CN114657471A - 一种低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法 - Google Patents

一种低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，本发明通过“高铬/中硅/无贵重合金”的成分设计，结合“KR预处理→BOF转炉→LF精炼→RH真空脱气→小方坯连铸→钢坯精整→钢坯加热→控轧→新型DP控冷(风冷+雾冷)”的工艺流程，无需经大方坯开坯，水浴、盐浴、铅浴等热处理。仍可以获得高索氏体化率、细渗碳体片层间距及低网碳级别的显微组织，最终制备钢丝的抗拉强度≥2060Mpa，扭转指标≥30次，缠绕≥8次，满足国家大跨度、超高强度桥梁工程用缆索的建设要求。该工艺成功替代两火成材、离线热处理，具有能耗成本低、碳排放减少、环境友好、生产效率高等优点，符合国家绿色低碳的发展需求。

Description

一种低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法
技术领域
本发明属于金属线材及生产制造技术领域，更具体涉及2060MPa级高强度、大跨度大桥缆索镀锌钢丝用热轧盘条及生产方法。
背景技术
我国大型桥梁建设发展迅猛，千米以上大跨度悬索桥、斜拉桥工程越来越多。桥梁缆索钢丝强度升高可显著增加大桥跨度、减轻自重，随着我国冶金企业及金属制品行业的技术进步，2000Mpa级桥梁缆索用钢丝等关键技术逐步成熟，且不断向高强度2060Mpa、2100Mpa方向发展。
为了保证大跨度桥梁的安全性和可靠性，对悬索、斜拉索用桥梁缆索钢丝的抗拉强度、扭转次数、缠绕圈数及疲劳寿命等提出了更苛刻的要求。所以，为获得高强高韧塑性桥梁缆索钢丝，钢铁企业在化学成分设计、工艺流程、盘条韧化热处理等方面进行创新，并经过拉拔、镀锌、稳定化等工艺加工。
目前国内外生产2000Mpa级以上的镀锌钢丝用盘条的工艺设计具有多样化特性。主流工艺为采用高碳高硅化学成分设计，部分经大方坯开坯+精整+在加热轧制的两火成材，此种成分设计盘条的韧性化处理采用盘条重新奥氏体化经离线盐浴/铅浴工艺或在线盐浴处理工艺，导热系数高且恒温相变，可获得高索氏体化率盘条，细渗碳体片层间距，高强韧性等特点，缺点是工艺流程长、能耗高、碳排放及生产成本高且具有环境污染，与国家提倡的低碳排放、绿色环保型生产工艺不相符。某钢企成功开发出采用高碳低硅+微合金强化成分设计，经两火成材+EDC水浴处理在线韧化处理技术，实现替代盐浴/铅浴工艺，该技术设备投入及维护难度较大，对于合金含量较高的钢种易获得低温脆性组织，需增加不同冷却介质降低导热系数。
针对常规DP(斯太尔摩风冷)工艺，由于空气导热系数较低，尤其对于大规格、夏季高温环境，造成表芯组织差异大、通条波动大、索氏体化率低、片层间距粗、网状碳化物重等一列问题，一般仅满足于生产镀锌钢丝1960Mpa及以下的缆索盘条，且因组织不良引起扭转缠绕性能不稳定，无法用于2060MPa级及更高强度缆索用盘条的生产，为保证强度及韧塑性，2060Mpa及以上的缆索盘条采用离线热处理工艺，获得高比例、细渗碳体片层的索氏体组织。
专利公开号为CN109468530B的专利涉及到2000MPa级以上大桥缆索镀锌钢丝用热轧盘条及生产方法，成分设计采用高碳低硅成分体系，添加了微合金化元素，C：0.90-1.10％，Si：0.20-0.60％，Cr 0.10-0.40％，V0.02-0.15％；采用大方坯两火成材，在线EDC水浴韧化处理冷却方式，此工艺设备投入维护成本高、水浴中增加冷却介质、两火成材+钢坯处理成本较高、V元素贵重合金强化，与本申请提出的盘条成分设计、工艺流程及韧性化处理工艺不同。
公开专利号为CN112267069A的专利涉及到2100MPa级缆索钢丝用盘条及制造方法。该专利盘条成分C：0.96-0.98％，Si：1.00-1.09％，Mn:0.40-0.49％，Ni≤0.01-0.10％，Cu≤0.01-0.10％，B≤0.0005-0.0015％，Cr：0.20-0.29％，该专利成分设计为高碳高硅低铬成分设计，此设计起到良好的固溶强化、冷加工强化作用，但高索氏体化及低网碳级别的组织控制难，仅适用于采用离线盐浴或铅浴等韧性化处理，盘条需重新加热奥氏体化，增加脱碳、粗化晶粒损害疲劳性能且工序成本高、生产效率低、产生环境污染。
