抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材及生产方法

摘要

抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材及方法，其组分及重量百分比含量为：C：0.95～1.2%，Si：0.1%～0.48%，Mn：0.6～1.0%，Cr：0.1～0.5%，V：0.01～0.05%，Cu≤0.05%，Al：0.05～0.15%，N：0.01～0.03%，P≤0.025%，S≤0.015%；其生产步骤：冶炼并连铸成坯；对铸坯进行加热；轧制；再次加热；高速轧制；吐丝；风冷至室温；待用。本发明由于采用连铸大方坯，开轧成小方坯，再送高线轧制，从而使桥梁缆索用线材的金相组织等均匀，晶粒得到更好的细化；且由于采用了大风量的快速冷却等工艺，从而使最终桥索用钢丝的抗拉强度≥2000MPa且稳定，扭转值达到≥15次，冷拉拔中未因钢丝质量问题而产生断丝现象。

权利要求

1.生产抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材的方法，其步骤：

1）冶炼并连铸成坯，控制铸坯的断面尺寸至少为300х400mm；控制中间包过热度不超过20℃；控制拉坯速度在0.3～0.6m/min；控制铸坯轻压下后的断面减面率不大于8.0%；

铸坯的组分及重量百分比含量为：C：0.975～1.2%，Si：0.1%～0.48%，Mn：0.6～1.0%，Cr：0.1 ～0.5%，V：0.01～ 0.04%，Cu≤ 0.05%，Al：0.05 ～0.15%，N：0.019～ 0.03%，P≤0.025%，S≤0.015%，余量为Fe及不可避免的杂质；

2）对铸坯进行加热，控制均热温度在1250～1500℃，控制在炉时间不低于300min；

3）进行轧制，控制开轧温度不低于1205℃；开轧成断面尺寸不大于250×250mm的方坯；

4）进行再次加热，控制均热温度不高于1050℃，均热时间100～200 min；

5）进行高速轧制，控制粗轧开轧温度在900～980℃，控制精轧开轧温度不高于850℃；

6）进行吐丝，控制吐丝温度不低于920℃；

7）风冷至室温，控制风冷线辊道速度极差在1.05～1.12，控制冷却速度在5～15℃/S；

8）待用。

说明书

抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材及生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及线材及其生产方法，具体地属于桥梁缆索用线材及其生产方法，确切地为抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材及生产方法。

背景技术

[0002] 目前，在桥梁缆索用线材的生产，就抗拉强度在1200MPa至1900MPa以内的，存在的不足是抗拉强度波动大，不稳定，特别是在夏季，受环境温度的影响，在高线轧制粗规格的线材时，斯太尔摩线的冷却能力不足，这种现象表现的则更为突出。

[0003] 然而就目前市场来讲，根据桥梁的发展，需要2000MPa以上的桥梁缆索用线材，所以，生产起来难度就更大，性能更难以保证。

[0004] 在所查公开发表的文献中，有关于桥索钢线材的报道：中国专利申请号: CN201110103180.2的专利文献，其公开了《一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及制备方法》，其采用的是小方坯连铸→高线轧制的工艺。其虽然组分及含量可以确保盘条的强度大于1200MPa，但是无法使桥索钢线材的强度达到2000MPa。另外，根据宝钢和武钢的试验结果，其生产工艺很难保证桥索钢线材的强度性能的稳定。

[0005] 中国专利申请号CN201210132587.2:的专利文献，其公开了《一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及其制造方法》，其轧制工艺采用较高的轧制温度，会降低线材中的索氏体比率，不利于线材抗拉强度的提高。其虽然组分及含量可以确保盘条的强度大于1200MPa，但是无法使桥索用钢丝的强度达到2000MPa。另外，其工艺存在的不足：1）浇铸过程中由于采用氩气保护，没有明确其它的控制工艺，坯料心部碳偏析低于1.08。

