CN110257699B - 一种无碳化物贝氏体桥索钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无碳化物贝氏体桥索钢及其制造方法，所述无碳化物贝氏体桥索钢具有以下以重量％所示的化学成分组成：C：0.25‑0.30％、Si：1.20‑1.50％、Mn：0.90‑1.30％、Al：2.0‑3.0％、P：0.01％以下、S：0.01％以下、Co：0.55‑0.65％、W：0.40‑0.60％；其余为Fe及不可避免的杂质。本发明提供一种无碳化物贝氏体桥索钢及其制造方法，以满足桥梁大跨度、轻量化建设的需求。

Description

一种无碳化物贝氏体桥索钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及桥梁缆索用线材领域。更具体地说，本发明涉及一种无碳化物贝氏体桥索钢及其制造方法。
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，由高碳钢盘条经冷拔、热镀锌而成。从上世纪90年代至今，桥索钢丝强度不断提升，逐渐由1670MPa、1770MPa向1860MPa、1960MPa发展，高强度意味着更大的桥梁跨度(满足跨江、跨海需求，减少对生态、通航的影响)、更高的安全性(降低桥梁自重)和更低的投资成本(减少用钢量)，是衡量桥梁建造水平的关键性指标。
数据显示，作为现代桥梁的“生命线”的缆索钢丝，其强度每提高10％，则缆索相应减重下降10％以上。材料强度的提高能增强主缆的跨越能力，在跨越距离一定时则能减小缆索体系的材料用量或者提高主缆的安全系数：规划中的意大利墨西拿海峡大桥为主跨3300m的双塔悬索桥，采用1860MPa镀锌钢丝主缆后，主缆总重约166500吨，相比1770MPa镀锌钢丝主缆，降低近10000吨。因此，随着桥梁跨径的越来越大以及对桥梁建设要求的提高，缆索向更高强度发展的趋势是必然的。
当前，桥梁缆索用钢丝全部都是由过共析盘条经拉拔和镀锌而成，不同强度等级的缆索钢丝对应不同牌号的热轧盘条，如82B(碳含量0.82％)对应钢丝强度1770MPa，87Mn(碳含量0.87％)对应钢丝强度1860MPa，97Si(碳含量0.97％)对应钢丝强度2000MPa。而随着强度的提升，碳含量增加，偏析、组织等控制愈加困难，冶炼、轧制工艺窗口狭窄；同时，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。因此，传统过共析钢逐渐难以适应超高强度的性能要求并且发展前景有限，急需要寻找一种新型超高强度钢，以满足工程建设需求。
另外，桥索钢丝都经历过大应变变形，钢丝储存了较高的能量，在遇到火灾或其他高温环境时，在较低的温度下微观组织即可发生变化并且难以检测，严重影响了桥梁的安全性，因此有必要开发一种桥索钢丝。
近年，超高强度钢研发出现了新的亮点，而最具有革命性的发现是2004年Bhadeshia等人发现的无碳化物贝氏体钢，其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，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无碳化物贝氏体钢的高强度；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。
当前，桥索钢全部是珠光体组织(过共析钢)且主要针对2000MPa以下镀锌钢丝用热轧盘条的生产：公开号CN102181786A涉及一种1670MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及其制备方法；公开号CN101311288A涉及一种1770MPa级桥梁斜拉索镀锌钢丝用盘条及其制造方法；公开号CN102634730A涉及一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及其制造方法；公开号CN105671443A涉及一种1960MPa级缆索镀锌钢丝用热轧盘条及生产方法；以上四种方法生产的盘条拉拔后钢丝强度均小于2000MPa，在国际上已有相关或相似性能产品的工程应用，属于常规或改良型产品。
而专利号CN102936688A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均小于2100MPa，且C含量高达0.95～1.2％，N0.01～0.03％。高含量的C、N确保了钢丝强度，但生产难度大且若生产控制不当，往往伴随着扭转值的大幅度波动，不利于钢丝品质的控制和桥梁安全。专利CN103397273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，该专利添加了大量Ni及Cr、Ti等贵重合金且钢材抗拉强度只达到1500MPa级，适用于钢体的齿板，及时制成钢丝强度不会超过2000MPa。而随着2000MPa级镀锌钢丝的工程化应用，以及桥梁建造环境的日益苛刻(易于建造桥梁的位置逐渐减少)，更高等级桥索用钢研发日益迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种无碳化物贝氏体桥索钢及其制造方法，以满足桥梁大跨度、轻量化建设的需求。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种无碳化物贝氏体桥索钢，具有以下以重量％所示的化学成分组成：
