CN112301287B - 预应力钢绞线、预应力钢绞线用盘条及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种预应力钢绞线、预应力钢绞线用盘条及其生产方法。所述预应力钢绞线用盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.70～0.85％，Cr 0.25～0.35％，V 0.04～0.08％，Al 0.01～0.03％，Ti≤0.05％，B≤0.0020％，Cu≤0.10％，Ni≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其直径为16mm，抗拉强度为1320～1380MPa，断面收缩率≥28％，断后伸长率≥10％，不仅可作为直径为21.5～24.2mm、抗拉强度≥1860MPa的预应力钢绞线的生产用母材，而且可作为直径为21.5～22.0mm、抗拉强度≥1960MPa的预应力钢绞线的生产用母材。所述生产方法包括铁水预脱硫、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、高线轧制、控温冷却和集卷工序，结合对化学成分和比例的控制，控制网状碳化物异常组织，提高产品的抗拉强度、断后伸长率等性能。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种预应力钢绞线用盘条，还涉及一种由所述预应力钢绞线用盘条进一步加工出的预应力钢绞线，以及一种预应力钢绞线用盘条的生产方法。
背景技术
预应力钢绞线是一种重要的承载材料，主要应用于桥梁、铁路、公路、机场、展馆、大型工业建筑、矿井、水利、能源和岩土锚固等大型工程，具有抗拉强度高、延伸率好、松弛值低、应力损失小、抗疲劳性能优良等特点。随着工程技术的不断进步，对预应力钢绞线的要求也越来越高，往往需要预应力钢绞线具有更大的承载能力、更长的使用寿命。
1×7结构预应力钢绞线是最常用的预应力钢绞线，国标GB≥T 5224-2014中，1×7结构预应力钢绞线的直径的最大规格为21.6mm。增大直径是提高预应力钢绞线承载能力的一种重要措施，但是当钢绞线的直径增大到一定程度时，盘条的形变强化作用降低，钢绞线的强度反而下降。为了满足新基建大型工程的需求，亟需开发更大规格、更高强度的预应力钢绞线，而开发更大规格、更高强度预应力钢绞线的关键在于提供大规格、高强度、高延展性的盘条。
发明内容
为了解决如上技术问题的至少其一，本发明的目的在于提供一种预应力钢绞线用盘条，还涉及一种由所述预应力钢绞线用盘条进一步加工出的预应力钢绞线，以及一种预应力钢绞线用盘条的生产方法。
为实现上述目的之一，本发明一实施方式提供了一种预应力钢绞线用盘条，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.70～0.85％，Cr0.25～0.35％，V 0.04～0.08％，Al 0.01～0.03％，Ti≤0.05％，B≤0.0020％，Cu≤0.10％，Ni≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。该预应力钢绞线用盘条可作为直径为21.5～24.2mm、抗拉强度≥1860MPa的预应力钢绞线的生产用母材，优选地，还可以作为直径为21.5～22.0mm、抗拉强度≥1960MPa的预应力钢绞线的生产用母材。
通过控制化学成分及其质量百分比，来控制预应力钢绞线用盘条的尺寸、强度、塑韧性以及抗松弛性能，其中，通过控制盘条中的C、Si、Mn、Cr、V、Al、Ti、B、Cu、Ni等元素含量及降低碳偏析来控制预应力钢绞线用盘条的组织、强度及塑性，有效抑制网状渗碳体的产生、减弱渗碳体在奥氏体晶界的偏聚，提高奥氏体的稳定性。
优选地，所述预应力钢绞线用盘条，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.70～0.85％，Cr 0.25～0.35％，V 0.04～0.08％，Al 0.01～0.03％，Ti 0.002～0.05％，B 0.0002～0.0020％，Cu 0.01～0.10％，Ni 0.01～0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
优选地，所述预应力钢绞线用盘条的直径为16mm，抗拉强度为1320～1380MPa，断面收缩率≥28％，断后伸长率≥10％，可进一步拉拔制备具有较大直径、较高强度的钢丝，进而捻制具有更大直径、更高强度的预应力钢绞线。
相应的，为实现上述目的之一，本发明一实施方式还提供了一种预应力钢绞线，所述预应力钢绞线由所述预应力钢绞线用盘条为母材制备而成，所述预应力钢绞线的制备方法包括：
拉拔：将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成中心钢丝和表层钢丝；
捻股：将六根所述表层钢丝围绕一根所述中心钢丝绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线；
稳定化处理：对所述预应力钢绞线预加张力，并加热。
