專利名稱：：一種高強度鍍鋅鋼絲及其在橋梁纜索制造上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋼絲，具體地說，本發(fā)明涉及一種橋梁纜索用高強度鍍鋅鋼絲。技術(shù)背景長期以來，橋梁纜索用高強度鍍鋅鋼絲均采用冷拔珠光體鋼絲進行批量生產(chǎn)，其抗拉指標(biāo)一般都維持在1470177簡pa之間。但是，隨著世界上許多更長橋梁的相繼建設(shè)，其中有的跨長度甚至超過了2000m，相應(yīng)地，橋梁對鋼絲強度級別的要求超過了1770Mpa，甚至達到2000Mpa，而其對于鋼絲強度的塑韌性指標(biāo)并沒有下降；與此同時，為了減少纜索根數(shù)，減輕自重進而降低造價，有將懸索橋主纜鍍鋅鋼絲的直徑標(biāo)準(zhǔn)從傳統(tǒng)的45.Omra替代為(i)7.Oram的趨勢，而斜拉橋的直徑標(biāo)準(zhǔn)一般均為67.Omm級別，例如，在建的香港昂船洲大橋和已完工的江蘇蘇通大橋都采用1770MPa強度級別的(t)7.0mm鍍鋅鋼絲。傳統(tǒng)的鍍鋅鋼絲產(chǎn)品已不能滿足這樣高的要求。另外，由丁-對橋梁使用安全的日益重視，許多橋梁在建設(shè)過程中對鋼絲的塑韌性指標(biāo)提出了新的要求，具體體現(xiàn)在對鋼絲扭轉(zhuǎn)性能的要求上，同時為節(jié)約成本，在保證安全的前提下盡量減少主纜的根數(shù)，這都對鍍鋅鋼絲的綜合力學(xué)性能提出了更高的要求?，F(xiàn)有的橋梁纜索用鍍鋅鋼絲一般均使用日本或國產(chǎn)82B盤條，對于強度要求較高的纜索則選用87MnQL盤條(1770Mpa級)以及日本新日鐵產(chǎn)高強度盤條(1860Mpa級)。其成熟產(chǎn)品的化學(xué)成分及性能如表1所示。此外，除表l所示成熟產(chǎn)品外，通過專利檢索，共得到相關(guān)的高強度鍍鋅鋼絲用鋼的發(fā)明專利文獻7篇，見表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>從上表可以看出，日本是國際上高強度鍍鋅鋼絲合金成分設(shè)計的主要研究力量，而國內(nèi)相關(guān)專利則主要為盤條的后續(xù)加工方面，但從多年的制造經(jīng)驗來看，單從鋼絲拉拔工藝及熱處理強化來提升鋼絲強度的幅度愈來愈窄，因此提高鍍鋅鋼絲盤條的強度成為主要的發(fā)展趨勢，其設(shè)計思路主要有1、提高鋼中Cr的含量，如專利文獻JP59157267A、JP60208463A和JP60208464A。其中JP59157267A、JP60208464A中在提高鋼中Cr含量的同時提高了Si的含量，以減少鋼絲在熱鍍鋅中的強度損失；2、添加微量合金元素，利用其強化效果(彌散強化、細(xì)晶強化)來提高盤條及鋼絲的強度，如專利文獻JP60208463A、JP62004859A和JP04236742A均采用添加Mo、B、Ti、Nb及V等微合金元素來提高鋼絲性能；3、增加鋼中C含量來提高鋼種強度，見專利文獻JP07286244A、JP08296022A。然而，目前國際上相關(guān)鋼種專利亦有很大的不足，主要集中在以下幾個方面1、提高鋼中Cr的含量有助于提高材料的強度，但從以往的經(jīng)驗來看，國內(nèi)產(chǎn)線上采用高Cr的合金鋼易在組織中產(chǎn)生淬火組織，影響鋼絲的后續(xù)加工，而國外采用鹽浴淬火則能有效的解決這一問題，但該產(chǎn)線由于污染嚴(yán)重已在國內(nèi)禁用，因此采用增Cr來提高鋼種強度目前在國內(nèi)來說是不可取的；2、日本專利文獻(JP60208463A、JP62004859A、JP04236742A)中均以微合金化來提高鋼種的強度，但其最高強度級別均以1770Mpa為目標(biāo)值(7rmn)，無法滿足更高的強度要求，同時這些專利文獻均以提高材料的強度為切入點，其微合金強化效果已不能完全滿足鍍鋅鋼絲日益發(fā)展的需要，并且不能很好地改善鋼絲的扭轉(zhuǎn)性能，這些專利文獻也并未就鍍鋅鋼絲的規(guī)格與強度的關(guān)系進行探討；3、提高碳含暈將給鋼種冶煉控制帶來困難，特別是對于轉(zhuǎn)爐冶煉，而碳的偏析也易影響成品鋼絲的塑韌性指標(biāo)特別是扭轉(zhuǎn)指標(biāo)；4、除JP60208464A外，其他專利文獻均未涉及降低P的含量，研究表明，P含量對于盤條及成品鋼絲的最終性能特別是對扭轉(zhuǎn)性能有至關(guān)重要的影響。