公开专利号为CN107299280A的专利涉及到2000MPa级缆索钢丝用热处理盘条及生产方法。该专利盘条成分C：0.85％-1.0％，Si：0.80-1.50％，Mn:0.30-0.80％，P≤0.015％，S≤0.010％，Cr：0.20-0.80％，Al：0.010-0.080％，该专利成分设计为高碳高硅成分设计，此高硅成分设计起到良好的固溶强化、冷加工强化作用，但缩短相变孕育期，提高鼻尖温度，不利于获得高索氏体化率、低网状碳化物级别及钢丝的扭转性能，仅适用于高导热系数的盐浴或铅浴索氏体化处理，其采用盘条重新加热奥氏体化后采用离线盐浴进行热处理，增加脱碳、粗化晶粒损害疲劳性能且工序成本高、生产效率低、产生环境污染。
公开专利号为CN102936688B的专利涉及到抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材及生产方法，该专利化学成分为C：0.95-1.20％，Si：0.10-0.48％，Cr：0.10-0.50％，Mn：0.60-1.00％，Al：0.05-0.15％，N：0.0100-0.0300％，该专利成分设计为高碳低硅，并适当添加了锰铬铝合金，同时添加了气体元素N。其生产工艺为连铸坯经过轧制成盘条，盘条吐丝后进行常规风冷冷却。此成分设计+风冷工艺极易形成较重的网状渗碳体恶化扭转和缠绕塑性指标，锰含量较高易偏析形成马氏体带，影响拉拔性能，Al高易恶化浇注性能及夹杂物尺寸难控制，N含量高易产生应变时效增加脆性，对缆索扭转及疲劳不利。
公开专利号为CN 112501506 A专利涉及一种桥梁缆索用钢盘条，其采用小方坯一火成材以及免后续离线热处理的桥梁缆索用钢盘条的制造方法，成分设计低硅低铬、V微合金化常规成分设计及采用常规斯泰尔摩风冷工艺，仅限于1860Mpa级缆索盘条生产。
CN201710764614.0公开了一种抗拉强度≥2300MPa桥梁缆索用钢及生产方法，化学成分及重量百分比为：C0.92-0.94％、Si0.7-1.0％、Mn0.45-0.55％、P≤0.01％、S≤0.01％、Cr0.07-0.09％、V0.16-0.20％、Al0.16-0.20％、N0.005-0.008％、B0.001-0.0015％、Zr0.002-0.005％，该专利采用高碳、高硅成分设计及常规风冷工艺，专利仅涉及抗拉强度和扭转次数，由于该方法的奥氏体稳定性较差且冷却速率低，是无法获得高索氏体化率、细渗碳体片层间距及低网碳级别显微组织的。对于桥梁用钢而言，除了抗拉强度外，盘条塑性指标及钢丝的扭转及疲劳性能最终直接影响桥梁的安全性、可靠性及使用寿命，其扭转次数较低，且塑性指标无法满足高疲劳性能的要求。且添加了较高的贵重合金V0.16～0.20％进行沉淀和固溶强化，缺乏经济性。公开专利号为CN 107587071 A的专利涉及一种抗拉强度≥2100MPa桥梁缆索用钢及生产方法，成分设计与CN201710764614.0相似，未添加V合金化。
CN201710763768.8一种抗拉强度≥2500MPa桥梁缆索用钢及生产方法，与公开专利号为CN201710764614.0、CN 107587071 A有相似之处，均采用开坯二次轧制成材，为了达到≥2500MPa的强度，主要通过提高C至1.21～1.25％和Si1.1～1.5％强化，Si为非碳化物形成元素，促进碳元素的扩散，碳含量过高及采用常规风冷工艺无法控制网状碳化物及索氏体化率，按冶金理论及实践生产数据可知，过共析钢的碳含量过高，网状碳化物发达甚至得到针状形貌，塑性指标呈断崖式下降，严重恶化钢丝的拉拔及扭转指标，而专利中未体现钢丝母材盘条的关键塑性指标，另采用Ti微合金化，Ti(NC)在奥氏体中的溶解度小，Ti含量过高，易在凝固过程中析出微米级尺寸的Ti(NC)，危害性大于夹杂物，恶化钢的强韧性。同时，Al含量高达0.16-0.20％，Al/N＞20，Al大量过剩，未采用夹杂物变性处理，显著增加冶炼的浇注难度，造成连浇炉数少，极易形成水口结瘤，钢中宏观夹杂物造成纯净度较差，且添加了Zr元素净化钢水，增加冶炼难度。