通过控制拉拔中心钢丝和表层钢丝的直径不同，可以制备出不同规格尺寸的预应力钢绞线。
优选地，所述预应力钢绞线的直径为21.5～24.2mm，抗拉强度≥1860MPa，不仅突破了当前行业中1×7结构预应力钢绞线的尺寸规格，而且可以满足当前行业对抗拉强度≥1860MPa级别的要求。
优选地，所述预应力钢绞线的直径为21.5～22.0mm，抗拉强度≥1960MPa，不仅突破了当前行业中1×7结构预应力钢绞线的尺寸规格，而且可以满足当前行业对抗拉强度≥1960MPa级别的要求。
为实现上述目的之一，本发明一实施方式还提供了一种预应力钢绞线用盘条的生产方法，采用依序进行的铁水预脱硫、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、高线轧制、控温冷却和集卷的工序制备所述预应力钢绞线用盘条，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.70～0.85％，Cr 0.25～0.35％，V0.04～0.08％，Al 0.01～0.03％，Ti≤0.05％，B≤0.0020％，Cu≤0.10％，Ni≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述连铸工序中，中间包过热度为15～25℃，连铸过程增氮量≤0.0002％；
所述控温冷却工序中，吐丝温度为850～880℃，珠光体相变前的平均冷速≥8.5℃≥≥，珠光体相变至集卷的平均冷速为0.7～0.9℃≥≥；
所述集卷工序中，集卷温度为550～590℃。
这样，本发明一实施方式的所述生产方法，通过控制化学成分、比例、以及降低碳偏析来控制预应力钢绞线用盘条的组织、强度及塑性，结合控制连铸、控制冷却等工序，减弱成分偏析，尤其是减小偏析严重位置处的碳含量，从而有效抑制网状渗碳体的产生、减弱渗碳体在奥氏体晶界的偏聚，抑制先共析碳化物的形成，提高奥氏体的稳定性，控制网状碳化物异常组织，防止拉拔断丝，实现对预应力钢绞线用盘条的化学成分的精确控制，提高产品的抗拉强度、断后伸长率等性能，进而确保其制备出的预应力钢绞线具有较大直径和较高抗拉强度。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中，所述连铸坯的横截面偏析处最高碳含量≤1.02％，最大偏析比≤1.07，以减弱成分偏析，减小偏析严重位置处的碳含量，从而抑制网状碳化物的产生。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述连铸工序中，拉速为2.70m≥min，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流为500A，频率为4.0Hz，连铸采用四辊轻压下，四辊的压下量分别为1.0mm、3.0mm、2.0mm和2.0mm，通过控制拉速、减小液面波动，进一步减小凝固偏析。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控制冷却工序中，采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为0.90m≥≥，风冷线1～8#风机风量为100％，9～12#风机风量为10～80％，其余风机关闭。通过控制辊道速度和风量，珠光体相变前强冷，以最大限度地发挥风冷作用，抑制网状渗碳体的形成，珠光体相变过程及珠光体相变后弱冷，可以防止形成马氏体异常组织。
具体实施方式
本发明一实施方式提供了一种预应力钢绞线用盘条，以及一种预应力钢绞线用盘条的生产方法。
本发明的预应力钢绞线用盘条，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.70～0.85％，Cr 0.25～0.35％，V 0.04～0.08％，Al 0.01～0.03％，Ti≤0.05％，B≤0.0020％，Cu≤0.10％，Ni≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
进一步地，所述的预应力钢绞线用盘条，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.70～0.85％，Cr 0.25～0.35％，V 0.04～0.08％，Al0.01～0.03％，Ti 0.002～0.05％，B 0.0002～0.0020％，Cu 0.01～0.10％，Ni 0.01～0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
所述预应力钢绞线用盘条的直径为16mm，经大量试验研究可证，所述预应力钢绞线用盘条的抗拉强度为1320～1380MPa，断面收缩率≥28％，断后伸长率≥10％。
并且，所述预应力钢绞线用盘条可作为生产用母材，拉拔制备出具有较高强度的中心钢丝和表层钢丝，不仅可以捻制成直径为21.5～24.2mm，抗拉强度≥1860MPa的预应力钢绞线，而且可以捻制成直径为21.5～22.0mm，抗拉强度≥1960MPa的预应力钢绞线。
换个角度讲，本发明一实施方式还提供一种预应力钢绞线，所述预应力钢绞线由所述预应力钢绞线用盘条为母材制备而成。
