的能力，即强度；而后者主要取决于可消减应力峰吸收裂纹扩展能力的塑性，主要受原奥氏体晶粒和团尺寸的影响^[7]。因此，有必要探寻出提高抗塑性形变能力的方法，以生产出安全性能更高、使用范围更广的高碳钢盘条。

70钢盘条不仅要求强度高，同时还要求具有断面收缩率高、韧性好的特点，以便拉拔成不同规格的钢丝，因此，使70钢热轧盘条对于金相组织和力学性能具有更高的要求：金相组织以索氏体为主，不存在马氏体和网状渗碳体，拉拔性能好，通条性能稳定、脱碳少，外形尺寸和表面质量较好^[8]。

随着钢丝市场的不断扩大，钢丝产品不断升级和改进，市场上对拉拔原料70钢盘条的性能要求也不断提高。目前，70钢盘条抗拉强度以1 020 MPa为主，主要通过轧后控冷和吐丝后风机控冷调节组织形态，以达到生成较多索氏体的目的。但对抗拉强度有更高要求的客户则难以满足其需求。为满足深拉丝用70钢盘条抗拉强度≥1 050 MPa、深拉加工时不发生断裂的要求，新钢通过优化成分设计、改进工艺路线对70钢盘条进行了系列产品的研制与开发。

70钢新系列产品（简称70-SL）将根据盘条深拉工艺的具体需求，分别对其成分及工艺进行优化，改善产品的力学性能和金相组织，使产品的抗拉强度和塑性得以提高。本研究为优化品种结构、发展国内外精品线材市场打下了良好基础。

1 成分设计及生产过程优化 1.1 成分设计优化

ϕ 2.1 mm规格钢丝产品对抗拉强度有较高的要求，而在拉拔韧性方面则要求在拉拔过程中不发生断裂。因此，总体设计思路为：控制基体C元素含量，适当增加Si、Mn元素，通过固溶强化与沉淀强化作用提高强度，降低S、P等有害元素含量，防止其影响产品性能。

C元素作为钢中的基体元素，对盘条的性能影响较大。C含量过高，虽能大幅提高盘条的强度，但易使析出的碳化物颗粒粗大，影响钢的塑性；C含量偏低，使产品强度降低，难以满足盘条强度性能要求^[9]。综合国家标准要求和企业实际的炼钢情况，最终将C元素含量控制为0.690%~0.730%。

Si元素可固溶在铁素体和奥氏体中，以固溶强化的形式提高盘条的强度，Si是一种较为廉价的、可有效增强盘条强度的基础元素。一般来说Si的含量越高，盘条强度也越高，但当Si元素含量较高时，盘条的延展性变差，将影响盘条的塑性。同时，Si元素由于易富集在渗碳体和铁素体之间的界面上，且几乎不溶于渗碳体，可有效抑制钢丝在镀锌过程中抗拉强度下降的问题^[10]。因此，将Si元素含量提高到0.170%~0.300%之间。

Mn元素为弱碳化物形成元素，能融入渗碳体中，扩大单一奥氏体区，使TTT曲线向右下方移动^[11]，还能在减小珠光体片层间距的同时细化铁素体晶粒，有助于提高盘条的强度和韧性。适量地Mn元素含量可显著改善钢的冷脆性能，提高抗拉强度；但Mn含量过高时，会发生较明显的回火脆性现象，影响盘条的延展性^[12]。因此，将Mn元素含量调高至0.600%~0.700%之间。

P、S元素在盘条生产过程中通常被认为是有害元素，P元素会造成盘条偏析严重，增强回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在拉拔时容易脆裂，出现冷脆现象；S元素会使钢产生热脆现象，严重降低钢的延展性和韧性，影响盘条的性能和质量。因此，将P元素控制为低于0.018%，S元素控制为低于0.010%。

综合各元素含量分析，最终确定70-SL钢盘条的化学成分如表 1所列。

1.2 工艺路线

根据现场设备及生产过程中实际情况，确定70-SL钢盘条生产的工艺路线如图 1所示。

1.3 生产过程优化 1.3.1 加热工艺优化

该钢种属于高碳钢，具有一定脱碳倾向，且盘条为深拉工艺加工，对表面质量要求较高。为避免表面脱碳、减轻中心偏析、消除网状渗碳体^[13]等影响，应精准控制加热炉的各段加热温度及在炉时间等参数。