因此，目前已有的在线风冷工艺制备高强度的桥梁缆索用钢，无法同时获得高的索氏体化率、细渗碳体片层间距及低网碳级别显微组织，难以保证盘条塑性指标及钢丝的扭转和服役性能，最终影响桥梁的安全性、可靠性及使用寿命。
综上，目前高强度(＞1960Mpa)缆索盘条需经水浴/盐浴/铅浴等热处理，或添加V\Nb\Mo\Ni等贵重合金元素强化、采用两火材等方法才能生产，均不同程度存在缺点，如果不进行离线/在线热处理，或不加入贵重合金，仅通过DP工艺难以使盘条和钢丝达到高抗拉强度要求的同时满足高韧塑性、高的索氏体化率、细渗碳体片层间距及低网碳级别显微组织的要求。为遵循低碳发展方针，满足高强、大跨度桥梁工程的需求，能够生产出一种高强韧塑性、成分简单、工艺简化、绿色低碳、生产高效的缆索用盘条是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明开发一种流程简单、低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用热轧盘条及生产方法，提出新的“高铬/中硅/无贵重合金”的成分设计配套新型DP控冷工艺，获得高索氏体化率、细渗碳体片层间距及低网碳级别的显微组织，打破DP工艺无法生产高强塑性缆索盘条的瓶颈，同时开发了小方坯重压下+钢坯高温加热(表面涂防氧化涂层)+高温控轧的方法，生产出≥2060Mpa缆索用高强塑性盘条，并替代两火成材和免水浴、盐浴、铅浴等热处理，该工艺具有绿色高效、低碳节能、经济适用等优点。
本发明所述的低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用热轧盘条，盘条的化学成分按重量百分比计为：C 0.87-0.93％、Si0.60-0.70％、Mn0.20-0.50％、Cr1.00-1.20％、B0.0040-0.0070％，Al0.003-0.010％、P≤0.012％、S≤0.005％、N≤50ppm、Ca≤3ppm、T.O≤8ppm、H≤1ppm，其它为Fe及不可避免的残余元素。
本发明为实现免额外热处理条件下，化学成分设计充分考虑在线斯泰尔摩风冷DP工艺的导热性与铅浴、盐浴、水浴存在差距，为获得相近高索氏体化率、高强韧塑性盘条，需提高奥氏体的稳定性，同时避免马氏体、网状碳化物、大尺寸夹杂物等有害组织，通过Cr、B、Si、C、Mn、Al元素等成分的科学合理设计，V、Mo、Ni、P、S、Cu、N、O等均为残余元素尽可能控制低，提升综合性能，并开发高温再结晶区控轧+吐丝后“风冷+雾冷”新型DP工艺，提高奥氏体稳定性、加快冷却速率，以抑制网状渗碳体析出，提高索氏体比例，细化渗碳体片层间距，并避免出现马氏体脆性组织。
Si元素起良好的固溶强化、冷加工强化作用，显著提升钢丝强度并提高镀锌过程的回火稳定性，减少因渗碳体球化而引起的强度损失，但Si含量提高不仅降低钢的塑性，且缩短相变孕育期促进渗碳体析出，并提高CCT曲线的鼻尖温度，不利于DP工艺获得高索氏体化率及细化片层间距，为配合DP工艺并满足缆索的高强度要求，本发明硅的重量百分比设计为中硅0.60-0.70％；
Cr为较强碳化物形成元素，起到良好固溶强化、提高淬透性、细化渗碳体片间距的作用，可有效提升强度及塑性，同时能提高碳的扩散激活能减少脱碳倾向，偏析倾向低于Mn，提高Cr含量有助于实现DP工艺生产高强度高塑性缆索用盘条，Cr含量过高易形成马氏体脆性组织，降低塑性，低于1.0％在其它成分及DP工艺条件不变时，强度达不到2060Mpa要求，对索氏体片层细化不利，影响塑性，本发明设计为高铬1.00-1.20％；
