CN104451420B

CN104451420B - 适用于液化天然气工程用耐低温钢绞线及其生产方法

Info

Publication number: CN104451420B
Application number: CN201410779346.6A
Authority: CN
Inventors: 王文喜; 毛爱菊; 李金锁; 王莉; 王鸿利; 蔺秀艳; 潘捷; 董晨
Original assignee: TIANJIN METALLURGICAL GROUP FLOURISH STEEL INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: Tianjin new Tiangang Zhongxing Shengda Co.,Ltd.
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: CN104451420A

Abstract

本发明公开了一种适用于液化天然气工程用耐低温钢绞线及其生产方法，而提供一种适用于天然气工程用具有高强度、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳等良好的综合力学性能的钢绞线及其制备方法。该钢绞线按质量百分比的原料组成为：C：0.79‑0.86％，Si：0.15‑0.35％，Mn：0.60‑0.90％，Ni：0.15‑0.30％，Cr：0.13‑0.23，V：0.04‑0.09％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cu≤0.20％，余量为Fe。本发明的钢绞线通过各种元素的合理配比，既充分考虑低温性能，又兼顾考虑高碳钢盘条在轧制过程中引起的索氏体相变点的变化，以及淬透性、获得的组织晶粒度、强度、塑性等指标，所得钢绞线具有高强度、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳等良好的综合力学性能，适用于LNG储罐的使用需要。

Description

适用于液化天然气工程用耐低温钢绞线及其生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种适用于液化天然气工程用具有高强度、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳等良好的综合力学性能的钢绞线。

背景技术

近年来，随着国家能源建设的不断发展，天然气产业的发展迎来了前所未有的机遇，并且天然气的需求增速呈逐年递增的态势。由于我国天然气资源紧缺，目前主要通过进口液化天然气(LNG)来解决国内天然气的供应不足。

进口液化天然气需要建立LNG接收站与输送管网，使用LNG储气罐进行液化天然气的存储。液化天然气(LNG)要求在-165℃的低温储存，可承受230mbar气压。LNG储罐作为存储LNG的大型罐体建筑，要求材料能够满足低温塑性的要求，而且能克服由常温降至低温时的胀缩问题。为抵御液化天然气膨胀压力，需在外罐布置预应力筋，张拉后在罐体混凝土中建立合理的预压应力，以保证罐体不开裂，气体不外泄。因此，要求钢绞线与锚具匹配能够承受常温到(-196±5)℃冻融试验。目前的普通钢绞线难以满足LNG储罐的使用需要，因此，需要开发具有高强度、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳等良好综合力学性能的钢绞线，以满足LNG储罐的特殊使用要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种适用于天然气工程用具有高强度、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳等良好的综合力学性能的钢绞线。

本发明的另一个目的是提供一种能够使钢绞线具有高强度、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳等良好综合力学性能的钢绞线的制备方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种适用于液化天然气工程用耐低温钢绞线，按质量百分比的原料组成为：C：0.79-0.86％，Si：0.15-0.35％，Mn：0.60-0.90％，Ni：0.15-0.30％，Cr：0.13-0.23，V：0.04-0.09％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cu≤0.20％，余量为Fe。

一种适用于液化天然气工程用耐低温钢绞线的生产方法，包括下述步骤：

(1)盘条制备：钢坯经加热、粗轧、中轧、精轧、吐丝、控冷后得到盘条，其中，钢坯加热温度为1050-1100℃，吐丝温度为860-880℃，在辊道上控制空冷，风量值为154000m³/h，辊道速度为0.3-1.3m/s，冷却速度为7-9℃/s，使得索氏体相变温度为569-650℃；

