CN112458356B

CN112458356B - 一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条及制备方法

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Publication number: CN112458356B
Application number: CN202011101174.9A
Authority: CN
Inventors: 来永彪; 许加陆; 廖家明; 赵阳; 沈艳; 徐乐前; 屈志东
Original assignee: Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Current assignee: Zhongtian Iron And Steel Group Huai'an New Materials Co ltd; Zenith Steel Group Co Ltd; Changzhou Zenith Special Steel Co Ltd
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2040-10-15
Also published as: CN112458356A

Abstract

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条及制备方法。采用铁水预处理+转炉冶炼+LF精炼+CCM连铸+控轧控冷的工艺生产，通过上述工艺φ14mm盘条可采用常规拉拔工艺生产，经拉拔、镀锌后的成品钢丝强度高于1860MPa，扭转值≥17次，盘条能保证心部网状渗碳体级别≤1.0级，脱碳深度能保证≤0.7％D，索氏体化率最高可达95％以上，珠光体片层间距可保证在100‑150nm，可以适应特大跨度桥梁建设需要。

Description

一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条及制备方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条及制备方法。

背景技术

悬索桥和斜拉索桥是目前跨越海湾、峡谷、大江、大河的大跨度桥梁设计的首选形式。悬索桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索作为上部结构主要承重构件的桥梁，从缆索垂下许多吊杆，吊住桥面。斜拉索桥由拉索、索塔、主梁和桥面组成，桥面荷载经主梁传给拉索、再由拉索传到索塔。

随着桥梁跨径的增加，对桥梁缆索用关键原材料镀锌钢丝提出了更高的性能要求，研究超高强度桥梁缆索用镀锌钢丝已成为人们关注的重点。目前桥梁缆索用镀锌钢丝强度等级由1670MPa发展到目前广泛应用的1770MPa，并逐步向1860MPa级别推进。

CN102634730A，1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条及制造方法中采用两火成材工艺，工艺流程为320*425mm²连铸坯为开坯后经探伤、修磨后进行二次加热轧制，此工艺生产流程长、能耗高、铸坯修磨降低了成材率，极大的增加了生产成本，此外上述专利中含Si、Ni，Si高增加了轧钢生产难度，若控制不当极易脱碳，此外Si含量较高利于促进钢中石墨化，高碳钢中控制不当会带来不利影响；其次，Ni的存在会增加Si的石墨化作用，含Ni钢会导致加热时形成的一次氧化铁皮难以去除，最终在盘条上呈现翘皮缺陷，影响盘条拉拔，降低生产合格率，从而增加成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条及制造方法，无须盐浴处理，可采用常规拉拔工艺生产，经拉拔、镀锌后的成品钢丝强度高于1860MPa，扭转值≥17次，可以适应特大跨度桥梁建设需要。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用盘条，按照重量百分比其组成为：C：0.84-0.88％，Si：0.15-0.25％，Mn：0.65-0.80％，Cr：0.35-0.45％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明钢的成分设计中：

C，是保证盘条及镀锌钢丝高强度所必需的化学成分，盘条在高温轧制后的控冷过程中将形成以索氏体为主的显微组织，该组织中渗碳体片层将起到强化材料的作用。在该合金成分体系下，当盘条碳含量低于0.80％时材料的强度将无法达到要求。提高合金碳含量将有利于控冷过程中盘条中形成更大体积分数的渗碳体，从而使得材料强度提高。但当钢中碳含量过高时将导致合金凝固过程中成分偏析加剧，材料韧性恶化。因此，C含量的范围选择为0.84-0.88％。

Si，冶炼过程中Si元素常作为脱氧剂加入钢中，同时固溶于铁素体相中的Si将起到强化材料的作用，可以提高原始盘条的强度，同时促进铁素体和渗碳体两相的协调变形，减少钢丝热镀锌铝时强度的损失，但含量过高会使钢在高温加热时易脱碳且则使得所述珠光体中的铁素体相的延展性降低，使得拉丝后的延展性降低。当Si含量少而低于0.10％时，脱氧效果和强度提高效果不充分，因此下限为0.15％(优选为0.20％以上)。

