CN115976412B - 一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条及其轧制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条，化学成分按质量百分比计如下：C：＜0.12wt％、Si：0.1～1.2wt％、Mn：＜0.8wt％、P＜0.02wt％、S＜0.02wt％、Cu：0.1～1.0wt％、Cr：1.0～4.0wt％、Cr/Cu＝8～12，其余为Fe及不可避免的杂质；还可以根据需求进行微合金化，化学成分按质量百分比计还加入了Nb：0.015～0.035wt％、V：0.04～0.07wt％、Nb/V＝1/3～2/3，其余为Fe及不可避免的杂质；本发明提供了一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条及其轧制工艺，通过革新化学成分体系并配合适当的组织调控工艺，本发明可实现钢绞线免涂镀、裸用，从而大幅度降低下游用户采购成本，并有利于钢绞线领域“双碳”目标的实施。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条及其轧制工艺。
背景技术
钢绞线是大跨度结构的重要安全承重件，当前全部由高碳钢盘条经冷拔、热镀锌而成，为满足更大跨度要求，钢绞线主要向高强化方向发展，其化学成分体系中C、Mn以及合金等元素含量不断提升，虽然满足了强度提升需求，但基体耐腐蚀性能仍然需要通过镀锌进行保障，并且由于镀锌层厚度有限(约50μm)，因此现有镀锌钢绞线还面临使用过程的维护与保养问题，导致终端用户材料采购与全寿命周期使用成本高企。
钢绞线主要通过镀锌来获得耐候性，这主要存在两方面问题：其一热镀锌工艺污染大、成本高；其二涂镀类钢丝表面耐候层往往较薄，在运输、安装、使用过程容易破损而达不到耐蚀效果；另外当前耐候钢在板材类发展较为充分，但对于需要冷拉、大变形的工业类线材，因与板材加工流程和应用场景的显著差异，导致耐候类工业线材发展缓慢。
CN115261735A公开了一种预应力钢绞线用盘条及其生产工艺，其组成成分按质量百分数计为：C：0.89-0.93％，Si：0.69-0.78％，Mn：0.56-0.63％，P：≤0.015％，S：≤0.01％，Cr：0.32-0.37％，Ni：0.12-0.19％，Mo：0.02-0.08％，Cu：0.01-0.015％，Al：0.04-0.06％，Ti：0.01-0.015％，V：0.03-0.039％，Nb：0.015-0.02％，B：0.0015-0.003％，Ce：0.0015-0.003％，La：0.0015-0.003％，Sn：≤0.015％，Sb：≤0.01％，As：≤0.015％，O：≤0.0012％，N：0.008-0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质；通过Mn/Si＝0.81-0.87，增加渗碳体稳定性、抑制渗碳体的粗化；通过Ce-Cu复合细化片层间距，Nb与V、Ti协同强化细晶作用；微量B降低脱碳敏感性；稀土La降低残余元素，改善拉拔性能、降低断丝率，提高索氏体转化率、减小片层间距、保证片层完整平直，提高综合力学性能。但该专利仍为传统钢绞线产品，不具备耐候、免涂镀功能，后续还需进行镀锌操作，导致生产工序厂、成本高、污染严重。
CN115341149A公开了一种耐应力腐蚀钢绞线及其制备方法，按照质量百分比，所述的耐应力腐蚀钢绞线由如下组分组成：C 0.81～0.84％、Si 0.70～0.90％、Mn 0.20～0.50％、Cr+2V≤0.30％、S≤0.008％、P≤0.010％、As≤0.003％、Ti≤0.005％、Al≤0.005％、B≤0.0005％，其余为Fe和不可避免的杂质。该专利通过降低残余应力与氢的含量，降低了应力腐蚀的风险。该专利主要是针对应力腐蚀进行成分与工艺的改进，但对于日常应用中的非应力腐蚀缺少应对措施，因此该发明专利同样需进行传统的镀锌作业方可使用。