(2)钢绞线制备：盘条经酸洗工艺、磷化工艺、拉拔、捻制、稳定化处理工艺、层绕得到钢绞线产品；其中，所述酸洗工艺包括温洗、六道酸洗和浸洗过程，六道酸洗池的酸液浓度分别控制为6-10％、10-14％、14-17％、16-20％、16-20％、14-20％，六道酸洗池的Fe²⁺含量分别控制为≤240g/L、≤200g/L、≤180g/L，≤150g/L、≤110g/L、≤110g/L；所述磷化工艺依次为温洗、磷化、冲洗、温洗，最后做皂化处理，其中，所述磷化过程中的温度为65-80℃，总酸度为80-110，游离酸度11-16，酸比5-10；拉拔过程的总压缩率为82.69％，采用9道次拉拔；捻制过程中钢绞线的捻角为7-8°，稳定化处理工艺中，回火速度控制在100～116m/min，使回火温度为380～385℃，轴向张拉力为125～130kN。

采用9道次拉拔的平均部分压缩率为17.7％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的钢绞线是在高碳钢SWRH82B盘条的基础上增加了Ni、Cr、V元素。镍元素的加入可以改善铁素体的低温韧性和降低脆性转变温度，同时还可以降低奥氏体转变开始温度，即A_C1点，明显降低冷脆转变温度，细化晶粒，增加回火过程中残余奥氏体与逆转奥氏体的析出量。奥氏体的存在，可以容纳吸收组织中的有害韧性的杂质，从而起到提高铁素体韧性，阻止裂纹扩展的作用。使钢绞线在-196℃低温条件下，仍然具有良好的塑性，与锚具匹配可以经受70-80％破断负荷的张拉控制应力，可在受力状态下经受常温到-196℃低温10次以上循环；钒元素的加入可细化组织晶粒，提高强度和韧性；铬元素的加入提高了高碳钢盘条在轧制过程中淬透性。本发明的钢绞线通过各种元素的合理配比，既充分考虑低温性能，又兼顾考虑高碳钢盘条在轧制过程中引起的索氏体相变点的变化，以及淬透性、获得的组织晶粒度、强度、塑性等指标，所得钢绞线具有高强度、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳等良好的综合力学性能，适用于LNG储罐的使用需要。

2、本发明的钢绞线的制备方法中，制定适宜的线材轧制工艺，得到最佳的组织状态，再通过冷加工变形强化、捻制及稳定化处理，使成品钢绞线获得在低温状态下抵抗脆性变形的能力，从而满足LNG储罐的特殊使用要求。

具体实施方式

以下以1x7-Ф15.70mm LNG工程用耐低温预应力钢绞线为具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

(1)盘条的制备：

配料：本发明的盘条是在SWRH82B盘条的基础上适量添加了Ni、Cr、V微量元素，减少有害元素P、S、Cu含量。按质量百分比的原料组成为：C：0.79-0.86％，Si：0.15-0.35％，Mn：0.60-0.90％，Ni：0.15-0.30％，Cr：0.13-0.23，V：0.04-0.09％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cu≤0.20％，余量为Fe。

将配料按照常规的方法制成钢坯，检验合格的钢坯经加热、粗轧、中轧、精轧、吐丝、控冷后得到φ12.50mm盘条。其中，钢坯加热温度为1050-1100℃，吐丝温度为860-880℃，在辊道上控制空冷，风量值为154000m³/h，辊道速度为0.3-1.3m/s，冷却速度为7-9℃/s，使得索氏体相变温度为569-650℃。其他工艺与现有技术相同。所得盘条牌号记为82LNG，其性能指标如表1所示。

表1

由于盘条的初始强度(1200-1300MPa)高，拉拔加工过程中变形强化剧烈，本发明通过合理的工艺要求，使得盘条索氏体化率含量达到95％以上，确保了拉拔过程中钢丝能够均匀变形，不产生断裂，能够在实现高强度的同时又确保成品钢绞线具有良好的综合性能。

(2)钢绞线制备：φ12.50mm盘条经酸洗工艺、磷化工艺、拉拔、捻制、稳定化处理工艺、层绕得到钢绞线产品。

①所述酸洗工艺包括温洗、六道次酸洗和浸洗过程，六道酸洗池的酸液浓度分别控制为6-10％、10-14％、14-17％、16-20％、16-20％、14-20％，六道酸洗的Fe²⁺含量分别控制为≤240g/L、≤200g/L、≤180g/L，≤150g/L、≤110g/L、≤110g/L，其他与现有技术相同，具体的酸洗工艺条件如表2所示。

