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CN113403521A - 一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法 - Google Patents

一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法 Download PDF

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CN113403521A CN202110494311.8A CN202110494311A CN113403521A CN 113403521 A CN113403521 A CN 113403521A CN 202110494311 A CN202110494311 A CN 202110494311A CN 113403521 A CN113403521 A CN 113403521A
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Abstract

本发明提供了一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，所述方法依次包括如下步骤：转炉吹炼、LF精炼+RH精炼、连铸成坯、连铸坯料修磨、高速线材轧制、热处理，高速线材轧制的步骤依次为对连铸坯料送步进炉加热、粗轧机粗轧、中轧机轧制、预精轧机预精轧、预水冷、精轧机精轧、水冷、减定径机组定径、再次水冷、吐丝机吐丝、风冷线控冷、集卷收集得风冷盘条。轧制时所用坯料采用矩形连铸坯、一火成材，不需要开坯处理，所得盘条，其索氏体化率达到97％以上，索氏体片层间距70‑80nm，珠光体球团晶粒度8.5‑9级，性能均匀稳定，无影响使用的异常组织，具有高强度、高塑韧性。

Description

一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法
技术领域
本发明属于金属线材制造技术领域，具体涉及一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法。
背景技术
大跨度桥梁主要有斜拉桥和悬索桥两种，其设计使用年限通常要求达到百年以上，对起承重作用的大桥缆索系统组成的关键材料——镀锌或多元合金防腐镀层钢丝有着非常高的性能要求。钢丝在保证抗拉强度符合设计要求的同时，还要具有良好的塑韧性，重要的考核指标——扭转次数通常不能少于12次。随着大桥跨度逐渐增大，钢丝的抗拉强度设计级别逐步提高，从早期的1570MPa、1670MPa级，到近两年的1960MPa(南沙大桥、杨泗港大桥)、2000MPa(商合杭大桥、沪通大桥)、2060MPa级(伶仃洋大桥)，已开建的常泰长江大桥其防腐镀层钢丝设计强度更是达到了2100MPa，为目前世界已建和在建大桥中最高的强度级别，2100MPa级桥梁缆索镀锌或多元合金防腐镀层钢丝尚无工程应用实例。金属材料的强度和塑韧性是一对矛盾体，金属材料抗拉强度提高后，塑韧性通常会下降，为满足加工后钢丝的高强度和高扭转性能要求，作为加工钢丝使用的母料盘条，如何在具备高强度的同时，还要有高的塑韧性成为研发难点。
专利文献CN107587071B一种抗拉强度≥2100MPa桥梁缆索用钢及生产方法：提出了一种采用“铁水预处理-转炉-冶炼-真空处理-连铸成坯-对铸坯加热-开轧成小方坯-堆垛缓冷后加热-高速轧制”工艺流程生产2100MPa桥梁缆索用钢方法，该专利中盘条所用的坯料需要二次开坯，且未涉及盘条的热处理控制技术。
专利文献CN112267069A 2100MPa级镀锌钢丝用盘条及其制造方法：提出了一种采用“铁水脱硫、转炉冶炼、LF精炼、真空冶炼、连铸、开坯、修磨、高线轧制、斯太尔摩冷却以及盐浴冷却”工艺流程生产2100MPa镀锌钢丝用盘条的方法，该专利中盘条所用的坯料也是需要二次开坯。
发明内容
本发明提供了一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，克服现有2100MPa级桥梁缆索镀锌或多元合金防腐镀层钢丝用盘条生产工艺需要二次开坯等问题。
本发明提供的一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，所述方法依次包括如下步骤：转炉吹炼、LF精炼+RH精炼、连铸成坯，所述方法在连铸成坯步骤后还依次包括连铸坯料修磨、高速线材轧制、热处理的步骤，所述高速线材轧制的步骤依次为对连铸坯料送步进炉加热、粗轧机粗轧、中轧机轧制、预精轧机预精轧、预水冷、精轧机精轧、水冷、减定径机组定径、再次水冷、吐丝机吐丝、风冷线控冷、集卷收集得风冷盘条，根据盘条规格不同，连铸坯料的加热温度控制在1000-1220℃，轧制过程和吐丝温度为850-950℃，轧制速度为20-40m/s,所述风冷线控冷的温度控制在600-660℃；所述热处理依次包括加热、盐浴或铅浴韧化热处理、收集成卷，根据盘条规格不同，所述加热步骤控制盘条奥氏体化加热温度为920-1000℃，所述盐浴或铅浴韧化热处理温度为500-580℃。
