CN105779906B - 耐疲劳桥梁拉吊索用不锈钢钢丝 - Google Patents

耐疲劳桥梁拉吊索用不锈钢钢丝 Download PDF

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Abstract

本发明公开了耐疲劳桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。该不锈钢钢丝，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；所述不锈钢钢丝按照包括如下步骤的方法制备：A、冶炼钢坯；B、钢坯加热；C、钢坯轧制；D、吐丝；E、冷却；F、热处理；G、酸洗，得到酸洗后钢线材；H、冷拔，得到不锈钢钢丝；所述C中，钢线材的直径为6.5mm；不锈钢钢丝的直径为5.6mm；所述冷拔为将酸洗后钢线材进行一道次冷拔得到直径为5.6mm的不锈钢钢丝。

Description

耐疲劳桥梁拉吊索用不锈钢钢丝
技术领域
本发明涉及一种不锈钢钢丝，特别涉及一种耐疲劳桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。
背景技术
拉吊索桥梁以其美观大方，跨越能力大等优点，被广泛应用，但近年来却病害频发，究其原因，传统拉吊索采用的是高强碳素钢丝或钢绞线，其结构十分纤细，且长期处于高应力状态下，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，严重者出现拉吊索断裂，引起桥梁坍塌事故。调研资料表明，目前拉吊索桥梁换索周期一般为5～20年，远小于设计使用年限。目前世界各国采取的改进措施主要从拉索防护材料、索体结构等方面着手，从实际应用效果来看不十分理想，一个新的解决思路是利用不锈钢丝代替高强碳素钢丝，充分利用不锈钢的耐蚀、耐磨、高强等优良性能，从而彻底解决拉吊索钢丝锈蚀病害这一顽疾。
中国发明专利CN102534424A公开了不锈钢、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝及其制备方法和应用，该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝在提高强度的同时有较好的耐腐蚀性能。CN102534424A中实施例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝TQS-1的性能最好。
作为拉吊索材料应用的不锈钢，在满足不锈性、耐腐蚀性的前提下，还应具有优异的力学性能和工艺性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提高桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的力学性能、疲劳性能和工艺性能。在保持较高强度(规定非比例延伸强度(Rp)、抗拉强度(Rm)和耐腐蚀性能的同时提高桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的塑性、疲劳性能和工艺性能。
为了解决以上技术问题，本发明提供了用于制备桥梁拉吊索的不锈钢钢丝。
本发明所提供的不锈钢钢丝，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；
所述不锈钢钢丝按照包括如下步骤的方法制备：
A、冶炼钢坯；
B、钢坯加热；
C、钢坯轧制，得到钢线材；
D、吐丝；
E、冷却；
F、热处理；
G、酸洗，得到酸洗后钢线材；
H、冷拔，得到不锈钢钢丝；
其中，所述C中，钢线材的直径为6.5mm；所述不锈钢钢丝的直径为5.6mm；
所述冷拔为将所述酸洗后钢线材进行一道次冷拔得到直径为5.6mm的不锈钢钢丝。
上述F中，所述热处理温度可为1000℃，热处理时间可为1.5小时。
上述B中，所述钢坯加热温度可为1260℃，钢坯加热时间为3.5小时。
所述不锈钢钢丝具体可为如下不锈钢钢丝：以质量百分比计，含有下述成分：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。
上述不锈钢钢丝中，所述冶炼钢坯包括：
(1)电炉冶炼：将废钢和镍和合金加入电炉进行冶炼，待电炉中粗钢水化学成分达到如下标准时出钢，得到初炼钢水：C的质量百分含量为1.30-1.80％(如1.30％)，Mn的质量百分含量为8.5-12.5％(如10.0％)，P的质量百分含量小于等于0.028％，S的质量百分含量小于等于0.025％，Cr的质量百分含量为17.0-22.0％(如18.0％)，Ni的质量百分含量为1.0-2.0％(如1.0％)；
(2)氩氧精炼炉精炼：对所述初炼钢水先进行氧化期冶炼，后进行还原期冶炼，还原后加入造渣剂进行造渣，并加入微调成分对目标成分进行微调后出钢，得到精炼钢水；其中，氧化期冶炼吹入混合气体，所述混合气体由N2和O2按照(2-4):1(如3:1)的体积比组成；还原期冶炼中全程吹氮气冶炼；
(3)采用连铸工序铸造钢坯，得到钢坯；
所述(1)中，合金为铬铁和锰铁。
上述不锈钢钢丝中，所述氧化期冶炼中按照800-1200m3/h(如900m3/h)的流速吹入所述混合气体；所述还原期冶炼中按照400-600m3/h(如500m3/h)的流速吹氮气。
上述不锈钢钢丝中，所述还原期冶炼中，加入硅铁和铝，所述硅铁和铝的质量比为(5-12):1，如9:1。
上述不锈钢钢丝中，所述铬铁具体可为高碳铬铁，所述高碳铬铁的C的质量百分含量可为4％-8％，如6.7％；所述锰铁可为高碳锰铁，所述高碳锰铁的C的质量百分含量可为2％-8％，如7.5％。
上述不锈钢钢丝中，所述造渣剂可为石灰和萤石；所述造渣剂具体可由石灰和萤石按照(2-6):1(如10:3)的质量比组成。
上述不锈钢钢丝中，所述微调成分可为含锰、氮和铬的合金或金属，如锰和氮化铬铁。所述微调成分具体可由锰和氮化铬铁组成，锰和氮化铬铁的质量比可为8:3。
上述不锈钢钢丝中，所述酸洗用混酸进行，所述混酸是由硝酸、氢氟酸和水按照4:4:92的体积比组成的溶液。
上述任一种不锈钢钢丝在制备桥梁拉吊索中的应用和上述任一种不锈钢钢丝作为桥梁拉吊索用不锈钢钢丝中的应用均属于本发明的保护范围。
