CN103643572B - 一种热处理预应力钢绞线的制造方法 - Google Patents

一种热处理预应力钢绞线的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热处理预应力钢绞线的制造方法，选用AISI4340MOD钢为原料，？AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.3%-0.32%、硅：0.18%-0.36%、锰：0.50%-0.70%、铬：0.90%-1.10%、钼：0.20%-0.30%磷：0-0.02%、硫：0-0.025%、氢：0-1.8ppm、镍：0-0.40%、钒：0-0.03%、铜：0-0.30%、0-0.9%残余元素，其余为Fe；本发明所设计的一种热处理预应力钢绞线的制造方法能够提高钢绞线强度、淬透性，不易开裂、松弛度低，且表面镀锌均匀而平整。

Description

一种热处理预应力钢绞线的制造方法
技术领域
本发明涉及一种热处理预应力钢绞线的制造方法。
背景技术
现有技术中，刚才原料成分中碳和氮元素的原子活性较低，各原子形成的气团不能与位错形成强烈的相互作用，外界无需提供较大的应力就能开动位错，从而使性能很不稳定，同时钢棒锻坯中氢含量在2.0ppm以上，钢棒锻坯容易产生裂纹从而诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹。
现有技术中一般只采用单一的淬火方式，这样就不能防止了锻件的淬火开裂和内裂，同时碳化物不能进一步充分溶解，无法均匀扩散，从而不能避免碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，影响了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果。
同时，我们在常规的钢绞线镀锌工艺中，镀锌溶液、浓度、PH值和电镀电流选择不当会造成电镀中的效果不好，且电镀溶液中活性差，不仅会造成镀锌的不均匀，并且也会出现表面镀锌缺损的情况，电镀不够均匀、平整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种能够提高钢绞线强度、淬透性，不易开裂、松弛度低，且表面镀锌均匀而平整的热处理预应力钢绞线的制造方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种热处理预应力钢绞线的制造方法，包括如下具体步骤：
步骤(1)：选用AISI4340MOD钢为原料，AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.3％-0.32％、硅：0.18％-0.36％、锰：0.50％-0.70％、铬：0.90％-1.10％、钼：0.20％-0.30％、磷：0-0.02％、硫：0-0.025％、氢：0-1.8ppm、镍：0-0.40％、钒：0-0.03％、铜：0-0.30％、0-0.9％残余元素，其余为Fe，将原料冶炼并精轧到需要尺寸的盘条线材坯料，冶炼的温度为800℃-850℃；
步骤(2)：对步骤(1)得到的盘条线材坯料进行扩氢热处理；
步骤(3)：对步骤(2)得到的盘条线材坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到预处理线材；
步骤(4)：将步骤(3)中的预处理线材接入7股式绞线机，将7根或7根以下的单线材通过绞线机绞合成钢丝绳状的半成品线材，将半成品线材进入测张力装置中，在测张力装置和收线机共同作用下，使半成品线材的张力大小保持在37-95MPa；
步骤(5)：将步骤(4)中得到的半成品线材置于放线架上，首先通过正火处理将其加热至880℃-900℃并保温600分钟，出炉空冷至室温然后进入水槽并加入水浴剂进行水冷淬火，并再次对其进行烘干，最后对其进行电镀镀锌，镀锌溶液为ZnSO4·7H2O，浓度为400-450g/L，PH值为1.6-2.5，电镀电流为650A/兆，将电镀镀锌后的半成品线材以45m/分的速度进行收线，冷却后即得到镀锌线材；
步骤(6)：将步骤(5)中得到的镀锌线材置于拉拔机上，加入润滑剂对其进行多道次拉拔，各道次拉丝模压缩角为13-14°，润滑剂浓度为2％-3％，得成品线材，工字轮收线；
步骤(7)：将步骤(6)中得到的成品线材置于捻股机上捻股合绳，得成品预应力钢绞线。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，前述的热处理预应力钢绞线的制造方法，AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.3％、硅：0.18％、锰：0.50％、铬：0.90％、钼：0.20％、磷：0％、硫：0％、氢：1.0ppm、镍：0％、钒：0％、铜：0％、0％残余元素，其余为Fe。
