CN109628837B - 一种超细贝氏体型桥梁缆索钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种超细贝氏体型桥梁缆索用钢及其制备方法,属于桥梁缆索用线材及其生产领域。本发明采用形变热处理+等温淬火工艺获得缆索钢。将预变形与低温贝氏体等温相结合,综合利用微合金细化、控轧控冷细化、预变形和低温贝氏体等温等细化技术,获得由无碳化贝氏体、残余奥氏体组成的超细贝氏体组织,其抗拉强度为1800~2100MPa,延伸率为12~20%。超细贝氏体桥梁缆索钢制备工艺流程为:冶炼→连铸→热轧→裁剪→奥氏体化→预变形→低温贝氏体等温。预变形时,首先将裁剪好的热轧重新加热至Ac3+50℃进行奥氏体化,保温0.5‑1h,然后迅速冷却(冷速大于10℃/s)到220‑280℃,进一步温扎,压下量20~30%,而后放到220‑280℃的盐浴炉中等温3‑5h,进行等温贝氏体转变。然后取出空冷至室温。

Description

一种超细贝氏体型桥梁缆索钢及其制备方法
技术领域
本发明属于桥梁缆索用线材及其生产领域,涉及一种桥梁缆索钢,尤其涉及一种2000MPa级桥梁缆索钢及其生产方法。
背景技术
随着桥梁建设技术的迅速发展,桥梁建筑设计跨径不断增大,对用做桥梁主承载构件的钢丝的强度也相应提出了更高的要求,以便减轻桥梁重量,提高安全性,降低建设和维护成本。为了满足桥梁缆索用钢丝高强度的要求,新一代高强高韧性桥梁缆索用钢丝的开发将是未来发展的必然趋势,这对于提高中国桥梁行业核心竞争力、推动中国桥梁行业参与国际竞争具有重要意义。
目前,桥梁缆索用钢丝可以由高碳热轧盘条,经过离线等温处理、冷拔和镀锌后制成的,其组织主要以索氏体为主。公开号CN102181786A公布了1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及其制备方法;公开号CN107587071A公布了抗拉强度≥2100MPa桥梁缆索用钢及其生产方法;公开号CN107686944A公布了抗拉强度≥2500MPa桥梁缆索用钢及其生产方法。由以上专利可以看出:目前提碳含量是提高桥梁缆索钢丝抗拉强度的主要方法,但是随着钢丝母材中碳含量的升高,导致高强度桥梁缆索用钢开发更加困难。因此在现有盘条离线等温处理生产线的基础上,若能够通过调整现有缆索钢82B的成分,改变部分热处理工艺,生产出高强度的缆索钢,对桥梁缆索钢的发展具有重要的意义。
相比索氏体组织,贝氏体具有更好的强度和韧性匹配性。尤其是进入21世纪,一系列高强钢的开发,使得贝氏体钢更加受到关注。2002年Caballero和Bhadeshia等将高碳高硅钢在低温下长时间等温(125℃等温29天/190℃等温14天),得到的组织为超细结构的无碳化物贝氏体,其片状贝氏体铁素体厚度仅20~40nm,板条间分布薄膜状残余奥氏体,强度达2500MPa,硬度超过600HV,韧性大于30~40MPa·m1/2,这种组织的贝氏体称超细贝氏体。
尽管超细贝氏体钢拥有着优异的高强度与高韧塑性配合,但是其制备时间较长,有时需要耗费几天甚至达到几十天。因此缩短贝氏体转变时间,加速贝氏体相变是有利于大批量工业化生产的实现。
已有研究表明,预变形是缩短贝氏体相变时间最有效的方法。徐祖耀总结应力对钢中贝氏体相变的影响的研究进展,明确指出外加应力场增大贝氏体相变形核率,缩短等温孕育期。与未形变的过冷奥氏体对比,何建国等发现经形变后的过冷奥氏体转变为贝氏体的时间大大减少。专利CN103468906A公开了一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺。将经过热轧的钢板冷却到300~600℃进行单道次的低温轧制,位错密度的增加使其贝氏体相变的形核位置增加,存储的畸变能为长大提供了动力,使其在200℃保温3~6h即可获得转变完全的超细贝氏体组织。
为满足不断提高的工程要求,本发明通过成分和工艺的创新,开发出一种组织为超细贝氏体和抗拉强度达2000MPa级的桥梁缆索钢。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种超细贝氏体型桥梁缆索钢及制备方法。
目前市场上桥梁缆索钢组织主要以索氏体为主,且成品前需要进行冷拔处理,以达到高的抗拉强度。本发明将预变形工艺和贝氏体等温工艺结合,不需要后续冷拔强化,从而开发抗拉强度1900-2100MPa,延伸率在12%-20%的桥梁缆索钢。
为达到上述目的,本发明的桥梁缆索用钢的成分按质量百分比为:C:0.80-0.90%、Si:1.3-1.8%、Mn:0.6-0.8%、Cr:0.2-0.3%、Nb:0.015-0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质。
在本发明中,C的含量控制在0.8~0.9%,其主要原因为C元素能够显著的降低Ms点,增大Bs和Ms之间的温度差,确保获得超细结构的贝氏体铁素体,保证盘条的强度。
在本发明中,Si的含量控制在1.3~1.8%,优选含量百分比为1.4-1.6%,其主要原因为Si是钢中无碳化物析出元素,明显抑制脆性相碳化物的析出作用,增加组织中残余奥氏体的含量及其稳定性;同时Si是一种重要的强化元素,并且能够降低钢丝因热镀锌而损失的强度。
在本发明中,Mn的含量控制在0.6%~0.8%,其主要原因为Mn可降低Ms和Bs,提高钢的淬透性,同时Mn作为置换形合金元素,起到固溶强化的作用。但Mn含量过高,对相变迁移起到拖拽作用,降低贝氏体的相变驱动力,使低温贝氏体的转变速率降低。
在本发明中,添加少量的Nb,利用Nb微合金化作用实现凝固细化、控轧控冷细化。在高温下形成Nb的碳氮化物,连铸过程中增加凝固的晶核,细化凝固组织;热轧过程中,控制形变和动态再结晶,获得细小晶粒热轧带钢;热处理奥氏体化过程中能阻止奥氏体晶粒长大,得到细小的原始奥氏体晶粒。
本发明所述的制备方法,具体步骤如下:
1)按照下述化学成分质量百分比称取原料,进行冶炼、浇铸:化学成分按质量百分比为:C:0.80-0.90%、Si:1.3-1.8%、Mn:0.6-0.8%、Cr:0.2-0.3%、Nb:0.015-0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2)铸坯经1200℃~1300℃加热,保温3-5h均热后开轧,终轧温度在900℃-950℃,获得不同直径的热轧盘条;
3)将2)中的热轧盘条重新加热Ac3+50℃进行奥氏体化,保温0.5-1h;
4)将3)中的温轧盘条迅速冷却到220-280℃,进一步温轧,压下量15~20%;
5)将4)中的盘条迅速放到220-280℃的盐浴炉中等温3-5h,进行等温贝氏体转变,然后取出空冷至室温。
通过上述方法可以制备出由贝氏体铁素体板条和薄膜状残余奥氏体组成的超细贝氏体桥梁缆索钢。其中贝氏体铁素体板条厚度能达到几十纳米,长度几微米,其抗拉强度达到1900~2100MPa,延伸率为12~20%。
采用上述成分和制造方法生产的盘条,可以略过冷拔,直接进行镀锌、稳定化处理后,即可生产出2000MPa等级的桥梁缆索用镀锌钢丝。
本发明的有益效果:
(1)采用上述成分和工艺方法后,可获得的微观组织由无碳化物贝氏体和残余奥氏体组成的超细贝氏体桥梁缆索钢。利用细晶强化、贝氏体组织强化和相变增塑效应获得高强度和高塑性,其抗拉强度为1900~2100MPa,延伸率为12~20%。
(2)传统桥梁缆索钢成品前,需要进行冷拔强化处理,本发明只需要低温等温转变即可达到高强度,节约资源。
(3)通过对奥氏体进行热变形,使钢中引入大量的位错,储存大量畸变能为后续的贝氏体转变提高形核核心和驱动力,加速贝氏体转变。同时使贝氏体板条厚度变细,强度升高,同时发挥大量残余奥氏体的增塑效果,保证优异塑性。
附图说明
图1为制备工艺示意图。
图2为本发明实例在光学显微镜下的组织图。
图3为本发明实例在扫描电镜的组织图。
具体实施方式
根据表1所给出的化学成分,经过真空感应加热炉中熔炼,浇铸。
表1为各成分的质量百分数
表1
Figure BDA0001934219190000041
热轧工艺为将钢坯加热到1250℃保温3h,进行高速轧制,控制总压下率在85%~90%之间,轧制成直径为6-8mm的盘条,其开轧和终轧温度分别为1150℃和950℃。
将热轧后的盘条在电阻炉中加热至930℃,保温0.5h,而后放入220℃-280℃的盐浴炉中盐浴冷却,并等温30s,然后进行温轧,压下率为25%,随后迅速放到220-280℃的盐浴炉保温3-5h后空冷。
表2为超细贝氏体型缆索钢在220℃等温5h的力学性能
表2
Figure BDA0001934219190000042
Figure BDA0001934219190000051
表3为热冲压成形件在250℃等温5h的力学性能
表3
Figure BDA0001934219190000052
表4为热冲压成形件在280℃等温5h的力学性能
表4
Figure BDA0001934219190000053