具体地，所述预应力钢绞线的制备方法包括：
拉拔：将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成中心钢丝和表层钢丝；
捻股：将六根所述表层钢丝围绕一根所述中心钢丝绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线；
稳定化处理：对所述预应力钢绞线预加张力，并加热。
也就是说，所述预应力钢绞线用盘条进一步经过拉拔、捻股、稳定化处理，即可制备得到所述预应力钢绞线。例如，所述预应力钢绞线用盘条进一步进行拉拔、捻股、稳定化处理工序即可制备得到直径为21.5～24.2mm，抗拉强度≥1860MPa的所述预应力钢绞线，优选地，也可以制备得到直径为21.5～22.0mm，抗拉强度≥1960MPa的所述预应力钢绞线。
本发明一实施方式还提供了一种制备所述预应力钢绞线用盘条的生产方法，采用依序进行的铁水预脱硫、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、高线轧制、控温冷却和集卷的工序制备所述预应力钢绞线用盘条，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分以质量百分比计包括：C0.90～0.95％，Si 0.20～0.40％，Mn 0.70～0.85％，Cr 0.25～0.35％，V 0.04～0.08％，Al 0.01～0.03％，Ti≤0.05％，B≤0.0020％，Cu≤0.10％，Ni≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述连铸工序中，中间包过热度为15～25℃，连铸过程增氮量≤0.0002％；
所述控温冷却工序中，吐丝温度为850～880℃，珠光体相变前的平均冷速≥8.5℃≥≥，珠光体相变至集卷的平均冷速为0.7～0.9℃≥≥；
所述集卷工序中，集卷温度为550～590℃。
进一步地，所述连铸工序中，所述连铸坯的横截面偏析处最高碳含量≤1.02％，最大偏析比≤1.07。
进一步地，所述连铸工序中，拉速为2.70m≥min，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流为500A，频率为4.0Hz，连铸采用四辊轻压下，四辊的压下量分别为1.0mm、3.0mm、2.0mm和2.0mm。
进一步地，所述控制冷却工序中，采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为0.90m≥≥，风冷线1～8#风机风量为100％，9～12#风机风量为10～80％，其余风机关闭。
如前所述，本发明的所述生产方法，是依照大量的试验研究而得到的，以下结合具体实施例对所述生产方法中的各个工序作进一步说明。
实施例1
(1)铁水预脱硫；
(2)钢水冶炼：采用转炉冶炼，出钢温度为1645℃，出钢碳含量为0.10％；
(3)钢水精炼：采用底吹氩、炉外精炼及软吹等工艺，调控钢水中的化学成分，减少夹杂物和气体含量；
(4)连铸：采用全保护浇注，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流为500A，频率为4.0Hz，连铸采用四辊轻压下，四辊的压下量分别为1.0mm、3.0mm、2.0mm和2.0mm，从而制备成140×140mm2的连铸坯，并对连铸坯进行清理；其中，中间包过热度为20℃，连铸过程增氮量≤0.0002％，拉速为2.70m≥min；
对连铸坯的横截面低倍检验，测得偏析处最高碳含量为0.99％，最大偏析比为1.06；
(5)高线轧制：对连铸坯进行轧钢，制备成直径为16mm的预应力钢绞线用盘条，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分及其质量百分比信息如表1；其中，开轧温度为1050℃，精轧机入口温度为900℃；
(6)控温冷却：吐丝温度为870℃，珠光体相变前的平均冷速为9.2℃≥≥，珠光体相变至集卷的平均冷速为0.8℃≥≥；采用斯太尔摩控制冷却工艺，风机的额定风量为1.94×105m3≥h，入口段的辊道速度为0.90m≥≥，风冷线1～8#风机风量为100％，9#风机风量为80％，10#风机风量为60％，11#风机风量为30％，12#风机风量为10％，其余风机关闭，且15～24#风机段的保温罩启用；
经15天时效后，对制得的预应力钢绞线用盘条进行性能检测，测得的抗拉强度、断面收缩率、断后伸长率、网状碳化物级别、奥氏体晶粒度以及A、B、C、D夹杂物级别等如表2，盘条组织主要为索氏体、以及少量珠光体，无中心马氏体组织；
(7)集卷：集卷温度为568℃；
进一步对该盘条进行深加工，制备成预应力钢绞线，具体的制备方法包括：
(8)拉拔：将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的中心钢丝a’和b’，将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的表层钢丝a”和b”；其中，中心钢丝a’经八道次拉拔而成，其直径为8.30mm；中心钢丝b’经九道次拉拔而成，其直径为7.45mm；表层钢丝a”经八道次拉拔而成，其直径为8.05mm；表层钢丝b”经九道次拉拔而成，其直径为7.18mm；