本发明的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1和GQS-2与CN102534424A中的TQS-1相比，在保持较高强度(规定非比例延伸强度(Rp)、抗拉强度(Rm))、刚度(弹性模量(E))和耐腐蚀性能的同时提高桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的应力松弛性能、疲劳性能和工艺性能(塑性变形能力)。实施例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2的断后延伸率A250均是对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的2.3倍，实施例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2的应力松弛率均是对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的0.6倍，实施例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2疲劳强度均是对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的1.7倍。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面对下述实施例和对比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，以质量百分比计，组成如下：Cr 67％，C 6.7％，Si 1.8％，P 0.02％，S0.026％，余量为铁和不可避免的杂质；
高碳锰铁，以质量百分比计，组成如下：Mn 78％，C 7.5％，Si 0.30％，P 0.16％，S0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；
金属镍，以质量百分比计，组成如下：Ni 99.9％，余量为不可避免的杂质；
硅铁，以质量百分比计，组成如下：Si 75％，Al 1.3％，Ca 0.8％，P 0.023％，S0.018％，C 0.09％，余量为铁和不可避免的杂质；
铝丸，以质量百分比计，组成如下：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，以质量百分比计，组成如下：CaO 90％，SiO2 2.1％，P 0.012％，S 0.085％，MgO 3.5％，余量为不可避免的杂质；
萤石，以质量百分比计，组成如下：CaF2 85％，SiO2 12％，P 0.032％，S 0.12％，余量为不可避免的杂质；
氮化铬铁以质量百分比计，组成如下：Cr 64.6％，C 0.03％，N 8.45％，P0.023％，S 0.027％，Si 0.81％，余量为铁和不可避免的杂质；
金属锰以质量百分比计，组成如下：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。
对比例1、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝TQS-1的制备
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝TQS-1为中国发明专利CN102534424A中实施例1中的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，以质量百分比计，含有下述成分：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。
其具体制备方法如下：
A：冶炼钢坯
1)电炉冶炼
在电炉中加入原料：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，得到初炼钢水；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
将上述得到的初炼钢水转移到氩氧精炼炉上精炼，精炼的氧化期吹入混合气体，该混合气体由N2和O2按照3:1的体积比组成，该混合气体总吹入量900m3/h(即该混合气体的流速为900m3/h)，其后还原期全程吹氮气冶炼，吹入氮气量500m3/h(即氮气的流速为500m3/h)，加入硅铁45kg/t、铝丸5kg/t进行还原，并加入石灰10kg/t、萤石3.0kg/t、造渣，还原期分批加入金属锰共800kg，按氮回收率50％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，得到精炼钢水；测定钢包中渣厚：160mm。其中加入硅铁45kg/t、铝丸5kg/t和石灰10kg/t、萤石3.0kg/t，是指按每吨原料加入硅铁45kg、铝丸5kg、石灰10kg、萤石3.0kg的比例加入硅铁、铝丸、石灰和萤石。
3)连铸工序：连铸工序通过连铸机完成，过程为：先将装有精炼好钢水(精炼钢水)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℃；连铸得到的不锈钢钢坯的规格：220mm(厚)×220mm(宽)；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，其直径为6.5mm。
H：冷拔
将直径为6.5mm的不锈钢线材成品通过6.5mm→5.5mm→5.0mm进行两道次冷拔得到直径为5.0mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。将该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝命名为TQS-1。上述两道次冷拔是指将直径为6.5mm的不锈钢线材成品先进行一道次冷拔得到直径为5.5mm的不锈钢线材，再将直径为5.5mm的不锈钢线材进行一道次冷拔得到直径为5.0mm的不锈钢线材，该直径为5.0mm的不锈钢线材即为桥梁拉吊索用不锈钢钢丝TQS-1。
实施例1、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1的制备
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1，以质量百分比计，含有下述成分：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。