C是钢中的主要强化元素，通过形成渗碳体提高钢的抗拉强度，但碳含量过高且存在中心碳偏析，易在DP工艺冷却过程中析出网状渗碳体，显著降低或恶化韧塑性，导致面缩、扭转和缠绕指标不合格，不利于DP工艺条件下组织性能控制，碳含量过低强度难以达到要求，本发明碳的重量百分比设计为：0.87-0.93％，进一步优选为0.88-0.92％；
Mn元素起固溶强化，提高奥氏体稳定性作用，有助于提高强度及索氏体化率，但其增加晶粒粗化倾向、易偏析，含量较高时易在连续冷却过程中形成马氏体带状组织，恶化拉拔及力学性能，考虑后到无等温热处理工序，本发明锰的重量百分比设计为低锰0.20-0.50％，进一步优选为0.25-0.40％；
B元素于奥氏体晶界偏聚，可进一步提升钢的奥氏体稳定性和索氏体化率，冷却过程中与氮元素形成BN，起到细化晶粒、细化索氏体片层间距作用，同时有效控制游离氮元素的应变时效，对于DP控冷工艺的组织控制有益，硼过高会析出硼化物降低钢的韧塑性，本发明硼的重量百分比设计为0.0040-0.0070％；
Al元素可脱氧降低钢中夹杂物含量、固氮形成AlN，细化晶粒，其脱氧产物Al2O3浇铸时易在塞棒、水口处结瘤，造成液面波动，钢中存在大尺寸脆性夹杂物；如进行夹杂物变性处理，液态夹杂难以上浮去除，易形成大尺寸Ds，冷拉拔时形成空腔，降低扭转及疲劳性能；本发明铝的重量百分比设计为0.030-0.010％；
N元素可起到良好的强化作用，游离N易产生应变时效，显著恶化钢的韧塑性，因此避免N元素引起的应变时效，需添加N结合元素固氮，可细化晶粒，本发明氮的重量百分比设计为≤50ppm；
为了避免游离氮原子引起的应变时效脆性，降低钢丝的扭转和缠绕性能，成分设计优选(2B+Al)/N≥2，在固氮的同时形成BN、AlN起到细化晶粒、提高塑性的作用。
Ca元素对炼钢过程中的夹杂物起到变性作用，形成低熔点钙铝酸盐提高钢水可浇性，但低熔点液态夹杂物难以去除易形成Ds夹杂物而影响缆索的疲劳性能，严格控制合金选用及加入顺序控制钢中钙含量，本发明钙的重量百分比为≤3ppm；
因此，本发明对Cr、B、Si、C、Mn、Al等元素等成分科学设计、合理配比，主要通过界面强化、相变强化、固溶强化、细晶强化机制保证大桥缆索盘条的强度，高温再结晶区控轧，协同配合新型DP工艺，提升盘条的索氏体化率，细化渗碳体片层间距，降低网碳级别，以提高盘条抗拉强度及塑性指标。
工艺流程采用“KR→转炉→LF精炼→RH真空脱气→小方坯连铸→钢坯精整→钢坯加热→控轧→新型DP控冷(风冷+雾冷)→打包”
(1)KR预处理，采用脱硫剂将铁水S控制≤0.002％，精炼低碱度无法将S脱至0.005％以下；
(2)转炉，采用双渣脱磷，低磷高碳出钢，防止钢水过氧化，减小高强钢丝因磷含量高引起的冷加工脆性，转炉出钢P控制≤0.010％；
(3)LF精炼，使用低碱度精炼渣(CaO:SiO2＝1～3)，硅铁合金脱氧，脱氧产物为低熔点可变形夹杂物；
(4)RH真空脱气，RH高真空度≤133Pa，高真空脱气时间≥15min，钢中无大尺寸Al2O3类脆性夹杂物及Ds类球状夹杂物，提升拉拔及扭转性能；
(5)小方坯连铸，结晶器和末端强电磁搅拌电流300-400A，二次冷却弱冷≤0.40L/Kg，连铸拉速与末端重压下匹配，压下区域固相率fs 0.30-0.75，单辊压下量3-6mm，总压下量X1＝(10-20)％×铸坯厚度，连铸小方坯尺寸(160-X1)×(160+X2)mm2，X2为宽展；
进一步地，小方坯的碳偏析指数≤1.08，中心缩孔≤0.5级，提升小方坯轧制盘条的低倍致密性。
(6)钢坯精整，为了盘条的表面质量，并控制生产成本，对钢坯进行磁粉探伤0.3mm精度控制，超标的缺陷进行局部修磨处理。
(7)钢坯加热，为提高合金元素的扩散效果及减少炉内氧化和脱碳，钢坯涂耐高温型防氧化涂料，高温扩散温度1220-1270℃，进一步优选为1240-1270℃，总加热时间130-170min，其中高温扩散保温时间大于总加热时间的50％，炉内各段残氧量1-2％。
进一步地，将钢坯经抛丸后，涂料粉剂和溶剂搅拌均匀后使用喷壶+压缩空气均匀喷涂于表面，涂料干燥后钢坯流转，涂层厚度控制0.2-0.6mm，盘条的总脱碳层≤0.10mm。
