CN102534424B - 不锈钢、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝以及制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不锈钢、桥梁拉吊索用不锈钢丝及其制备方法和应用。该不锈钢的成分为C：≤0.12％；Si：≤1.00％；Mn：14.0-19.0％；P≤0.06％；S≤0.01％；Cr：18.0-22.0％；Ni：1.0-2.0％；N：0.45-0.65％，余量为铁和不可避免的杂质；该钢的生产方法包括，电炉冶炼工序：将废钢和相应铁合金或金属，化清，控制电炉粗钢水化学成分出钢；氩氧精炼炉精炼工序：先进行氧化期冶炼，后还原期冶炼，还原期加入造渣材料进行造渣，并加入微调成分合金对目标成分进行微调后出钢；铸造钢坯工序；以及轧制工序。桥梁拉吊索用不锈钢丝的制备方法是得到的不锈钢钢材吐丝；冷却；热处理；酸洗；冷拔。本发明采用高氮不锈钢丝，在提高强度的同时有较好的耐腐蚀性能，制成桥梁拉索后，延长桥梁寿命。

Description

不锈钢、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝以及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种不锈钢及其制备方法，特别是涉及一种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝及制备方法。

背景技术

当代悬索桥、斜拉桥、吊杆拱桥的拉吊索基本使用高强碳钢钢丝或钢绞线，运营过程中长期处于高应力状态，对外界侵害比较敏感，随着使用年限的增长，逐步暴露出防腐层老化、锈蚀、断丝等病害，严重的则出现拉吊索断裂，引起桥梁坍塌事故。拉吊索桥梁的拉吊索设计使用年限一般都大于20年，由于防护措施欠佳，钢丝锈蚀发展较快，一般拉吊索更换时间为5～20年，远小于设计使用年限。为提高拉吊索桥梁的使用寿命和结构耐久性，目前工程中所采取的一系列措施基本上是围绕如何防止钢丝和锚具不被锈蚀，但都没有取得很好的效果，也没有彻底地从根本上解决这一问题。如果用高强度不锈钢丝代替传统优质碳素钢丝，充分利用不锈钢的不锈、耐蚀、耐磨等优异性能，从而彻底解决拉吊索病害，为我国桥梁拉吊索耐久性设计、防护等关键技术提供新的思路。

发明内容

本发明提供一种桥梁拉吊索用钢及其制备方法，特别是提供了一种桥梁拉吊所用钢丝及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

冶炼设备采用电炉和氩氧精炼炉，原料采用废钢、铬、镍、锰合金，通过氩氧精炼炉吹氮气及添加氮合金，得到氮含量为0.5％左右的高氮奥氏体不锈钢钢坯，钢坯再经过加热、轧制、热处理、酸洗等成为高强度不锈钢线材。

具体来说是通过如下技术方案实现：

一种不锈钢，以质量百分比计，含有下述成分：

C：≤0.12％；

Si：≤1.00％；

Mn：14.0-19.0％；

P≤0.06％；

S≤0.01％；

Cr：18.0-22.0％；

Ni：1.0-2.0％；

N：0.45-0.65％，余量为铁和不可避免的杂质。

优选地，一种不锈钢，以质量百分比计，含有下述成分：

C：0.09-0.12％，优选为0.10％；

Si：0.29-0.6％，优选为0.30％；

Mn：14.0-15.20％，优选为14.45％；

P≤0.045％，优选为≤0.035％；

S≤0.006％，优选为≤0.006％；

Cr：18.0-19.5％，优选为18.30％；

Ni：1.0-1.3％，优选为1.10％；

N：0.45-0.55％，优选为0.5％；余量为铁和不可避免的杂质。

一种不锈钢的生产方法，其以质量百分比计，含有下述成分：

C：≤0.12％；Si：≤1.00％；Mn：14.0-19.0％；P≤0.06％；S≤0.01％；

Cr：18.0-22.0％；Ni：1.0-2.0％；N：0.45-0.65％，余量为铁和不可避免的杂质，该方法包括如下步骤：

(1)电炉冶炼步骤：将废钢和金属或合金加入电炉，化清，控制电炉中粗钢水化学成分达到C 1.30-1.80％，Mn 8.5-12.5％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr 17.0-22.0％，Ni 1.0-2.0％时出钢；

(2)氩氧精炼炉精炼步骤：先进行氧化期冶炼，后还原期冶炼，还原期加入造渣材料进行造渣，并加入微调成分合金对目标成分进行微调后出钢；其中氧化期按照N₂和O₂气体比例(2-4)∶1，优选3∶1，吹入总气体量为800-1200m³/h的N₂和O₂；还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量为400-600m³/h；

(3)铸造钢坯步骤，采用连铸工序；以及

(4)轧制步骤。

其中，步骤(1)所述的相应金属或合金为高碳铬铁、高碳锰铁或金属镍。

其中，步骤(2)所述的加入微调成分合金为含锰、氮、铬元素的合金或金属，优选加入氮化铬铁和金属锰。

其中，所述步骤(2)氩氧精炼炉精炼步骤中，还原期加入硅铁和铝丸，优选加入量为硅铁40-60kg/t、铝丸5-8kg/t；还原期加入造渣材料石灰和莹石，优选的加入量为石灰8-12kg/t、莹石2-4kg/t。

其中，所述步骤(2)氩氧精炼炉精炼步骤中，加入微调合金成分后吹氮气3-4分钟后出钢，优选出钢后测定钢包中的渣厚为150-200mm；优选吹氮气的最小流量为50-60m³/h。