加热温度主要是通过影响原始奥氏体晶粒和碳、氮化物的溶解度，亦即其后的沉淀硬化效果起作用^[14]。较低的加热温度可使原始奥氏体晶粒细化及沉淀硬化作用减小，使轧制温度也相应降低，故使脆性转化温度降低，即韧性提高。但考虑到现场实际的生产条件，避免生产设备所受的轧制力过大，加热温度不宜过低。因此，结合理论要求及生产实际，将加热工艺设定为预热段750~800 ℃、加热段900~1 000 ℃、均热段970~1 020 ℃、在炉时间80~120 min。

1.3.2 轧制工艺优化

出炉温度设置为950~1 000 ℃，目的是利用低温开轧获得较小的奥氏体晶粒^[15]，经高压水除鳞后，送入轧机轧制。在再结晶温度区间，多道次的连续降温轧制，可有效细化奥氏体晶粒，因此，设置精轧温度为840~880 ℃，在该温度区间可避免在双相区轧制而出现混晶现象。线材经过精轧工序后，须经多个水箱冷却，并在其间的恢复导槽进行回温，以降低线材芯部与表层的温差，改善线材的通条性^[16]。吐丝温度影响奥氏体晶粒的长大程度及相变后的组织形态，进而影响抗拉强度、断面收缩率等力学性能，通常设定在800~900 ℃之间，为使盘条性能均匀稳定，吐丝温度一般控制在±10 ℃以内^[17]。对高碳钢来说，通常情况下，吐丝温度越高，线材的抗拉强度也越高^[18]。因此，将吐丝温度设定为880~900 ℃。

1.3.3 控冷工艺优化

70-SL钢盘条在风冷辊道以较低的冷却速率降温至索氏体相变区间时，金相组织中产生较多的先共析铁素体，使盘条的抗拉强度降低。因此，当吐丝时风机风量越大，盘条冷却速度越快，先共析铁素体的析出量越少，奥氏体越容易转变成索氏体。当盘条温度达到索氏体相变点时，减小风机风量，降低冷却速度，使70-SL钢盘条在索氏体相变区有一个较长的转变过程，以获得较多的索氏体组织，增强盘条的拉拔性能^[19]。

在实际生产过程中，在吐丝机后的1^#—4^#风机采用大风量，快速冷却至相变前温度，使盘条中的晶粒尽可能细小，同时，降低先共析铁素体的析出量，尽量使盘条的冷却速率达到最大。而5^#—8^#风机采用小风量，使盘条在索氏体组织相变区间以较慢、较均匀的速率冷却，生成较多的索氏体组织^[20-21]。为获得尽可能多的索氏体组织，提高盘条的拉拔性能，根据现场实际生产情况设计了控冷工艺方案，其控冷工艺参数如表 2所列。

轧制时测量了4^#、8^#风机位置对应盘条搭接点温度，轧后该批次共取样45根，均对其进行力学性能、金相组织检测。

2 试验结果与讨论 2.1 风冷速率

轧制时测量了4^#、8^#风机处的盘条搭接点温度，其结果如表 3所列。70钢硬线盘条在吐丝后以10~12 ℃/s的冷却速率冷却至535~588 ℃时，再转为等温冷却，可在得到较多索氏体组织的同时，使盘条组织中生成的先共析铁素体含量减少且无马氏体组织出现^[22]。该工艺吐丝后1^#—4^#风机段平均冷却速率为12.91 ℃/s；4^#—8^#风机段平均冷却速率为1.28 ℃/s，符合理论要求。

2.2 力学性能

45支试样全部按照GB/T 24242.1—2009要求进行检测，其断面收缩率（Z）和抗拉强度（R_m）检测结果散点图^[23]如图 2、图 3所示，具体数据如表 4所列。

由图 1、图 2和表 4可以看出，采用该工艺生产的盘条抗拉强度均符合高于1 050 MPa的要求，断面收缩率（最小值为37%）性能良好。

2.3 金相组织

试样的金相组织如图 4所示，金相检测统计结果如表 5所列。由图 4可知，试样的主要组织为索氏体+珠光体+铁素体，无中心网状渗碳体和马氏体组织，脱碳层为0.02~0.03 mm，中心偏析均为1.0级，索氏体评级均为1.0~2.0级。因索氏体组织有良好的塑性和较高的强度，具有优良的拉拔性能，故索氏体化率越高，拉拔效果越好。索氏体组织级别越低试样的拉拔性能和力学性能均越好。钢中A、B、C、D类非金属夹杂物均低于0.5级，极大地降低了拉拔过程中可能出现的脆断现象。

3 结论

1）根据70钢控冷的组织转变情况，该工艺能达到抑制先共析铁素体生成、促进索氏体组织生成的效果。

2）综合力学性能及金相组织分析，以该工艺参数作为优化后控冷工艺方案，其生产出的成品能够满足抗拉强度≥1 050 MPa的要求，金相组织优良，拉拔性能良好。