[0006] 中国专利申请号CN201010291415.0的专利文献，其公开了《一种高强度高碳钢盘条及其生产方法.》，其是生产的直径为5.5~8.0mm的钢丝，其仅仅是含碳、锰元素的钢，其成分决定了要想得到高强度的线材，只能通过铸坯的较大减面率，生产直径小于8.0mm的线材。

[0007] 中国专利申请号CN200710093823.3的专利文献，其公开了《一种1770MPa级桥梁斜拉索镀锌钢丝用盘条及其制造方法.》，该发明对于1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条而言，虽然组分及含量可以确保盘条的强度大于1200MPa，但是无法使钢丝的强度达到2000MPa。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于克服目前不能满足市场要求的抗拉强度大于2000MPa的桥梁缆索用线材的需求，且强度性能不稳定的不足，提供一种成分简单、桥梁缆索用钢丝的抗拉强度大于2000MPa且稳定，扭转值达到≥15次，在冷拉拔过程中不产生断丝现象的桥梁缆索用线材及生产方法。

[0009] 实现上述目的的措施：

[0010] 抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材，其组分及重量百分比含量为：C：0.95～1.2%，Si：0.1%～0.48%，Mn：0.6～1.0%，Cr：0.1～0.5%，V：0.01～0.05%，Cu≤0.05%，Al：0.05～0.15%，N：0.01～0.03%，P≤0.025%，S≤0.015%，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0011] 生产抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材的方法，其步骤：

[0012] 1）冶炼并连铸成坯，控制铸坯的断面尺寸至少为300х400mm；控制中间包过热度不超过20℃；控制拉坯速度在0.3～0.6m/min；控制铸坯轻压下后的断面减面率不大于8.0%；

[0013] 2）对铸坯进行加热，控制均热温度在1250～1500℃，控制在炉时间不低于300min；

[0014] 3）进行轧制，控制开轧温度不低于1200℃；开轧成断面尺寸不大于250×250mm的方坯；

[0015] 4）进行再次加热，控制均热温度不高于1050℃，均热时间100～200 min；

[0016] 5）进行高速轧制，控制粗轧开轧温度在900～980℃，控制精轧开轧温度不高于850℃；

[0017] 6）进行吐丝，控制吐丝温度不低于920℃；

[0018] 7）风冷至室温，控制风冷线辊道速度极差在1.05～1.12，控制冷却速度在5～15℃/S；

[0019] 8）待用。

[0020] 本发明的一种桥梁缆索用高碳钢线材中各合金成份的作用机理如下：

[0021] 本发明的碳（C）含量为0. 95~1.20%，碳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，抗拉强度随含碳量的增加而不断提高，塑性随碳含量的的增加而降低。

[0022] 本发明的硅（Si）含量为0.10%～0.48%，硅也是作为一种脱氧剂，以硅铁形式加入钢中，能消除FeO夹杂的不良影响，对钢材起着均匀致密的作用。硅含量的上升，能明显提高钢丝的弹性极限，但也会使塑性、韧性和延展性能明显降低。当硅以硅酸盐形式出现在钢中时，则对拉拔不利，使拉丝模容易磨损，或形成夹杂物而造成钢丝断裂，同时有抗酸洗倾向，对酸洗也不利。

[0023] 本发明的锰（Mn）含量为0.60%～1.0%，它是炼钢的良好脱氧剂，冶炼反应中生成的硫化锰、氧化锰对线材的冷拉性能不产生有害影响，锰和硫化合生成MnS还能减轻硫的有害作用。锰还能增加珠光体相对量，并使珠光体变细。所以锰含量增加会使钢丝的强度和硬度提高，屈服极限和断面收缩率也有所增加。锰大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体碳化。锰能增大奥氏体的稳定性，降低钢的临界转变温度。而且锰还能增加钢的过热敏感性，使热处理时晶粒容易长大，影响冲击韧性。

[0024] 本发明的磷（P）含量≤0.025%、硫（S）含量≤0.015%。磷在钢中具有容易造成偏析、恶化焊接性能、显著降低钢的低温冲击韧性、提高脆性转变温度等不利影响。硫易与锰结合生成MnS夹杂，硫还影响钢的低温冲击韧性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理、真空处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。

