CN107299280A - 2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条及生产方法，其成分的重量百分含量为：C 0.85~1.0%；Si：0.80~1.5%；Mn 0.30~0.80%；Cr 0.20~0.80%；P ≤0.015%；S ≤0.010%；Al 0.01~0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明通过成分的特殊设计，并通过冶炼‑连铸‑铸坯修磨‑轧钢‑离线热处理工艺进行生产，所得盘条索氏体化率超过95%，组织均匀，无网状碳化物和马氏体等淬火组织。所得盘条经拉拔、镀锌（铝）、稳定化处理后，钢丝强度≥2000MPa，可用于生产2000MPa级别桥梁缆索镀锌（铝）钢丝，适用于特大跨度、超高强度要求的桥梁。
Description
技术领域
本发明属于金属线材制造技术领域，尤其涉及一种2000MPa级缆索镀锌或镀铝钢丝用热处理盘条及生产方法。
背景技术
近年随着我们国家经济发展的需求，交通基础建设蒸蒸日上，特大跨度悬索桥梁数量迅猛增长。随着跨度和车道数量的增加，国内外悬索桥的主缆钢丝已处于超高强度发展阶段，不断提高钢丝的抗拉强度成为桥梁缆索的发展趋势。桥梁主缆钢丝的抗拉强度较长时间维持在1570 MPa ～1670MPa 之间，近几年快速经过1770MPa和1860MPa级别，2000MPa级成为了目前世界桥梁主缆钢丝的发展方向。
目前镀锌钢丝用盘条成分体系和制造方法只能满足1860MPa级别桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的生产，如CN2012101325872。为进一步提高盘条的强度以满足更高强度级别钢丝的要求，目前普遍采用提高盘条化学成分中C、N元素含量同时添加V、Al等微合金元素的方法。这种方法虽然能提高盘条的强度，但由于在盘条控轧控冷过程中析出粒子难以控制等原因造成钢丝产品的扭转性能无法满足使用要求。因此，在成分体系调整（不添加微合金元素同时尽量降低C元素含量）的基础上，对热轧盘条采用等温热处理的方法是生产2000MPa级桥梁缆索镀锌或镀铝钢丝用盘条的必经之路。
发明内容
本发明针对现有的热处理盘条及生产工艺难以达到2000MPa强度级别的的技术问题，提出一种高强度高塑性的2000MPa级缆索镀锌或镀铝钢丝用热处理盘条成分及加工工艺。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条，其成分的重量百分含量为：C 0.85~1.0%；Si0.80~1.5%；Mn 0.30~0.80%；Cr 0.20~0.80%；P ≤0.015%；S ≤0.010%；Al 0.01~0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为优选，其成分的重量百分含量为：C 0.92~1.0%；Si 1.05~1.50%；Mn 0.30~0.55%；Cr 0.45~0.80%；P ≤0.010%；S ≤0.010%；Al 0.05~0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为优选，其成分的重量百分含量为：C 0.92~1.0%；Si 1.80~0.95%；Mn 0.55~0.80%；Cr 0.38~0.80%；P ≤0.015%；S ≤0.010%；Al 0.01~0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为优选，所述盘条的规格为Φ12.0~Φ16.0mm。
作为优选，其成分的重量百分含量为：C 0.93%；Si 1.24%；Mn 0.56%；Cr 0.36%；P0.011%；S 0.002%；Al 0.074%，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提出一种2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条生产方法，包括以下步骤：
（1）冶炼
将原料经高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼步骤冶炼，其中顶底复吹转炉炼钢采用双渣法吹炼，LF炉精炼采用铝脱氧和高碱度渣系，RH真空处理时间≥25min；
（2）连铸
连铸步骤采用全程保护浇铸，避免钢水二次氧化，连铸过程中钢水的过热度控制在16~25℃；
（3）铸坯修磨
将连铸坯经过抛丸、探伤、修磨后备用；
（5）轧钢