Mn，在炼钢过程也常作为脱氧剂添加，同时Mn易与钢中的有害元素S结合形成MnS，防止热脆化的效果。此外，Mn还是钢中常用的强化元素，主要起到固溶强化的作用，但当Mn含量过高时将增大钢晶粒粗化和成分偏析倾向，另一方面Mn是容易偏析元素，特别是线材的中心偏析，对拉拔加工性有不利影响，其次Mn元素有促进晶粒长大的作用，对钢的过热敏感，且本钢中的细化晶粒元素含量低；Mn含量过高，引起线材的抗拉强度升高，塑性指标下降，为了获得优良的显微组织、力学性能及拉拔加工性能因此选择Mn的范围在0.65～0.80％。

P、S元素属于易偏析元素，且可造成钢的冷脆、热脆，含量过高将显著降低成品镀锌钢丝的扭转性能，因此需要在炼钢过程中加以控制，为改善成品钢丝的韧性将P含量控制在0.015％以下、S含量控制在0.010％以下。

Cr元素作为强碳化物元素，将有利于提高钢的奥氏体稳定性，增加淬透性，缩小珠光体的片层间距，有利于细片状珠光体(索氏体)组织的形成比例及提高组织的均匀性，使得拉拔性能优异，其次提高盘条及成品钢丝的强度，本发明控制Cr元素的范围为0.35-0.45％。

Al元素在炼钢中可作为脱氧元素，生成不易破碎的Al₂O₃，生产时易在水口处附着，易产生水口结瘤，影响浇注过程，其次生成的Al₂O₃在盘条后续拉拔时不易变形及破损，会降低盘条的拉拔性能。因此尽量降低Al含量。本发明中控制Al≤0.005％。

本发明的桥梁缆索用钢的生产方法，其生产工艺路线为：采用铁水预处理+转炉冶炼+LF精炼+CCM连铸+控轧控冷的工艺路线生产。

生产流程如下：

(1)冶炼：铁水经KR脱硫使铁水S含量≤0.003％，并扒去脱硫渣，后输送至转炉进行冶炼，转炉冶炼保证出钢P含量≤0.015％，温度＞1600℃，出钢使用碳化硅脱氧，加入硅铁、硅锰、高碳铬铁调整成分，精炼时采用低碱度渣(由CaO/SiO₂在1.0～3.0之间、MgO含量占比5％-15％、Al₂O₃含量占比≤15％、CaF₂含量占比≤15％，其余为不可避免杂质及精炼过程产生的磷酸钙等所组成的烧结熟料)，控制夹杂物在低熔点区，保证良好的可变形性。精炼结束保证软吹Ar时间≥15min，使非金属夹杂物充分上浮，保证了钢坯的高纯净性。连铸工序通过1#连铸机浇注成160mm*160mm小方坯，采用先进的结晶器电磁搅拌(电流/频率300A/3Hz)、末端电磁搅拌电流/频率(340A/6Hz)以及二冷区强冷方式(1.40L/kg比水量)，降低铸坯的偏析。

(2)轧制：所得160*160mm²铸坯送至线材厂加热炉，采用高温轧制工艺轧制；加热一段850-950℃，加热二段1170-1220℃，均热段1180-1230℃，为控制轧材脱碳，控制空燃比0.4-0.5。通过充分提高加热温度，能够让Mn、Cr、C等合金元素充分而均匀溶解在奥氏体相中，为后续冷却过程中均匀析出，有效地控制细化显微组织珠光体片层间距及均匀性做准备。开轧温度1100-1150℃，吐丝温度760-800℃，轧制盘条规格为Φ14mm。

本发明高温加热的目的在于：促进碳及合金元素扩散，减轻碳及合金元素偏析，使组织均匀致密，减轻网碳同时配备适当的轧制及冷却工艺可以有效减少心部的马氏体组织等。同时，本发明通过控制加热炉内的空燃比，阻止和减少了钢坯脱碳。

