專利名稱：一種1770MPa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲用盤條及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于焊接材料領域，更具體地，本發(fā)明涉及橋梁纜索鍍鋅鋼絲。

背景技術：
懸索橋和拉索橋是現(xiàn)代大跨橋梁的重要的結構形式，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大跨徑的特大橋梁時，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對于懸索橋，還包括固定纜索系統(tǒng)的錨綻。
支承橋面體系的纜索系統(tǒng)中的橋梁斜拉索(懸索)鍍鋅鋼絲是整個橋梁的關鍵承重部件，必須具備高強度、高動載疲勞壽命(≥200萬周次)、高韌性、高扭轉性能(≥11次)，要達到上述要求，盤條必須滿足以下幾點第一，盤條成分設計必須合理；第二，盤條成分要均勻；第三，夾雜物級別(含量)盡可能低；第四，嚴格控制S、P、H、O、N含量及殘余元素；第五，盤條索氏體含量要高；第六，嚴格控制盤條的脫碳層深度。
Φ7.0mm 1770Mpa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲用盤條，國外能生產并用于工程實例的國家只有日本，而在我國，此類盤條的生產尚為空白。
通過檢索國內外專利數(shù)據(jù)庫，用于橋梁纜索鍍鋅鋼絲用材料的化學元素主要有以下幾種，如表1所示 表1主要化學元素(wt％)
在中國國內橋梁工程競標過程中，日本新日鐵盤條的主要主要化學元素如表2 表2日本新日鐵橋梁斜拉索(懸索)鍍鋅鋼絲用盤條主要化學元素(wt％)
本發(fā)明者對日本新日鐵高碳高硅盤條的化學成份、尤其是對合金元素在鋼中的作用進行了分析。由于硅是非碳化物形成元素，主要溶于鐵素體而形成合金鐵素體而達到強化目的，但硅的石墨化傾向較大，促進滲碳體形成石墨碳而使鋼的韌塑性和疲勞強度下降，因此作為強化高碳鋼的添加元素極少應用。合金化概論普遍認為，當Si的含量超過0.6％時，其沖擊韌性就有下降趨勢。因而含硅鋼多數(shù)用于低碳低合金結構鋼和合金彈簧鋼。就合金彈簧鋼而言，美、英、法、德、日和ISO，其最高含碳量為0.55～0.65％，相當于中國60Si2MnA、日本JIS G4801《Spring steel》SUP7。同時，硅含量高，對高線控軋控冷工藝控制難度高，容易造成盤條內部存在馬氏體等有害組織。作為橋梁纜索鍍鋅鋼絲的鋼種選用，應以成熟的納標鋼種較為穩(wěn)妥，對于含硅1.2％已超過“微合金化”添加的范疇。
為了能在確保鍍鋅鋼絲抗拉強度的前提下，確保鍍鋅鋼絲的高動載疲勞壽命(≥200萬周次)、高韌性、高扭轉性能(≥11次)，且降低成本，本發(fā)明者采用微合金化技術，通過對各合金元素在鋼中的作用分析，并改進了制造工藝，從而完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的第一個目的在于提供一種1770MPa級橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條。
本發(fā)明的第二個目的在于提供這種1770MPa級橋梁纜索鍍鋅鋼絲用盤條的制造方法。


發(fā)明內容
一種1770MPa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲用盤條，其特征在于，包括以下化學元素(wt％)C0.85-0.9，Si0.12-0.32，Mn0.6-0.9，P≤0.025，S≤0.025，Cr0.1-0.25，V≤0.06，Cu≤0.1，其余為不可避免的雜質元素。
各合金元素含量及其作用鋼中的化學元素是確保材料力學性能的基本保證。本發(fā)明通過添加微量合金元素Cr、V來提高盤條的原始強度。