优选的，所述方法在热处理步骤后还包括时效处理的步骤，所述时效处理的方法是将盘条置于封闭的，温度70-90℃时效室中不小于2天。
优选的，所述转炉吹炼步骤，转炉终点P元素含量≤0.012％，S元素含量≤0.005％。
优选的，所述RH精炼步骤，RH真空处理时间≥20min，控制钢中O含量≤15ppm，N含量≤60ppm。
优选的，所述连铸步骤采用全程保护浇注，避免钢水二次氧化，将夹杂物最大尺寸降至8μm以下，夹杂物数量密度降到6.0个/mm2以下，钢水窄过热度控制在5℃范围内，利用动态轻压下技术，并采用结晶器电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌、自动配水控制连铸坯成分偏析，连铸坯偏析指数1.06。
优选的，所述热处理步骤中，控制盘条奥氏体化加热，保温时间为5-20min。
优选的，所述高速线材轧制最后集卷收集温度不超过400℃。
优选的，所述盘条其组分及重量百分比为C：0.90-1.10％、Si：0.70-1.50％、Mn：0.20-0.83％、Cr：0.20-0.60％、V：0.01-0.10％、P：≤0.012％、S：≤0.005％、Al：0.01-0.10％、O：≤0.0015％、N：≤0.0060％，以及余量的Fe，并控制Si/Mn：≥1.5。
本发明的有益效果：
采用本发明所述生产方法所得盘条，其索氏体化率达到97％以上，索氏体片层间距70-80nm，珠光体球团晶粒度8.5-9级，性能均匀稳定，无影响使用的异常组织，具有高强度、高塑韧性。所得盘条经拉拔、镀锌或多元合金防腐镀层、稳定化处理后，
Figure BDA0003053654320000021
钢丝强度达到2130MPa～2170MPa，扭转指标16～22次，可用于生产
Figure BDA0003053654320000022
规格2100MPa级别桥梁缆索镀锌或多元合金防腐镀层钢丝。
附图说明
图1为本发明实施例中2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条样品显微镜(100×)检验金相组织示意图，
图2为本发明实施例中2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条样品电镜(10000×)检验金相组织示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。
本实施例提供了一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，所述方法依次包括如下步骤：转炉吹炼、LF精炼+RH精炼、连铸成坯、连铸坯料修磨、高速线材轧制、热处理的步骤，所述转炉吹炼是将原料经高炉铁水→颗粒镁或KR脱硫→100吨顶底复吹转炉炼钢进行冶炼。高炉铁水经过颗粒镁或KR脱硫处理，最大限度降低S含量；转炉出钢采用双联法吹炼，可降低钢水中的杂质元素含量。本实施例转炉吹炼转炉终点P元素含量≤0.012％，S元素含量≤0.005％。转炉出钢采用滑板挡渣，严格控制下渣量，防止下渣回P以及污染钢水。
转炉出钢后再经100吨LF炉-100吨RH炉进行精炼。LF炉精炼采用铝脱氧、高碱度渣系以及超低氧生产工艺，降低钢水中的平衡氧含量。LF精炼后的钢水进RH炉进行真空脱气，进一步提高钢水的纯净度，本实施例RH真空处理时间≥20min，控制钢中O含量≤15ppm，N含量≤60ppm。
所述连铸步骤采用全程保护浇铸，避免钢水二次氧化，最终降低连铸坯的夹杂物数量和降低夹杂物尺寸，将夹杂物最大尺寸降至8μm以下，夹杂物数量密度降到6.0个/mm2以下，为提高桥梁缆索用钢的扭转性能和抗疲劳寿命打下坚实基础。钢水窄过热度控制在5℃范围内，利用动态轻压下技术，并采用结晶器电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌、自动配水控制连铸坯成分偏析，连铸坯偏析指数1.06。
所述连铸坯料修磨是将连铸坯进行探伤和全扒皮修磨，保证表面无缺陷。