针对当前钢绞线领域的“痛点”，如何通过革新化学成分体系并配合适当的组织调控工艺，开发出一种耐候、免涂镀的钢绞线新品种，能满足钢绞线裸用要求，大幅度降低下游用户采购成本、投资成本，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种＞1300MPa级耐候、免涂镀钢绞线用热轧盘条及其轧制工艺。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条，其化学成分按质量百分比计如下：
C：＜0.12wt％、Si：0.1～1.2wt％、Mn：＜0.8wt％、P＜0.02wt％、S＜0.02wt％、Cu：0.1～1.0wt％、Cr：1.0～4.0wt％、Cr/Cu＝8～12，其余为Fe及不可避免的杂质。
按上述方案，C：＜0.12wt％、Si：0.5～0.8wt％、Mn：＜0.8wt％、P＜0.02wt％、S＜0.02wt％、Cu：0.4～0.8wt％、Cr：2.5～3.5wt％、Cr/Cu＝10，其余为Fe及不可避免的杂质。
按上述方案，进行微合金化，化学成分按质量百分比计还加入了Nb：0.015～0.035wt％、V：0.04～0.07wt％、Nb/V＝1/3～2/3，其余为Fe及不可避免的杂质。
上述1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条的轧制工艺，包括以下步骤：
钢坯加热；包括预热段、加热段和均热段；
轧制；采取低温控轧，全流程采用奥氏体未再结晶轧制；
控冷；采用斯太尔摩工艺控制冷却。
按上述方案，所述钢坯加热工艺中钢坯为小方坯或矩形坯，断面(140～220mm)×(140～220mm)；均热段加热温度1150℃～1250℃，加热时间110min～140min。
按上述方案，所述轧制工艺中精轧温度为870±10℃、入减定径温度880±10℃，终轧温度890±10℃。
按上述方案，所述控冷工艺中，采用斯太尔摩工艺控制冷却，0#辊道速度0.2～1m/s，余下8组辊道速度相对于前一组辊道提升3％(极差)；13组风机的风量为210000m3/h，1#～2#风机开启5％～20％，保温盖开启，确保出2#风机温度为750±20℃，3#～13#风机全关、保温盖关闭，确保出13#风机温度＞450℃。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
本发明提供了一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条及其轧制工艺，通过革新化学成分体系并配合适当的组织调控工艺，本发明可实现钢绞线免涂镀、裸用，从而大幅度降低下游用户采购成本，并有利于钢绞线领域“双碳”目标的实施。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明具体实施方式中，C：碳元素对钢的腐蚀不利，并且对焊接性能、冷脆性能和冲压性能有影响；并且，碳含量愈高，热处理后钢中更易出现马氏体等异常组织。综合考虑，本发明碳含量＜0.12wt％。
Si：硅元素是钢中重要的强化元素，并且对耐腐蚀性能有利，能显著提高拉拔后钢丝的弹性极限，但过高的Si含量将增大铁素体脆性不利于冷镦加工。综合考虑，本发明硅含量为0.1～1.2wt％。
Mn：锰与硫结合生成MnS进而减轻硫的危害，并能细化珠光体、提高钢丝强度；但Mn在钢中易于偏聚，进而引起组织与性能不均匀，过高的Mn含量还将增加生产成本；另外，对于耐候钢而言，学术界中锰对耐蚀性的影响认识不统一，大多数学者认为，锰能提高钢对海洋大气的耐蚀性，但对在工业大气中的耐蚀性几乎无影响。综合考虑，本发明锰含量＜0.8wt％。
P：对于需深度冷加工的工业线材而言，磷容易产生冷脆，对钢质量尤其是冷加工性能有较大影响，为此需进行严格控制。综合考虑，本发明磷含量P＜0.02wt％。
S：硫在本钢种属于有害元素，硫容易产生热脆，进而恶化钢丝拉拔和热处理加工条件，并且如果使钢中残余硫的质量分数降至0.01％，则可使碳素钢的耐候性获得大幅度提升。综合考虑，本发明硫含量S＜0.02wt％。
Cu：铜是生产耐腐蚀类钢铁材料常用的合金添加元素，Cu是一种化学反应速度较慢的金属元素，通过添加Cu就能够提高钢材的强度，但如果Cu含量过高，会直接影响钢材的低温韧性。值得注意的是，铜抵消钢中硫的有害作用的效果很明显，其作用特点是，钢中硫含量愈高，铜降低腐蚀速率的相对效果愈显著。这是因为铜与硫生成了难溶硫化物。综合考虑，本发明铜含量为0.1～1.0wt％。
