CN106111726A - 一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法 - Google Patents

一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，选用高碳珠光体盘条，依次进行酸洗、磷化、冷拉拔、镀锌、稳定化处理得到成品镀锌钢丝，热镀锌后先采用浸入式水箱冷却拉拔再做稳定化处理，形变量在8％～15％，拉拔速度≤2.5m/s。通过改变钢丝的拉拔生产工艺，可使镀锌钢丝的转圈数≥12圈，满足制造桥梁缆索的要求。

Description

一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，属于钢铁冶金、金属制品领域。
背景技术
镀锌高强度珠光体钢丝因优异的力学性能与防腐能力，被广泛应用于桥梁缆索、预应力结构、厂矿悬索等严酷的工况场合。其中用于制造桥梁缆索用高强度镀锌钢丝，除了要满足基本的抗拉强度、塑性、耐腐蚀等要求外，还要求满足扭转圈数≥12圈(样品长度为100d，d-钢丝直径)。
镀锌高强度珠光体钢丝是通过将高碳钢珠光体盘条经过多道次的冷拉拔形变后再进行镀锌处理。镀锌处理一般分为电镀与热浸镀两种，电镀锌会造成钢丝的氢脆不能应用于高应力场合，而热镀锌，因镀层厚度可控、镀锌层致密而被广泛使用。虽然热镀锌一般在温度420℃～475℃之间，时间为30～60秒。然而，由于高强度珠光体钢丝经过多道次冷形变后，有极高的形变储能；其组织中渗碳体部分非晶化，对热过程极其敏感；在热镀锌过程中渗碳体非晶转变为晶态的渗碳体甚至发生球化，对铁素体位错运动将会起到极强的钉扎作用，使得钢丝扭转塑性大幅下降。另一方面，镀锌钢丝表层产生脆性的金属化合物层，对裂纹敏感性大幅度提升；同时，热镀锌过程进一步放大了由于组织不均导致冷拉拔形变后钢丝内部应力不均。以上这些因素的综合影响，使得高强度珠光体钢丝热镀锌后扭转性能明显下降，其中国产盘条生产的钢丝往往由未镀锌时的扭转圈数约25圈左右下降至2～12圈，不能满足制造桥梁缆索的要求。
发明内容
本发明公开了一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，通过改变钢丝的拉拔生产工艺，可使镀锌钢丝的转圈数≥12圈，满足制造桥梁缆索的要求。
本发明的技术方案为：一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，选用高碳珠光体盘条，依次进行酸洗、磷化、冷拉拔、镀锌、稳定化处理得到成品镀锌钢丝，热镀锌后先采用浸入式水箱冷却拉拔再做稳定化处理，形变量在8％～15％，拉拔速度≤2.5m/s。
所述的高碳钢珠光体盘条无表面缺陷，金相组织索氏体率85％以上，盘条强度在1200MPa～1550MPa之间，盘条碳含量0.84％～95％，面缩率≥25％。
镀锌温度为420℃～475℃，镀锌时间为30s～60s，镀层厚度≥300g/m2。
所述的冷拉拔进行连续7～10道次拉拔。
冷拉拔后的钢丝强度为1750MPa～2200MPa，扭转数≥20。
所述的成品镀锌钢丝Ф5～Ф7mm的1770MPa～2300MPa级的大桥缆索用镀锌钢丝，扭转圈数≥20。
有益效果：
1)工艺简单易实现：仅在原有工艺基础上，添加一道镀锌后小形变量拉拔；
2)工艺宽容度大：可以采用国产高碳珠光体盘条生产，并降低钢丝扭转中对于缺陷的敏感性，适用于1770MPa～2000MPa级镀锌高强度钢丝生产。
3)成品钢丝扭转性能稳定：通过本发明工艺生产热镀高强度钢丝，扭转圈数一般均能≥12圈，且不会出现扭转分层现象，可满足制造桥梁缆索的要求；
附图说明
图1钢丝镀锌前后的TEM形貌照片。(a)镀锌前(b)镀锌后(c)镀后再拉拔。
图2镀锌前后钢丝中渗碳体的结构变化示意图。
图3钢丝中渗碳体结构对扭转性能的影响示意图。
具体实施方式：
不同尺寸、性能要求的大桥缆索用镀锌钢丝的生产，具体实施实例如下：
本发明的高强度高扭转性能镀锌钢丝的生产工艺流程为：
组织、夹杂物控制良好的高碳珠光体盘条→表面处理→连续(7～10道次)多道次拉拔→高强度钢丝→热镀锌→小形变量冷拉拔→稳定化处理、收卷打包。一种高强度高扭转性能镀锌钢丝的生产方法，具体工艺技术方案如下：
1)组织、夹杂物控制良好的高碳珠光体盘条：索氏体率≥85％，无马氏体等异常组织，无明显的夹杂物。盘条碳含量0.84％～95％，抗拉强度在1200MPa～1550MPa之间，面缩率≥25％。
2)对盘条进行表面处理，通过酸洗、机械剥壳等手段祛除氧化皮，通过磷化、脂化等手段进行表面润滑处理。