其中，步骤(3)所述连铸工序为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，通过拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，切割板坯；其中，所述装有精炼好钢水的钢包中钢水的熔点为1405℃，中间包的温度为1425-1440℃，优选为1430℃；优选中间包浸入式水口插入深度为130-140mm，优选为135mm；拉矫机的拉速为0.6-0.9m/min，优选为0.75m/min。

一种桥梁拉吊索用钢丝，以质量百分比计，含有下述成分：

C：≤0.12％；

Si：≤1.00％；

Mn：14.0-19.0％；

P≤0.06％；

S≤0.01％；

Cr：18.0-22.0％；

Ni：1.0-2.0％；

N：0.45-0.65％，余量为铁和不可避免的杂质。

优选地，一种桥梁拉吊索用钢丝，以质量百分比计，含有下述成分：

C：0.09-0.12％，优选为0.10％；

Si：0.29-0.6％，优选为0.30％；

Mn：14.0-15.20％，优选为14.45％；

P≤0.045％，优选为≤0.035％；

S≤0.006％，优选为≤0.006％；

Cr：18.0-19.5％，优选为18.30％；

Ni：1.0-1.3％，优选为1.10％；

N：0.45-0.55％，优选为0.5％；余量为铁和不可避免的杂质。

其中，所述钢丝的抗拉强度σ_b≥1570MPa，伸长率≥4％。

一种桥梁拉吊索用钢丝的生产方法，以质量百分比计，含有下述成分：C：≤0.12％；Si：≤1.00％；Mn：14.0-19.0％；P≤0.06％；S≤0.01％；Cr：18.0-22.0％；Ni：1.0-2.0％；N：0.45-0.65％，余量为铁和不可避免的杂质，该方法包括：

(I)采用上述的不锈钢生产方法生产不锈钢的工序，

(II)吐丝工序；

(III)冷却工序；

(IV)热处理工序；

(V)酸洗工序；以及

(VI)冷拔工序；

其中，在采用不锈钢生产的方法生产不锈钢的工序中，通过所述步骤(4)轧制得到不锈钢线材，然后进行该线材吐丝的工序。

其中，所述的(IV)热处理工序中，将冷却后的不锈钢线材进行热处理，热处理温度1050℃-1150℃，优选热处理温度为1100℃，还优选保温时间为1-2小时，优选1.5小时，优选出炉后采用水冷。

其中，所述工序(I)中的轧制步骤中，在不锈钢高速线材轧机上，把不锈钢坯轧制成不锈钢线材，优选轧制工序之前将对钢坯加热，加热温度为1260℃-1300℃，优选为1280℃；还优选保温时间1.5-3小时，更优选保温时间为2小时。

其中，所述(VI)冷拔工序中，将酸洗后的不锈钢线材成品冷拔得到直径为4.0-8.0mm，优选为5.0mm的钢丝。

其中，所述的生产方法得到的桥梁拉吊索用钢丝。

其中，所述的生产方法得到的桥梁拉吊索用钢丝的抗拉强度σ_b≥1570MPa，伸长率≥4％。

其中，所述不锈钢在生产矿山选矿设备和电磁屏蔽设备上的应用。

其中所述不锈钢的抗拉强度σ_b≥1570MPa，规定非比例延伸应力σ_p0.2≥1250MPa，伸长率≥4％，弯曲半径为15mm的弯曲次数≥4，1000h外推的应力松弛≤8，疲劳≥200万次。

优选地，所述钢的抗拉强度σ_b 1792.71MPa，规定非比例延伸应力σ_p0.2优选1312.64MPa，伸长率优选为6.52％，弯曲次数(弯曲半径：15mm)优选为19次，应力松弛(1000h外推)优选为4.475，疲劳优选为375.62万次。

本发明提供一种氮含量为0.5％左右的高氮奥氏体不锈钢生产出高强度不锈钢丝代替传统碳素钢丝。生产的高强度不锈钢丝用钢充分利用不锈钢的不锈、耐蚀、耐磨等优异性能，生产的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝内部组织为奥氏体，从而可以达到无磁性，用高强磁铁无法吸引。该钢丝的各项性能参数为：抗拉强度σ_b≥1570MPa，规定非比例延伸应力σ_p0.2≥1250MPa，伸长率≥4％，弯曲次数(弯曲半径：15mm)≥4，应力松弛(1000h外推)≤8，疲劳≥200万次。本发明采用高氮不锈钢可以在提高强度的同时有较好的耐腐蚀性能，还可以降低镍的用量，减少生产成本。

附图说明

图1：镀锌钢丝点蚀电位测定极化曲线；

图2：本发明实施例1制备的不锈钢钢丝的点蚀电位测定极化曲线。

具体实施方式

本发明采用氮含量为0.5％左右的高氮奥氏体不锈钢生产出高强度不锈钢丝代替传统优质碳素钢丝，充分利用不锈钢的不锈、耐蚀、耐磨等优异性能，从而寻求彻底解决拉吊索锈蚀病害的途径，为我国桥梁拉吊索耐久性设计等关键技术提供新的方法，为我国交通事业的健康和可持续发展奠定基础。

本发明采用氮含量为0.5％左右的高氮奥氏体不锈钢生产出高强度不锈钢丝代替传统优质碳素钢丝，充分利用不锈钢的不锈、耐蚀、耐磨等优异性能，从而寻求彻底解决拉吊索锈蚀病害的途径，为我国桥梁拉吊索耐久性设计等关键技术提供新的方法，为我国交通事业的健康和可持续发展奠定基础。