Cr：铬是提升钢耐候性能的主要元素，铬能在钢表面形成致密的氧化膜，提高钢的钝化能力，使锈层生长速度减慢。但铬会大幅度提升钢的淬透性，过量的铬会导致钢中形成贝氏体、马氏体等异常组织，对钢的冷加工性能不利。综合考虑，本发明铬含量为1.0～4.0wt％。
Cr/Cu：同为耐候元素铜、铬存在协同强化作用，基于最经济成本考虑，本发明中Cr/Cu＝8～12。
Nb、V：铌、钒是常见微合金强化元素，可阻止奥氏体晶粒长大，细化再加热奥氏体晶粒，提高组织与性能的均匀性，但过量加入将显著提升生产成本，并且Nb、V复合微合金化强化效果优于单个元素作用。综合考虑，本发明铌、钒含量分别为0.015～0.035wt％、0.04～0.07wt％，且Nb/V＝1/3～2/3。
本发明各实施例和对比例的化学成分见表1；各实施例和对比例加热工艺参数见表2；各实施例和对比例轧制过程工艺参数见表3；各实施例和对比例控冷工艺参数见表4。各实施例和对比例试验效果(强韧性、冷镦性能、耐候性)见表5。
表1化学成分
| 项目 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Cu | Cr/Cu | Nb | V | Nb/V |
| 实施例1 | 0.03 | 0.5 | 0.75 | 0.014 | 0.015 | 4 | 0.4 | 10.00 | 0.020 | 0.06 | 0.33 |
| 实施例2 | 0.07 | 0.8 | 0.15 | 0.017 | 0.015 | 3 | 0.3 | 10.00 | 0.015 | 0.04 | 0.37 |
| 实施例3 | 0.04 | 0.8 | 0.25 | 0.015 | 0.014 | 3 | 0.25 | 12.00 | 0.025 | 0.05 | 0.50 |
| 实施例4 | 0.05 | 0.7 | 0.15 | 0.018 | 0.014 | 4 | 0.35 | 11.43 | 0.018 | 0.05 | 0.36 |
| 实施例5 | 0.05 | 0.6 | 0.28 | 0.019 | 0.013 | 2 | 0.2 | 10.00 | 0.028 | 0.06 | 0.46 |
| 实施例6 | 0.03 | 0.8 | 0.38 | 0.014 | 0.017 | 1.5 | 0.15 | 10.00 | 0.023 | 0.05 | 0.46 |
| 实施例7 | 0.07 | 0.9 | 0.15 | 0.017 | 0.012 | 3.7 | 0.45 | 8.22 | 0.018 | 0.05 | 0.36 |
| 实施例8 | 0.04 | 0.8 | 0.36 | 0.015 | 0.015 | 3.5 | 0.4 | 8.75 | 0.026 | 0.05 | 0.52 |
| 实施例9 | 0.05 | 0.2 | 0.36 | 0.018 | 0.017 | 1.8 | 0.18 | 10.00 | 0.027 | 0.05 | 0.54 |
| 实施例10 | 0.07 | 0.3 | 0.38 | 0.011 | 0.017 | 1.5 | 0.13 | 11.54 | 0.033 | 0.05 | 0.66 |
| 实施例11 | 0.05 | 0.4 | 0.32 | 0.011 | 0.015 | 3.6 | 0.4 | 9.00 | 0.035 | 0.06 | 0.56 |
| 实施例12 | 0.06 | 0.9 | 0.35 | 0.012 | 0.016 | 4 | 0.35 | 11.43 | 0.027 | 0.05 | 0.54 |
| 实施例13 | 0.11 | 0.8 | 0.36 | 0.017 | 0.017 | 4 | 0.4 | 10.00 | 0.024 | 0.06 | 0.40 |
| 实施例14 | 0.03 | 0.6 | 0.38 | 0.016 | 0.019 | 3.8 | 0.35 | 10.86 | 0.028 | 0.07 | 0.40 |
| 实施例15 | 0.06 | 0.5 | 0.77 | 0.015 | 0.014 | 3.5 | 0.3 | 11.67 | 0.022 | 0.05 | 0.44 |