3)进行多道次(7～10道次)连续拉拔：根据成品钢丝尺寸、强度要求设计合适的拉拔道次。严格控制冷拔钢丝的表面质量与内部缺陷，拉拔成型的钢丝不因钢丝的表明或内部缺陷导致扭转性能异常。
4)进行表面热镀锌；一般采用镀锌或锌铝混合镀，镀锌温度在420℃至475℃之间，镀锌时间30～60s，镀层厚度控制在≥300g/m2。
6)将镀锌丝进行小形变量拉拔，形变量控制在8％～15％，拉拔速度≤2.5m/s，采用浸入式水箱冷却拉拔。
7)将拉拔后的钢丝进行稳定化处理，收卷打包。
实施例1
Ф7mm 1960MPa级大桥缆索用锌镀钢丝的生产
1)直径14mm国产高碳钢盘条成分(C 0.93％，Si 0.88％，Mn 0.20％，余量Fe)，索氏体率90％，盘条强度为1320MPa。
2)对盘条进行酸洗等除去表面的氧化皮后，再进行表面磷化处理。
3)进行8道次连续拉拔，生产出直径为Ф7.6mm的钢丝，强度为1940MPa，扭转圈数为22圈。
4)对钢丝进行热浸镀锌；镀锌温度为450℃，镀锌时间为30s。
5)热镀锌后的钢丝再进行冷拉拔，拉丝速度2m/s，面缩率为15％，拉拔成7mm直径的镀锌钢丝。
6)对镀锌钢丝进行稳定化处理，并收卷打包。
7)制成的镀锌钢丝强度为1972MPa，扭转圈数稳定在20圈左右，可满足1960MPa级大桥缆索用镀锌钢丝的要求。对比原有工艺生产的镀锌钢丝，强度1985MPa，但扭转圈数分布在5～20圈，无法满足桥梁缆索的使用要求。
经过大形变冷拉拔的珠光体钢丝中，渗碳体已经是非晶的结构，经过短时间的镀锌处理，这些非晶渗碳体会结晶，成为纳米晶的小颗粒，见图1；钢丝镀锌后，再经过一定形变量拉拔，纳米晶颗粒渗碳体会再次转变为非晶态渗碳体，见图2。
非晶态渗碳体可与铁素体协调形变。从而使钢丝获得良好的扭转性能；纳米晶颗粒渗碳体会阻碍变形，造成应力集中，诱发扭转裂纹的出现，使钢丝的扭转性能降低。渗碳体结果对扭转性能的影响示意图见图3。
实施例2
Ф5mm 1860MPa级大桥缆索用锌镀钢丝的生产：
1)直径13mm国产高碳钢盘条成分(C 0.82％，Si 0.39％，Mn 0.60％，余量为Fe)，索氏体率90％，盘条强度为1230MPa。
2)对盘条进行酸洗等除去表面的氧化皮后，再进行表面磷化处理。
3)进行9道次连续拉拔，拉拔出直径为Ф5.4mm的钢丝，强度为1890MPa，扭转圈数为30圈。
4)对钢丝进行热浸镀锌；镀锌温度为450℃，镀锌时间为45s。
5)热镀锌后的钢丝再进行冷拉拔，拉丝速度2.5m/s，面缩率为13％，拉拔成5mm直径的镀锌钢丝。
6)对镀锌钢丝进行稳定化处理，并收卷打包。
7)制成的镀锌钢丝强度为1880MPa，扭转圈数24圈，可满足1860MPa级大桥缆索用镀锌钢丝的要求。
实施例3
Ф5mm 2000MPa级大桥缆索用锌镀钢丝的生产：
1)直径14mm国产高碳钢盘条成分(C 0.92％，Si 0.88％，Mn 0.60％，Cr 0.22％，V0.06％余量为Fe)，索氏体率95％，盘条强度为1440MPa。
2)对盘条进行酸洗等除去表面的氧化皮后，再进行表面磷化处理。
3)经过9道次连续拉拔，得到直径为Ф5.3mm的钢丝，强度为2120MPa，扭转圈数为30圈。
4)对钢丝进行热浸镀锌；镀锌温度为440℃，镀锌时间为40s。再对钢丝进行热浸镀锌铝；镀锌铝温度为460℃，镀锌铝时间为20s左右。
5)热镀锌后的钢丝再进行冷拉拔，拉丝速度1m/s，面缩率为11％，拉拔成5mm直径的镀锌钢丝。
6)对镀锌钢丝进行稳定化处理，并收卷打包。
7)制成的镀锌钢丝强度为2140MPa，扭转圈数24圈，满足制造2000MPa级桥梁缆索用镀锌钢丝的要求。
实施例4
Ф7mm 1770MPa级大桥缆索用锌镀钢丝的生产：
1)直径13.5mm国产高碳钢盘条成分(C 0.82％，Si 0.30％，Mn 0.30％，Cr 0.19％余量为Fe)，索氏体率85％，盘条强度为1210MPa。
2)对盘条进行酸洗等除去表面的氧化皮后，再进行表面磷化处理。
3)经过连续8道次连续拉拔，得到直径为Ф7.2mm的钢丝，强度为1850MPa，扭转圈数为30圈。
4)对钢丝进行热浸镀锌；镀锌温度为440℃，镀锌时间为40s。再对钢丝进行热浸镀锌铝；镀锌铝温度为460℃，镀锌铝时间约为20s。
5)热镀锌后的钢丝再进行冷拉拔，拉丝速度1m/s，面缩率为8％，拉拔成直径7mm的镀锌钢丝。
6)对镀锌钢丝进行稳定化处理，并收卷打包。
7)制成的镀锌钢丝强度为1795MPa，扭转圈数约20圈，满足制造1770MPa级桥梁缆索用镀锌钢丝的要求。

