CN102181786A

CN102181786A - 1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及其制备方法

Info

Publication number: CN102181786A
Application number: CN 201110103180
Authority: CN
Inventors: 王雷; 麻晗; 李平; 峰公雄
Original assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province
Current assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明涉及一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及制备方法。该盘条包括如下组分(wt％)：基本组分C 0.79-0.84％、Si 0.15-1.25％、Mn 0.60-0.90％、Cr 0.15-0.25％和V 0.04-0.15％；可选组分Al 0.001-0.10％、B 0.0005-0.0015％、Ti 0.01-0.05％、Nb 0.01-0.03％和Mo 0.01-0.03％中的任意一种或二种以上；以及Fe和杂质元素。该制备方法包括电炉熔炼、LF精炼、小方坯连铸、高线轧制与使用斯太尔摩控冷工序。本发明钢种是通过在已有82B钢基础上做适当的调整开发出来的，综合性能优良，且生产工艺简洁易操作，可以充分利用废钢资源且不需要二次开坯，可以明显的降低生产成本，增加企业效益。

Description

1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高碳钢盘条及其生产方法，尤其涉及一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及其制备方法，其抗拉强度在1200MPa以上，断后伸长率不小于8％，面缩率在35％以上。

背景技术

悬索桥和斜拉桥是现代大跨桥梁的重要的结构形式，特别是在跨越峡谷、海湾、大江、大河等不易修筑桥墩的地方架设大跨径的特大桥梁时，往往都选择悬索桥和斜拉桥的桥型。悬索桥由悬索、塔架、锚锭、吊杆、加劲梁和桥面组成，桥面荷载经加劲梁、吊杆传给悬索，再由悬索传至塔架和两端的锚锭。斜拉桥由拉索、索塔、主梁、和桥面组成，桥面荷载经主梁传给拉索、再由拉索传到索塔。

悬索桥和斜拉桥的受力体系主要包括：①桥面体系；②支承桥面体系的缆索系统；③支承缆索系统的桥塔；④对于悬索桥，还包括固定缆索系统的锚绽。

其中支撑桥面体系的缆索系统是支撑整个大桥重量的关键部件；大桥缆索由平行的高强度镀锌钢丝组成。镀锌钢丝应该具有良好的力学性能(国标GB/T17101-2008要求：断后伸长率A≥4％，扭转性能≥8圈)与疲劳性能(≥200万次)。生产此镀锌钢丝的原始盘条应该具有以下要求：(1)盘条成分设计合理，严格控制H、O、N、S、P及杂质元素如Cu、Ni、As等的含量；(2)组织均匀，索氏体含量高；(3)夹杂物含量尽可能低。

国内外可以生产镀锌钢丝用盘条的企业主要有日本的新日铁、神户制钢与国内的宝钢等。目前国内桥梁镀锌钢丝用盘条主要由国外一些厂家供应，国内只有极少数厂家能够生产并且基本是采用转炉冶炼+大方坯(铸锭)开坯+高线轧制路线，工艺较为复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条，其抗拉强度在1200MPa以上，断后伸长率不小于8％，面缩率在35％以上，是通过在已有82B钢基础上做适当的调整开发出来的，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条，其特征在于，它包括按重量百分比计的如下组分：

基本组分：C 0.79-0.84％、Si 0.15-1.25％、Mn 0.60-0.90％、Cr 0.15-0.25％和V 0.04-0.15％；

可选组分：Al 0.001-0.10％、B 0.0005-0.0015％、Ti 0.01-0.05％、Nb0.01-0.03％和Mo 0.01-0.03％中的任意一种或二种以上；

以及Fe和杂质元素。

优选的，所述杂质元素中包含的残余元素及其重量百分比应该满足：S≤0.012％、P≤0.015％、O≤0.0020％、N≤0.0060％、H≤0.0002％、Cu≤0.10％以及Ni≤0.10％。

如上所述1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的制备方法，包括依次进行的熔炼、精炼、铸造、轧制和冷却工序，其特征在于：

在精炼工序中，白渣保持时间在15min以上，精炼终渣(FeO)+(MnO)≤1.0wt％；

轧制工序采用高线轧制工艺，其开轧温度控制在1030-1070℃之间，精轧入口温度为940-970℃，吐丝温度为860-910℃；

冷却工序采用斯太尔摩分区控制冷却工艺，在相变之前冷却速率＞10K/s，相变过程控制温度升高幅度≤50℃，相变后期冷却速率＜3K/s。

前述熔炼工序采用电炉熔炼工艺，前述精炼工序采用LF精炼，前述铸造工序采用小方坯连铸工艺。

在精炼工序中若需要加入Ti、V和B，则应在LF炉完全脱氧后的中期加入Ti，其后依次加入V和B，喂丝后氩气软搅拌时间≥10min。

需要进一步说明的是，使用电炉+小方坯连铸生产1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的技术要点在于：使用优质废钢，严格控制电炉冶炼，降低钢水磷含量；精炼中减少夹杂，降低硫含量，进行夹杂物改性；使用合适的连铸及二冷水工艺，降低方坯中心偏析；优化控轧控冷工艺，提高盘条组织均匀性。