采用一火成材工艺轧制，连铸坯加热温度1000~1200℃，保温1~3h后开轧，轧制速度30~50m/s，过程温度和吐丝温度控制在850~950℃，吐丝后采用风机进行控制冷却。
（6）离线热处理
将热轧盘条放线后经奥氏体化加热、等温盐浴、清洗、收线，得到热处理盘条，奥氏体化加热温度880~980℃，保温时间10~18min，等温盐浴520~600℃，保温时间3~6min。
作为优选，连铸步骤中采用电磁搅拌、自动配水及轻压下控制连铸坯成分偏析，连铸坯偏析指数1.10。
作为优选，所述等温盐浴步骤中采用硝酸钾和硝酸钠的混合熔融盐作为淬火介质。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
通过成分的特殊设计，并通过本发明所述生产方法所得盘条索氏体化率超过95%，索氏体片层间距80~100nm，珠光体球团8~10级，奥氏体晶粒度9~11级，组织均匀，无网状碳化物和马氏体等淬火组织，最终提高了盘条的力学性能和通条均匀性。所得盘条经拉拔、镀锌（铝）、稳定化处理后，钢丝强度≥2000MPa，扭转指标≥20次，可用于生产2000MPa级别桥梁缆索镀锌（铝）钢丝，适用于特大跨度、超高强度要求的桥梁。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例做具体说明。
实施例：
本发明的成分设计中：
C：是保证盘条强度和组织的化学元素，同时为得到均匀一致的索氏体组织和较高的强度，碳含量不低于0.87wt.%，同时为控制连铸坯偏析和提高盘条韧塑性，不应高于1.0wt.%。
Si：在钢中以固溶形态存在具有极强的强化作用，同时Si具有抑制渗碳体的形成和减少钢丝镀锌（铝）过程中强度损失的效果，因此添加0.80~1.5wt.%的Si是保证盘条强度的重要手段。
Mn、Cr可提高钢的淬透性和奥氏体的稳定性，可细化盘条组织和片层结构。
Al是有效的脱氧元素，弥散细小的氧化铝和细化组织，但粗大的氧化铝会严重降低盘条和镀锌钢丝拉拔和疲劳性能。
P、S在桥梁缆索镀锌钢丝用盘条中属于有害元素，应加以控制。
基于上述，本发明2000MPa级缆索钢丝盘条化学成分见表1。
表1 实施例盘条的化学成分/wt.%
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Al | Cr |
| 1 | 0.87 | 1.00 | 0.61 | 0.015 | 0.001 | 0.052 | 0.31 |
| 2 | 0.93 | 1.24 | 0.56 | 0.011 | 0.002 | 0.074 | 0.36 |
上述盘条生产方法如下：
（1）冶炼
将原料经高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼的步骤进行冶炼。高炉铁水经KR脱硫后，进入转炉的铁水S元素含量≤0.005%。转炉采用双渣法吹炼，可降低钢水中的杂质元素含量，转炉终点P元素含量≤0.015%，S元素含量≤0.010%；LF炉采用铝脱氧和高碱度渣系，降低钢水中的平衡氧含量；RH真空处理时间≥25min，控制钢中O含量≤15ppm，N含量≤55ppm。
（2）连铸
连铸步骤采用全程保护浇铸，避免钢水二次氧化，最终降低连铸坯的夹杂物数量。连铸过程中钢水的过热度控制在16~25℃，并采用电磁搅拌、自动配水及轻压下控制连铸坯成分偏析，连铸坯偏析指数1.10。
（3）铸坯修磨
连铸坯要进行抛丸、探伤，根据连铸坯表面状况进行修磨，修磨后的铸坯表面不能有毛刺和尖锐棱角，防止连铸坯的表面缺陷影响盘条表面质量。
（5）轧钢
采用一火成材工艺轧制成材。连铸坯加热温度1000~1200℃，保温1~3h后开轧，轧制速度30~50m/s，过程温度和吐丝温度控制在850~950℃，吐丝后采用风机进行控制冷却。连铸坯加热至1000~1200℃，保温时间1~3h，控制加热炉气氛以减轻表面脱碳；连铸坯出炉后进行高压水除磷，确保将氧化铁皮清除；过程温度和吐丝温度控制在850~950℃，轧制速度20~50m/s，吐丝后盘条合理冷却，控制冷速及终点温度，避免产生影响使用的网碳和马氏体组织。通过轧制过程的控温控冷，控制盘条显微组织的晶粒尺寸，获得理想的索氏体组织，降低晶界渗碳体级别，避免马氏体等不良组织的产生。
（6）离线热处理
热轧盘条经过开卷后进入加热炉进行奥氏体化加热、等温盐浴索氏体化处理、清洗机清洗，最后收集成卷。盘条奥氏体化加热温度880~980℃，保温时间10~18min，保证充分奥氏体化并控制奥氏体晶粒尺寸；盘条盐浴温度535~600℃，保温时间3~6min，保证奥氏体组织完全转变为细小均匀的索氏体组织，优异的显微组织保证盘条具有良好的力学性能和拉拔加工性能。