Claims (4)

1.一种超细贝氏体型桥梁缆索用钢,抗拉强度达2000MPa级,其特征在于化学成分按质量百分比为:C:0.80-0.90%、Si:1.3-1.8%、Mn:0.6-0.8%、Cr:0.2-0.3%、Nb:0.015-0.045%,其余为Fe和不可避免的杂质;
所述超细贝氏体型桥梁缆索用钢由贝氏体铁素体板条和薄膜状残余奥氏体组成,其中贝氏体铁素体板条厚度达到几十纳米,长度几微米,其抗拉强度达到1900~2100MPa,延伸率为12~20%。
2.如权利要求1所述的一种超细贝氏体型桥梁缆索用钢,其特征在于:
Si含量百分比为1.4-1.6。
3.一种如权利要求1所述的超细贝氏体型桥梁缆索用钢的制备方法,其步骤:
1)按照化学成分质量百分比称取原料,进行冶炼、连铸;
2)铸坯经1200℃~1300℃加热,保温3-5h均热后开轧,终轧温度在900℃-950℃,获得不同直径的热轧盘条;
3)将步骤2)中的热轧盘条加热至Ac3+50℃进行奥氏体化,保温0.5~1h,然后快冷到220-280℃进行温轧;
4)将步骤3)中的温轧盘条迅速放到220-280℃的盐浴炉中等温3-5h,进行等温贝氏体转变,然后取出空冷至室温。
4.如权利要求3所述一种超细贝氏体型桥梁缆索用钢的制备方法,其特征在于:热轧盘条以大于10℃/s的冷速冷到220℃-280℃,进一步温轧,压下量20~30%。
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