(3)控冷：盘条经吐丝机后散布在斯太尔摩辊道上，通过调节风机风量及佳灵装置控制盘条组织转变，1#-8#风机风量为100％，控制相变温度，9#-13#风机风量为90％，控制相变温升在50℃以内，保证等温相变；1#-13#台保温罩打开，14#-22#保温罩关闭，较低的冷却速度使组织转变均匀，降低盘条残余应力。调整各台佳灵开度，佳灵开度：1#-20％，2#-20％，3#-50％，4#-45％，5#-45％，6#-41％，7#-45％，8#-45％，9#-45％，10#-50％，11#-55％，12#-68％，13#-50％，保证搭接点与非搭接点冷却速率一致，缩小两者性能及组织差异，提高盘条通包及通圈性能。

过共析钢轧后开始冷却的温度落在二次碳化物析出区间(Acm-A1)内，使用佳灵装置可以调节风量，可以使盘条冷却更均匀。

通过上述工艺φ14mm盘条强度可达1240-1320MPa，断面收缩率≥35％，盘条经拉拔、镀锌、稳定化处理后钢丝强度完全满足≥1860MPa，扭转次数≥17次。φ14mm盘条能保证心部网状渗碳体级别≤1.0级，脱碳深度能保证≤0.7％D，索氏体化率最高可达95％以上，珠光体片层间距可保证在100-150nm。

附图说明

图1为本发明实施例1盘条组织金相照片；

图2为本发明实施例1盘条脱碳金相照片；

图3为实施例1盘条网碳金相照片；

图4为实施例1盘条珠光体片层间距金相照片；

图5为实施例1盘条夹杂物成分三元图

图6为对比实施例1盘条网碳金相照片；

图7为对比实施例2盘条组织金相照片；

图8为对比实施例2盘条网碳金相照片；

图9为对比实施例2盘条珠光体片层间距金相照片；

图10为对比实施例3盘条脱碳金相照片；

图11为对比实施例4盘条夹杂物成分三元图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述，但不限于此。

实施例

采用KR→转炉冶炼→LF炉精炼→CCM→轧制。

冶炼成品成份控制：C：0.84-0.88％，Si：0.15-0.25％，Mn：0.65-0.80％，Cr:0.35-0.45％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al≤0.005％，其余为Fe(具体见表1)。

铁水预先经过KR脱硫后保证S含量≤0.003％，随后转炉采用铁水、生铁及优质废钢作为原料，总装入量控制在130吨，铁水比89％，生铁加入量为5.5吨，其余为优质废钢。出钢终点成分C：0.08％、P：0.012％、出钢温度T：1661℃，出钢量125.5吨，采用滑板挡渣，严禁下渣；出钢过程依次加入适量硅铁、硅锰、高碳铬铁、石灰、适量萤石。

LF精炼前期视炉渣情况加入0-300kg/炉石灰或0-300kg/炉石英砂，保证炉渣低碱度1.0～3.0，渣面以碳化硅脱氧；精炼时采用低碱度渣(由CaO/SiO₂在1.0～3.0之间、MgO含量占比5％-15％、Al₂O₃含量占比≤15％、CaF₂含量占比≤15％，其余为不可避免杂质及精炼过程产生的磷酸钙等所组成的烧结熟料，精炼结束保证软吹Ar时间≥15min，使非金属夹杂物充分上浮，保证了钢坯的高纯净性。

连铸工序通过1#连铸机浇注成160mm*160mm小方坯，采用先进的结晶器电磁搅拌(电流/频率300A/3Hz)、末端电磁搅拌电流/频率(340A/6Hz)以及二冷区强冷方式(1.40L/kg比水量)，降低铸坯的偏析。

所得铸坯送至线材厂加热炉，轧制规格Φ14mm。加热炉温度加热一段850-950℃，加热二段1170-1220℃，均热段1180-1230℃，控制空燃比0.4-0.5。吐丝温度760-800℃，盘条经吐丝机成卷后落在斯太尔摩辊道上，经13台风机冷却，1#-8#风机风量为100％，控制相变温度，9#-13#风机风量为90％，控制相变温升在50℃以内，保证盘条等温相变；1#-13#台保温罩打开，14#-22#保温罩关闭；佳灵开度：1#-20％，2#-20％，3#-50％，4#-45％，5#-45％，6#-41％，7#-45％，8#-45％，9#-45％，10#-50％，11#-55％，12#-68％，13#-50％。