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1的制备方法和对比例1中桥梁拉吊索用不锈钢钢丝TQS-1的制备方法的区别仅在于B：钢坯加热、F：热处理、G：酸洗和H：冷拔这四个步骤。该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1的具体制备方法如下：
A：冶炼钢坯
同对比例1。
B：钢坯加热
将得到的不锈钢钢坯在封闭加热炉中加热到1260℃，保温3.5小时。
C：钢坯轧制
同对比例1。
D：吐丝
同对比例1。
E：冷却
同对比例1。
F：热处理
将如上得到的不锈钢线材放入热处理炉中进行热处理，热处理温度1000℃，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混酸进行酸洗，得到不锈钢线材成品，其直径为6.5mm。所述混酸是由硝酸、氢氟酸和水按照4:4:92的体积比组成的溶液。
H：冷拔
将直径为6.5mm的不锈钢线材成品通过6.5mm→5.6mm进行一道次冷拔得到直径为5.6mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。将该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝命名为GQS-1。
实施例2、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2的制备
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2，以质量百分比计，含有下述成分：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。
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2的制备方法和对比例1中桥梁拉吊索用不锈钢钢丝TQS-1的制备方法的区别仅在于B：钢坯加热、F：热处理、G：酸洗和H：冷拔这四个步骤。该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2的制备方法和实施例1中的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1的制备方法的区别仅在于H：冷拔这一个步骤。该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-2的具体制备方法如下：
A：冶炼钢坯
同对比例1。
B：钢坯加热
同实施例1。
C：钢坯轧制
同对比例1。
D：吐丝
同对比例1。
E：冷却
同对比例1。
F：热处理
同实施例1。
G：酸洗
同实施例1。
H：冷拔
将直径为6.5mm的不锈钢线材成品通过6.5mm→5.7mm进行一道次冷拔得到直径为5.7mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。将该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝命名为GQS-2。
对比例2、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-1的制备
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-1，以质量百分比计，含有下述成分：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。
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-1的制备方法和实施例1中的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1的制备方法的区别仅在于H：冷拔这一个步骤。该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-1的具体制备方法如下：
A：冶炼钢坯
同对比例1。
B：钢坯加热
同实施例1。
C：钢坯轧制
同对比例1。
D：吐丝
同对比例1。
E：冷却
同对比例1。
F：热处理
同实施例1。
G：酸洗
同实施例1。
H：冷拔
将直径为6.5mm的不锈钢线材成品通过6.5mm→5.5mm进行一道次冷拔得到直径为5.5mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。将该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝命名为DQS-1。
对比例3、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-2的制备
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-2，以质量百分比计，含有下述成分：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。
该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-2的制备方法和实施例1中的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝GQS-1的制备方法的区别仅在于H：冷拔这一个步骤。该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝DQS-2的具体制备方法如下：
A：冶炼钢坯
同对比例1。
B：钢坯加热
同实施例1。
C：钢坯轧制
同对比例1。
D：吐丝
同对比例1。
E：冷却
同对比例1。
F：热处理
同实施例1。
G：酸洗
同实施例1。
H：冷拔
将直径为6.5mm的不锈钢线材成品通过6.5mm→5.9mm进行一道次冷拔得到直径为5.9mm的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。将该桥梁拉吊索用不锈钢钢丝命名为DQS-2。
实施例3、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的性能
本发明通过室温拉伸试验、轴向等幅低循环疲劳试验、缠绕、反复弯曲和扭转等试验后，对各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的基本力学性能、疲劳性能及工艺性能进行了系统的试验。