实施例1、2所得2000MPa级缆索镀锌铝钢丝用盘条的力学性能见表2。
实施例1、2盘条经拉拔、镀锌铝、稳定化处理后，得到的钢丝的规格、抗拉强度和扭转指标见表3。
表2 实施例盘条的规格、显微组织和力学性能
| 实施例 | 规格 | 索氏体化率 | 抗拉强度 | 断面收缩率 |
| 1 | Φ13mm | 97% | 1458 MPa | 36% |
| 2 | Φ14mm | 97% | 1562 MPa | 30% |
表3 实施例成品钢丝规格和力学性能
| 实施例 | 规格 | 抗拉强度 | 扭转次数 |
| 1 | Φ5.0mm | 2045 MPa | 20次 |
| 2 | Φ7.0mm | 2050 MPa | 21次 |
结合表2、表3的实验结果可见，通过本实施例所述生产方法所得盘条索氏体化率超过95%，索氏体片层间距80~100nm，珠光体球团8~10级，奥氏体晶粒度9~11级，组织均匀，无网状碳化物和马氏体等淬火组织，最终提高了盘条的力学性能和通条均匀性。所得盘条经拉拔、镀锌（铝）、稳定化处理后，钢丝强度≥2000MPa，扭转指标≥20次，可用于生产2000MPa级别桥梁缆索镀锌（铝）钢丝，适用于特大跨度、超高强度要求的桥梁。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条，其特征在于，其成分的重量百分含量为：C0.85~1.0%；Si 0.80~1.5%；Mn 0.30~0.80%；Cr 0.20~0.80%；P ≤0.015%；S ≤0.010%；Al0.01~0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条，其特征在于，其成分的重量百分含量为：C 0.92~1.0%；Si 1.05~1.50%；Mn 0.30~0.55%；Cr 0.45~0.80%；P ≤0.010%；S ≤0.010%；Al 0.05~0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条，其特征在于，其成分的重量百分含量为：C 0.92~1.0%；Si 1.80~0.95%；Mn 0.55~0.80%；Cr 0.38~0.80%；P ≤0.015%；S ≤0.010%；Al 0.01~0.08%，其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条，其特征在于：所述盘条的规格为Φ12.0~Φ16.0mm。
5.根据权利要求4所述的2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条，其特征在于：其成分的重量百分含量为：C 0.93%；Si 1.24%；Mn 0.56%；Cr 0.36%；P 0.011%；S 0.002%；Al 0.074%，其余为Fe和不可避免的杂质。
6.一种2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）冶炼
将原料经高炉铁水→KR脱硫→顶底复吹转炉炼钢→LF炉精炼→RH炉精炼步骤冶炼，其中顶底复吹转炉炼钢采用双渣法吹炼，LF炉精炼采用铝脱氧和高碱度渣系，RH真空处理时间≥25min；
（2）连铸
连铸步骤采用全程保护浇铸，避免钢水二次氧化，连铸过程中钢水的过热度控制在16~25℃；
（3）铸坯修磨
将连铸坯经过抛丸、探伤、修磨后备用；
（5）轧钢
采用一火成材工艺轧制，连铸坯加热温度1000~1200℃，保温1~3h后开轧，轧制速度30~50m/s，过程温度和吐丝温度控制在850~950℃，吐丝后采用风机进行控制冷却；
（6）离线热处理
将热轧盘条放线后经奥氏体化加热、等温盐浴、清洗、收线，得到热处理盘条，奥氏体化加热温度880~980℃，保温时间10~18min，等温盐浴520~600℃，保温时间3~6min。
7.根据权利要求5所述的2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条生产方法，其特征在于：连铸步骤中采用电磁搅拌、自动配水及轻压下控制连铸坯成分偏析，连铸坯偏析指数1.10。
8.根据权利要求6所述的2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条生产方法，其特征在于：所述等温盐浴步骤中采用硝酸钾和硝酸钠的混合熔融盐作为淬火介质。
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