对比实例1

采用上述实施例1成分，铸坯实际加热炉温度实际炉温加热一段850-950℃，加热二段1120-1165℃，均热段1140-1180℃，其余工艺参数不变。

对比实例2

采用实施例1中的成分及加热工艺及吐丝工艺，风冷工艺改为开13台风机冷却，1#-8#风机风量为80％，9#-13#风机风量为75％。

对比实例3

采用上述实施例1成分，铸坯加热温度同实例1，控制空燃比0.53-0.6，其余工艺参数不变。

对比实例4

将实施例1中工艺精炼渣改为使用高碱度渣(由CaO/SiO₂在3.0～5.0之间、MgO含量占比5％-15％、Al₂O₃含量占比15-25％、CaF₂含量占比≤15％，其余为不可避免杂质及精炼过程产生的磷酸钙等所组成的烧结熟料)，其余工艺参数不变。

表1

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Al
								1	0.84	0.20	0.75	0.010	0.006	0.38	0.0017
2	0.86	0.18	0.70	0.013	0.008	0.35	0.0033
								3	0.84	0.21	0.78	0.009	0.005	0.42	0.0033
4	0.88	0.19	0.65	0.011	0.005	0.35	0.0023

上述生产的盘条力学性能及盘条经拉拔、镀锌、稳定化处理后的钢丝性能如表2：

表2

对比实例结果如下，对比实施例1中高温扩散效果降低，导致盘条网状渗碳体加重；对比实施例2采用降低风量，结果为盘条强度低于实施例1，网状渗碳体略微恶化，并且索氏体化率明显低于实施例1，片层间距增大。对比实例3采用提高空燃比，空燃比增大导致脱碳超标(要求≤0.7％D)；对比实例4采用高碱度精炼渣，夹杂物处于低熔点外，为不变形夹杂物。四个对比实例盘条生产的镀锌钢丝扭转次数明显降低，不符合要求。

Claims

1.一种1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条的制备方法，采用铁水预处理+转炉冶炼+LF精炼+CCM连铸+控轧控冷的工艺路线，其特征在于，所述制备方法具体步骤如下：

(1)冶炼：铁水经KR脱硫使铁水S含量≤0.003％，并扒去脱硫渣，后输送至转炉进行冶炼，转炉冶炼保证出钢P含量≤0.015％，温度＞1600℃，出钢使用碳化硅脱氧，加入硅铁、硅锰、高碳铬铁调整成分；精炼时采用低碱度渣，精炼结束保证软吹Ar时间≥15min；连铸工序通过1#连铸机浇注成160mm*160mm小方坯，采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌以及二冷区强冷方式，降低铸坯的偏析；

(2)轧制：所得160*160mm²铸坯送至线材厂加热炉，采用高温轧制工艺轧制；

具体为：加热一段850-950℃，加热二段1170-1220℃，均热段1180-1230℃，控制空燃比0.4-0.5，开轧温度1100-1150℃，吐丝温度760-800℃，轧制盘条规格为Φ14mm；

(3)控冷：盘条经吐丝机后散布在斯太尔摩辊道上，通过调节风机风量及佳灵装置控制盘条组织转变；

控制风机风量为：1#-8#风机风量为100％，9#-13#风机风量为90％，1#-13#台保温罩打开，14#-22#保温罩关闭；调整各台佳灵开度，佳灵开度：1#-20％，2#-20％，3#-50％，4#-45％，5#-45％，6#-41％，7#-45％，8#-45％，9#-45％，10#-50％，11#-55％，12#-68％，13#-50％；

镀锌钢丝用盘条，按照重量百分比其组成为：C：0.84-0.88％，Si：0.15-0.25％，Mn：0.65-0.80％，Cr：0.35-0.45％，P≤0.015％，S≤0.010％，Al≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述低碱度渣为：由CaO/SiO₂在1.0～3.0之间、MgO含量占比5％-15％、Al₂O₃含量占比≤15％、CaF₂含量占比≤15％，其余为不可避免杂质及精炼过程产生的磷酸钙所组成的烧结熟料。

3.如权利要求1所述的1860MPa级桥梁缆索镀锌钢丝用φ14mm盘条的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述连铸工序结晶器电磁搅拌电流/频率300A/3Hz、末端电磁搅拌电流/频率340A/6Hz，二冷区强冷比水量1.40L/kg。