将各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝按《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》(GB/T 2975-1998)的要求切取样坯并制备试样。按《金属拉伸试验方法》(GB/T 228－2010)和《桥梁缆索用热镀锌钢丝》(GB/T 17101-2008)规定方法测定桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的基本力学性能(非比例延伸强度、抗拉强度、弹性模量、伸长率)。根据《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》(GB/T15248—2008)和《桥梁缆索用热镀锌钢丝》(GB/T 17101-2008)规定，对桥梁拉吊索用不锈钢钢丝进行疲劳试验，确定其疲劳性能。按照《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》(GB/T 10125-2012)的规定对桥梁拉吊索用不锈钢钢丝进行盐雾试验，确定其腐蚀性能。
1、力学性能试验
1.1室温拉伸试验
试样参照GB/T 228-2010《金属材料室温拉伸试验方法》中关于试样的规定，取30根长度为400mm的各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝。
按《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》(GB/T 2975-1998)的要求制备试样。按《金属拉伸试验方法》(GB/T 228－2010)和《桥梁缆索用热镀锌钢丝》(GB/T17101-2008)规定方法，利用PWS-50型电液伺服试验机试验。通过试验得出不锈钢钢丝的抗拉强度Rm、规定非比例延伸强度Rp0.2、弹性模量E、断后延伸率(断后伸长率)A250等指标的平均值和标准值。试验在试验室内进行，试验温度10-35℃。试样原始标距L0＝250mm，试样总长度Lc≥L0+100mm。
(1)断后延伸率A250
断后延伸率是试样拉断后，其原始标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比，由试样断后总伸长量除以试样原始标距(标距采用250mm)计算得到。实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。
式中：A250—在250mm标距内试样的断后延伸率(％)；
Lu—断后标距(mm)；
L0—原始标距(mm)，取250mm。
(2)强度及弹性模量
强度是钢材最重要的力学性能指标之一。钢材的弹性模量是钢的刚度指标之一，弹性模量越大，其刚度就越大，受力时其变形越小；反之，弹性模量越小，其刚度就越小，受力时其变形越大。
实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。通过室温拉伸试验，得到桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的各种强度指标和弹性模量。不锈钢筋的非比例延伸强度、抗拉强度和弹性模量。
(3)松弛实验
松弛试验按照“金属应力松弛试验方法”(GB/T10120-2013)规定，试验温度范围在19.3—21.2℃，按照理论初始荷载15.10KN(应力770MPa，按照Rb＝1120的70％)，实际初始荷载15.11kN(应力770Pa)，试验周期100小时。计算1000小时应力松弛率外推值(外推1000小时的应力松弛率)。实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。
1.2疲劳试验
根据规范GB/T15248—2008《金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法》和GB/T17101-2008《桥梁缆索用热镀锌钢丝》规定，对各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝进行疲劳试验。试样为等截面试样，试样直径的标距部分与夹持部分相同；试样工作部分与夹持部分的同轴度在0.01mm以内。疲劳试验过程谱的主要参数为试验力峰值fmax＝1250×0.45＝562.5MPa、试验力谷值fmin＝562.5-360＝202.5MPa、试验力中值和试验力幅值f幅＝360MPa。
试验在试验室内进行，试验温度10-35℃。实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。
根据《桥梁缆索用热镀锌钢丝》(GB/T 17101-2008)规定，传统拉吊索用镀锌钢丝疲劳性能为不小于200万次。各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的力学性能如表1所示。结果表明，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的抗拉强度Rm和规定非比例延伸强度Rp0.2和弹性模量均高于对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，断后延伸性能、应力松弛性能和疲劳性能显著优于对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的断后延伸率A250均是对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的2.3倍，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的应力松弛率均是对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的0.6倍，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的疲劳强度均是对比例1的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的1.7倍。