所述高速线材轧制的步骤依次包括对连铸坯料送步进炉加热、粗轧机粗轧、中轧机轧制、预精轧机预精轧、预水冷、精轧机精轧、水冷、减定径机组定径、再次水冷、吐丝机吐丝、风冷线控冷、集卷收集得风冷盘条。轧制过程中，根据盘条规格不同，连铸坯料的加热温度控制在1000-1220℃，轧制过程和吐丝温度为850-950℃，轧制速度为20-40m/s。所述风冷线控冷采用斯太尔摩控冷线进行盘卷的轧后控制冷却，温度控制在600-660℃。所述高速线材轧制最后集卷收集温度不超过400℃。通过轧制过程的控温和控制冷却，来控制盘条显微组织的晶粒尺寸、索氏体片间距，获得良好的索氏体组织，避免产生影响使用的碳化物和马氏体等淬火组织，为下工序热处理提供合格盘条。
所述热处理依次包括加热、盐浴或铅浴韧化热处理、收集成卷，根据盘条规格不同，所述加热步骤控制盘条奥氏体化加热温度为920-1000℃，保温时间5-20分钟，保证充分奥氏体化并控制奥氏体晶粒尺寸，采用脉冲时序控制加热方式，实现最优化的加热。根据盘条规格不同，控制盐浴或铅浴热处理温度在500-580℃，保证奥氏体组织完全转变为细小均匀的索氏体组织，使盘条具有良好的力学性能和拉拔加工性能。
所述时效处理的方法是将盘条置于封闭的、温度70-90℃时效室中不小于2天，快速去除内应力、提高盘条塑性。
实施例1
化学成分是决定盘条显微组织的基础条件，它不仅关系到线材的加工性能，而且对盘条各项性能指标起到关键作用。为保证镀锌或多元合金防腐镀层钢丝的强度，避免镀锌或多元合金防腐镀层后强度大幅下降，同时提高塑性，创新提出采用高碳高硅并添加Cr、V微合金元素的成分设计方案。
本实施例采用上述2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法生产如下盘条，所述盘条其组分及重量百分比为C：0.90％、Si：1.42％、Mn：0.83％、Cr：0.50％、V：0.06％、P：0.008％、S：0.002％、Al：0.062％，余量为Fe，Si/Mn：＝1.71。本实施例所得盘条样品显微镜(100×)检验金相组织如图1所示，电镜(10000×)检验金相组织如图2所示。
实施例2
本实施例采用上述2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法生产如下盘条，所述盘条其组分及重量百分比为C：0.92％、Si：1.35％、Mn：0.80％、Cr：0.46％、V：0.063％、P：0.009％、S：0.001％、Al：0.067％，余量为Fe，Si/Mn：＝1.69。
实施例3
本实施例采用上述2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法生产如下盘条，所述盘条其组分及重量百分比为C：1.01％、Si：1.12％、Mn：0.73％、Cr：0.47％、V：0.068％、P：0.008％、S：0.001％、Al：0.059％，余量为Fe，Si/Mn：＝1.53。
实施例4
本实施例采用上述2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法生产如下盘条，所述盘条其组分及重量百分比为C：1.05％、Si：0.90％、Mn：0.58％、Cr：0.51％、V：0.072％、P：0.008％、S：0.002％、Al：0.076％，余量为Fe，Si/Mn：＝1.55。
实施例5
本实施例采用上述2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法生产如下盘条，所述盘条其组分及重量百分比为C：1.10％、Si：0.79％、Mn：0.50％、Cr：0.49％、V：0.065％、P：0.009％、S：0.002％、Al：0.056％，余量为Fe，Si/Mn：＝1.58。
实施例1、2、3、4、5所得2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条的力学性能见表1。
表1实施例盘条的规格、显微组织和力学性能
实施例 规格 抗拉强度 断面收缩率
1 Φ15.0mm 1656MPa 31％
2 Φ15.0mm 1672MPa 30％
3 Φ14.5mm 1680MPa 28％
4 Φ14.0mm 1710MPa 28％
5 Φ14.0mm 1701MPa 28％
实施例1、2、3、4、5盘条经拉拔、镀锌或多元合金、稳定化处理后，得到的钢丝的规格、抗拉强度和扭转指标见表2。
表2实施例成品钢丝规格和力学性能
实施例 规格 抗拉强度 扭转次数
1 Φ7.0mm 2140MPa 18次
2 Φ7.0mm 2137MPa 18次
3 Φ7.0mm 2135MPa 19次
4 Φ7.0mm 2149MPa 17次
5 Φ7.0mm 2126MPa 20次
结合表1、表2的实验结果可见，通过本实施例所述生产方法所得盘条，强度适中，组织均匀，无影响使用的网状碳化物和马氏体等淬火组织。盘条经拉拔、镀锌或多元合金防腐镀层、稳定化处理后，成品钢丝强度≥2100MPa，扭转≥12次。