前述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.32％、硅：0.36％、锰：0.70％、铬：1.10％、钼：0.30％、磷：0.02％、硫：0.025％、氢：1.8ppm、镍：0.40％、钒：0.03％、铜：0.30％、0.9％残余元素，其余为Fe。
前述的热处理预应力钢绞线的制造方法，步骤(2)中的扩氢热处理包括：将步骤(1)得到的线材坯料进炉加热至880±10℃并保温360分钟，空冷至300±10℃保温180分钟，然后再加热至600±15℃保温650分钟，炉冷至360±20℃出炉空冷。
前述的热处理预应力钢绞线的制造方法，步骤(5)中水冷的时间t按照经验公式按t＝H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8～1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒。
前述的热处理预应力钢绞线的制造方法，步骤(5)中正火处理加热温度为885℃，镀锌溶液浓度为425g/L，水浴剂温度为85℃，浓度为5％。
前述的热处理预应力钢绞线的制造方法，步骤(6)中所述各道次拉丝模压缩角为13.5°，润滑剂浓度为2.5％。
本发明的有益效果是：
本发明原料成分中由于加入硅：0.18％-0.36％、锰：0.50％-0.70％、铬：0.90％-1.10％，从而可以提高碳和氮元素的原子活性，使各原子形成的气团能与位错形成强烈的相互作用，钉扎位错，产生屈服平台，使得需要外界提供较大的应力才能开动位错；
本发明步骤(2)中的扩氢热处理，保证钢棒锻坯氢含量在2.0ppm以下的前提下，进一步降低氢的含量，防止钢棒锻坯产生白点裂纹和热处理应力诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹；
本发明中利用所述水冷/空冷间歇淬火工艺进行调质热处理的过程中，开始时淬火的水温低于36℃，通过水冷/空冷间歇淬火，最大限度地防止了锻件的淬火开裂和内裂，同时也获得均匀细小淬火，降低淬火温度可有效地防止钢棒锻坯淬裂倾向；
同时可以使碳化物进一步充分溶解，均匀扩散，避免了碳化物在晶间的析出造成晶间腐蚀和点蚀超标，保证了材料的铁素体含量在35％左右，可以进一步使材料固溶充分，避免了热处理方式加热不均，固溶不均带来的腐蚀速率超标和硬度超标，巩固了前面冶炼后热处理工艺产生的技术效果；
本发明中镀锌溶液为ZnSO4·7H2O，浓度为400-450g/L，PH值为1.6-2.5，电镀电流为650A/兆，ZnSO4·7H2O在电镀中的效果更好，且电镀电流为650A/兆时ZnSO4·7H2O在溶液中活性最好，浓度为400-450g/L时不会造成镀锌的不均匀，并且也不会出现表面镀锌缺损的情况，电镀均匀而平整。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种热处理预应力钢绞线的制造方法，包括如下具体步骤：
步骤(1)：选用AISI4340MOD钢为原料，前述的AISI4340预应力钢棒的制造方法，AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.3％、硅：0.18％、锰：0.50％、铬：0.90％、钼：0.20％、磷：0％、硫：0％、氢：1.0ppm、镍：0％、钒：0％、铜：0％、0％残余元素，其余为Fe，将原料冶炼并精轧到需要尺寸的盘条线材坯料，冶炼的温度为800℃；
步骤(2)：对步骤(1)得到的盘条线材坯料进行扩氢热处理，具体包括将步骤(1)得到的线材坯料进炉加热至870℃并保温360分钟，空冷至290℃保温180分钟，然后再加热至585℃保温650分钟，炉冷至340℃出炉空冷；
步骤(3)：对步骤(2)得到的盘条线材坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到预处理线材；
步骤(4)：将步骤(3)中的预处理线材接入7股式绞线机，将7根或7根以下的单线材通过绞线机绞合成钢丝绳状的半成品线材，将半成品线材进入测张力装置中，在测张力装置和收线机共同作用下，使半成品线材的张力大小保持在37-95MPa；
步骤(5)：将步骤(4)中得到的半成品线材置于放线架上，首先通过正火处理将其加热至880℃并保温600分钟，出炉空冷至室温然后进入水槽并加入水浴剂进行水冷淬火，水冷的时间t按照经验公式按t＝H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8～1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒，水浴剂温度为85℃，浓度为5％；