(8)控轧，为获得高的索氏体化率及抑制网碳析出，采用高温再结晶区控轧，粗化晶粒尺寸，提高奥氏体的稳定性，使CCT曲线向右下方移动，控制精轧+减定径终轧温度950-990℃，吐丝温度控制在900-950℃，轧速25-40m/s，采用精轧后3#、减定径后6#水箱控冷，有利于控制轧件回温均匀，改善温度及组织均匀性。
(9)新型DP控冷(风冷+雾冷)，吐丝后斯太尔摩冷却能力前10台26万m3/h的离心风机，后6台20万m3/h的离心风机，每台风机对应3m辊道，1-6台风机开启100％，7-12台90-100％，13-14台70-100％，15-16台0-100％，专门地在1-10台风机的两侧风门处分别安装水雾喷嘴4个(每隔90°)，每台风机喷嘴水流量0～0.5m3/h，压缩空气压力0.8～1.8Mpa，水温与环境温度一致，风机开启时自动将水雾吸入风机，并经佳灵分配后从每段风机的风口吹出，有效提高风冷的导热系数，使用后明显提升了盘条相变前的冷却速率，平均速率达到15.1-19℃/s(规格Φ13-15mm)，一方面，快速穿过两相区抑制二次渗碳体从晶界网状析出，降低网碳级别≤1.5级；另一方面，基于本发明钢种高铬中硅设计、高温控轧后的奥氏体稳定性特征，并经“风冷+雾冷”的协同作用，使奥氏体快速冷却至580-600℃开始相变返温，避免或减少Ar1至650℃区间珠光体析出量(珠光体片层较粗，强塑性均低于索氏体，比例越低盘条强塑性越优)，再通过相变区风机风量、辊速和佳灵调整，控制盘条在580-620℃范围完成“等温”相变，获得百分比91-96％的高索氏体化率且渗碳体片层细小均匀，片层厚度90-115nm，此指标决定了缆索盘条的高强塑性，且直接影响缆索的强度、扭转性能及疲劳寿命。
进一步地，辊道速度55-90m/min，风机佳灵开度20-60％，盘条温度≤580℃后关闭保温罩冷却，罩内冷却速率为0.3-1℃/s，降低内应力，避免马氏体组织转变。
进一步地，本发明得到盘条的抗拉强度1400-1500MPa，面缩≥36％，网碳≤1.0级。
进一步地，盘条经表面酸洗处理、多道次拉拔、热镀锌(或铝镁)、稳定化处理后镀锌钢丝的抗拉强度≥2060Mpa，扭转指标≥30次，缠绕≥8次。
按以上技术方案，本发明提出一种低碳节能的≥2060MPa级缆索用盘条，其规格Ф13-15mm，索氏体化率91-96％，渗碳体片层间距90-115nm，抗拉强度1400-1500MPa，面缩≥36％，网碳≤1.0级，镀锌钢丝的抗拉强度≥2060Mpa，扭转指标≥30次，缠绕≥8次，盘条和钢丝均获得优异的韧塑性指标，且钢丝扭转关键指标远超过行业标准，因此，具有更高的安全性、可靠性及耐疲劳性能。
附图说明
图1实施例1生产的显微组织金相图；
图2实施例1生产的显微组织SEM图；
图3实施例3生产的显微组织金相图；
图4实施例3生产的显微组织SEM图；
图5对比例9生产的显微组织金相图；
图6对比例9生产的显微组织SEM图；
图7对比例11生产的显微组织金相图；
图8对比例11生产的显微组织SEM图；
图9对比例13生产的显微组织金相图；
图10对比例13生产的显微组织SEM图。
具体实施方式
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。
以下结合本发明的较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
化学成分和新型DP工艺是决定本发明盘条显微组织及性能的创新技术，下表5数据对比可以看出，因增加雾冷的DP工艺对盘条索氏体化率与渗碳体片层间距及钢丝的扭转起到非常大的作用，同时，小方坯重压下+钢坯涂层高温加热+控轧工艺也属于本发明的关键技术，因此，本发明≥2060Mpa的桥梁缆索用盘条才能实现无需贵重合金、二火成材及盐浴、铅浴、水浴等热处理。
实施及对比例：
化学成分：冶炼时钢种牌号为ZT90SiCr，实施例1*、2*和对比例1*、2*、3*的冶炼工艺参数及熔炼化学成分重量百分比wt％分别见以下表1、表2所示。
表1、冶炼工艺参数
Figure BDA0003566778310000091