本发明的技术方案是冶炼设备采用电炉和氩氧精炼炉，原料采用废钢、铬、镍、锰合金，通过氩氧精炼炉吹氮气及添加氮合金，得到氮含量为0.5％左右的高氮奥氏体不锈钢钢坯，钢坯再经过加热、轧制、热处理、酸洗等成为高强度不锈钢线材，不锈钢线材经过冷拔成为高强度不锈钢丝。

本发明的原理为：采用高氮不锈钢可以在提高强度的同时有较好的耐腐蚀性能，还可以降低镍的用量，减少生产成本。氮作为稳定钢中奥氏体的合金元素，具有很强的扩大奥氏体区的能力，大约是镍的18-30倍，以少量的氮代替镍，可节约资源降低成本。

固溶氮可同时提高钢的强度和塑性，目前高氮高合金钢抗拉强度最大可达到3600MPa，是迄今为止强度最高的合金，氮含量在0.35-0.7％的奥氏体不锈钢具有较高的综合力学性能和耐腐蚀性能。

氮合金化还可显著提高不锈钢耐点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等局部腐蚀的性能。在奥氏体钢中，即使氮含量仅为0.06％也可显著改善不锈钢的抗腐蚀性能。点蚀当量的实验结果显示，氮的当量值为20，也就是说1％的氮抗拒腐蚀能力相当于含20％Cr的不锈钢。

本发明的不锈钢耐腐蚀性主要靠合金成分，Cr和N达到本发明所述范围，就可以保证耐腐蚀性、防锈性，本发明制备的钢丝的耐点蚀性能是目前常用的镀锌钢丝的3倍。

基于上述的考虑，具体来说，本发明提供一种耐腐蚀性优异的可用于制成桥梁拉吊索用钢丝的不锈钢，以质量百分比计，含有下述成分：C：≤0.12％；Si：≤1.00％；Mn：14.0-19.0％；P≤0.06％；S≤0.01％；Cr：18.0-22.0％；Ni：1.0-2.0％；N：0.45-0.65％，余量为铁和不可避免的杂质，其生产方法包括如下工序：

A：冶炼钢坯，该工序包括如下步骤：

1)电炉冶炼工序：将废钢和高碳铬铁、高碳锰铁、金属镍，通电，化清后，其控制电炉粗钢水化学成分为C 1.30-1.80％，Mn 8.5-12.5％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr17.0-22.0％，Ni1.0-2.0％时出钢；优选每一炉中都要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动。优选在出钢时扒净炉渣，其中钢包中渣厚≤50mm。

2)氩氧精炼炉精炼工序：先进行氧化期冶炼，后进行还原期冶炼，还原后加入造渣材料进行造渣，后加入微调成分合金对目标成分进行微调后出钢；优选还原期冶炼时加入含锰和含氮合金。优选AOD冶炼氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝(2-4)∶1吹入气体，优选N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝3∶1，优选吹入气体量800-1200m³/h，优选为900m³/h；优选还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量400-600m³/h，优选为500m³/h；加入硅铁40-60kg/t，优选45kg/t、铝丸5-10kg/t，优选8kg/t进行还原，优选还原时加入造渣材料，石灰8-12kg/t优选10kg/t、莹石2.0-4.0kg/t优选3.0kg/t，还原期分批加入金属Mn，按氮回收率50％左右，目标氮含量0.65％-0.68％，加入氮化铬铁，微调成分然后按最小流量50-60m³/h优选55m³/h，吹氮气搅拌3-4分钟后直接出钢，优选出钢后测定钢包中的渣厚为150-200mm优选为160mm。在该步骤中，所述的氮回收率是在通入氮气的过程中，进入到钢水中的氮元素与通入的总氮气的量之比的值；当钢水中氮元素不能达到时，可以适当补充氮化铬铁。以及

3)铸造钢坯工序，采用连铸工序；优选连铸工序为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器。拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割板坯。优选地，精炼钢包中钢水的熔点：1405℃；中间包的温度为1425℃-1440℃，优选1435℃；优选连铸得到钢坯的规格：220mm(厚)×220(宽)mm；拉矫机的拉速为0.6-0.9m/min，优选0.75m/min；中包浸入式水口插入深度为130--140mm，优选为135mm。

B：钢坯加热：加热钢坯温度为1260℃-1300℃，优选为1280℃，保温时间1.5-3小时，优选2小时；

C：轧制钢坯，根据需要例如轧制成线材，方钢、圆钢、扁钢、角钢、六角钢等型材、钢管或板材等。

进而，在制成桥梁拉吊索用钢丝时，在上述(C)步骤中，将钢坯轧制成线材，具体来说将不锈钢坯轧制成直径为5.5-20mm的线材，优选轧制直径为6.5mm；进而，进行如下工序以制成桥梁拉吊索用钢丝产品：

D：吐丝，将不锈钢线材卷成内径为1150mm的钢卷；

E：冷却，在运输机构上运行，将不锈钢线材冷却到室温；

F：热处理，将冷却后的线材进行热处理，热处理温度1050℃-1150℃，优选热处理温度为1100℃，保温时间为1-2小时，优选1.5小时，优选出炉后采用水冷；

G：酸洗：将热处理后线材进行酸洗，得到线材成品；以及

I：冷拔：将酸洗后的线材成品冷拔得到直径为4.0-8.0mm，优选将直径为6.5mm的不锈钢线材通过6.5→5.5→5.0冷拔得到直径为5.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，总变形率为40～50％。