表2

②所述磷化工艺依次为温洗、磷化、冲洗、温洗，最后做皂化处理，其中，所述磷化过程中的温度为65-80℃，总酸度为80-110，游离酸度11-16，酸比5-10，其他与现有技术相同，具体的磷化工艺如表3所示。所获得的磷化膜厚度为10-15μm。

表3

③拉拔速度的确定十分重要，拉拔速度过快会造成钢丝表面拉拔阻力增加，加大了心部与边部变形程度差，同时钢丝发热量增加，降低钢丝的韧性和塑性。拉拔速度的确定除了考虑总压缩率、盘条内在质量之外，还要考虑表面处理质量、模具质量、润滑状态、环境温度等因素。经过大量的试验与科学分析，本发明中拉拔过程的总压缩率为82.69％，采用9道次拉拔，平均部分压缩率为17.7％。其他与现有技术相同，具体工艺如表4所示。

表4

对100轴半成品钢丝的力学性能检测结果进行统计，半成品强度达到1900MPa-1960MPa，结果见表5。钢丝在拉拔过程中的出模温度始终控制在100℃左右，检测钢丝扭转性能达到13次以上。

表5

从试验数据可以看出，半成品在达到高强度(1900MPa-1960MPa)的同时，塑性和韧性指标也达到了最佳。

④合理设计钢绞线的钢绞线的捻角对产品性能具有重要意义。钢绞线捻角过大，钢丝的强度损失会增大，而捻角过小，钢绞线易松散，疲劳性能差，使用寿命缩短。经过大量试验和科学分析，确定钢绞线的捻角为7-8°左右为最佳。

⑤钢绞线在承受其40％～50％破断负荷的张力下，进行消除应力回火，使金属内部位错得到“钉扎”，达到稳定化的预期目的，获得低松弛级的预应力钢绞线。

本发明的稳定化处理工艺中，回火速度控制在100～116m/min，使回火温度为380～385℃。在确定的回火温度下，对钢绞线施加轴向张拉力，将张力控制在125～130kN(43％～45％破断负荷)，该张力下钢绞线产生1～1.5％的轴向拉伸塑性变形，成品钢绞线比稳定化处理前直径减小了0.5-0.7％，从而可以保证钢绞线获得低松弛、高屈强比等优良综合力学性能。最终获得的钢绞线性能如表6所示。

表6

产品实测结果超过英国BS5896-2012《预应力混凝土用高强度钢丝和钢绞线》的标准要求。低温冻融试验锚具匹配试验效率系数ηg为0.96(标准值为≥0.95),检验样品低温静载锚固性能符合ETAG013-2002的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种适用于液化天然气工程用耐低温钢绞线的生产方法，其特征在于，包括下述步骤：

(2)钢绞线制备：盘条经酸洗工艺、磷化工艺、拉拔、捻制、稳定化处理工艺、层绕得到钢绞线产品；其中，所述酸洗工艺包括温洗、六道酸洗和浸洗过程，六道酸洗池的酸液浓度分别控制为6-10％、10-14％、14-17％、16-20％、16-20％、14-20％，六道酸洗池的Fe²⁺含量分别控制为≤240g/L、≤200g/L、≤180g/L，≤150g/L、≤110g/L、≤110g/L；所述磷化工艺依次为温洗、磷化、冲洗、温洗，最后做皂化处理，其中，所述磷化过程中的温度为65-80℃，总酸度为80-110，游离酸度11-16，酸比5-10；拉拔过程的总压缩率为82.69％，采用9道次拉拔；捻制过程中钢绞线的捻角为7-8°，稳定化处理工艺中，回火速度控制在100～116m/min，使回火温度为380～385℃，轴向张拉力为125～130kN；所述适用于液化天然气工程用耐低温钢绞线按质量百分比的原料组成为：C：0.79-0.86％，Si：0.15-0.35％，Mn：0.60-0.90％，Ni：0.15-0.30％，Cr：0.13-0.23，V：0.04-0.09％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cu≤0.20％，余量为Fe。