專利名稱：1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高碳鋼盤條及其生產(chǎn)方法，尤其涉及一種1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條及其制備方法，其抗拉強(qiáng)度在1200MPa以上，斷后伸長率不小于8%，面縮率在35%以上。
背景技術(shù)：
懸索橋和斜拉橋是現(xiàn)代大跨橋梁的重要的結(jié)構(gòu)形式，特別是在跨越峽谷、海灣、大江、大河等不易修筑橋墩的地方架設(shè)大跨徑的特大橋梁時(shí)，往往都選擇懸索橋和斜拉橋的橋型。懸索橋由懸索、塔架、錨錠、吊桿、加勁梁和橋面組成，橋面荷載經(jīng)加勁梁、吊桿傳給懸索，再由懸索傳至塔架和兩端的錨錠。斜拉橋由拉索、索塔、主梁、和橋面組成，橋面荷載經(jīng)主梁傳給拉索、再由拉索傳到索塔。懸索橋和斜拉橋的受力體系主要包括①橋面體系；②支承橋面體系的纜索系統(tǒng)；③支承纜索系統(tǒng)的橋塔；④對(duì)于懸索橋，還包括固定纜索系統(tǒng)的錨綻。其中支撐橋面體系的纜索系統(tǒng)是支撐整個(gè)大橋重量的關(guān)鍵部件；大橋纜索由平行的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成。鍍鋅鋼絲應(yīng)該具有良好的力學(xué)性能(國標(biāo)GB/T17101-2008要求 斷后伸長率A彡4%，扭轉(zhuǎn)性能彡8圈)與疲勞性能(彡200萬次)。生產(chǎn)此鍍鋅鋼絲的原始盤條應(yīng)該具有以下要求(1)盤條成分設(shè)計(jì)合理，嚴(yán)格控制H、0、N、S、P及雜質(zhì)元素如Cu、 Ni、As等的含量；( 組織均勻，索氏體含量高；C3)夾雜物含量盡可能低。國內(nèi)外可以生產(chǎn)鍍鋅鋼絲用盤條的企業(yè)主要有日本的新日鐵、神戶制鋼與國內(nèi)的寶鋼等。目前國內(nèi)橋梁鍍鋅鋼絲用盤條主要由國外一些廠家供應(yīng)，國內(nèi)只有極少數(shù)廠家能夠生產(chǎn)并且基本是采用轉(zhuǎn)爐冶煉+大方坯(鑄錠)開坯+高線軋制路線，工藝較為復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條，其抗拉強(qiáng)度在 1200MPa以上，斷后伸長率不小于8 %，面縮率在35 %以上，是通過在已有82B鋼基礎(chǔ)上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整開發(fā)出來的，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。本發(fā)明的另一目的在于提供一種1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條，其特征在于，它包括按重量百分比計(jì)的如下組分基本組分C0. 79-0. 84%,Si 0. 15-1. 25%,Mn 0. 60-0. 90%,Cr 0. 15-0. 25%和 V 0. 04-0. 15% ；可選組分Al0. 001-0. 10 B 0. 0005-0. 0015 Ti 0. 01-0. 05 NbO. 01-0. 03%和Mo 0. 01-0. 03%中的任意一種或二種以上；
以及!^e和雜質(zhì)元素。優(yōu)選的，所述雜質(zhì)元素中包含的殘余元素及其重量百分比應(yīng)該滿足 S ^ 0. 012%, P ^ 0. 015%, 0 ^ 0. 0020%, N ^ 0. 0060%, H ^ 0. 0002%, Cu 彡 0. 10% 以及 Ni 彡 0. 10%。如上所述1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制備方法，包括依次進(jìn)行的熔煉、精煉、鑄造、軋制和冷卻工序，其特征在于在精煉工序中，白渣保持時(shí)間在15min以上，精煉終渣(FeO)+ (MnO)彡1. Owt% ；軋制工序采用高線軋制工藝，其開軋溫度控制在1030-1070°C之間，精軋入口溫度為 940-970°C，吐絲溫度為 860-910°C ；冷卻工序采用斯太爾摩分區(qū)控制冷卻工藝，在相變之前冷卻速率> lOK/s，相變過程控制溫度升高幅度< 50°C，相變后期冷卻速率< I/s。前述熔煉工序采用電爐熔煉工藝，前述精煉工序采用LF精煉，前述鑄造工序采用小方坯連鑄工藝。