在一种具体实施方式中，冶炼钢坯工序也可以是如下步骤：

1)电炉中加入废钢、高碳铬铁、高碳锰铁、金属镍，加电化清，其电炉粗钢水化学成分控制碳1.30-1.80％，Mn 8.5-12.5％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr17.0-22.0％，Ni1.0-2.0％；前1炉要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动。出钢扒净炉渣，包中渣厚≤50mm。

2)AOD冶炼氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝3∶1总吹入气体量800-1200m³/h，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量400-600m³/h。加入硅铁40-60kg/t、铝丸5-10kg/t进行还原，并加入石灰8-12kg/t、莹石2.0-4.0kg/t、造渣，还原期分批加入金属锰，按氮回收率50％左右；目标氮含量0.65％-0.68％，加入氮化铬铁和金属锰微调成分，然后按最小流量50-60m³/h吹氮气搅拌3-4分钟后直接出钢；出钢包中测渣厚：目标150-200mm。

3)连铸工序

(1)熔点：1405℃

(2)中包温度：1425℃--1440℃；目标温度值：1430℃。

(3)连铸规格：220mm(厚)×220(宽)mm

(4)拉速：0.6-0.9m/min优选拉速：0.75m/min。

(5)中包浸入式水口插入深度：130--140mm，优选135mm。

按照本发明上述方法得到的不锈钢可以生产高强度不锈钢丝用于桥梁拉吊索，由于本发明的不锈钢具有优异的耐腐蚀性能，可以适应野外长期使用的应用，因此也可以生产矿山选矿设备、电磁屏蔽设备等应用，具有广阔的市场前景。

实施例

下面对下述实施例中使用的各种合金及相关装置的组成进行说明：

高碳铬铁：Cr 67％ C 6.7％ Si 1.8％ P 0.02％ S 0.026％，余量为铁和不可避免的杂质；

高碳锰铁：Mn 78％ C 7.5％ Si 0.30％ P 0.16％ S 0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；

金属镍：Ni 99.9％余量为不可避免的杂质；

硅铁Si 75％ Al 1.3％ Ca 0.8％ P 0.023％ S 0.018％ C 0.09％，余量为铁和不可避免的杂质；

铝丸Al 99.5％ Fe 0.15％ Si 0.10％ Cu 0.01％ Ca 0.01％ Mg 0.03％，余量为不可避免的杂质；

石灰CaO 90％ SiO₂ 2.1％ P 0.012％ S 0.085％ MgO 3.5％，余量为不可避免的杂质；

莹石CaF₂ 85％ SiO₂ 12％ P 0.032％ S 0.12％，余量为不可避免的杂质；

氮化铬铁Cr 64.6％ C 0.03％ N 8.45％ P 0.023％ S 0.027％ Si0.81％，余量为铁和不可避免的杂质；

金属锰C 0.01％ Si 0.002％ P 0.005％ S 0.03％ Mn 99.8％余量为不可避免的杂质；

连铸机的型号：R8m，生产厂家为：达涅利自动化公司；

拉矫机型号：LZ，无锡市格玛机械有限公司。

实施例1

A：冶炼钢坯

1)电炉冶炼

在电炉中加入废钢15.7吨，高碳铬铁5.8吨，高碳锰铁2.6吨，金属镍0.5吨，加电化清，加入上述物质后使电炉粗钢水化学成分粗略控制在碳1.30％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr：18.0％，Ni：1.0％，Mn：10.0％时出钢；每一炉中都要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动，在出钢时扒净炉渣，测定钢包中渣厚50mm。

2)氩氧精炼炉精炼

将上述得到的钢水转移到氩氧精炼炉上精炼，精炼的氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝3∶1，该气体总吹入量900m³/h，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量500m³/h，加入硅铁45kg/t、铝丸5kg/t进行还原，并加入石灰10kg/t、莹石3.0kg/t、造渣，还原期分批加入金属锰共800kg，按氮回收率50％左右计，加入氮化铬铁300kg调节氮含量进行成分微调，使氮含量达到0.65％-0.68％，然后按最小流量55m³/h吹氮气进行搅拌3分钟后，测定钢水中各成分含量为：C：0.10％ Si：0.30％ Mn：14.45％ P：0.035％ S：0.006％ Cr：18.30％ Ni：1.10％ N：0.5％，其余为Fe与不可避免的杂质，后直接出钢；测定钢包中渣厚：160mm；

3)连铸工序：所述连铸工序通过连铸机完成，过程为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割板坯。其中，精炼钢包中钢水的熔点：1405℃；中间包的温度：1430℃；连铸得到钢坯的规格：220mm(厚)×220(宽)mm；拉矫机的拉速为0.6m/min；中间包浸入式水口插入深度为135mm；

B：钢坯加热

将得到的不锈钢钢坯在封闭加热炉中加热到1280℃，保温2小时。

C：钢坯轧制

在不锈钢高速线材轧机上，将加热后不锈钢坯轧制成直径为6.5mm的不锈钢线材。

D：吐丝

在吐丝机上将不锈钢线材卷成内径为1150mm的钢卷。

E：冷却

在运输过程的冷却辊道上将吐丝后的不锈钢线材卷冷却到室温。

F：热处理

将如上得到的不锈钢线材(称为TQS-1)放入热处理炉中进行热处理，热处理温度1100℃，保温1.5小时，出炉水冷。

G：酸洗

将热处理后的不锈钢线材用质量浓度为15％硝酸与质量浓度为5％氢氟酸配成的酸进行酸洗得到不锈钢线材成品。

I：冷拔

将直径为6.5mm的不锈钢线材通过6.5→5.5→5.0冷拔得到直径为5.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，总变形率为35.3％。