并再次对其进行烘干，最后对其进行电镀镀锌，镀锌溶液为ZnSO4·7H2O，浓度为400g/L，PH值为1.6，电镀电流为650A/兆，将电镀镀锌后的半成品线材以45m/分的速度进行收线，冷却后即得到镀锌线材；
步骤(6)：将步骤(5)中得到的镀锌线材置于拉拔机上，加入润滑剂对其进行多道次拉拔，各道次拉丝模压缩角为13°，润滑剂浓度为2％，得成品线材，工字轮收线；
步骤(7)：将步骤(6)中得到的成品线材置于捻股机上捻股合绳，得成品预应力钢绞线。
实施例2
本发明提供一种热处理预应力钢绞线的制造方法，包括如下具体步骤：
步骤(1)：选用AISI4340MOD钢为原料，AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.32％、硅：0.36％、锰：0.70％、铬：1.10％、钼：0.30％、磷：0.02％、硫：0.025％、氢：1.8ppm、镍：0.40％、钒：0.03％、铜：0.30％、0.9％残余元素，其余为Fe，将原料冶炼并精轧到需要尺寸的盘条线材坯料，冶炼的温度为850℃；
步骤(2)：对步骤(1)得到的盘条线材坯料进行扩氢热处理，具体包括将步骤(1)得到的线材坯料进炉加热至890℃并保温360分钟，空冷至310℃保温180分钟，然后再加热至615℃保温650分钟，炉冷至380℃出炉空冷；
步骤(3)：对步骤(2)得到的盘条线材坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到预处理线材；
步骤(4)：将步骤(3)中的预处理线材接入7股式绞线机，将7根或7根以下的单线材通过绞线机绞合成钢丝绳状的半成品线材，将半成品线材进入测张力装置中，在测张力装置和收线机共同作用下，使半成品线材的张力大小保持在37-95MPa；
步骤(5)：将步骤(4)中得到的半成品线材置于放线架上，首先通过正火处理将其加热至900℃并保温600分钟，出炉空冷至室温然后进入水槽并加入水浴剂进行水冷淬火，水冷的时间t按照经验公式按t＝H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8～1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒，水浴剂温度为85℃，浓度为5％；
并再次对其进行烘干，最后对其进行电镀镀锌，镀锌溶液为ZnSO4·7H2O，浓度为450g/L，PH值为2.5，电镀电流为650A/兆，将电镀镀锌后的半成品线材以45m/分的速度进行收线，冷却后即得到镀锌线材；
步骤(6)：将步骤(5)中得到的镀锌线材置于拉拔机上，加入润滑剂对其进行多道次拉拔，各道次拉丝模压缩角为14°，润滑剂浓度为3％，得成品线材，工字轮收线；
步骤(7)：将步骤(6)中得到的成品线材置于捻股机上捻股合绳，得成品预应力钢绞线。
实施例3
本发明提供一种热处理预应力钢绞线的制造方法，包括如下具体步骤：
步骤(1)：选用AISI4340MOD钢为原料，所述AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：0.315％碳、0.30％硅、0.65％锰、1.05％铬、0.28％钼、0.015％磷、0.026％硫、1.7ppm氢、0.30％镍、0.02％钒、0.20％铜、0.8％残余元素，其余为Fe，将原料冶炼并精轧到需要尺寸的盘条线材坯料，冶炼的温度为825℃；
步骤(2)：对步骤(1)得到的盘条线材坯料进行扩氢热处理，具体包括将步骤(1)得到的线材坯料进炉加热至880℃并保温360分钟，空冷至300℃保温180分钟，然后再加热至600℃保温650分钟，炉冷至360℃出炉空冷；
步骤(3)：对步骤(2)得到的盘条线材坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到预处理线材；
步骤(4)：将步骤(3)中的预处理线材接入7股式绞线机，将7根或7根以下的单线材通过绞线机绞合成钢丝绳状的半成品线材，将半成品线材进入测张力装置中，在测张力装置和收线机共同作用下，使半成品线材的张力大小保持在37-95MPa；
步骤(5)：将步骤(4)中得到的半成品线材置于放线架上，首先通过正火处理将其加热至885℃并保温600分钟，出炉空冷至室温然后进入水槽并加入水浴剂进行水冷淬火，水冷的时间t按照经验公式按t＝H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm，D为预应力钢棒锻坯的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒，水浴剂温度为85℃，浓度为5％；