表2、化学成分wt％
Figure BDA0003566778310000092
Figure BDA0003566778310000101
连铸：结晶器强电磁搅拌参数300A/3Hz，末端电磁搅拌400A/6Hz，拉速1.95m/min，1-5号辊动态调整，初始分配3-5-5-6-6，中心偏析指数平均1.04～1.07，缩孔0级。铸坯尺寸为135mm*167mm。
钢坯：经过磁粉探伤+修磨处理，去除表面凹坑、细裂纹缺陷；使用涂料喷壶+压缩空气将防氧化涂层均匀喷涂于钢坯表面，不同支钢坯厚度0.3-0.5mm。
加热：智能燃烧加热系统，低温段(预热段＜900℃，一加热段1093-1115℃)，高温段(二加热段+均热段)的温度1242-1268℃，总加热时间142-165min，其中高温段时间77～89min，加热炉各段的残氧量1.0-1.8％之间。
轧制：精轧和减定径终轧温度控制953-989℃，吐丝温度控制910-937℃，辊道速度1.0m/s起步，0.01m/s递增。轧速28m/s，采用精轧后3#、减定径后6#水箱控冷，有利于控制轧件回温均匀。
新型DP工艺：风冷+雾冷工艺显著提升了盘条相变前的冷却速率，联合钢种高铬中硅设计、高温控轧后奥氏体稳定性的协同作用，有效地抑制冷却过程中的珠光体相变，提升缆索盘条的索氏体化率、片层间距及强塑性，其是缆索钢丝抗拉强度及扭转指标的决定性因素。当环境温度25℃时，风冷+雾冷工艺参数具体见以下表3、表4(1-10台风机喷嘴水流量)的实施例和对比例。其它参数一致，辊道速度起步60m/min，佳灵开度20-60％，盘条风冷结束后关闭保温罩冷却。
表3新型DP工艺参数
Figure BDA0003566778310000102
Figure BDA0003566778310000111
表4雾冷工艺参数(风门前喷嘴水流量m3/h)
Figure BDA0003566778310000112
采用表2化学成分及表3DP工艺的实施例A-B和对比例C-D，组合成14种工艺，经过技术方案生产的盘条性能指标及经过下游常规工艺加工，即盘条经表面酸洗处理、多道次拉拔、热镀锌(铝镁)、稳定化处理后镀锌钢丝的性能指标如下表5所示，结果表明：化学成分设计与DP工艺的合理组合才能同时使盘条及缆索钢丝的强度和塑性达到标准要求。对比例1-14对于技术标准中——盘条强度≥1400-1500Mpa、索氏体化率≥90％、网碳≤2.0级、渗碳体片层间距90-150nm、断面收缩率≥30％及缆索钢丝强度≥2060Mpa、扭转次数≥14次、缠绕≥8次等指标未达到要求。
表5盘条及钢丝关键性能指标
Figure BDA0003566778310000113
Figure BDA0003566778310000121
备注：
1)化学成分实施例1*分别与DP工艺实施例A、B及对比例C、D组合，分别对应表5中实施例1、3和对比例1、3；化学成分实施例1*结合对比例DP工艺C、D，盘条及钢丝的强塑性不满足要求；
2)化学成分实施例2*分别与DP工艺实施例A、B及对比例C、D组合，分别对应表5中实施例2、4和对比例2、4；化学成分实施例2*结合对比例DP工艺C、D，盘条及钢丝的强塑性不满足要求；
3)化学成分对比例1*与DP工艺实施例A、B及对比例C、D组合,分别对应表5中对比例5、7、9、11；化学成分对比例1*(降低了Cr)结合对比例DP工艺A、B，盘条及钢丝的强度不满足标准要求，结合对比例DP工艺C、D，盘条及钢丝的强塑性均不满足要求；
4)化学成分对比例2*与DP工艺实施例A、B及对比例C、D组合,分别对应表5中对比例6、8、10、12；化学成分对比例2*(降低了Si)结合对比例DP工艺A、B，盘条及钢丝的强度不满足标准要求，结合对比例DP工艺C、D，盘条及钢丝的强塑性均不满足要求；
5)化学成分对比例3*与DP工艺实施例A、B组合,分别对应表5中对比例13、14，着重强调在实施例1*成分的基础上提高了Si，Si含量设计为0.90％时，盘条的抗拉强度达到1500Mpa以上，缆索钢丝的强度达到2100Mpa以上，但是盘条的面缩、索氏体化率及缆索的扭转指标、缠绕性能出现大幅下降，无法满足盘条及缆索的塑性指标要求。