实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的抗拉强度Rm和规定非比例延伸强度Rp0.2和弹性模量与对比例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝相似，断后延伸性能低于对比例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的应力松弛性能和疲劳性能显著优于对比例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的断后延伸率A250均是对比例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的3.3倍，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的应力松弛率均是对比例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的0.6倍，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的疲劳强度均是对比例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的1.7倍。实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的弹性模量与对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝相似，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的断后延伸率显著低于对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，但是实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的抗拉强度Rm和规定非比例延伸强度Rp0.2、应力松弛性能和疲劳性能显著优于对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的抗拉强度Rm均是对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的1.4倍，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的规定非比例延伸强度Rp0.2均是对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的1.3倍，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的应力松弛率分别是对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的0.7和0.6倍，实施例1和实施例2的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的疲劳强度分别是对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的1.9倍和2.0倍。
表1、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的力学性能
2、工艺性能试验
工艺性能试验主要考察材料塑性变形能力，分别为缠绕、反复弯曲和扭转等试验，各项试验分别设计如下：
(1)缠绕试验
缠绕试验测试的是桥梁拉吊索用不锈钢钢丝在缠绕过程中承受塑性变形的能力，是将桥梁拉吊索用不锈钢钢丝试样在符合相关标准规定直径的芯棒上紧密缠绕规定螺旋圈数。钢丝缠绕试验按《金属材料线材缠绕试验方法》(GB/T 2976-2004)进行，缠绕芯棒直径为15mm。
试验温度为10℃-35℃，试验过程如下：
①试样应在没有任何扭转的情况下，以每秒不超过一圈的恒定速度沿螺旋线方向紧密缠绕在芯棒上，必要时，可减慢缠绕速度，以防止温度升高而影响试验结果。
②为确保缠绕紧密，缠绕时可在试样自由端施加不超过该试样抗拉强度相应力值5％的拉紧力。
③每缠绕1圈，目测试样表面，看钢丝表面是否开裂。
实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。
(2)反复弯曲试验
反复弯曲测试的是桥梁拉吊索用不锈钢钢丝反复弯曲塑性变形能力。反复弯曲试验按“金属材料线材反复弯曲试验方法”(GB/T 238-2013)的规定进行，要求试件平直，表面无损伤，试验温度为23℃±5℃，将试样自由端弯曲90°，再返回至起始位置作为第一次弯曲。依次向相反方向进行连续而不间断地反复弯曲。弯曲操作以每秒不超过一次的均匀速率平稳无冲击地进行。试验结束后观测试样表面不产生肉眼可见的裂纹，则试验合格。若试样断裂，最后一次不计入弯曲次数。每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝选用弯曲圆弧半径为15mm。实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。
(3)扭转试验
扭转试验测试的是桥梁拉吊索用不锈钢钢丝扭转时的塑性变形能力，本试验采用单向扭转试验，其原理是将试样绕轴线向一个方向均匀旋转360°，作为一次扭转。扭转试样的长度为试样直径的100倍。每扭转1次，目测试样表面，看钢丝表面是否开裂。实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的工艺性能如表2所示。
表2、桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的工艺性能
注：缠绕圈数是钢丝表面不开裂的圈数。
3、腐蚀性能
(1)点腐蚀实验
按照如下方法测定各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的腐蚀性能。
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℃；测定结果如表3所示，实施例1、实施例2、对比例1、对比例2和对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的点蚀电位相差不大，分别为150mV、148mV、144mV、142mV和143mV，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、2制备的桥梁拉吊索用不锈钢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，本发明实施例1、2制备的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的耐点蚀性能比镀锌钢丝要优异。