C：0.25-0.30％、
Si：1.20-1.50％、
Mn：0.90-1.30％、
Al：2.0-3.0％、
P：0.01％以下、
S：0.01％以下、
Co：0.55-0.65％、
W：0.40-0.60％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
优选的是，所述的一种无碳化物贝氏体桥索钢中，所述桥索钢为钢丝。
一种上述无碳化物贝氏体桥索钢的制造方法，包括以下步骤：
S1、制备盘条，所述盘条的化学成分组成与所述的无碳化物贝氏体桥索钢相同；本方案，盘条的制备工艺采用现有盘条生产技术即可；
S2、将所述步骤S1中得到的盘条在隔绝空气的情况下以10-15℃/s的加热速度加热至750-850℃并保温10-15min后进行第一次拉拔，然后将第一次拉拔后的盘条水冷至350-450℃并保温20-30min后，置于空气中冷却到高于室温，再进行第二次拉拔，第二次拉拔后的盘条经镀锌、稳定化处理后，即得到所述钢丝。
优选的是，所述的一种无碳化物贝氏体桥索钢的制造方法中，所述S2中将第一次拉拔后的盘条水冷至350-450℃并保温20-30min后，置于空气中冷却至200-400℃，再进行第二次拉拔。
优选的是，所述的一种无碳化物贝氏体桥索钢的制造方法中，所述S1中的盘条的直径为14mm，第一次拉拨后的盘条的直径为12.3mm，第二次拉拔得到的钢丝的直径为6.9mm。
本发明在桥索钢领域引入无碳化物贝氏体钢，全面革新了桥索钢成分体系、金相组织，为桥索钢的升级换代提供了一种全新的解决方案，拉拔、镀锌、稳定化处理后强度可达2200MPa以上，同时满足扭转30次以上；另外，全新的新型金相组织---无碳化物贝氏体，其作为软相的残奥能在应力作用下，发生TRIP效应形成马氏体减少裂纹的产生(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丝的安全性；同时，本发明在新成分体系中采用了钨合金化，W的添加即加快了无碳化物贝氏体组织的形成，还提高了大应变钢丝的热稳定性，进而提高了钢丝的耐热性能和安全性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
<实施例1>
一种无碳化物贝氏体桥索钢，具有以下以重量％所示的化学成分组成：
C：0.25％、
Si：1.20％、
Mn：0.90％、
Al：2.0％、
P：0.005％、
S：0.005％、
Co：0.55％、
W：0.40％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述桥索钢为钢丝，其制造方法包括以下步骤：
S1、制备盘条，盘条的直径为14mm，所述盘条的化学成分组成与所述的无碳化物贝氏体桥索钢相同；
S2、将所述步骤S1中得到的盘条在隔绝空气的情况下以10℃/s的加热速度加热至750℃并保温10min后进行第一次拉拔，第一次拉拨后的盘条的直径为12.3mm，然后将第一次拉拔后的盘条水冷至350℃并保温20-30min后，置于空气中冷却至200℃，再进行第二次拉拔，第二次拉拔后的盘条经镀锌、稳定化处理后，即得到所述钢丝，第二次拉拔得到的钢丝的直径为6.9mm。
<实施例2>
一种无碳化物贝氏体桥索钢，具有以下以重量％所示的化学成分组成：
C：0.26％、
Si：1.25％、
Mn：0.10％、
Al：2.2％、
P：0.001％、
S：0.001％、
Co：0.57％、
W：0.43％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述桥索钢为钢丝，其制造方法包括以下步骤：
S1、制备盘条，盘条的直径为14mm，所述盘条的化学成分组成与所述的无碳化物贝氏体桥索钢相同；
S2、将所述步骤S1中得到的盘条在隔绝空气的情况下以14℃/s的加热速度加热至830℃并保温14min后进行第一次拉拔，第一次拉拨后的盘条的直径为12.3mm，然后将第一次拉拔后的盘条水冷至400℃并保温25min后，置于空气中冷却至220℃，再进行第二次拉拔，第二次拉拔后的盘条经镀锌、稳定化处理后，即得到所述钢丝，第二次拉拔得到的钢丝的直径为6.9mm。
<实施例3>
一种无碳化物贝氏体桥索钢，具有以下以重量％所示的化学成分组成：
C：0.27％、
Si：1.40％、
Mn：1.10％、
Al：2.5％、
P：0.005％、
S：0.005％、
Co：0.60％、
W：0.50％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述桥索钢为钢丝，其制造方法包括以下步骤：
