CN111979475A - 一种超高强钢绞线用盘条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高强钢绞线用盘条及其制备方法，属于冶炼、轧制技术领域。本发明通过合理设计成分和工艺参数，其中化学成分按照质量百分比包括：C：0.80％‑0.95％，Si：0.70％‑1.00％，Mn：0.50％‑0.90％，P≤0.020％、S≤0.005％，V：0.01‑0.06％，Cr：0.15％‑0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质，生产的盘条抗拉强度Rm为1350‑1430MPa，断面收缩率Z为25‑35％，用该盘条生产的钢绞线大大提高了强度。

Description

一种超高强钢绞线用盘条及其制备方法

技术领域

本发明属于冶炼、轧制技术领域，具体涉及一种超高强钢绞线用盘条及其制备方法。

背景技术

预应力钢绞线一般应用在公路、铁路、桥梁、电力、建筑、水利、环境保护等国民经济领域，年需求量350万吨以上。国内应用较普遍的预应力材料，有强度级别分别为1570MPa、1720MPa、1860MPa等各种线材，而国内最高强度级别为1960MPa。随着高速公路、铁路、桥梁等建设项目的高速推进以及大跨度斜拉桥、悬索桥等索承式桥梁向着更大跨度方向发展，现有预应力钢绞线强度级别满足不了大跨度桥梁的承载能力，使用更高强度级别的钢绞线替代1860MPa、1960MPa钢绞线，可增大铁路桥梁框架墩墩柱的跨度，提高了混凝土构件的承载能力，节省资源和能源，减少现场配置和张拉作业以及缩短工期和降低成本，具有良好的经济效益和社会效益。

发明内容

针对现有技术中存在的问题一个或多个，本发明的一个方面提供一种超高强钢绞线用盘条，其化学成分按照质量百分比包括：C：0.80％-0.95％，Si：0.70％-1.00％，Mn：0.50％-0.90％，P≤0.020％、S≤0.005％，V：0.01-0.06％，Cr：0.15％-0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明另一方面提供了上述的超高强钢绞线用盘条的制备方法，其包括以下工艺：铁水预处理—转炉—精炼—VD真空处理—连铸—开坯—轧制，其中：

经过铁水预处理工艺后铁水中Si：0.3～0.7％，S≤0.015％，P≤0.120％，Ti≤0.10％，T≥1250℃；

所述转炉工艺采用顶底复吹进行脱碳、脱磷，1650℃下冶炼至钢液中碳含量不低于0.15％、磷含量低于0.01％出钢，出钢终点成分C≥0.15％，P≤0.020％，S≤0.015％，T：1610～1630℃；

所述VD真空处理工艺中VD真空度≤0.10KPa，目标值≤0.06KPa，深真空时间≥15min，破真空后喂入硅钙线，软吹控制软吹时间15min以上；

所述连铸工艺中，过热度控制开浇第1炉温度35-55℃，第2炉以后炉次中包温度控制在20-30℃，开浇第1炉拉速控制在0.4m/min，其余炉次恒拉速浇注，控制目标0.65m/min；

所述轧制工艺中，轧制加热炉加热温度控制为：预热700±20℃、加热段1100±20℃、均热段1150±20℃，残氧控制在1％-4％，加热时间为105±5min；开轧温度1020±15℃，精轧入口温度为910±20℃，起步辊道速度0.76m/s，1-6架风机开启度100％，7架关，8架风机开启度50％，9、10架风机开启度100％，保温罩全开。

基于以上技术方案提供的超高强钢绞线用盘条的制备方法通过合理设计成分和工艺参数，生产的盘条直径为14mm，抗拉强度Rm为1350-1430MPa，断面收缩率Z为25-35％，用该盘条生产的钢绞线的强度级别大于2000MPa级，最高强度可达到2400MPa，大大提高了现有钢绞线的强度，从而增大铁路桥梁框架墩墩柱的跨度，提高了混凝土构件的承载能力，节省资源和能源，减少现场配置和张拉作业以及缩短工期和降低成本。

具体实施方式

本发明旨在提供一种超高强度钢绞线用盘条及制备方法，以提高现有钢绞线的强度，从而增大铁路桥梁框架墩墩柱的跨度，提高了混凝土构件的承载能力，节省资源和能源，减少现场配置和张拉作业以及缩短工期和降低成本。