Claims (8)

1.一种2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，所述方法依次包括如下步骤：转炉吹炼、LF精炼+RH精炼、连铸成坯，其特征在于，所述方法在连铸成坯步骤后还依次包括连铸坯料修磨、高速线材轧制、热处理的步骤，所述高速线材轧制的步骤依次为对连铸坯料送步进炉加热、粗轧机粗轧、中轧机轧制、预精轧机预精轧、预水冷、精轧机精轧、水冷、减定径机组定径、再次水冷、吐丝机吐丝、风冷线控冷、集卷收集得风冷盘条，根据盘条规格不同，连铸坯料的加热温度控制在1000-1220℃，轧制过程和吐丝温度为850-950℃，轧制速度为20-40m/s,所述风冷线控冷的温度控制在600-660℃；所述热处理依次包括加热、盐浴或铅浴韧化热处理、收集成卷，根据盘条规格不同，所述加热步骤控制盘条奥氏体化加热温度为920-1000℃，所述盐浴或铅浴韧化热处理温度为500-580℃。
2.根据权利要求1所述的2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，其特征在于：所述方法在热处理步骤后还包括时效处理的步骤，所述时效处理的方法是将盘条置于封闭的，温度70-90℃时效室中不小于2天。
3.根据权利要求1所述的2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，其特征在于：所述转炉吹炼步骤，转炉终点P元素含量≤0.012％，S元素含量≤0.005％。
4.根据权利要求1所述的2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，其特征在于：所述RH精炼步骤，RH真空处理时间≥20min，控制钢中O含量≤15ppm，N含量≤60ppm。
5.根据权利要求1所述的2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，其特征在于：所述连铸步骤采用全程保护浇注，避免钢水二次氧化，将夹杂物最大尺寸降至8μm以下，夹杂物数量密度降到6.0个/mm2以下，钢水窄过热度控制在5℃范围内，利用动态轻压下技术，并采用结晶器电磁搅拌、凝固末端电磁搅拌、自动配水控制连铸坯成分偏析，连铸坯偏析指数1.06。
6.根据权利要求1所述的2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，其特征在于：所述热处理步骤中，控制盘条奥氏体化加热，保温时间为5-20min。
7.根据权利要求1所述的2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，其特征在于：所述高速线材轧制最后集卷收集温度不超过400℃。
8.根据权利要求1所述的2100MPa级合金防腐镀层钢丝用盘条生产方法，其特征在于：所述盘条其组分及重量百分比为C：0.90-1.10％、Si：0.70-1.50％、Mn：0.20-0.83％、Cr：0.20-0.60％、V：0.01-0.10％、P：≤0.012％、S：≤0.005％、Al：0.01-0.10％、O：≤0.0015％、N：≤0.0060％，以及余量的Fe，并控制Si/Mn：≥1.5。
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