(9)捻股：捻制成两种不同规格的预应力钢绞线a和b；其中，预应力钢绞线a是将六根表层钢丝a”围绕一根中心钢丝a’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线a；预应力钢绞线b是将六根表层钢丝b”围绕一根中心钢丝b’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线b；
(10)稳定化处理：对预应力钢绞线a和b分别预加张力，并加热，其中，绞线伸长率为1.8％。
对中心钢丝a’、表层钢丝a”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表3所示；对预应力钢绞线a进行测量和性能检测，预应力钢绞线a的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表3所示。
对中心钢丝b’、表层钢丝b”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表4所示；对预应力钢绞线b进行测量和性能检测，预应力钢绞线b的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表4所示。
实施例2
(1)铁水预脱硫；
(2)钢水冶炼：采用转炉冶炼，出钢温度为1642℃，出钢碳含量为0.09％；
(3)钢水精炼：采用底吹氩、炉外精炼及软吹等工艺，调控钢水中的化学成分，减少夹杂物和气体含量；
(4)连铸：采用全保护浇注，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流为500A，频率为4.0Hz，连铸采用四辊轻压下，四辊的压下量分别为1.0mm、3.0mm、2.0mm和2.0mm，从而制备成140×140mm2的连铸坯，并对连铸坯进行清理；其中，中间包过热度为18℃，连铸过程增氮量≤0.0002％，拉速为2.70m≥min；
对连铸坯的横截面低倍检验，测得偏析处最高碳含量为0.98％，最大偏析比为1.06；
(5)高线轧制：对连铸坯进行轧钢，制备成直径为16mm的预应力钢绞线用盘条，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分及其质量百分比信息如表1；其中，开轧温度为1050℃，精轧机入口温度为900℃；
(6)控温冷却：吐丝温度为870℃，珠光体相变前的平均冷速为9.3℃≥≥，珠光体相变至集卷的平均冷速为0.8℃≥≥；采用斯太尔摩控制冷却工艺，风机的额定风量为1.94×105m3≥h，入口段的辊道速度为0.90m≥≥，风冷线1～8#风机风量为100％，9#风机风量为80％，10#风机风量为60％，11#风机风量为30％，12#风机风量为10％，其余风机关闭，且15～24#风机段的保温罩启用；
经15天时效后，对制得的预应力钢绞线用盘条进行性能检测，测得的抗拉强度、断面收缩率、断后伸长率、网状碳化物级别、奥氏体晶粒度以及A、B、C、D夹杂物级别等如表2，盘条组织主要为索氏体、以及少量珠光体，未观察到网状碳化物和中心马氏体组织；
(7)集卷：集卷温度为562℃；
进一步对该盘条进行深加工，制备成预应力钢绞线，具体的制备方法包括：
(8)拉拔：将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的中心钢丝a’和b’，将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的表层钢丝a”和b”；其中，中心钢丝a’经八道次拉拔而成，其直径为8.30mm；中心钢丝b’经九道次拉拔而成，其直径为7.40mm；表层钢丝a”经八道次拉拔而成，其直径为8.05mm；表层钢丝b”经九道次拉拔而成，其直径为7.14mm；
(9)捻股：捻制成两种不同规格的预应力钢绞线a和b；其中，预应力钢绞线a是将六根表层钢丝a”围绕一根中心钢丝a’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线a；预应力钢绞线b是将六根表层钢丝b”围绕一根中心钢丝b’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线b；
(10)稳定化处理：对预应力钢绞线a和b分别预加张力，并加热，其中，绞线伸长率为1.7％。
对中心钢丝a’、表层钢丝a”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表3所示；对预应力钢绞线a进行测量和性能检测，预应力钢绞线a的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表3所示。
对中心钢丝b’、表层钢丝b”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表4所示；对预应力钢绞线b进行测量和性能检测，预应力钢绞线b的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表4所示。