实施例2

A：冶炼钢坯

1)电炉冶炼

在电炉中加入废钢14.9吨，高碳铬铁6.0吨，高碳锰铁3.0吨，金属镍0.6吨，加电化清，上述加入物质后使电炉粗钢水化学成分粗略控制在碳1.5％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr 18.5％，Ni 1.2％，Mn 12.0％时出钢；每一炉中都要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动，在出钢时扒净炉渣，测定钢包中渣厚40mm。

2)氩氧精炼炉精炼

将上述得到的钢水转移到氩氧精炼炉上精炼，精炼的氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝4∶1，总吹入气体量1000m³/h，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量500m³/h。加入硅铁50kg/t、铝丸6kg/t进行还原，并加入石灰10kg/t、莹石3.0kg/t、造渣，还原期分批加入金属锰共600kg，按氮回收率50％左右计，加入氮化铬铁300kg调节氮含量进行成分微调，使氮含量达到0.65％-0.68％，然后按最小流量60m³/h吹氮气进行搅拌3分钟后，测定钢水中各成分含量为C：0.12％ Si：0.29％ Mn：15.20％ P：0.030％ S：0.005％ Cr：18.80％ Ni：1.30％ N：0.55％，其余为Fe与不可避免的杂质，后直接出钢；测定钢包中渣厚：180mm。

3)连铸工序：所述连铸工序通过连铸机完成，过程为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割板坯，精炼钢包中钢水的熔点：1405℃；中间包的温度：1425℃；连铸得到钢坯的规格：220mm(厚)×220(宽)mm；拉矫机的拉速为0.75m/min；中间包浸入式水口插入深度为140mm。

B：钢坯加热

将得到的不锈钢钢坯在封闭加热炉中加热到1290℃，保温1.5小时。

C：钢坯轧制

在不锈钢高速线材轧机上，把不锈钢坯轧制成直径为9.5mm的不锈钢线材。

D：吐丝

在吐丝机上将不锈钢线材卷成内径为1150mm的钢卷。

E：冷却

在运输过程的冷却辊道上将吐丝后的不锈钢线材卷冷却到室温。

F：热处理

将不锈钢线材放入热处理炉中进行热处理，热处理温度1080℃，保温2小时，出炉水冷。

G：酸洗

将热处理后的不锈钢线材用质量浓度为15％硝酸与质量浓度为5％氢氟酸配成的酸进行酸洗得到不锈钢线材成品。

I：冷拔

将直径为9.5mm的不锈钢线材通过9.5→9.0→8.5→8.0冷拔得到直径为8.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，总变形率为45.7％。

实施例3

A：冶炼钢坯

在电炉中加入废钢14.4吨，高碳铬铁6.5吨，高碳锰铁2.8吨，金属镍0.6吨，加电化清，上述加入物质后使电炉粗钢水化学成分粗略控制在碳1.60％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr19.0％，Ni1.1％，Mn11.0％时出钢；每一炉中都要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动，在出钢时扒净炉渣，测定钢包中渣厚45mm。

2)氩氧精炼炉精炼

将上述得到的钢水转移到氩氧精炼炉上精炼，精炼的氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝2∶1，总吹入气体量900m³/h，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量450m³/h。加入硅铁45kg/t、铝丸7kg/t进行还原，并加入石灰9kg/t、莹石2.5kg/t、造渣，还原期分批加入金属锰共600kg，按氮回收率50％左右计，加入氮化铬铁280kg调节氮含量进行成分微调，使氮含量达到0.65％-0.68％，然后按最小流量55m³/h吹氮气进行搅拌4分钟后，测定钢水中各成分含量为C：0.09％ Si：0.35％；Mn：14.60％ P：0.045％ S：0.004％ Cr：19.43％Ni：1.20％ N：0.46％，其余为Fe与不可避免的杂质，后直接出钢；测定钢包中渣厚：165mm。

3)连铸工序：所述连铸工序通过连铸机完成，过程为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割板坯，精炼钢包中钢水的熔点：1405℃；中间包的温度：1435℃；连铸得到钢坯的规格：220mm(厚)×220(宽)mm；拉矫机的拉速为0.9m/min；中间包浸入式水口插入深度为135mm；

B：钢坯加热

在封闭加热炉中将不锈钢坯加热到1300℃，保温1.5小时。

C：钢坯轧制

在不锈钢高速线材轧机上，把不锈钢坯轧制成直径为8.5mm的不锈钢线材。

D：吐丝

在吐丝机上将不锈钢线材卷成内径为1150mm的钢卷。

E：冷却

在运输过程的冷却辊道上将吐丝后的不锈钢线材卷冷却到室温。

F：热处理

将不锈钢线材放入热处理炉中进行热处理，热处理温度1150℃，保温1小时，出炉水冷。

G：酸洗

将热处理后的不锈钢线材用用质量浓度为15％硝酸与质量浓度为5％氢氟酸配成的酸进行酸洗得到不锈钢线材成品。

I：冷拔

将直径为8.0mm的不锈钢线材通过8.0→7.5→6.5→6.0冷拔得到直径为6.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，总变形率为50％。

实施例4

A：冶炼钢坯

在电炉中加入废钢14.1吨，高碳铬铁7.0吨，高碳锰铁3.2吨，金属镍0.4吨，加电化清，上述加入物质后使电炉粗钢水化学成分粗略控制在碳1.50％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr 21.0％，Ni1.8％。Mn12.5％时出钢；每一炉中都要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动，在出钢时扒净炉渣，测定钢包中渣厚45mm。