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種強度與塑韌性達到良好配合的高強度鍍鋅鋼絲，以滿足對橋梁建設(shè)中對鋼絲強度以及扭轉(zhuǎn)指標(biāo)的更高要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種鍍鋅鋼絲，包括鋼絲芯和鍍鋅層，其特征在于，所述鋼絲芯包含以下質(zhì)量百分比的組成成分c:0.75%0.95%Si:0.5%1.2%Mn:0.5%1.0%Cr:0.1%0.5%Nb:0.01%0.1%V:0.02%0.1%Al:0.01%0.05%P:《0.010%S:《0.010%其余為鐵和不可避免的夾雜，雜質(zhì)元素總量低于0.5%。本發(fā)明鍍鋅鋼絲芯化學(xué)成分范圍選擇的依據(jù)C:碳是保證鍍鋅鋼絲強度所必需的成分，增加C含量、提高滲碳體比例可增加盤條的強度，但為避免早期析出滲碳體，(:含量應(yīng)<0.98%;但若一味提高C的含量，鋼種偏析及塑韌性將會有一定程度的惡化。因此，綜合以上因素，碳含量范圍選擇0.75%0.95%。Si:硅是非碳化物形成元素，主要溶于鐵素體，形成合金鐵素體從而達到強化目的。增加Si含量可起到強化F的作用，且在F與Fe:,C界面富集，減緩層狀滲碳體分解速度，減小熱鍍鋅時的強度損失；但Si含量過高會促進Fe,iC形成石墨碳，使鋼種韌塑性和疲勞強度性能大幅度下降，因此作為強化高碳鋼的添加元素極少應(yīng)用。合金化概論普遍認(rèn)為，當(dāng)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(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼。但為彌補鋼絲在熱鍍鋅過程中的強度損失，Si含量范圍選擇0.5%1.2%。Mm錳能溶于鐵素體，起到固溶強化的作用，還能增強奧氏體的穩(wěn)定性，降低M點，提高淬透性，同時，Mn有利于消除S的有害作用，又有利于脫氧。研究發(fā)現(xiàn)，"iMn含量小于0.5y。時作用較小，但錳具有晶粒長大和脫碳的傾向，添加過量會使晶粒粗化，韌性下降，表面脫碳，力學(xué)性能下降，當(dāng)Mn含量超過l.(m時，淬透性提高很大，在熱軋時韌性變壞，會影響鋼絲的生產(chǎn)。因此1^含量范圍選擇0.5%1.0%。Cr:鉻是強碳化物表成元素，它基本上是置換滲碳體內(nèi)的鐵原子而形成合金滲碳體(Fe.Cr):,C，可增強Fe和C的親和力，從而提高其穩(wěn)定性，阻止熱軋時奧氏體晶粒長大，提高索氏體化形成能力。它在高碳結(jié)構(gòu)鋼中往往與較高含量錳同時應(yīng)用，歐美和日本普遍采用、日本神戶制鋼加古川廠開發(fā)的KKP盤條，就是在SWRS82B基礎(chǔ)上，添加O.1%0.3%的鉻，經(jīng)斯太爾摩冷卻后，取得性能良好的索氏體化盤條。因此，Cr含量范圍選擇0.1%0.5%。Nb:鋼中加入鈮可提高材料的強度及改善材料的組織，其原因是Nb加入后可細(xì)化原始奧氏體的晶粒尺寸，提高鋼材的綜合力學(xué)性能；同時Nb在鋼水中的收得率將近100%，合金化準(zhǔn)確，反應(yīng)在性能數(shù)據(jù)上分散度??；另外，Nb的碳氮化物在軋鋼時可以"釘扎"晶界，阻止晶粒長大，而固溶恥在晶界富集濃度高達1.0%以上(原子比)，晶內(nèi)較低，所以它具有雙重強烈拖拽晶界移動的能力。為使Nb在熱變形中以析出物形態(tài)及固溶態(tài)存在的比例(2:3)達到最佳，Nb含量范圍選擇O.OP/。0.1%。V:釩是一種能細(xì)化鋼的晶粒組織、提高鋼的強度和韌性的元素，而且當(dāng)它在高溫熔入奧氏體時，可增加鋼的淬透性。V的碳化物及氮化物能起到沉淀強化的作用。