实施例3
(1)铁水预脱硫；
(2)钢水冶炼：采用转炉冶炼，出钢温度为1647℃，出钢碳含量为0.11％；
(3)钢水精炼：采用底吹氩、炉外精炼及软吹等工艺，调控钢水中的化学成分，减少夹杂物和气体含量；
(4)连铸：采用全保护浇注，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流为500A，频率为4.0Hz，连铸采用四辊轻压下，四辊的压下量分别为1.0mm、3.0mm、2.0mm和2.0mm，从而制备成140×140mm2的连铸坯，并对连铸坯进行清理；其中，中间包过热度为15℃，连铸过程增氮量≤0.0002％，拉速为2.70m≥min；
对连铸坯的横截面低倍检验，测得偏析处最高碳含量为0.97％，最大偏析比为1.06；
(5)高线轧制：对连铸坯进行轧钢，制备成直径为16mm的预应力钢绞线用盘条，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分及其质量百分比信息如表1；其中，开轧温度为1051℃，精轧机入口温度为900℃；
(6)控温冷却：吐丝温度为850℃，珠光体相变前的平均冷速为9.0℃≥≥，珠光体相变至集卷的平均冷速为0.7℃≥≥；采用斯太尔摩控制冷却工艺，风机的额定风量为1.94×105m3≥h，入口段的辊道速度为0.90m≥≥，风冷线1～8#风机风量为100％，9#风机风量为80％，10#风机风量为60％，11#风机风量为30％，12#风机风量为10％，其余风机关闭，且15～24#风机段的保温罩启用；
经15天时效后，对制得的预应力钢绞线用盘条进行性能检测，测得的抗拉强度、断面收缩率、断后伸长率、网状碳化物级别、奥氏体晶粒度以及A、B、C、D夹杂物级别等如表2，盘条组织主要为索氏体、以及少量珠光体，未观察到网状碳化物和中心马氏体组织；
(7)集卷：集卷温度为550℃；
进一步对该盘条进行深加工，制备成预应力钢绞线，具体的制备方法包括：
(8)拉拔：将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的中心钢丝a’和b’，将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的表层钢丝a”和b”；其中，中心钢丝a’经八道次拉拔而成，其直径为8.3mm；中心钢丝b’经九道次拉拔而成，其直径为7.60mm；表层钢丝a”经八道次拉拔而成，其直径为8.05mm；表层钢丝b”经九道次拉拔而成，其直径为7.29mm；
(9)捻股：捻制成两种不同规格的预应力钢绞线a和b；其中，预应力钢绞线a是将六根表层钢丝a”围绕一根中心钢丝a’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线a；预应力钢绞线b是将六根表层钢丝b”围绕一根中心钢丝b’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线b；
(10)稳定化处理：对预应力钢绞线a和b分别预加张力，并加热，其中，绞线伸长率为1.6％。
对中心钢丝a’、表层钢丝a”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表3所示；对预应力钢绞线a进行测量和性能检测，预应力钢绞线a的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表3所示。
对中心钢丝b’、表层钢丝b”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表4所示；对预应力钢绞线b进行测量和性能检测，预应力钢绞线b的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表4所示。
实施例4
(1)铁水预脱硫；
(2)钢水冶炼：采用转炉冶炼，出钢温度为1643℃，出钢碳含量为0.10％；
(3)钢水精炼：采用底吹氩、炉外精炼及软吹等工艺，调控钢水中的化学成分，减少夹杂物和气体含量；
(4)连铸：采用全保护浇注，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流为500A，频率为4.0Hz，连铸采用四辊轻压下，四辊的压下量分别为1.0mm、3.0mm、2.0mm和2.0mm，从而制备成140×140mm2的连铸坯，并对连铸坯进行清理；其中，中间包过热度为25℃，连铸过程增氮量≤0.0002％，拉速为2.70m≥min；
对连铸坯的横截面低倍检验，测得偏析处最高碳含量为1.02％，最大偏析比为1.07；
(5)高线轧制：对连铸坯进行轧钢，制备成直径为16mm的预应力钢绞线用盘条，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分及其质量百分比信息如表1；其中，开轧温度为1055℃，精轧机入口温度为900℃；