Claims (6)

1.一种高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，选用高碳珠光体盘条，依次进行酸洗、磷化、冷拉拔、镀锌、稳定化处理得到成品镀锌钢丝，其特征在于，热镀锌后先采用浸入式水箱冷却拉拔再做稳定化处理，形变量在8％～15％，拉拔速度≤2.5m/s。
2.如权利要求1所述的高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，其特征在于，所述的高碳钢珠光体盘条无表面缺陷，金相组织索氏体率85％以上，盘条强度在1200MPa～1550MPa之间，盘条碳含量0.84％～95％，面缩率≥25％。
3.如权利要求1所述的高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，其特征在于，镀锌温度为420℃～475℃，镀锌时间为30s～60s，镀层厚度≥300g/m2。
4.如权利要求1所述的高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，其特征在于，所述的冷拉拔进行连续7～10道次拉拔。
5.如权利要求1所述的高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，其特征在于，冷拉拔后的钢丝强度为1750MPa～2200MPa，扭转数≥20。
6.如权利要求1所述的高强度高扭转性能大桥缆索用镀锌钢丝的生产方法，其特征在于，所述的成品镀锌钢丝Ф5～Ф7mm的1770MPa～2300MPa级的大桥缆索用镀锌钢丝，扭转圈数≥20。
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