2)氩氧精炼炉精炼

将上述得到的钢水转移到氩氧精炼炉上精炼，精炼的氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝2∶1，总吹入气体量1200m³/h，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量600m³/h。，加入硅铁40kg/t、铝丸8kg/t进行还原，并加入石灰10kg/t、莹石4.0kg/t、造渣，还原期分批加入金属锰共1400kg，按氮回收率50％左右计，加入氮化铬铁260kg调节氮含量进行成分微调，使氮含量达到0.65％-0.68％，加入金属镍100kg，然后按最小流量55m³/h吹氮气进行搅拌4分钟后，测定钢水中各成分含量为C：0.12％ Si：1.00％ Mn：19.0％ P：0.06％ S：0.010％ Cr：22.0％ Ni：2.0％ N：0.65％，其余为Fe与不可避免的杂质，后直接出钢；测定钢包中渣厚：180mm。

3)连铸工序：所述连铸工序通过连铸机完成，过程为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割板坯，精炼钢包中钢水的熔点：1405℃；中间包的温度：1430℃；连铸得到钢坯的规格：220mm(厚)×220(宽)mm；拉矫机的拉速为0.6m/min；中间包浸入式水口插入深度为135mm；

B：钢坯加热

在封闭加热炉中将不锈钢坯加热到1300℃，保温3小时。

C：钢坯轧制

在不锈钢高速线材轧机上，把不锈钢坯轧制成直径为20mm的不锈钢线材。

D：吐丝

在吐丝机上将不锈钢线材卷成内径为1150mm的钢卷。

E：冷却

在运输过程的冷却辊道上将吐丝后的不锈钢线材卷冷却到室温。

F：热处理

将不锈钢线材放入热处理炉中进行热处理，热处理温度1150℃，保温2小时，出炉水冷。

G：酸洗

将热处理后的不锈钢线材用用质量浓度为15％硝酸与质量浓度为5％氢氟酸配成的酸进行酸洗得到不锈钢线材成品。

I：冷拔

将直径为8.0mm的不锈钢线材通过8.0→7.5→6.5→6.0冷拔得到直径为6.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，总变形率为50％。

实施例5

A：冶炼钢坯

在电炉中加入废钢15.2吨，高碳铬铁5.6吨，高碳锰铁1.8吨，金属镍0.5吨，加电化清，上述加入物质后使电炉粗钢水化学成分粗略控制在碳1.70％，P≤0.028％，S≤0.025％，Cr 17％，Ni1.0％，Mn8.5％时出钢；每一炉中都要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动，在出钢时扒净炉渣，测定钢包中渣厚40mm。

2)氩氧精炼炉精炼

将上述得到的钢水转移到氩氧精炼炉上精炼，精炼的氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝3∶1，总吹入气体量850m³/h，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量400m³/h，加入硅铁55kg/t、铝丸5kg/t进行还原，并加入石灰8kg/t、莹石2.0kg/t，还原期分批加入金属锰共1000kg，按氮回收率50％左右计，加入氮化铬铁280kg调节氮含量进行成分微调，使氮含量达到0.65％-0.68％，然后按最小流量60m³/h吹氮气搅拌3分钟后，测定钢水中各成分含量为C：0.09％Si：0.6％ Mn：14.0％ P：0045％ S：0.006％，Cr：19.5％ Ni：1.5％ N：0.45％，其余为Fe与不可避免的杂质，后直接出钢；测定钢包中渣厚：200mm；

3)连铸工序：所述连铸工序通过连铸机完成，过程为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割板坯，精炼钢包中钢水的熔点：1405℃；中间包的温度：1425℃；连铸得到钢坯的规格：220mm(厚)×220(宽)mm；拉矫机的拉速为0.75m/min；中间包浸入式水口插入深度为130mm，得到钢坯的化学组分为

B：钢坯加热

在封闭加热炉中将不锈钢坯加热到1280℃，保温2小时。

C：钢坯轧制

在不锈钢高速线材轧机上，把不锈钢坯轧制成直径为5.5mm的不锈钢线材。

D：吐丝

在吐丝机上将不锈钢线材卷成内径为1150mm的钢卷。

E：冷却

在运输过程的冷却辊道上将吐丝后的不锈钢线材卷冷却到室温。

F：热处理

将不锈钢线材放入热处理炉中进行热处理，热处理温度1100℃，保温1.5小时，出炉水冷。

G：酸洗

将热处理后的不锈钢线材用质量浓度为15％硝酸与质量浓度为5％氢氟酸配成的酸进行酸洗得到不锈钢线材成品。

I：冷拔

将直径为8.0mm的不锈钢线材通过8.0→7.5→6.5→6.0→5.5→5.0冷拔得到直径为5.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，总变形率为41.5％。

实施例6

A：冶炼钢坯

在电炉中加入废钢14.5吨，高碳铬铁7.2吨，高碳锰铁3.0吨，金属镍1.2吨，加电化清，上述加入物质后使电炉粗钢水化学成分粗略控制在碳1.80％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 22.0％，Ni 2.0％。Mn12.0％时出钢；每一炉中都要保证化清倒净，防止造成Cr、Ni成份的波动，在出钢时扒净炉渣，测定钢包中渣厚40mm。

2)氩氧精炼炉精炼

将上述得到的钢水转移到氩氧精炼炉上精炼，精炼的氧化期以N₂和O₂气体比例O₂∶N₂＝3∶1，总吹入气体量800m³/h，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量500m³/h。加入硅铁60kg/t、铝丸10kg/t进行还原，并加入石灰12kg/t、莹石3.0kg/t、造渣，还原期分批加入金属锰共400kg，按氮回收率50％左右计，加入氮化铬铁280kg调节氮含量进行成分微调，使氮含量达到0.65％-0.68％，然后按最小流量50m³/h吹氮气搅拌4分钟后，测定钢水中各成分含量为C：0.09％ Si：0.6％ Mn：14.0％ P：0.045％ S：0.006％，Cr：18.0％ Ni：1.00％ N：0.45％，其余为Fe与不可避免的杂质，后直接出钢；测定钢包中渣厚：150mm。