本发明首先基于以下原理合理设计化学成分：C是碳钢中基本的强化元素，在高碳钢中，一般每增加0.01％，强度可以提高约10MPa，但过量的C会促进连铸过程中的中心偏析，进而导致盘条控冷过程中先共析渗碳体的析出，甚至形成网状渗碳体，降低了盘条的塑性，造成拉拔断丝。为了减少盘条拉丝后镀锌或者稳定化处理时其强度的热损失，可采用高碳高硅来提高盘条的强度。为了更易形成稳定的碳化物，通过析出强化、固溶强化，提高其渗透性，提高钢丝的回火抗力，减少其强度的热损失，高强钢绞线采用增加Cr的含量来保证盘条的强度。也可采用加入微量V、Ti、Ni、B、Nb等合金元素进行微合金化，通过细晶强化作用提高盘条的强韧性。因此，本发明中C含量优选按中下限控制为0.80％-0.95％。Si是铁素体强化元素，通过固溶强化提高铁素体强度，同时Si作为广泛应用的脱氧剂，有助于降低钢中氧含量，减少夹杂物。但高的Si会引起材料脱碳，且延长了相变过程中的孕育期和转变时间，不利于组织和力学性能控制。因此，本发明中Si含量优选为0.70％-1.00％。Mn作为奥氏体稳定化元素，可以增加钢材强度，降低相变温度，但过高Mn含量会引起连铸方坯的中心合金元素偏析，显著增加盘条心部的淬透性，造成控冷过程心部淬火组织的产生，引起盘条拉拔断丝。此外，结合控冷工艺的优化，本发明中Mn含量优选控制为0.50％-0.90％。Cr是一种高碳钢中常用的中强碳化物形成元素，能够提高奥氏体的稳定性，阻止热轧时晶粒的长大；推迟碳化物的形核与生长，使钢的连续冷却转变曲线向右下方移动，细化珠光体片层间距，从而显著提高盘条的强度，但高Cr含量容易造成控冷过程淬火组织的产生。因此，本发明中Cr含量优选为0.15％-0.30％。V可以通过细化晶粒，提高盘条的强度和韧性，因此本发明中V优选加入量为0.01-0.06％。即本发明生产超高强钢绞线用盘条的与原料化学成分按照质量百分比包括：C：0.80％-0.95％，Si：0.70％-1.00％，Mn：0.50％-0.90％，P≤0.020％、S≤0.005％，V：0.01-0.06％，Cr：0.15％-0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。

根据以上设计的成分，本发明人还基于目前常采用的超高强钢绞线用钢生产工艺流程：铁水预处理—转炉—精炼—VD真空处理—连铸—开坯—轧制，通过调整优化工艺参数，获得本发明的生产工艺，其包括：

铁水预处理后入炉铁水条件满足Si：0.3～0.7％，S≤0.015％，P≤0.120％，Ti≤0.10％，T≥1250℃。带渣量不得超过0.5％。转炉采用高拉碳工艺，出钢终点成分C≥0.15％，P≤0.020％，S≤0.015％，T：1610～1630℃。转炉出钢合金化加入顺序低氮增碳剂+硅铁+硅锰(锰铁)。精炼调整氩气流量，控制吹开区域直径约300-400mm。整个精炼过程保证包内气氛为还原性气氛，加热过程略微冒烟。VD真空度≤0.10KPa，目标值≤0.06KPa，深真空时间≥15min，破真空后喂入硅钙线，软吹控制软吹时间15min以上，软吹过程不得裸露钢水。连铸覆盖剂使用碳化稻壳或者低碱度覆盖剂，生产前需对结晶器、足辊与扇形段辊子进行对中确认。过热度控制开浇第1炉温度35-55℃，第2炉以后炉次中包温度需控制在20-30℃。开浇第1炉拉速控制在0.4m/min，其余炉次恒拉速浇注，控制目标0.65m/min。

超高强钢绞线用高碳、高硅、低锰盘条轧制开启高压水除鳞，保证除鳞水的工作压力及水嘴的通畅。要求除鳞水压力≥10MPa，保证钢坯表面氧化铁皮全部去除干净。加热炉加热温度控制为：预热700±20℃、加热段1100±20℃、均热段1150±20℃，残氧控制在1％-4％，减少脱碳倾向，同时提高加热段和均热段温度，增强C及合金原子的扩散，降低中心偏析程度，提高成材率及产品质量。加热时间为105±5min，开轧温度1020±15℃。22道次连续轧制工序中，精轧入口温度为910±20℃，吐丝温度为920±10℃，提高了吐丝温度，进而提高相变前奥氏体晶粒尺寸，增强相变过程淬透性，从而有利于提高盘条的抗拉强度。斯太尔摩冷却工艺中，为了减小同圈差的强度，加快盘条的冷却速度，起步辊道速度0.76m/s，总共有10架风机，1-6架风机开启度100％，7架关，8架风机开启度50％，9、10架风机开启度100％，保温罩全开。最终制备得到本发明的超高强度钢绞线用盘条，盘条直径为14mm，抗拉强度Rm为1350-1430MPa，断面收缩率Z为25-35％。

以下结合具体实施例详细说明本发明的内容。

实施例

各实施例超高强钢绞线用盘条的化学成分见表1。

生产工艺为：铁水预处理—转炉—精炼—VD真空处理—连铸。

铁水预处理：转炉用铁水采用KR法脱硫，将所述铁水采用转速为90r/min的搅拌桨搅拌，搅拌2min后，加入脱硫剂，脱硫剂为9：1的质量比混合的石灰粉与萤石，搅拌反应10min，静置5min。铁水脱硫静置后扒除脱硫渣，稳定脱硫效果，防止脱硫渣进入转炉造成转炉回硫，经过预处理后铁水中Si：0.3～0.7％，S≤0.015％，P≤0.120％，Ti≤0.10％，T≥1250℃。