(2)中性盐雾试验
采用中性盐雾试验测定各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的腐蚀性能。同时以普通镀锌钢丝作为对照。中性盐雾试验采用的主要仪器包括盐雾试验箱、智能测试系统及pH计。其中盐雾试验箱为CK/YW-120C智能型全自动盐雾试验箱，由北京切克公司生产，内箱尺寸为1200mm×800mm×500mm。盐雾箱的工作原理是，应用伯努特原理吸取盐水后进行雾化，压缩空气经由它所通往喷嘴途中的气泡塔而被润湿，喷嘴将腐蚀溶液和空气雾化成腐蚀性气雾，从而形成试验材料的腐蚀环境。智能测试系统为长沙金码公司生产的测试系统，用于对传感器的应力进行控制。配置盐水时，使用pH计测试溶液的pH值。
试验前将钢丝在浓度为10％的HCl溶液中浸泡24h，取出后在清水的冲刷下用钢丝刷除尽表面铁锈，在石灰水中和表面残余盐酸，再用清水冲洗干净。擦拭后在烘箱中烘干4h，再在干燥器中存放4h。用精度为0.1g的电子天平称取重量，精度为0.5mm的钢尺量取长度。
本试验严格按照国家标准《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》(GB/T 10125-2012)进行。配备盐雾所需要的化学试剂为化学纯NaCl，由蒸馏水配备成浓度为55g/L溶液。试验箱内放两个盐雾收集器，一个靠近喷嘴，一个远离喷嘴，为漏斗形状，直径为100mm，面积约为80cm2，用于测定平均沉降率，满足80cm2的水平面积上平均沉降率为1.5mL/h±0.5mL/h的要求。收集液的pH值控制在6.5～7.2，超出范围后，用分析纯HCl和NaOH进行调节。
中性盐雾试验进行40d。实验重复三次，每次每种桥梁拉吊索用不锈钢钢丝测试10根。桥梁拉吊索用不锈钢钢丝中性盐雾试验完成后，取出腐蚀的钢丝，根据国际标准ISO8407-2009“Corrosion of metals and alloys—Removal of corrosion products fromcorrosion test specimens”，用200mL浓硝酸溶于1000mL蒸馏水形成的溶液在室温下浸泡60min，取出后用清水冲洗，并用钢丝刷除尽表面铁锈，在烘箱内烘干后，用精度为0.1g的电子天平称取重量。
3.4.2质量损失率
腐蚀前后称取钢丝质量，计算出质量损失率。质量损失率＝(腐蚀前质量-腐蚀后质量)/腐蚀前质量×100％。各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝均测试10根。
各实施例和对比例的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的质量损失率如表3所示。结果表明，实施例1、实施例2、对比例1、对比例2和对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的质量损失率相差不大，均远低于普通镀锌钢丝，说明实施例1、实施例2、对比例1、对比例2和对比例3的桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的耐腐蚀性能优于普通镀锌钢丝。
表3.桥梁拉吊索用不锈钢钢丝的腐蚀性能
桥梁拉吊索用不锈钢钢丝 点蚀电位 平均质量损失率
实施例1的GQS-1 150mV 0.06123％
实施例2的GQS-2 148mV 0.06111％
对比例1的TQS-1 144mV 0.06098％
对比例2的DQS-1 142mV 0.06089％
对比例3的DQS-2 143mV 0.06075％
普通镀锌钢丝 -200mV 1.809％

Claims (8)

1.不锈钢钢丝，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；
所述不锈钢钢丝按照包括如下步骤的方法制备：
A、冶炼钢坯；
B、钢坯加热；
C、钢坯轧制，得到钢线材；
D、吐丝；
E、冷却；
F、热处理；
G、酸洗，得到酸洗后钢线材；
H、冷拔，得到不锈钢钢丝；
其特征在于：所述C中，钢线材的直径为6.5mm；所述不锈钢钢丝的直径为5.6mm；
所述冷拔为将所述酸洗后钢线材进行一道次冷拔得到直径为5.6mm的不锈钢钢丝。
2.根据权利要求1所述的不锈钢钢丝，其特征在于：所述F中，热处理温度为1000℃，热处理时间为1.5小时。
3.根据权利要求1或2所述的不锈钢钢丝，其特征在于：所述B中，钢坯加热温度为1260℃，钢坯加热时间为3.5小时。
4.根据权利要求1或2所述的不锈钢钢丝，其特征在于：所述不锈钢钢丝，以质量百分比计，含有下述成分：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。
5.根据权利要求1或2所述的不锈钢钢丝，其特征在于：
所述冶炼钢坯包括：
(1)电炉冶炼：将废钢、镍和合金加入电炉进行冶炼，待电炉中粗钢水化学成分达到如下标准时出钢，得到初炼钢水：C的质量百分含量为1.30-1.80％，Mn的质量百分含量为8.5-12.5％，P的质量百分含量小于等于0.028％，S的质量百分含量小于等于0.025％，Cr的质量百分含量为17.0-22.0％，Ni的质量百分含量为1.0-2.0％；
(2)氩氧精炼炉精炼：对所述初炼钢水先进行氧化期冶炼，后进行还原期冶炼，还原后加入造渣剂进行造渣，并加入微调成分对目标成分进行微调后出钢，得到精炼钢水；其中，氧化期冶炼吹入混合气体，所述混合气体由N2和O2按照(2-4):1的体积比组成；还原期冶炼中全程吹氮气冶炼；
(3)采用连铸工序铸造钢坯，得到钢坯；
所述(1)中，合金为铬铁和锰铁。
6.根据权利要求1或2所述的不锈钢钢丝，其特征在于：所述酸洗用混酸进行，所述混酸是由硝酸、氢氟酸和水按照4:4:92的体积比组成的溶液。
7.权利要求1至6中任一所述的不锈钢钢丝在制备桥梁拉吊索中的应用。
8.权利要求1至6中任一所述的不锈钢钢丝作为桥梁拉吊索用不锈钢钢丝中的应用。
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