CN110055392A

CN110055392A - 一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢及其制备方法

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Publication number: CN110055392A
Application number: CN201910448198.2A
Authority: CN
Inventors: 张帆; 毛新平; 任安超; 刘婳; 鲁修宇; 夏艳花
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: CN110055392B

Abstract

本发明涉及桥索钢丝制备技术领域，尤其涉及一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢及其制备方法。一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，包括步骤：1)盘条包括化学成分及其重量百分比为，C 0.33～0.43％、Mn 1.60～1.75％、Al 2.1～2.7％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co 0.4～0.5％、V 0.75～0.85％，其余为Fe及不可避免的杂质；(2)将热轧后的盘条在真空或保护气氛下，以10℃～15℃/s的加热速度加热至750℃～850℃并保温20～30min，然后水冷至350℃～450℃进行空冷带温拉拔工序，将直径为14mm的盘条带温拉拔至直径6.9mm。本发明得到的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢抗拉强度达到2500MPa以上，同时能满足扭转20次以上。

Description

一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及桥索钢丝制备技术领域，尤其涉及一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢及其制备方法。

背景技术

桥索钢丝是现代桥梁(斜拉索桥、悬索桥)的安全承重件，高强度和高韧性是衡量桥索钢丝的关键指标，从上世纪90年代至今，桥索钢丝强度不断提升，目前，通过增加碳含量较容易地实现桥索钢的高强度，如申请公布号CN102936688A的中国发明专利涉及一种抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材及生产方法，该专利钢丝实际强度≥2000MPa且小于2100MPa，其中C含量高达0.95～1.2％，N0.01～0.03％。高含量的C、N增加了钢丝的强度，但是随着碳含量的增加，钢丝强度增加，脆性增大，显著降低了钢丝韧性和安全性。又如申请公布号CN103397273A的中国发明专利申请文件公开了一种无碳化物贝氏体钢、采用该钢体的齿板及其制备方法，该申请文件中添加了大量Ni及Cr、Ti等贵重合金，钢材抗拉强度只达到1500MPa级，不能满足桥索钢丝的强度要求。随着桥梁建造环境的日益苛刻，更高强度和高韧性的桥索用钢的需要日益迫切。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢及其制备方法，其抗拉强度达到2500MPa以上，同时能满足扭转20次以上。

为实现上述目的，本发明所设计的一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢包括化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.43％、Mn：1.60～1.75％、Al：2.1～2.7％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.4～0.5％、V：0.75～0.85％，其余为Fe及不可避免的杂质。

C：碳是钢中最重要的组成元素，对盘条的强度和塑性影响最为显著，随着碳含量的增加，拉拔后强度不断提高，而塑性急剧降低。桥索钢丝不仅对强度有较高的要求，还对衡量材料综合韧性的扭转值要求苛刻。而降低的碳含量，能显著提升扭转值，因此为平衡两者的要求，本发明与现有技术不同，创新性采用了中低碳的成分体系，改变了传统桥索钢主要依赖碳含量提高强度的现状。本发明碳含量为0.33～0.43wt％。

Mn：适量的锰可以提高强度和淬透性，可获得尺寸细小的板条贝氏体；另外，锰与硫结合生成MnS，进而减轻硫的危害，但过高的锰会增加钢材的过热敏感性，使热处理时晶粒容易长大。本发明Mn含量控制在1.60～1.75wt％。

Al：本发明中铝的作用主要是抑制碳化物的形成，促进无碳化物贝氏体的形成，是成分体系中的关键元素，可以显著缩短贝氏体相变时间，将常规需要几个小时乃至几天的相变过程缩短至满足工业生产的要求，但过高的铝对会造成冶炼连铸困难。本发明Al：2.1～2.7wt％。

P、S：磷和硫在本钢种属于有害元素，磷容易产生冷脆，硫容易产生热脆，进而恶化钢丝拉拔和热处理加工条件，因此需要尽量降低其含量。本发明P≤0.01wt％、S≤0.01wt％。

Co：钴的作用与Al类似，主要是起到加快相变进程，促进无碳化物贝氏体组织的形成，但钴属于贵重稀有金属，因此综合考虑本发明Co：0.4～0.5wt％。

V：钒对无碳化物贝氏体相变具有促进作用，并且在热轧动态再结晶过程能显著细化晶粒，但过量的钒会造成VCN颗粒粗大，失去细化晶粒作用并对钢材性能有害。本发明V：0.75～0.85wt％。

与传统桥索钢主要通过高碳含量提高强度的制备工艺相比，本发明采用低碳的成分体系，钢中碳、锰、铝、钴、钒成分共同促进无碳化物贝氏体组织的形成，而且配合高温拉拔工艺得到无碳化物贝氏体组织的桥索钢，无碳化物贝氏体组织有利于提高桥索钢的强度和韧性。

作为优选方案，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.40％、Mn：1.60～1.71％、Al：2.1～2.4％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.40～0.45％、V：0.75～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质。

作为优选方案，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.35％、Mn：1.60～1.65％、Al：2.1～2.3％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.40～0.45％、V：0.75～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质。

一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，包括步骤：

(1)冶炼、连铸成坯后热轧得到盘条：所述盘条包括化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.43％、Mn：1.60～1.75％、Al：2.1～2.7％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.4～0.5％、V：0.75～0.85％，其余为Fe及不可避免的杂质；