本发明通过低合金化，添加合金元素Si、Cr和V等来提高盘条的强度，同时针对电炉冶炼氮含量较高的特点添加微量Ti来与钢中的自由氮结合形成氮化钛来降低自由氮的影响，提高盘条的塑性。

以下具体说明各元素的作用及原理：

C含量每增加0.01％，盘条强度约增加10MPa，但是使用小方坯连铸，碳含量超过一定范围容易引起中心碳偏析超标，在后续的轧制中容易造成盘条中心出现网状渗碳体，造成控制难度增加，因此C的范围选为0.79-0.84％。

Si是铁素体强化元素，能够通过固溶强化提高铁素体的强度，Si也是重要的脱氧剂。此外，Si在铁素体/渗碳体界面的富集有助于防止渗碳体在热镀锌和稳定化处理过程中发生分解，提高加工过程中的热稳定性。过多的Si会引起脱碳，降低表面质量。另外硅的添加有利于促进VC在铁素体中的析出。

Cr是强碳化物生成元素，它在钢中主要存在于渗碳体片层中通过置换作用形成合金渗碳体。Cr的添加提高了奥氏体的稳定性，可以阻止热轧时晶粒的长大，另外Cr的添加使得钢的连续冷却转变曲线右移，在相同的冷速下可以细化珠光体片层间距。由于珠光体中合金渗碳体的存在，Cr的添加同样有助于抑制镀锌钢丝生成过程中镀锌时的渗碳体溶解，减小钢丝强度损失。综合考虑产品性能与成本因素，本发明中，Cr的含量控制在0.15-0.25％。

V也是强碳化物形成元素，能够抑制热轧时奥氏体晶粒的长大。V在相变初期易于奥氏体晶界上形成VC颗粒，降低了晶界上C元素的含量从而可以有效的抑制网状渗碳体的产生；另外V在相变过程中会在珠光体中的铁素体间析出，对盘条起到析出强化作用，有利于提高盘条的强度。V含量过高容易出现淬火组织，不利于工艺控制。本发明中，V的含量控制在0.04-0.15％。

Mn在钢中主要用于增加钢的强度，但如果Mn含量过高使得盘条的淬透性增加，容易造成盘条中淬火组织的出现，因此本发明中，Mn控制在0.60-0.90％。

Al的加入主要是为了脱氧，另外多余的Al可以固定钢中的自由氮，形成的氮化铝可以细化奥氏体晶粒，但Al超过一定量后容易造成小方坯连铸过程中的水口结瘤，影响生产的顺利进行。本发明中Al的控制范围在0.001-0.1％。

与使用转炉冶炼不同，电炉冶炼过程中电弧会电离空气使得钢液中的氮含量比较高，自由氮固溶于钢中会产生自然时效现象，增加钢的脆性，桥梁用镀锌钢丝要求具有良好的塑性及韧性，必须严格控制钢中的自由氮含量。本发明中添加少量Ti主要是固定钢液中的自由氮，Ti的添加量可以依据N的控制水平加以调整，本发明中Ti的范围控制在0.01-0.05％。

Nb的添加与V相同，主要通过其碳氮化物的析出来提高盘条的强度；Mo的添加主要是为了改善盘条的耐腐蚀性，但Mo会明显增加盘条的淬透性；综合考虑成本及性能因素，本发明Nb，Mo都控制在：0.01-0.03％。

加入微量B可以抑制P在晶界的偏聚，增加盘条的塑性，同时可以抑制晶界铁素体的形成。本发明中B控制范围在：0.0005-0.0015％。

钢中残余元素如S，P，O，H，N，Cu，Ni等要尽可能的低，残余元素容易在晶界偏析，也容易增加钢中夹杂物的含量，同时一些元素也会降低钢材的耐蚀性，因此电炉冶炼要求使用优质废钢。残余元素含量要求如下(wt％)：S≤0.012，P≤0.015，O≤0.0020％，N≤0.0060％，H≤0.0002％，Cu≤0.10，Ni≤0.10.