在精煉工序中若需要加入Ti、V和B，則應(yīng)在LF爐完全脫氧后的中期加入Ti，其后依次加入V和B，喂絲后氬氣軟攪拌時(shí)間彡IOmin0需要進(jìn)一步說明的是，使用電爐+小方坯連鑄生產(chǎn)1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的技術(shù)要點(diǎn)在于使用優(yōu)質(zhì)廢鋼，嚴(yán)格控制電爐冶煉，降低鋼水磷含量；精煉中減少夾雜，降低硫含量，進(jìn)行夾雜物改性；使用合適的連鑄及二冷水工藝，降低方坯中心偏析； 優(yōu)化控軋控冷工藝，提高盤條組織均勻性。本發(fā)明通過低合金化，添加合金元素Si、Cr和V等來提高盤條的強(qiáng)度，同時(shí)針對(duì)電爐冶煉氮含量較高的特點(diǎn)添加微量Ti來與鋼中的自由氮結(jié)合形成氮化鈦來降低自由氮的影響，提高盤條的塑性。以下具體說明各元素的作用及原理C含量每增加0. 01%，盤條強(qiáng)度約增加lOMPa，但是使用小方坯連鑄，碳含量超過一定范圍容易引起中心碳偏析超標(biāo)，在后續(xù)的軋制中容易造成盤條中心出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體， 造成控制難度增加，因此C的范圍選為0. 79-0. 84%。Si是鐵素體強(qiáng)化元素，能夠通過固溶強(qiáng)化提高鐵素體的強(qiáng)度，Si也是重要的脫氧劑。此外，Si在鐵素體/滲碳體界面的富集有助于防止?jié)B碳體在熱鍍鋅和穩(wěn)定化處理過程中發(fā)生分解，提高加工過程中的熱穩(wěn)定性。過多的Si會(huì)引起脫碳，降低表面質(zhì)量。另外硅的添加有利于促進(jìn)VC在鐵素體中的析出。Cr是強(qiáng)碳化物生成元素，它在鋼中主要存在于滲碳體片層中通過置換作用形成合金滲碳體。Cr的添加提高了奧氏體的穩(wěn)定性，可以阻止熱軋時(shí)晶粒的長大，另外Cr的添加使得鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線右移，在相同的冷速下可以細(xì)化珠光體片層間距。由于珠光體中合金滲碳體的存在，Cr的添加同樣有助于抑制鍍鋅鋼絲生成過程中鍍鋅時(shí)的滲碳體溶解，減小鋼絲強(qiáng)度損失。綜合考慮產(chǎn)品性能與成本因素，本發(fā)明中，Cr的含量控制在 0. 15-0. 25%oV也是強(qiáng)碳化物形成元素，能夠抑制熱軋時(shí)奧氏體晶粒的長大。V在相變初期易于奧氏體晶界上形成VC顆粒，降低了晶界上C元素的含量從而可以有效的抑制網(wǎng)狀滲碳體的產(chǎn)生；另外V在相變過程中會(huì)在珠光體中的鐵素體間析出，對(duì)盤條起到析出強(qiáng)化作用，有利于提高盤條的強(qiáng)度。V含量過高容易出現(xiàn)淬火組織，不利于工藝控制。本發(fā)明中，V的含量控制在 0. 04-0. 15%。Mn在鋼中主要用于增加鋼的強(qiáng)度，但如果Mn含量過高使得盤條的淬透性增加，容易造成盤條中淬火組織的出現(xiàn)，因此本發(fā)明中，Mn控制在0. 60-0. 90%。Al的加入主要是為了脫氧，另外多余的Al可以固定鋼中的自由氮，形成的氮化鋁可以細(xì)化奧氏體晶粒，但Al超過一定量后容易造成小方坯連鑄過程中的水口結(jié)瘤，影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本發(fā)明中Al的控制范圍在0.001-0. 1%。與使用轉(zhuǎn)爐冶煉不同，電爐冶煉過程中電弧會(huì)電離空氣使得鋼液中的氮含量比較高，自由氮固溶于鋼中會(huì)產(chǎn)生自然時(shí)效現(xiàn)象，增加鋼的脆性，橋梁用鍍鋅鋼絲要求具有良好的塑性及韌性，必須嚴(yán)格控制鋼中的自由氮含量。本發(fā)明中添加少量Ti主要是固定鋼液中的自由氮，Ti的添加量可以依據(jù)N的控制水平加以調(diào)整，本發(fā)明中Ti的范圍控制在 0. 01-0. 05%。Nb的添加與V相同，主要通過其碳氮化物的析出來提高盤條的強(qiáng)度；Mo的添加主要是為了改善盤條的耐腐蝕性，但Mo會(huì)明顯增加盤條的淬透性；綜合考慮成本及性能因素，本發(fā)明Nb，Mo都控制在:0.01-0. 03%。加入微量B可以抑制P在晶界的偏聚，增加盤條的塑性，同時(shí)可以抑制晶界鐵素體的形成。本發(fā)明中B控制范圍在0. 0005-0. 0015%。鋼中殘余元素如S，P，0，H，N, Cu，Ni等要盡可能的低，殘余元素容易在晶界偏析， 也容易增加鋼中夾雜物的含量，同時(shí)一些元素也會(huì)降低鋼材的耐蝕性，因此電爐冶煉要求使用優(yōu)質(zhì)廢鋼。