(2)拉拔：将热轧后的盘条在真空或保护气氛下，以10℃～15℃/s的加热速度加热至750℃～850℃并保温20～30min，然后水冷至350℃～450℃进行空冷带温拉拔工序，将直径为14mm的盘条带温拉拔至直径6.9mm；无碳化物贝氏体钢相变时间通常在十几个小时以上，而本发明通过在750℃～850℃下保温20～30min以加速无碳化物贝氏体组织的形成，避免了无碳化物贝氏体相变过程缓慢限制了工业的应用；

(3)镀锌、稳定化处理：将拉拔后的盘条镀锌、稳定化处理得到抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢。

与传统桥索钢主要通过高碳含量提高强度的制备工艺相比，本发明采用低碳的成分体系，钢中碳、锰、铝、钴、钒成分共同促进无碳化物贝氏体组织的形成，而且配合高温拉拔工艺得到无碳化物贝氏体组织的桥索钢，无碳化物贝氏体组织由细长的贝氏体铁素体和薄膜状富碳的残余奥氏体交替组成，无碳化物贝氏体组织中的铁素体与母相半共格关系，过饱和度，低温转变带来的细晶组织、以及铁素体内部的微细结构和高密度位错共同决定了钢的高强度，而残奥属于面心立方结构，其滑移系多，能缓解应力集中，属于软相，显著提高了无碳化物贝氏体钢的韧性。

实现本发明较好的技术方案为：

抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，包括步骤：

(1)冶炼、连铸成坯后热轧得到盘条：所述盘条包括化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.40％、Mn：1.60～1.71％、Al：2.1～2.4％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.40～0.45％、V：0.75～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质；

(2)拉拔：将热轧后的盘条在真空或保护气氛下，以10℃～13℃/s的加热速度加热至800℃～850℃并保温20～26min，然后水冷至350℃～400℃进行空冷带温拉拔工序，将直径为14mm的盘条带温拉拔至直径6.9mm；

实现本发明更好的技术方案为：

抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，包括步骤：

(1)冶炼、连铸成坯后热轧得到盘条：所述盘条包括化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.35％、Mn：1.60～1.65％、Al：2.1～2.3％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.40～0.45％、V：0.75～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质；

(2)拉拔：将热轧后的盘条在真空或保护气氛下，以10℃～12℃/s的加热速度加热至800℃～850℃并保温20～25min，然后水冷至350℃～400℃进行空冷带温拉拔工序，将直径为14mm的盘条带温拉拔至直径6.9mm；

作为优选方案，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的金相微观组织为无碳化物贝氏体。

作为优选方案，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的抗拉强度≥2500Mpa，所述扭转次数≥20次。

附图说明

图1为实施例1得到的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的金相微观组织图；

图中α表示贝氏体铁素体，γ表示残余奥氏体。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

为解决现有超高强度的桥索钢韧性低的问题，本发明提供一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，其对抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的化学成分及其重量百分比进行改进，并且配合高温拉拔工艺得到微观组织为无碳化物贝氏体的桥索钢，无碳化物贝氏体作为软相的残奥能在应力作用下，发生TRIP效应生产马氏体减少裂纹的产生(无碳化物贝氏体微观组织通过相变可实现微裂纹的自我修复)，实现钢丝超高强度的同时提高了桥索钢的韧性。以下将通过具体的实施例来对本发明的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法的优选方式进行详细地说明。

实施例1～10

以下实施例中的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢按如下步骤制造而成：

实施例1～10中抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的化学成分及其重量百分比以及拉拔工艺参数见下表1和表2：

表1

表2

实施例1～10得到的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的力学性能见表3

表3

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											抗拉强度MPa	2585	2560	2545	2540	2520	2510	2515	2528	2514	2524
扭转次数	24	22	22	22	20	21	20	20	21	21

从图1可以看出，实施例1得到的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的金相微观组织为无碳化物贝氏体。无碳化物贝氏体作为软相的残奥能在应力作用下，发生TRIP效应生产马氏体减少裂纹的产生(无碳化物贝氏体微观组织通过相变可实现微裂纹的自我修复)，实现钢丝超高强度的同时提高了桥索钢的韧性。从表3可以看出，本发明得到的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的抗拉强度均在2500MPa以上，而且满足扭转20次以上。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢，其特征在于，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.43％、Mn：1.60～1.75％、Al：2.1～2.7％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.4～0.5％、V：0.75～0.85％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢，其特征在于，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.40％、Mn：1.60～1.71％、Al：2.1～2.4％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.40～0.45％、V：0.75～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢，其特征在于，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的化学成分及其重量百分比为，C：0.33～0.35％、Mn：1.60～1.65％、Al：2.1～2.3％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.40～0.45％、V：0.75～0.80％，其余为Fe及不可避免的杂质。

4.一种抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，其特征在于，包括步骤：

(2)拉拔：将热轧后的盘条在真空或保护气氛下，以10℃～15℃/s的加热速度加热至750℃～850℃并保温20～30min，然后水冷至350℃～450℃进行空冷带温拉拔工序，将直径为14mm的盘条带温拉拔至直径6.9mm；

5.根据权利要求4所述的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，其特征在于，包括步骤：

6.根据权利要求4所述的抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，其特征在于，包括步骤：

7.根据权利要求4～6中任一项所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，其特征在于，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的金相微观组织为无碳化物贝氏体。

8.根据权利要求4～6中任一项所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的制备方法，其特征在于，所述抗拉强度≥2500Mpa高韧性桥索钢的抗拉强度≥2500Mpa，所述扭转次数≥20次。