冶炼工艺采用电炉熔炼+LF精炼，如需加入Ti，B，则Ti在LF炉完全脱氧后的中期加入，然后再加入V，最后加入B。且要求LF炉精炼后期喂丝后Ar气软搅拌时间不小于10分钟。铸造工艺采用小方坯连铸，为保证轧制的顺利进行以及盘条的最终力学性能，开轧温度控制在1030-1070℃之间，精轧入口温度为940-970℃，吐丝温度为860-910℃。

冷却工艺采用斯太尔摩控制冷却，相变之前及相变前期采用快速冷却，风机风量为100％，以减少网状渗碳体的生成，形成细小的组织结构。相变后期采用较慢的冷却速率，抑制中心偏析处马氏体的生成，减少残余应力。相变前及相变前期采用比较大的辊道速率和比较高的风机风量，从而降低堆积密度，实现快速冷却(冷速大于10K/s)。相变过程根据现场测温风机风量控制在50-100％之间，以控制相变过程中的温升(最高温升不超过50℃)。相变后期降低辊道速率，风机风量在60％以下，以实现缓冷(冷速小于10K/s)。

该1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的组织及性能为：

索氏体含量≥90％，不应有网状渗碳体及其它异常组织；盘条夹杂物控制要求：按照国标GB/T 10561要求，A≤2.0级，B≤1.5级，C≤1.5级，D≤1.5级；抗拉强度≥1200MPa，面缩率≥35％，断后伸长率A≥8％。

此盘条的制造方法包括使用电炉冶炼+LF炉精炼+小方坯连铸及斯太尔摩控冷工艺。在电炉冶炼工序中使用低氮增碳剂增碳，在炉外精炼工序中控制O活度，(FeO)+(MnO)≤1.0％，并采用加Ti固定自由氮，加微量B减少晶界铁素体，喂丝后氩气搅拌时间不小于10min，使用全恒速全保护浇注。高线轧制斯太尔摩线使用分区冷却模式。

具体实施方式

本发明涉及一种高碳钢盘条及其生产工艺，该高碳钢盘条的抗拉强度在1200MPa以上，断后伸长率不小于8％，面缩率在35％以上，可用于制造1670MPa级桥梁缆索用镀锌钢丝。其生产工艺包括电炉熔炼、LF精炼、小方坯连铸、高线轧制与使用斯太尔摩控冷工序。

以下对该高碳钢盘条的生产工艺作详细说明：

1、炼钢及浇铸

使用厂内返废优质废钢，控制Cu、Ni、Mo、Sn和As等残余元素含量。

冶炼过程加强换渣操作，造好泡沫渣，避免增氮。严格控制出钢终点碳含量在0.06-0.10％之间，防止钢水过氧化，控制氮气含量。炉渣终渣二元碱度控制在2.0-3.0之间，精炼终渣(FeO)+(MnO)≤1.0％，出钢温度控制在1600±10℃，使用高碳钢专用合成渣，渣料与合金在出钢中添加。

精炼工序中萤石、石灰等分次加入，造好泡沫渣后再进行埋弧操作，防止增氮。增碳剂使用高纯低氮增碳剂。在进行吹氩渣洗时，严格控制底吹氩气压力，禁止钢水裸露，防止钢水氧化。在喂丝结束后的氩气软搅拌时间不小于10分钟。

连铸过热度控制在30℃以下，浇注时长水口使用氩封保护，中间包液面高度保证在80-85％，使用浸入式水口；结晶器保护渣选择高碳钢专用保护渣。

2、高线轧制

开轧温度控制在1050±20℃，精轧入口温度为940-970℃，吐丝温度为860-910℃。斯太尔摩冷却采用相变前快速冷却+相变期间慢冷+相变后缓冷的措施。通过在线测温与风机风量调节相结合的方法，控制盘条相变时的温度波动范围。以11～13mm盘条为例，各段的辊道速率和风机风量分别如表1和表2所示。

表1 辊道速度控制(m/s)

表2 风机风量控制(％)

有益效果：该高碳钢盘条的抗拉强度Rm≥1200MPa，断后伸长率A≥8％，断面收缩率Z≥35％。用其生产的镀锌钢丝完全满足1670MPa级斜拉桥与悬索桥的使用要求。桥梁缆索镀锌钢丝的技术要求见表3。

表3 镀锌钢丝的技术要求

以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1～10根据表4化学成分进行电炉冶炼，LF炉精炼，140mm×140mm小方坯连铸，高线加热炉加热，高线控制轧制，斯太尔摩控制冷却，表面检查，产品质量检测，打包，入库，出厂。经检测盘条的化学成分如表5所示，力学性能如表6所示。实施例1夹杂物如表10所示；实施例1索氏体及脱碳层厚度检测结果如表11所示。