3)连铸工序：所述连铸工序通过连铸机完成，过程为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割板坯，精炼钢包中钢水的熔点：1405℃；中间包的温度：1440℃；连铸得到钢坯的规格：220mm(厚)×220(宽)mm；拉矫机的拉速为0.75m/min；中间包浸入式水口插入深度为130mm；

B：钢坯加热

在封闭加热炉中将不锈钢坯加热到1260℃，保温1.5小时。

C：钢坯轧制

在不锈钢高速线材轧机上，把不锈钢坯轧制成直径为5.5mm的不锈钢线材。

D：吐丝

在吐丝机上将不锈钢线材卷成内径为1150mm的钢卷。

E：冷却

在运输过程的冷却辊道上将吐丝后的不锈钢线材卷冷却到室温。

F：热处理

将不锈钢线材放入热处理炉中进行热处理，热处理温度1050℃，保温1小时，出炉水冷。

G：酸洗

将热处理后的不锈钢线材用质量浓度为15％硝酸与质量浓度为5％氢氟酸配成的酸进行酸洗得到不锈钢线材成品。

I：冷拔

将直径为8.0mm的不锈钢线材通过8.0→7.5→6.5→6.0冷拔得到直径为4.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，总变形率为50％。

实施例7本发明的钢丝的性能测试实验

上述实施例1-6制备的钢丝取样进行，按照国家标准GB238-2002中的方法和条件测定弯曲次数，按照国家标准GB/T10120-1996的取样方法、测定方法和条件测定应力松弛率，按照国家标准GB/T17101-2008和GB/T 228-2002的方法测定抗拉强度、规定费比例延伸应力、伸长率和疲劳次数。进行性能检验，按照该标准中的取样位置和试验方法测定，测定结果见下表1。

表1

通过表1的测定结果，可以看出，实施例1-6制备的的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的抗拉强度1700-1840Mpa范围内，规定非比例延伸应力σ_p0.2在1310-1350Mpa的范围内，伸长率在13.5-16.2％范围内，弯曲次数19-25次，应力松弛4.0-5.5，疲劳强度为254-662万次。特别是实施例1和实施例3制备的不锈钢钢丝的抗拉强度达到1800-1840Mpa范围内，规定非比例延伸应力σ_p0.2达到1340-1350Mpa的范围内，伸长率达到14-15.8％范围内，弯曲次数达到13-25次，应力松弛达到5.0-5.5，疲劳强度大于480-663万次，这充分证明了本发明通过将不锈钢中氮含量提高在0.45-0.50％，铬含量控制在18.30-19.50％范围，Mn含量控制在：14.50-15.0％的范围，Ni控制在1.10-1.20％的不锈钢具有较高的综合力学性能和耐腐蚀性能。另外，通过上述数据可以看出实施例5制备的不锈钢丝的力学性能参数好于实施例6。

实施例8

对实施例1得到的不锈钢钢丝和现有镀锌钢丝进行点腐蚀对比实验

测定试验设备采用美国EG&G公司生产的M273A型电化学腐蚀测量仪；测定方法和条件如下：

极化方法为动态电位极化；扫描速度为20mV/min；参比电极为饱和甘汞电极；辅助电极为石墨电极；实验介质为3.5％氯化钠溶液；试验温度为31℃；测定结果见附图1和附图2，通过上述测定结果可以看出本发明实施例1制备的不锈钢钢丝在外加电位超过144mV之后出现了钝化膜的击穿，产生点蚀，即本发明点蚀电位为144mV，具有明显的钝化特性。采用相同的方法对镀锌钢丝(天津镀锌钢丝厂生产)进行点蚀电位测定，测得镀锌钢丝的点蚀电位为-200mV，可以看出，本发明实施例1制备钢丝的点蚀电位高于镀锌钢丝的点蚀电位，而点蚀电位越高越不容易腐蚀，所以本发明实施例1制备的不锈钢钢丝的耐点蚀性能比镀锌钢丝要优异。

本发明对某些优选实施方式和实施例进行了上述的描述，以帮助公众在实施本发明过程中使用适当的实验方法，获得较好的实验效果，这不排除本发明中没有列举的等同的实验方法也可以实施本发明。本领域技术人员应当理解，本发明除了具体描述的方式之外，还可以适用于变形和修改。应当理解的是，本发明包括所有这些变形和修改。进一步地，发明名称、标题或类似的部分是为了加强公众对本文的理解，不应被看做对本发明保护范围的限定。

纵观整个说明书和权利要求书，除非上下文需要，否则，词语“包含”，“包括”以及类似词，解释为包含的含义而非排除的含义，也就是说，意思为“包括，但不限于”。

Claims (18)

1.一种不锈钢的生产方法，其以质量百分比计，含有下述成分：

C：≤0.12%；Si：≤1.00%；Mn：14.0-19.0%；P≤0.06%；S≤0.01%；

Cr：18.0-22.0%；Ni：1.0-2.0%；N：0.45-0.65%，余量为铁和不可避免的杂质，该方法包括如下步骤：

（1）电炉冶炼步骤：将废钢和金属或合金加入电炉，化清，控制电炉中粗钢水化学成分达到C1.30-1.80%，Mn8.5-12.5%，P≤0.028%，S≤0.025%，Cr17.0-22.0%，Ni1.0-2.0%时出钢；