鉻是強碳化物形成元素，它基本上是置換滲碳體內的鐵原子而形成合金滲碳體(Fe.Cr)3C。增強了Fe和C的親和力，從而提高奧氏體的穩(wěn)定性，阻止熱軋時晶粒長大，提高索氏體化形成能力。
釩也是強碳化物形成元素，與鉻具有相近的特性，釩的添加含量甚微，一般都在0.01~0.08％范圍內。但其與氮的親和力大于鋁。因而煉鋼時N與Al含量必須嚴格控制，控制不當會減少阻止晶粒長大的氮化鋁，形成實際粗晶粒，尤其共析鋼左右的含碳量，使其韌性下降。
鋼中碳元素的均勻性對高碳鋼而言，碳在鋼中的均勻性，對材料力學性能、金相組織的均勻性至關重要，因此對鋼坯中心碳和中心碳偏析(鋼坯中心碳/鋼水熔煉碳)作如下控制鋼坯中心碳≤0.94％；鋼坯中心碳偏析(鋼坯中心碳/鋼水熔煉碳)≤1.05。
夾雜物(含量)控制夾雜物是影響鋼材疲勞壽命的主要因素之一，為此，對鋼中夾雜物的控制要求如下按GB/T10561標準檢驗A≤2.0級、B≤1.5級、C≤1.5級、D≤1.5級；按JISG0555標準檢驗夾雜物含量總和≤0.1％。
控制S、P、H、O、N含量及殘余元素對鋼水的S、P、H、O、N含量及殘余元素控制如下S≤0.002％、P≤0.012％、H≤2PPm、O≤20PPm、N≤40PPm、Cu≤0.05％。
盤條金相組織盤條索氏體含量≥90％，不應有網狀滲碳體和淬火組織(馬氏體和屈氏體區(qū)域)。
盤條脫碳層深度盤條應進行脫碳層深度檢驗，盤條一邊總脫碳層(鐵素體+過渡層)的深度不得大于0.07mm。
本發(fā)明提供1770MPa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲用盤條的制造方法，包括冶煉及澆鑄、初軋、高線軋制，其特征在于，冶煉步驟中的爐外精煉步驟采用鋼包精煉爐法和真空循環(huán)脫氣法相結合，其中真空循環(huán)脫氣法中真空度＜2τ、保持18分鐘以上、純脫氣時間大于8分鐘、終溫度為1510±10℃；澆鑄步驟中本體注速≥10分鐘、補注時間≥3分鐘；高線軋制步驟中斯太爾摩線控制冷卻采用快速冷卻方式。
本發(fā)明所提供的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為澆鑄步驟中注余殘鋼量≥5噸。
本發(fā)明所提供的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為鋼包精煉爐法中純吹Ar渣洗時采用底吹Ar方式，純渣洗時間為≥10分鐘，F(xiàn)〔O〕控制在≤5ppm。
本發(fā)明所提供的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為高線軋制步驟中精軋機組進口溫度為960±25℃、減定徑機組進口溫度為930±25℃、吐絲溫度為930±20℃。
本發(fā)明所提供的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為斯太爾摩線控制冷卻中斯太爾摩輥式運輸線采用輥子直徑為Φ14-Φ11mm、每段輥道速度控制為0.79-1.39m/s、每臺風機風量控制為0-100％。
本發(fā)明所提供的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為冶煉步驟中轉爐冶煉過程中留鋼操作后渣厚＜80mm，爐后配碳目標為0.65-0.85％。
本發(fā)明所提供的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為初軋步驟中待軋時間控制在2小時內、大剪切頭率≥15％、單錠大剪收得率≤82.5％。
綜上所述，制造工藝可以采用如下流程脫硫鐵水、轉爐、爐外精煉、鋼錠澆注、初軋均熱、開坯、大剪切頭尾、6VH連軋軋制1422、飛剪定尺剪切、鋼坯表面機械清理、高線加熱爐加熱、高線控制軋制、高線斯太爾摩線控制冷卻、盤條表面檢查、取樣檢驗、盤條打捆、掛標牌、入庫、出廠。