殘余元素含量要求如下(wt% ) =S ^ 0. 012，P ^ 0. 015，0^ 0. 0020%, N 彡 0. 0060%, H 彡 0. 0002%, Cu 彡 0. 10，Ni 彡 0. 10.冶煉工藝采用電爐熔煉+LF精煉，如需加入Ti，B，則Ti在LF爐完全脫氧后的中期加入，然后再加入V，最后加入B。且要求LF爐精煉后期喂絲后Ar氣軟攪拌時(shí)間不小于10 分鐘。鑄造工藝采用小方坯連鑄，為保證軋制的順利進(jìn)行以及盤條的最終力學(xué)性能，開軋溫度控制在1030-1070°C之間，精軋入口溫度為940-970°C，吐絲溫度為860-910°C。冷卻工藝采用斯太爾摩控制冷卻，相變之前及相變前期采用快速冷卻，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為100%，以減少網(wǎng)狀滲碳體的生成，形成細(xì)小的組織結(jié)構(gòu)。相變后期采用較慢的冷卻速率，抑制中心偏析處馬氏體的生成，減少殘余應(yīng)力。相變前及相變前期采用比較大的輥道速率和比較高的風(fēng)機(jī)風(fēng)量，從而降低堆積密度，實(shí)現(xiàn)快速冷卻(冷速大于 οκ/s)。相變過程根據(jù)現(xiàn)場測溫風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制在50-100%之間，以控制相變過程中的溫升(最高溫升不超過 50°C )。相變后期降低輥道速率，風(fēng)機(jī)風(fēng)量在60%以下，以實(shí)現(xiàn)緩冷(冷速小于lOK/s)。該1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的組織及性能為索氏體含量> 90%，不應(yīng)有網(wǎng)狀滲碳體及其它異常組織；盤條夾雜物控制要求 按照國標(biāo)GB/T 10561要求，A彡2. 0級(jí)，B彡1. 5級(jí)，C彡1. 5級(jí)，D彡1. 5級(jí)；抗拉強(qiáng)度彡1200MPa，面縮率彡；35%，斷后伸長率A彡8%。此盤條的制造方法包括使用電爐冶煉+LF爐精煉+小方坯連鑄及斯太爾摩控冷工藝。在電爐冶煉工序中使用低氮增碳劑增碳，在爐外精煉工序中控制0活度， (FeO)+ (MnO) ( 1.0%，并采用加Ti固定自由氮，加微量B減少晶界鐵素體，喂絲后氬氣攪拌時(shí)間不小于lOmin，使用全恒速全保護(hù)澆注。高線軋制斯太爾摩線使用分區(qū)冷卻模式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及一種高碳鋼盤條及其生產(chǎn)工藝，該高碳鋼盤條的抗拉強(qiáng)度在1200MPa 以上，斷后伸長率不小于8%，面縮率在35%以上，可用于制造1670ΜΙ^級(jí)橋梁纜索用鍍鋅鋼絲。其生產(chǎn)工藝包括電爐熔煉、LF精煉、小方坯連鑄、高線軋制與使用斯太爾摩控冷工序。以下對(duì)該高碳鋼盤條的生產(chǎn)工藝作詳細(xì)說明1、煉鋼及澆鑄 使用廠內(nèi)返廢優(yōu)質(zhì)廢鋼，控制Cu、Ni、Mo、Sn和As等殘余元素含量。冶煉過程加強(qiáng)換渣操作，造好泡沫渣，避免增氮。嚴(yán)格控制出鋼終點(diǎn)碳含量在 0. 06-0. 10%之間，防止鋼水過氧化，控制氮?dú)夂?。爐渣終渣二元堿度控制在2. 0-3. 0之間，精煉終渣(Fe0) + (Mn0)彡1. 0%，出鋼溫度控制在1600士 10°C，使用高碳鋼專用合成渣， 渣料與合金在出鋼中添加。精煉工序中螢石、石灰等分次加入，造好泡沫渣后再進(jìn)行埋弧操作，防止增氮。增碳劑使用高純低氮增碳劑。在進(jìn)行吹氬渣洗時(shí)，嚴(yán)格控制底吹氬氣壓力，禁止鋼水裸露，防止鋼水氧化。在喂絲結(jié)束后的氬氣軟攪拌時(shí)間不小于10分鐘。連鑄過熱度控制在30°C以下，澆注時(shí)長水口使用氬封保護(hù)，中間包液面高度保證在80-85%，使用浸入式水口 ；結(jié)晶器保護(hù)渣選擇高碳鋼專用保護(hù)渣。2、高線軋制開軋溫度控制在1050 士 20 °C，精軋入口溫度為940-970 °C，吐絲溫度為 860-910°C。斯太爾摩冷卻采用相變前快速冷卻+相變期間慢冷+相變后緩冷的措施。通過在線測溫與風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)相結(jié)合的方法，控制盤條相變時(shí)的溫度波動(dòng)范圍。以11 13mm 盤條為例，各段的輥道速率和風(fēng)機(jī)風(fēng)量分別如表1和表2所示。表1輥道速度控制(m/s)