并再次对其进行烘干，最后对其进行电镀镀锌，镀锌溶液为ZnSO4·7H2O，浓度为425g/L，PH值为2.0，电镀电流为650A/兆，将电镀镀锌后的半成品线材以45m/分的速度进行收线，冷却后即得到镀锌线材；
步骤(6)：将步骤(5)中得到的镀锌线材置于拉拔机上，加入润滑剂对其进行多道次拉拔，各道次拉丝模压缩角为13.5°，润滑剂浓度为2.5％，得成品线材，工字轮收线；
步骤(7)：将步骤(6)中得到的成品线材置于捻股机上捻股合绳，得成品预应力钢绞线。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式,凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种热处理预应力钢绞线的制造方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤(1)：选用AISI4340MOD钢为原料，所述AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.3％-0.32％、硅：0.18％-0.36％、锰：0.50％-0.70％、铬：0.90％-1.10％、钼：0.20％-0.30％、磷：0-0.02％、硫：0-0.025％、氢：0-1.8ppm、镍：0-0.40％、钒：0-0.03％、铜：0-0.30％、0-0.9％残余元素，其余为Fe，将所述原料冶炼并精轧到需要尺寸的盘条线材坯料，所述冶炼的温度为800℃-850℃；
步骤(2)：对步骤(1)得到的盘条线材坯料进行扩氢热处理；
步骤(3)：对步骤(2)得到的盘条线材坯料经机械去磷设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到预处理线材；
步骤(4)：将步骤(3)中的预处理线材接入7股式绞线机，将7根以下的单线材通过绞线机绞合成钢丝绳状的半成品线材，将半成品线材进入测张力装置中，在测张力装置和收线机共同作用下，使半成品线材的张力大小保持在37-95MPa；
步骤(5)：将步骤(4)中得到的半成品线材置于放线架上，首先通过正火处理将其加热至880℃-900℃并保温600分钟，出炉空冷至室温然后进入水槽并加入水浴剂进行水冷淬火，并再次对其进行烘干，最后对其进行电镀镀锌，镀锌溶液为ZnSO4·7H2O，浓度为400-450g/L，PH值为1.6-2.5，电镀电流为650A/兆，将电镀镀锌后的半成品线材以45m/分的速度进行收线，冷却后即得到镀锌线材；
步骤(6)：将步骤(5)中得到的镀锌线材置于拉拔机上，加入润滑剂对其进行多道次拉拔，各道次拉丝模压缩角为13-14°，润滑剂浓度为2％-3％，得成品线材，工字轮收线；
步骤(7)：将步骤(6)中得到的成品线材置于捻股机上捻股合绳，得成品预应力钢绞线。
2.根据权利要求1所述的热处理预应力钢绞线的制造方法，其特征在于：
所述AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.3％、硅：0.18％、锰：0.50％、铬：0.90％、钼：0.20％、磷：0％、硫：0％、氢：1.0ppm、镍：0％、钒：0％、铜：0％、0％残余元素，其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的热处理预应力钢绞线的制造方法，其特征在于：
所述AISI4340MOD钢的组分含量包括以下质量百分比的各组分：碳：0.32％、硅：0.36％、锰：0.70％、铬：1.10％、钼：0.30％、磷：0.02％、硫：0.025％、氢：1.8ppm、镍：0.40％、钒：0.03％、铜：0.30％、0.9％残余元素，其余为Fe。
4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的热处理预应力钢绞线的制造方法，其特征在于，步骤(2)中的扩氢热处理包括：将步骤(1)得到的线材坯料进炉加热至880±10℃并保温360分钟，空冷至300±10℃保温180分钟，然后再加热至600±15℃保温650分钟，炉冷至360±20℃出炉空冷。
5.根据权利要求1所述的热处理预应力钢绞线的制造方法，其特征在于，步骤(5)中水冷的时间t按照经验公式按t＝H*D计算，其中，低合金钢系数H为0.8-1.6s/mm，D为预应力钢绞线的直径，D的单位为mm，t为淬火水冷时间，t的单位为秒。
6.根据权利要求1所述的热处理预应力钢绞线的制造方法，其特征在于，步骤(5)中所述正火处理加热温度为885℃，镀锌溶液浓度为425g/L，水浴剂温度为85℃，浓度为5％。
7.根据权利要求1所述的热处理预应力钢绞线的制造方法，其特征在于，步骤(6)中所述各道次拉丝模压缩角为13.5°，润滑剂浓度为2.5％。
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