表4 实施例1～10化学成分(wt％)

表5 实施例1～10化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Cu	B/ppm	Ti	V	O/ppm	N/ppm
													1	0.83	0.31	0.74	0.010	0.005	0.19	0.064	10	0.025	0.07	12.4	47.0
2	0.84	0.29	0.74	0.012	0.003	0.19	0.046	10	0.027	0.07	16.8	47.0
													3	0.83	0.32	0.72	0.012	0.003	0.19	0.046	8	0.025	0.07	12.3	46.5
4	0.83	0.30	0.71	0.009	0.002	0.19	0.049	8	0.025	0.07	14.7	49.2
													5	0.82	0.29	0.72	0.009	0.004	0.19	0.051	8	0.024	0.07	13.5	48.3
6	0.83	0.32	0.73	0.010	0.002	0.19	0.044	8	0.022	0.07	14.5	43.5
													7	0.83	0.30	0.73	0.010	0.004	0.19	0.054	13	0.024	0.07	12.9	47.0
8	0.82	0.30	0.73	0.013	0.007	0.19	0.042	14	0.026	0.07	11.6	48.5
													9	0.82	0.27	0.71	0.008	0.001	0.19	0.052	3	0.020	0.07	16.2	46.8
10	0.84	0.30	0.74	0.009	0.004	0.19	0.043	11	0.033	0.07	10.9	44.1

表6 实施例1～10力学性能

实施例

状态

直径(mm)

抗拉强度(MPa)

伸长率(％)

面缩率(％)

1	热轧盘条	13	1240	10.58	39.5
						2	热轧盘条	13	1230	11.27	39.0
3	热轧盘条	13	1240	11.11	38.5
						4	热轧盘条	13	1260	11.45	42.0
5	热轧盘条	13	1290	10.58	44.2
						6	热轧盘条	11	1240	10.91	42.5
7	热轧盘条	11	1240	10.64	40.0
						8	热轧盘条	11	1245	11.00	39.0
9	热轧盘条	11	1240	11.86	42.5
						10	热轧盘条	11	1255	9.75	43.0

比较例1根据表7所示的化学成分，按照本发明生产工艺进行生产。化学成分如表9所示；夹杂物如表10所示；索氏体及脱碳层厚度检测结果如表11所示；以13mm为例盘条的力学性能如表12所示。

表7 比较例1化学成分(wt％)

比较例2根据表8所示的化学成分，按照本发明生产工艺进行生产。化学成分如表9所示；夹杂物如表10所示；索氏体及脱碳层厚度检测结果如表11所示；以13mm为例盘条的力学性能如表12所示。

表8 比较例2化学成分(wt％)

表9 实施例1与比较例的化学成分(wt％)

表10 实施例1与比较例夹杂物统计结果

表11 实施例1与比较例索氏体及脱碳层厚度

表12 实施例1与比较例力学性能

工业实用性：使用本发明生产的盘条在某厂家进行了5mm及7mm 1670MPa级镀锌钢丝的试制，检测结果表明其力学性能及疲劳性能等符合可以达到国标GB/T 17101-2008的1670MPa级镀锌钢丝的标准。

目前国内外桥梁镀锌钢丝用盘条的生产一般采用转炉+大方坯开坯的方法生产，且冶炼过程常使用真空处理等措施；本发明采用电炉+小方坯连铸生产桥梁镀锌钢丝用盘条，可以充分利用废钢资源且不需要二次开坯，可以明显的降低生产成本，增加企业效益。

Claims

1.一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条，其特征在于，它包括按重量百分比计的如下组分：

以及Fe和杂质元素。

2.根据权利要求1所述的1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条，其特征在于，所述杂质元素中包含的残余元素及其重量百分比应该满足：S≤0.012％、P≤0.015％、O≤0.0020％、N≤0.0060％、H≤0.0002％、Cu≤0.10％以及Ni≤0.10％。

3.如权利要求1所述1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的制备方法，包括依次进行的熔炼、精炼、铸造、轧制和冷却工序，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的制备方法，其特征在于：所述熔炼工序采用电炉熔炼工艺。

5.根据权利要求3所述的1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的制备方法，其特征在于：所述精炼工序采用LF精炼。

6.根据权利要求3或5所述的1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的制备方法，其特征在于：在精炼工序中若需要加入Ti、V和B，则应在LF炉完全脱氧后的中期加入Ti，其后依次加入V和B，喂丝后氩气软搅拌时间≥10min。

7.根据权利要求3所述的1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条的制备方法，其特征在于：所述铸造工序采用小方坯连铸工艺。