權(quán)利要求
1.一種1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條，其特征在于，它包括按重量百分比計(jì)的如下組分基本組分C 0. 79-0. 84%, Si 0. 15-1. 25%, Mn 0. 60-0. 90%, Cr 0.15-0.25%和 V 0. 04-0. 15% ；可選組分Al 0.001-0. 10%,B 0. 0005-0. 0015%,Ti 0. 01-0. 05%、NbO. 01-0. 03%和 Mo 0. 01-0. 03%中的任意一種或二種以上；以及i^e和雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條，其特征在于，所述雜質(zhì)元素中包含的殘余元素及其重量百分比應(yīng)該滿足S ( 0.012%,P^ 0.015%, 0 彡 0. 0020%, N ^ 0. 0060%, H ^ 0. 0002%, Cu 彡 0. 10% 以及 Ni 彡 0. 10%。
3.如權(quán)利要求1所述1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制備方法，包括依次進(jìn)行的熔煉、精煉、鑄造、軋制和冷卻工序，其特征在于在精煉工序中，白渣保持時(shí)間在15min以上，精煉終渣(FeO)+ (MnO) ^ 1. Owt% ；軋制工序采用高線軋制工藝，其開軋溫度控制在1030-107(TC之間，精軋入口溫度為 940-970°C，吐絲溫度為 860-910°C ；冷卻工序采用斯太爾摩分區(qū)控制冷卻工藝，在相變之前冷卻速率> lOK/s，相變過程控制溫度升高幅度< 50°C，相變后期冷卻速率< lh。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制備方法，其特征在于所述熔煉工序采用電爐熔煉工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制備方法，其特征在于所述精煉工序采用LF精煉。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制備方法，其特征在于在精煉工序中若需要加入Ti、V和B，則應(yīng)在LF爐完全脫氧后的中期加入Ti，其后依次加入V和B，喂絲后氬氣軟攪拌時(shí)間彡IOmin0
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的1670MI^級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制備方法，其特征在于所述鑄造工序采用小方坯連鑄工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種1670MPa級(jí)橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條及制備方法。該盤條包括如下組分(wt％)基本組分C 0.79-0.84％、Si 0.15-1.25％、Mn 0.60-0.90％、Cr 0.15-0.25％和V 0.04-0.15％；可選組分Al 0.001-0.10％、B 0.0005-0.0015％、Ti 0.01-0.05％、Nb 0.01-0.03％和Mo 0.01-0.03％中的任意一種或二種以上；以及Fe和雜質(zhì)元素。該制備方法包括電爐熔煉、LF精煉、小方坯連鑄、高線軋制與使用斯太爾摩控冷工序。本發(fā)明鋼種是通過在已有82B鋼基礎(chǔ)上做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整開發(fā)出來的，綜合性能優(yōu)良，且生產(chǎn)工藝簡潔易操作，可以充分利用廢鋼資源且不需要二次開坯，可以明顯的降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)效益。
文檔編號(hào)C22C38/28GK102181786SQ201110103180
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者峰公雄, 李平, 王雷, 麻晗 申請(qǐng)人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司