[0025] 本发明选择铬（Cr）含量0.1～0.5%。铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。

[0026] 本发明选择钒（V）含量0.01～0.05%。钒是钢的优良脱氧剂。钢中的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。其在500℃～700℃温度回火时，以VC和VN微小质点析出，可起沉淀强化的作用。

[0027] 本发明的铝（Al）含量0.05~0.15%，铝是一种有效的还原剂。钢中的铝可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与氮形成的碳化物，以Al N微小质点析出，可起沉淀强化的作用。

[0028] 本发明的氮（N）含量0.01~0.03%，在590℃时，氮在铁素体中的溶解度最大约为0.1%，随后在室温和稍高温度下，氮逐渐以Fe4N形式析出，使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。另外，钢水[N]升高，加剧了氮化钒、氮化铝的析出。

[0029] 本发明与现有技术相比，由于采用连铸大方坯即截面尺寸为300х400mm，开轧成小方坯，再送高线轧制的工艺，从而获使桥索用钢绳线材的金相组织及性能均匀，晶粒得到更好的细化；在高线轧制过程中，由于采用了控制轧制温度、大风量的快速冷却工艺，从而使最终桥索用钢丝的抗拉强度≥2000MPa且稳定，扭转值达到≥15次，在冷拉拔过程中，没有因钢丝质量问题而产生断丝现象。

附图说明

[0030] 图1为本发明桥索钢线材的金相组织图

[0031] 图2为本发明桥索钢线材的珠光体的片层图。

具体实施方式

[0032] 下面对本发明予以详细描述：

[0033] 表1为本发明各实施例的取值列表；

[0034] 表2为本发明各实施例的主要工艺参数列表；

[0035] 表3为本发明各实施例性能监测情况列表。

[0036] 本发明各实施例按照以下步骤生产：

[0037] 其步骤：

[0038] 1）冶炼并连铸成坯，控制铸坯的断面尺寸至少为300х400mm；控制中间包过热度不超过20℃；控制拉坯速度在0.3～0.6m/min；控制铸坯轻压下后的断面减面率不大于8.0%；

[0039] 2）对铸坯进行加热，控制均热温度在1250～1500℃，控制在炉时间不低于300min；

[0040] 3）进行轧制，控制开轧温度不低于1200℃；开轧成断面尺寸不大于250×250mm的方坯；

[0041] 4）进行再次加热，控制均热温度不高于1050℃，均热时间100～200 min；

[0042] 5）进行高速轧制，控制粗轧开轧温度在900～980℃，控制精轧开轧温度不高于850℃；

[0043] 6）进行吐丝，控制吐丝温度不低于920℃；

[0044] 7）风冷至室温，控制风冷线辊道速度极差在1.05～1.12，控制冷却速度在5～15℃/S；

[0045] 8）待用。

[0046] 表1 本发明钢各实施例的化学成分wt%

[0047]成份 C Si Mn P S Cr Al N V Cu
1 0.95 0.16 0.8 0.014 0.012 0.10.098 0.019 0.05 0.03
2 0.975 0.1 0.9 0.011 0.010 0.20.148 0.023 0.02 0.02
3 0.99 0.27 0.6 0.008 0.005 0.30.13 0.021 0.04 0.015
4 1.1 0.38 0.75 0.017 0.006 0.40.072 0.015 0.03 0.017
5 1.2 0.48 1.0 0.010 0.008 0.50.05 0.013 0.01 0.021

[0048] 表2 本发明钢各实施例的主要工艺参数列表（一）

[0049]

[0050] 表2 本发明钢各实施例的主要工艺参数列表（二）

[0051]

[0052] 表3 本发明钢各实施例的试验结果

[0053]

[0054] 从表3可以看出，本发明最终产品钢丝的抗拉强度达到2000MPa以上，钢丝的扭转值可以达到15次以上，其完全能满足市场的要求。

[0055] 上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。