| 对比例1 | 0.22 | 0.3 | 0.95 | 0.021 | 0.020 | 0.8 | 0.2 | 4.00 | 0.04 | / | / |
| 对比例2 | 0.25 | 0.4 | 0.90 | 0.023 | 0.021 | 5 | 1.2 | 4.17 | / | 0.08 | / |
| 对比例3 | 0.28 | 0.3 | 0.85 | 0.022 | 0.022 | 0.8 | 1.5 | 0.53 | 0.01 | 0.035 | 0.28 |
表2加热工艺参数
表3轧制工艺参数
| 项目 | 入精轧温度，℃ | 入减定径温度，℃ | 吐丝温度，℃ |
| 实施例1 | 865 | 885 | 890 |
| 实施例2 | 880 | 875 | 895 |
| 实施例3 | 860 | 890 | 880 |
| 实施例4 | 870 | 885 | 895 |
| 实施例5 | 875 | 880 | 885 |
| 实施例6 | 870 | 880 | 890 |
| 实施例7 | 875 | 885 | 900 |
| 实施例8 | 870 | 870 | 890 |
| 实施例9 | 875 | 885 | 885 |
| 实施例10 | 865 | 880 | 895 |
| 实施例11 | 860 | 885 | 880 |
| 实施例12 | 865 | 875 | 885 |
| 实施例13 | 865 | 885 | 880 |
| 实施例14 | 880 | 880 | 890 |
| 实施例15 | 880 | 880 | 895 |
| 对比例1 | 910 | 910 | 910 |
| 对比例2 | 920 | 900 | 920 |
| 对比例3 | 930 | 920 | 910 |
表4风冷工艺参数
表5钢丝试验效果
从表5可知，对比例不仅强度偏低而且作为考核钢绞线关键指标的扭转≤8次，相对腐蚀率≥60％，达不到耐候性要求；而本发明实施例中钢丝强度均超过1300MPa，且扭转≥20次并都为平断口，表明钢丝强韧性优良，另外钢丝相对腐蚀率均≤25％，具备优良的耐候性。综上所述，本发明一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条及其轧制工艺，通过调整钢质成分体系和生产工艺，能生产出满足下游用户免涂镀的高强度耐候钢绞线。
Claims (2)
1.一种＞1300MPa级耐候钢绞线用热轧盘条，其特征在于化学成分按质量百分比计如下：
C：＜0.12wt%、Si：0.1～1.2wt%、Mn：＜0.8wt%、P＜0.02wt%、S＜0.02wt%、Cu：0.1～1.0wt%、Cr：1.0～4.0wt%、Cr/Cu=8～12、Nb：0.015～0.035wt%、V：0.04～0.07wt%、Nb/V=1/3～2/3，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述耐候钢绞线用热轧盘条的轧制工艺包括以下步骤：
钢坯加热；包括预热段、加热段和均热段；采用小方坯或矩形坯，断面（140～220mm）×（140～220mm）；均热段加热温度1150℃～1250℃，加热时间110min～140min；
轧制；采取低温控轧，全流程采用奥氏体未再结晶轧制；精轧温度为870±10℃、入减定径温度880±10℃，终轧温度890±10℃；
控冷；采用斯太尔摩工艺控制冷却；其中，0#辊道速度0.2～1m/s，余下8组辊道速度相对于前一组辊道极差提升3%；13组风机的风量为210000m3/h，1#～2#风机开启5%～20%，保温盖开启，确保出2#风机温度为750±20℃，3#～13#风机全关、保温盖关闭，确保出13#风机温度＞450℃。
2.如权利要求1所述耐候钢绞线用热轧盘条，其特征在于化学成分按质量百分比计如下：C：＜0.12wt%、Si：0.5～0.8wt%、Mn：＜0.8wt%、P＜0.02wt%、S＜0.02wt%、Cu：0.4～0.8wt%、Cr：2.5～3.5wt%、Cr/Cu=10、Nb：0.015～0.035wt%、V：0.04～0.07wt%、Nb/V=1/3～2/3，其余为Fe及不可避免的杂质。
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