6)本发明盘条规格Φ13mm对应加工≤Φ5.0-6.0mm的缆索钢丝，Φ15mm盘条对应加工7.0mm缆索钢丝。

Claims (10)

1.一种低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：所述桥梁缆索用盘条的化学成分按重量百分比计为：C 0.87-0.93％、Si0.60-0.70％、Mn0.20-0.50％、Cr1.00-1.20％、B0.0040-0.0070％，Al 0.003-0.010％、P≤0.012％、S≤0.005％、N≤50ppm、Ca≤3ppm、T.O≤8ppm、H≤1ppm，其余为Fe及不可避免的残余元素；
桥梁缆索用盘条的工艺流程为：KR预处理-BOF转炉-LF精炼-RH真空脱气-小方坯连铸-钢坯精整-钢坯加热-控轧-新型DP控冷→打包；
其中新型DP控冷工艺是将控轧吐丝后盘条采用斯太尔摩风冷+雾冷，调整风冷+雾冷参数控制相变前冷却速率＞15-19℃/s，冷却至580-600℃之间开始相变返温。
2.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：所述桥梁缆索用盘条的化学成分中(2B+Al)/N≥2。
3.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：
所述KR预处理，采用脱硫剂将铁水S控制≤0.002％；
BOF转炉，转炉出钢P控制≤0.010％；
LF精炼，使用低碱度精炼渣，硅铁合金脱氧；
RH真空脱气，RH高真空度≤133Pa，高真空脱气时间≥15min。
4.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：所述小方坯连铸的工艺条件为：结晶器和末端强电磁搅拌电流300-400A，二次冷却弱冷≤0.40L/Kg，连铸拉速与末端重压下匹配，压下区域固相率fs0.30-0.75，单辊压下量3-6mm，总压下量X1＝(10-20)％×铸坯厚度。
5.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：所述钢坯加热，先在钢坯表面喷涂防氧化涂料，然后加热，其中高温扩散温度1220-1270℃，总加热时间130-170min，其中高温扩散保温时间大于总加热时间的50％，炉内各段残氧量1-2％。
6.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：所述控轧条件为：控制精轧和减定径终轧温度950-990℃，吐丝温度900-950℃，轧速25-40m/s。
7.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：所述DP控冷工艺中的风冷+雾冷参数为：
风机风量开启1-6号100％，7-12号90-100％，13-14号70-100％，15-16号0-100％，1-10#风机两侧风门分别安装水雾喷头4个，每台风机的水流量0～0.5m3/h，压缩空气压力0.8～1.8Mpa，风冷+雾冷保证相变前冷却速率15.1-19℃/s。
8.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：相变返温前温度580-600℃，并控制盘条在580-620℃完成相变，盘条温度≤580℃后关闭保温罩冷却。
9.根据权利要求1所述低碳节能的≥2060Mpa级桥梁缆索用盘条的生产方法，其特征在于：所述盘条索氏体化率91-96％，渗碳体片层间距90-115nm，抗拉强度1400-1500MPa，面缩≥36％，网碳≤1.0级。
10.根据权利要求1所述方法制备的桥梁缆索用盘条用于生产≥2060Mpa级桥梁缆索，其特征在于：桥梁缆索的扭转指标≥30次。
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