其中，各主要步驟的工藝要求如下 1.冶煉及澆鑄步驟中的要點如下 1)使用廠內返回廢鋼，控制Cu、Ni、Mo等混雜元素管理； 2)入爐鐵水控制扒渣等級； 3)鐵水量應保證注余殘鋼量≥4噸；轉爐溫度按低[N]冶煉基準操作，吹止[P]≤0.009％； 4)在轉爐冶煉過程中為滿足對[N]、[P]的要求，應做到以下幾點吹煉過程中保證微正壓操作；出鋼進行留鋼操作，渣厚＜80mm；爐后配碳全部使用低氮碳粉； 轉爐出鋼僅加脫氧鋁。
6)爐后配碳目標0.65～0.85％； 7)爐外精煉鋼包精煉爐法(LF)爐處理要求分批加入石灰、脫硫渣、發(fā)泡劑等渣樣，確保爐渣流動性良好；在LF操作過程中應造好泡沫渣埋弧，防止增氮；采用Al渣及鈣質脫氧化劑強化脫氧，按接近目標上限調整AL的成份；在成份配好、溫度調整好進行純吹Ar渣冼時，適當控制吹Ar壓力及吹Ar流量，以弱攪拌為準，禁止鋼水翻動至裸露，確保爐渣脫氧效果；采用底吹Ar，純渣洗時間保持10分鐘左右；Si、Mn、Cr等可調整到目標范圍內，配碳應考慮電極增碳，為保險起見，LF爐可預留幾個碳由RH調整；在LF開始及結束測定自由F〔O〕，使LF終F〔O〕控制在≤5ppm； 8)爐外精煉真空循環(huán)脫氣法(RH)處理要求RH處理模式為本處理，真空度＜2τ，保持18分鐘以上；控制C-CR加入量＜500Kg，力爭在RH處理前期加入，最后一批C-CR加入量＜300Kg；純脫氣時間大于8分鐘；進行RH終F[O]測定；RH終溫度控制為1510℃±10℃； 9)澆注及整脫模錠模清掃干凈，禁止用新、銹及冷模；澆注采用Φ50mm水口，控制本體注速≥10分鐘，補注時間≥3分鐘；注余殘鋼量≥5噸；鋼錠嚴禁放冷；整脫模應準備好Ar封磚，澆鋼時采用吹Ar保護，并控制好Ar流量，以防止卷渣，以錠模內鋼水不裸露為準。
2.初軋步驟的要點如下1)均熱爐加熱；2)待軋時間控制在2小時內；3)確保在線熱火焰清理投入，進行四面清理；4)確保大剪切頭率≥15％，單錠大剪收得率≤82.5％；5)鋼坯進行表面機械清理。
3.高線軋制步驟的要點如下1)鋼坯加熱爐出爐溫度1080±25℃；2)在線溫度控制精軋機組進口溫度960±25℃，減定徑機組進口溫度930±25℃，吐絲溫度930±20℃；3)斯太爾摩線控制冷卻采用快冷方式，其中保溫罩全部打開，輥道速度控制和風機風量分別控制如下(表3、4) 表3輥道速度控制(米/秒)
表4風機風量控制(％)
有益效果 通過對材料優(yōu)化設計及制造工藝設計，本發(fā)明所提供的鋼絲盤條，其力學性能如下抗拉強度Rm1300～1400MPa；斷后伸長率A≥8％；斷面收縮率Z≥30％(經過時效后的斷面收縮率≥35％)。用其生產的鍍鋅鋼絲完全滿足1770Mpa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲的高動載疲勞試驗(≥200萬周次)、高韌性、高扭轉(≥11次)等技術要求(表5)。
表5某一在建的世界第一斜拉索大橋用Φ7.0mm 1770MPa級鍍鋅鋼絲主要技術指標

具體實施例方式 下面用實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發(fā)明有任何限制。本領域技術人員在本說明書的啟示下對本發(fā)明實施中所作的任何變動都將落在權利要求書的范圍內。
實施例1 根據(jù)表6所示化學元素的含量進行脫硫鐵水、轉爐、爐外精煉、鋼錠澆注，隨后進行初軋均熱、開坯、大剪切頭尾、6VH連軋軋制1422、飛剪定尺剪切、鋼坯表面機械清理、高線加熱爐加熱、高線控制軋制、高線斯太爾摩線控制冷卻、盤條表面檢查、取樣檢驗、盤條打捆、掛標牌、入庫、出廠。隨后進行元素含量測定(見表8)、鋼坯中心碳和中心碳偏析測定(見表9)、夾雜物控制測定(見表10)、索氏體含量與脫碳層深度控制測定(見表11)。
表6高碳鋼(0.87％)所含化學元素(wt％)
比較例1 根據(jù)表7所示的化學元素比例，按實施例1所述的工藝流程進行生產。元素含量測定見表8、鋼坯中心碳和中心碳偏析測定見表9、夾雜物控制測定見表10、索氏體含量與脫碳層深度控制測定見表11。
表7化學元素(wt％)
測試結果 表8化學元素含量的測定(wt％)