转炉：采用顶底复吹进行脱碳、脱磷，1650℃下冶炼至钢液中碳含量不低于0.15％、磷含量低于0.01％出钢，出钢过程中采用保护气体以0.5MPa的压力搅拌钢液，出钢进行至1/4时加入硅铁、硅锰合金脱氧，加入碳粉和造渣料，出钢时挡渣，防止大量下渣。

精炼：采用LF炉外精炼，1575℃下脱氧至钢液中含氧量为0.002％，加入锰铁、硅铁、铬铁及钒铁合金元素，精炼采用无铝脱氧，加热过程加入石英砂和小块灰，根据定氧和炉渣情况，加入硅铁粉，脱氧剂要求撒在渣子表面，待下次加热停止后蘸样观察渣子颜色，如透明玻璃渣，则视为白渣造好，否则继续撒入脱氧剂。

VD真空处理：VD真空度实际控制0.06KPa，深真空时间为18min，破真空后喂入硅钙线，软吹控制软吹时间19min，软吹过程钢水未裸露出。

连铸：尽量保证恒拉速进行拉钢，拉速控制在0.65m/min，铸坯断面为280mm380mm，铸坯长度为9.0m。铸坯外形尺寸及表面质量控制较好，未见脱方、结疤、接痕、夹渣、凹陷等缺陷。

轧制加热炉加热温度控制为：预热700±20℃、加热段1100±20℃、均热段1150±20℃，残氧控制在1％-4％，加热时间为105±5min。开轧温度1020±15℃，精轧入口温度为910±20℃，起步辊道速度0.76m/s，1-6架风机开启度100％，7架关，8架风机开启度50％，9、10架风机开启度100％，保温罩全开。

轧制下线经过30天时效后检验力学性能，具体检验结果如表2所示。超高强钢绞线盘条的组织和性能指标能够满足用户使用要求，超高强钢绞线经用户拉拔使用制成绞线后的力学性能检验结果如表3所示，可见钢绞线强度级别均大于2000MPa级，最高强度可达到2400MPa，大大提高了现有钢绞线的强度。

表1：超高强钢绞线用钢的化学成分/％

表2：超高强钢绞线用盘条时效后力学性能检验结果

实施例	抗拉强度/MPa	面缩率/％	索氏体化率/％
				实施例1	1358	28	93
实施例2	1369	29	89
				实施例3	1406	32	95
实施例4	1378	33	91
				实施例5	1368	35	90
实施例6	1349	30	90
				实施例7	1332	29	89

表3：超高强钢绞线力学性能检验结果

实施例	抗拉强度/MPa	延伸率/％
			实施例1	2313	6.5
实施例2	2306	5.5
			实施例3	2298	6.0
实施例4	2321	6.0
			实施例5	2300	6.5
实施例6	2295	5.0
			实施例7	2264	5.0

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超高强钢绞线用盘条，其特征在于，所述超高强钢绞线用盘条的化学成分按照质量百分比包括：C：0.80％-0.95％，Si：0.70％-1.00％，Mn：0.50％-0.90％，P≤0.020％、S≤0.005％，V：0.01-0.06％，Cr：0.15％-0.30％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.权利要求1所述的超高强钢绞线用盘条的制备方法，其包括以下工艺：铁水预处理—转炉—精炼—VD真空处理—连铸—开坯—轧制，其中：

经过铁水预处理工艺后铁水中Si：0.3～0.7％，S≤0.015％，P≤0.120％，Ti≤0.10％，T≥1250℃；

所述转炉工艺采用顶底复吹进行脱碳、脱磷，1650℃下冶炼至钢液中碳含量不低于0.15％、磷含量低于0.01％出钢，出钢终点成分C≥0.15％，P≤0.020％，S≤0.015％，T：1610～1630℃；

所述VD真空处理工艺中VD真空度≤0.10KPa，目标值≤0.06KPa，深真空时间≥15min，破真空后喂入硅钙线，软吹控制软吹时间15min以上；

所述连铸工艺中，过热度控制开浇第1炉温度35-55℃，第2炉以后炉次中包温度控制在20-30℃，开浇第1炉拉速控制在0.4m/min，其余炉次恒拉速浇注，控制目标0.65m/min；

所述轧制工艺中，轧制加热炉加热温度控制为：预热700±20℃、加热段1100±20℃、均热段1150±20℃，残氧控制在1％-4％，加热时间为105±5min；开轧温度1020±15℃，精轧入口温度为910±20℃，起步辊道速度0.76m/s，1-6架风机开启度100％，7架关，8架风机开启度50％，9、10架风机开启度100％，保温罩全开。