（2）氩氧精炼炉精炼步骤：先进行氧化期冶炼，后进行还原期冶炼，还原后加入造渣材料进行造渣，并加入微调成分对目标成分进行微调后出钢；其中氧化期按照N₂和O₂气体比例（2-4）:1，吹入总气体量为800-1200m³/h的N₂和O₂；还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量为400-600m³/h；

（3）铸造钢坯步骤，采用连铸工序；以及

（4）轧制步骤；

其中，步骤（1）所述的金属或合金为高碳铬铁、高碳锰铁或金属镍；

其中，步骤（2）所述的造渣材料是石灰和萤石；

其中，步骤（2）所述的微调成分为含锰、氮、铬、镍元素的合金或金属。

2.如权利要求1所述的不锈钢的生产方法，其中所述的微调成分为氮化铬铁、金属锰和/或金属镍。

3.如权利要求1所述的不锈钢的生产方法，其中所述步骤（2）氩氧精炼炉精炼中，还原期加入硅铁和铝丸；还原期加入造渣材料石灰和萤石。

4.如权利要求3所述的不锈钢的生产方法，其中所述步骤（2）氩氧精炼炉精炼中，还原期加入硅铁40-60kg/t和铝丸5-8kg/t；还原期加入造渣材料石灰8-12kg/t和萤石2-4kg/t。

5.如权利要求1所述的不锈钢的生产方法，其中所述步骤（2）氩氧精炼炉精炼中，加入微调成分后吹氮气3-4分钟后出钢。

6.如权利要求5所述的不锈钢的生产方法，其中出钢后测定钢包中的渣厚为150-200mm。

7.如权利要求5所述的不锈钢的生产方法，其中加入微调成分后吹氮气的最小流量为50-60m³/h。

8.如权利要求1-7任一项所述的不锈钢的生产方法，其中步骤（3）所述连铸工序为：先将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，将钢水注入中间包，中间包的钢水通过水口分配到各个结晶器，通过拉矫机与结晶振动装置将结晶器内的铸件拉出，切割板坯；其中，所述装有精炼好钢水的钢包中钢水的熔点为1405℃，中间包的温度为1425-1440℃；优选中间包浸入式水口插入深度为130-140mm；拉矫机的拉速为0.6-0.9m/min。

9.一种桥梁拉吊索用钢丝，以质量百分比计，含有下述成分：

C：≤0.12%；

Si：≤1.00%；

Mn：14.0-19.0%；

P≤0.06%；

S≤0.01%；

Cr：18.0-22.0%；

Ni：1.0-2.0%；

N：0.45-0.65%，余量为铁和不可避免的杂质；

其中，所述钢丝是通过如下方法制备的：

（I）采用权利要求1-8任一项所述的不锈钢生产方法生产不锈钢的工序，

（II）吐丝工序；

（III）冷却工序；

（IV）热处理工序；

（V）酸洗工序；以及

（VI）冷拔工序；

其中，在采用权利要求1-8任一项所述的不锈钢的生产方法生产不锈钢的工序中，通过所述步骤（4）轧制得到不锈钢线材，然后进行该线材吐丝的工序。

10.如权利要求9所述的桥梁拉吊索用钢丝，其特征在于，所述钢丝的抗拉强度σ_b≥1570MPa，伸长率≥4%。

11.一种桥梁拉吊索用钢丝的生产方法，以质量百分比计，含有下述成分：C：≤0.12%；Si：≤1.00%；Mn：14.0-19.0%；P≤0.06%；S≤0.01%；Cr：18.0-22.0%；Ni：1.0-2.0%；N：0.45-0.65%，余量为铁和不可避免的杂质，该方法包括：

（I）采用权利要求1-8任一项所述的不锈钢生产方法生产不锈钢的工序，

（II）吐丝工序；

（III）冷却工序；

（IV）热处理工序；

（V）酸洗工序；以及

（VI）冷拔工序；

其中，在采用权利要求1-8任一项所述的不锈钢的生产方法生产不锈钢的工序中，通过所述步骤（4）轧制得到不锈钢线材，然后进行该线材吐丝的工序。

12.如权利要求11所述的桥梁拉吊索用钢丝的生产方法，其中所述的（IV）热处理工序中，将冷却后的不锈钢线材进行热处理，热处理温度1050℃-1150℃，保温时间为1-2小时，出炉后采用水冷。

13.如权利要求12所述的桥梁拉吊索用钢丝的生产方法，其中所述热处理温度为1100℃，所述保温时间为1.5小时。

14.如权利要求11所述的桥梁拉吊索用钢丝的生产方法，其中，所述工序（I）中的轧制步骤中，在不锈钢高速线材轧机上，把不锈钢坯轧制成不锈钢线材，轧制工序之前将对钢坯加热，加热温度为1260℃-1300℃；保温时间1.5-3小时。

15.如权利要求14所述的桥梁拉吊索用钢丝的生产方法，其中，所述加热温度为1280℃，所述保温时间为2小时。

16.如权利要求11所述的桥梁拉吊索用钢丝的生产方法，其中所述(VI)冷拔工序中，将酸洗后的不锈钢线材成品冷拔得到直径为4.0-8.0mm的钢丝。

17.一种权利要求11-16任一项所述的生产方法得到的桥梁拉吊索用钢丝。

18.如权利要求17所述桥梁拉吊索用钢丝，其特征在于，钢丝的抗拉强度σ_b≥1570MPa，伸长率≥4%。

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