表9鋼坯中心碳和中心碳偏析
表10夾雜物控制
表11索氏體含量與脫碳層深度控制
工業(yè)實用性 用本發(fā)明材料通過某金屬制品有限公司試制成的Φ7.0mm 1770MPa級鍍鋅鋼絲，并委托某纜索有限公司編成Φ7.0mm×37試驗索股，通過了江蘇省質量技術監(jiān)督檢驗站200萬周次的動載疲勞及靜載試驗。Φ7.0mm×223試驗索股也通過了靜載試驗。證明用本發(fā)明材料研制的高強度鋼絲完全滿足斜拉索的技術規(guī)范和設計要求，為本發(fā)明材料應用于大橋工程創(chuàng)造了條件。
用本發(fā)明材料通過某一金屬制品有限公司制成的Φ7.0mm 1770MPa級鍍鋅鋼絲，已成功應用于我國在建的排名世界第一(鍍鋅鋼絲強度級別最高、跨度最大)的某一斜拉索大橋，填補了中國國內生產空白。
權利要求
1.一種1770MPa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲用盤條，其特征在于，包括以下化學元素(wt％)C0.85-0.9，Si0.12-0.32，Mn0.6-0.9，P≤0.025，S≤0.025，Cr0.1-0.25，V≤0.06，Cu≤0.1，其余為不可避免的雜質元素。
2.權利要求1所述1770MPa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲用盤條的制造方法，包括冶煉及澆鑄、初軋、高線軋制，其特征在于，冶煉步驟中的爐外精煉步驟采用鋼包精煉爐法和真空循環(huán)脫氣法相結合，其中真空循環(huán)脫氣法中真空度＜2τ、保持18分鐘以上、純脫氣時間大于8分鐘、終溫度為1510±10℃；澆鑄步驟中本體注速≥10分鐘、補注時間≥3分鐘；高線軋制步驟中斯太爾摩線控制冷卻采用快速冷卻方式。
3.如權利要求2所述的制造方法，其中所述澆鑄步驟中注余殘鋼量≥5噸。
4.如權利要求2所述的制造方法，其中所述鋼包精煉爐法中純吹Ar渣洗時采用底吹Ar方式，純渣洗時間為≥10分鐘，F(xiàn)〔O〕控制在≤5ppm。
5.如權利要求2所述的制造方法，其中所述高線軋制步驟中精軋機組進口溫度為960±25℃、減定徑機組進口溫度為930±25℃、吐絲溫度為930±20℃。
6.如權利要求2所述的制造方法，其中所述斯太爾摩線控制冷卻中斯太爾摩輥式運輸線采用輥子直徑為Φ14-Φ11mm、每段輥道速度控制為0.79-1.39m/s、每臺風機風量控制為0-100％。
7.如權利要求2所述的制造方法，其中所述冶煉步驟中轉爐冶煉過程中留鋼操作后渣厚＜80mm，爐后配碳目標為0.65-0.85％。
8.如權利要求2所述的制造方法，其中所述初軋步驟中待軋時間控制在2小時內、大剪切頭率≥15％、單錠大剪收得率≤82.5％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種1770MPa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲用盤條，包括以下化學元素(wt％)C0.85-0.9，Si0.12-0.32，Mn0.6-0.9，P≤0.025，S≤0.025，Cr0.1-0.25，V≤0.06，Cu≤0.1，其余為不可避免的雜質元素。本發(fā)明還提供這種盤條的制造方法。本發(fā)明提供的這種盤條抗拉強度Rm1300～1400MPa；斷后伸長率A≥8％；斷面收縮率Z≥30％(經過時效后的斷面收縮率≥35％)，用其生產的鍍鋅鋼絲完全滿足1770Mpa級橋梁斜拉索鍍鋅鋼絲的高動載疲勞試驗(≥200萬周次)、高韌性、高扭轉(≥11次)等技術要求。
文檔編號C22C33/00GK101311288SQ20071009382
公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權日2007年5月24日
發(fā)明者周金芳 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司