(6)控制冷却：吐丝温度为880℃，珠光体相变前的平均冷速为8.5℃≥≥，珠光体相变至集卷的平均冷速为0.9℃≥≥；采用斯太尔摩控制冷却工艺，风机的额定风量为1.94×105m3≥h，入口段的辊道速度为0.90m≥≥，风冷线1～8#风机风量为100％，9#风机风量为80％，10#风机风量为60％，11#风机风量为30％，12#风机风量为10％，其余风机关闭，且15～24#风机段的保温罩启用；
经15天时效后，对制得的预应力钢绞线用盘条进行性能检测，测得的抗拉强度、断面收缩率、断后伸长率、网状碳化物级别、奥氏体晶粒度以及A、B、C、D夹杂物级别等如表2，盘条组织主要为索氏体、以及少量珠光体，未观察到网状碳化物和中心马氏体组织；
(7)集卷：集卷温度为590℃；
进一步对该盘条进行深加工，制备成预应力钢绞线，具体的制备方法包括：
(8)拉拔：将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的中心钢丝a’和b’，将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成两种不同规格的表层钢丝a”和b”；其中，中心钢丝a’经八道次拉拔而成，其直径为8.30mm；中心钢丝b’经九道次拉拔而成，其直径为7.45mm；表层钢丝a”经八道次拉拔而成，其直径为8.05mm；表层钢丝b”经九道次拉拔而成，其直径为7.18mm；
(9)捻股：捻制成两种不同规格的预应力钢绞线a和b；其中，预应力钢绞线a是将六根表层钢丝a”围绕一根中心钢丝a’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线a；预应力钢绞线b是将六根表层钢丝b”围绕一根中心钢丝b’绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线b；
(10)稳定化处理：对预应力钢绞线a和b分别预加张力，并加热，其中，绞线伸长率为1.9％。
对中心钢丝a’、表层钢丝a”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表3所示；对预应力钢绞线a进行测量和性能检测，预应力钢绞线a的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表3所示。
对中心钢丝b’、表层钢丝b”进行测量和性能检测，其抗拉强度和断后伸长率等信息如表4所示；对预应力钢绞线b进行测量和性能检测，预应力钢绞线b的直径、最大力Fm、抗拉强度Rm、0.2％屈服力Fp0.2、最大力总伸长率Agt、1000h应力松弛率r等信息如表4所示。
[表1]
[表2]
| 实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 抗拉强度，MPa | 1360 | 1340 | 1320 | 1380 |
| 断面收缩率，％ | 33 | 35 | 36 | 28 |
| 断后伸长率，％ | 12 | 12 | 12 | 10 |
| 网状碳化物级别 | 1级 | 无 | 无 | 1级 |
| 奥氏体晶粒度 | 8.0级 | 8.0级 | 8.0级 | 8.0级 |
| A夹杂物级别 | 1级 | 1级 | 1级 | 1级 |
| B夹杂物级别 | 0.5级 | 0.5级 | 0.5级 | 0.5级 |
| C夹杂物级别 | 0级 | 0.5级 | 0.5级 | 0.5级 |
| D夹杂物级别 | 1级 | 1级 | 0.5级 | 0.5级 |
[表3]
[表4]
综上所述，相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)通过控制化学成分及其质量百分比，来控制预应力钢绞线用盘条的尺寸、强度、塑韧性以及抗松弛性能，其中，通过控制盘条中的C、Si、Mn、Cr、V、Al、Ti、B、Cu、Ni等元素含量及降低碳偏析来控制预应力钢绞线用盘条的组织、强度及塑性，有效抑制网状渗碳体的产生、减弱渗碳体在奥氏体晶界的偏聚，提高奥氏体的稳定性；最终制备的直径为16mm的预应力钢绞线用盘条，其抗拉强度为1320～1380MPa，断面收缩率≥28％，断后伸长率≥10％，可进一步拉拔制备具有较大直径、较高强度的钢丝，进而捻制具有更大直径、更高强度的预应力钢绞线，尤其是直径为21.5～24.2mm、抗拉强度≥1860MPa的1×7结构预应力钢绞线，甚至1×7结构预应力钢绞线可实现直径为21.5～22.0mm、抗拉强度≥1960MPa，以满足新基建大型工程的需求。
(2)通过控制化学成分、比例、以及降低碳偏析来控制预应力钢绞线用盘条的组织、强度及塑性，结合控制连铸、控制冷却等工序，减弱成分偏析，尤其是减小偏析严重位置处的碳含量，从而有效抑制网状渗碳体的产生、减弱渗碳体在奥氏体晶界的偏聚，抑制先共析碳化物的形成，提高奥氏体的稳定性，控制网状碳化物异常组织，防止拉拔断丝，实现对预应力钢绞线用盘条的化学成分的精确控制，提高产品的抗拉强度、断后伸长率等性能，进而确保其制备出的预应力钢绞线具有较大直径和较高抗拉强度。
(3)进一步地，通过控制连铸坯的横截面偏析处最高碳含量和最大偏析比，可以减弱成分偏析，减小偏析严重位置处的碳含量，从而抑制网状碳化物的产生；通过控制连铸工序中的拉速、减小液面波动，可以进一步减小凝固偏析；通过控制冷却工序中的辊道速度和风量，使珠光体相变前强冷，以最大限度地发挥风冷作用，抑制网状渗碳体的形成，珠光体相变过程及珠光体相变后弱冷，可以防止形成马氏体异常组织。