S1、制备盘条，盘条的直径为14mm，所述盘条的化学成分组成与所述的无碳化物贝氏体桥索钢相同；
S2、将所述步骤S1中得到的盘条在隔绝空气的情况下以12℃/s的加热速度加热至800℃并保温10-15min后进行第一次拉拔，第一次拉拨后的盘条的直径为12.3mm，然后将第一次拉拔后的盘条水冷至400℃并保温25min后，置于空气中冷却至300℃，再进行第二次拉拔，第二次拉拔后的盘条经镀锌、稳定化处理后，即得到所述钢丝，第二次拉拔得到的钢丝的直径为6.9mm。
<实施例4>
一种无碳化物贝氏体桥索钢，具有以下以重量％所示的化学成分组成：
C：0.29％、
Si：1.45％、
Mn：1.23％、
Al：2.7％、
P：0.008％、
S：0.008％、
Co：0.62％、
W：0.56％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述桥索钢为钢丝，其制造方法包括以下步骤：
S1、制备盘条，盘条的直径为14mm，所述盘条的化学成分组成与所述的无碳化物贝氏体桥索钢相同；
S2、将所述步骤S1中得到的盘条在隔绝空气的情况下以14℃/s的加热速度加热至810℃并保温12min后进行第一次拉拔，第一次拉拨后的盘条的直径为12.3mm，然后将第一次拉拔后的盘条水冷至430℃并保温20-30min后，置于空气中冷却至350℃，再进行第二次拉拔，第二次拉拔后的盘条经镀锌、稳定化处理后，即得到所述钢丝，第二次拉拔得到的钢丝的直径为6.9mm。
<实施例5>
一种无碳化物贝氏体桥索钢，具有以下以重量％所示的化学成分组成：
C：0.30％、
Si：1.50％、
Mn：1.30％、
Al：3.0％、
P：0.009％、
S：0.009％、
Co：0.65％、
W：0.60％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
所述桥索钢为钢丝，其制造方法包括以下步骤：
S1、制备盘条，盘条的直径为14mm，所述盘条的化学成分组成与所述的无碳化物贝氏体桥索钢相同；
S2、将所述步骤S1中得到的盘条在隔绝空气的情况下以15℃/s的加热速度加热至850℃并保温15min后进行第一次拉拔，第一次拉拨后的盘条的直径为12.3mm，然后将第一次拉拔后的盘条水冷至450℃并保温30min后，置于空气中冷却至400℃，再进行第二次拉拔，第二次拉拔后的盘条经镀锌、稳定化处理后，即得到所述钢丝，第二次拉拔得到的钢丝的直径为6.9mm。
<试验例>
分别按照上述实施例1-5制造桥梁缆索用钢，并分别对应为试验例1-5，然后将试验例1-5所得到的钢丝，进行抗拉强度的实验和进行扭转次数的实验，得到的结果如下表所示：
Figure GDA0002640206360000081
由上表可知，按照本方案所记载的制造方法制造的桥梁缆索用钢，其产品质量稳定，成品钢丝的抗拉强度可达到2300MPa以上，平均扭转次数为33.4，均达到30次以上，满足大跨度桥梁缆索用钢要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (3)

1.一种无碳化物贝氏体桥索钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备盘条，所述盘条的化学成分组成与无碳化物贝氏体桥索钢相同，所述无碳化物贝氏体桥索钢具有以下以重量％所示的化学成分组成：
C：0.25-0.30％、
Si：1.20-1.50％、
Mn：0.90-1.30％、
Al：2.0-3.0％、
P：0.01％以下、
S：0.01％以下、
Co：0.55-0.65％、
W：0.40-0.60％；
其余为Fe及不可避免的杂质；
S2、将所述步骤S1中得到的盘条在隔绝空气的情况下以10-15℃/s的加热速度加热至750-850℃并保温10-15min后进行第一次拉拔，然后将第一次拉拔后的盘条水冷至350-450℃并保温20-30min后，置于空气中冷却到高于室温，再进行第二次拉拔，第二次拉拔后的盘条经镀锌、稳定化处理后，得到的钢丝即为所述桥索钢。
2.如权利要求1所述的一种无碳化物贝氏体桥索钢的制造方法，其特征在于，所述S2中将第一次拉拔后的盘条水冷至350-450℃并保温20-30min后，置于空气中冷却至200-400℃，再进行第二次拉拔。
3.如权利要求2所述的一种无碳化物贝氏体桥索钢的制造方法，其特征在于，所述S1中的盘条的直径为14mm，所述S2中第一次拉拨后的盘条的直径为12.3mm，第二次拉拔得到的钢丝的直径为6.9mm。
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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
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Granted publication date: 20201009

Termination date: 20210516