Claims (10)
1.一种预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于，采用依序进行的铁水预脱硫、钢水冶炼、钢水精炼、连铸、高线轧制、控温冷却和集卷的工序制备所述预应力钢绞线用盘条，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95%，Si 0.20～0.40%，Mn 0.70～0.85%，Cr 0.25～0.35%，V 0.04~0.08%，Al 0.01~0.03%，Ti≤0.05%，B≤0.0020%，Cu≤0.10%，Ni≤0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；
所述连铸工序中，中间包过热度为15~25℃，连铸过程增氮量≤0.0002%；
所述控温冷却工序中，吐丝温度为850~880℃，珠光体相变前的平均冷速≥8.5℃/s，珠光体相变至集卷的平均冷速为0.7~0.9℃/s；
所述集卷工序中，集卷温度为550~590℃。
2.根据权利要求1所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中，所述连铸坯的横截面偏析处最高碳含量≤1.02%，最大偏析比≤1.07。
3.根据权利要求1所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于，所述连铸工序中，拉速为2.70m/min，结晶器采用电磁搅拌，搅拌电流为500A，频率为4.0Hz，连铸采用四辊轻压下，四辊的压下量分别为1.0mm、3.0mm、2.0mm和2.0mm。
4.根据权利要求1所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法，其特征在于，所述控制冷却工序中，采用斯太尔摩控制冷却工艺，入口段的辊道速度为0.90m/s，风冷线1~8#风机风量为100%，9~12#风机风量为10~80%，其余风机关闭。
5.一种预应力钢绞线用盘条，其特征在于，采用如权利要求1～4任一项所述的预应力钢绞线用盘条的生产方法制备而成，所述预应力钢绞线用盘条的化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95%，Si 0.20～0.40%，Mn 0.70～0.85%，Cr 0.25～0.35%，V 0.04~0.08%，Al 0.01~0.03%，Ti≤0.05%，B≤0.0020%，Cu≤0.10%，Ni≤0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
6.根据权利要求5所述的预应力钢绞线用盘条，其特征在于，其化学成分以质量百分比计包括：C 0.90～0.95%，Si 0.20～0.40%，Mn 0.70～0.85%，Cr 0.25～0.35%，V 0.04~0.08%，Al 0.01~0.03%，Ti 0.002~0.05%，B 0.0002~0.0020%，Cu 0.01~0.10%，Ni 0.01~0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
7.根据权利要求5所述的预应力钢绞线用盘条，其特征在于，其直径为16mm，抗拉强度为1320~1380MPa，断面收缩率≥28%，断后伸长率≥10%。
8.一种预应力钢绞线，其特征在于，采用由权利要求5~7任一项所述的预应力钢绞线用盘条为母材制备而成，所述预应力钢绞线的制备方法包括：
拉拔：将所述预应力钢绞线用盘条拉拔成中心钢丝和表层钢丝；
捻股：将六根所述表层钢丝围绕一根所述中心钢丝绞合成股，制得1×7结构的预应力钢绞线；
稳定化处理：对所述预应力钢绞线预加张力，并加热。
9.根据权利要求8所述的预应力钢绞线，其特征在于，其直径为21.5~24.2mm，抗拉强度≥1860MPa。
10.根据权利要求8所述的预应力钢绞线，其特征在于，其直径为21.5~22.0mm，抗拉强度≥1960MPa。
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Denomination of invention: Prestressed steel strand, wire rod for prestressed steel strand and its production method Effective date of registration: 20220721 Granted publication date: 20220621 Pledgee: China Construction Bank Zhangjiagang branch Pledgor: INSTITUTE OF RESEARCH OF IRON & STEEL,SHAGANG,JIANGSU PROVINCE Registration number: Y2022320010412 |