若V的含量低于0.02%,強化效果不明顯；若V的碳化物及氮化物的大量沉淀將導(dǎo)致鋼的韌性下降，因此，V含量范圍選擇0.02y。0.1%，同時采取復(fù)合添加Nb、V來改善鋼種綜合性能。P、S:研究表明P含量對于高碳鋼的偏析有著顯著的影響，會顯著惡化成品鍍鋅鋼絲的塑韌性特別是扭轉(zhuǎn)指標(biāo)；S的存在將會對鋼種的韌性產(chǎn)生影響。因此P含量范圍選擇《0.010%;S含量范圍選擇《0.0109L本發(fā)明還提供該鍍鋅鋼絲在橋梁纜索上的應(yīng)用。由于所述鋼絲能達到強度及塑韌性指標(biāo)的良好配合，可對于橋梁建設(shè)中高強度以及高扭轉(zhuǎn)性能的要求提供選材技術(shù)儲備。本發(fā)明的有益效果為1、在不明顯提高鋼種中碳、鉻含量的前提下，通過復(fù)合添加Nb、V等微合金元素提高材料的強度，以達到1860MPa以上鋼級①7.0mm的高強度鍍鋅鋼絲，有利于鋼種轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本；2、提高鋼中Si的含量，以減小鋼絲在熱浸鋅中的強度損失；3、控制P含量在100ppm以下，保證成品鋼絲的塑韌性特別是扭轉(zhuǎn)指標(biāo)。具體實施方式以下用實施例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。表3所示為實驗鋼種的化學(xué)成分，其中A1A5為本發(fā)明鋼種，B1B3為對照鋼種，為目前橋梁普遍使用的鍍鋅鋼絲鋼種。表3本發(fā)明鋼和對照鋼的化學(xué)成分，wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>B1鋼號為國產(chǎn)82B;B2鋼號為87MnQL;B3鋼號為日本新日鐵1860MPa級(。7.0咖)鋼種。實驗鋼成品鋼絲試制工藝為真空感應(yīng)爐冶煉一初軋開坯一線材軋制(風(fēng)冷)一盤條(①13.5mm)—后續(xù)拉拔一鉛浴一酸洗一熱鍍鋅一穩(wěn)定化一成品鋼絲(①7.0mm)。分別對本發(fā)明鋼種及對照鋼種的盤條及成品鋼絲進行性能檢實驗鋼經(jīng)冶煉、初軋開坯后進行線材軋制(013.5mm為例)后，檢測試驗鋼盤條的力學(xué)性能，結(jié)果如表4所示表4本發(fā)明鋼及對照鋼盤條的力學(xué)性能比較編號Rm(MPa)A50醒％Z%本發(fā)明鋼Al141011.538.5A2138510.537.0A3135012.030.0A414009.525.5A5140510.020.5對Bl118011.040.0昭B2133010.530.5鋼B3135011.535.5從表4的結(jié)果可以看出，本發(fā)明鋼的強度級別均高于對照鋼，同時本發(fā)明鋼A1、A2體現(xiàn)出良好的強度與塑韌性的配合。本發(fā)明用鋼經(jīng)過冶煉、初軋開坯、線材軋制及合理的冷卻工藝之后，可以獲得力學(xué)性能滿足1860MPa以上級的橋梁用鍍鋅鋼絲盤條，同時通過穩(wěn)定鋼中碳的含量有助于解決冶煉過程中碳及合金的偏析問題，大大降低了成品鋼絲的扭轉(zhuǎn)指標(biāo)不合的風(fēng)險。將熱軋風(fēng)冷后的試驗盤條再經(jīng)拉拔、鉛浴、酸洗、熱鍍鋅、穩(wěn)定化等工序處理后制成成品鋼絲，檢測分析其強度及扭轉(zhuǎn)指標(biāo)，結(jié)果如表5所示測，具體如下，經(jīng)斯太爾摩線風(fēng)冷表5本發(fā)明鋼與對照鋼成品鋼絲強度與扭轉(zhuǎn)值比較<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表5可以看出，發(fā)明鋼A1、A2在強度及扭轉(zhuǎn)性能的匹配上達到了良好的效果，通過對本發(fā)明鋼盤條的后續(xù)工藝處理而得到的成品鋼絲其強度級別完全能滿足橋梁所需的大于1860MPa鋼級的強度要求，且塑韌性指標(biāo)不降低。綜上，本發(fā)明在保證碳含量在一定范圍的前提下在傳統(tǒng)鍍鋅鋼絲基礎(chǔ)上，不明顯提高C、Cr的含量，添加Nb、V等微量合金元素以提高盤條以及成品鋼絲的強度，同時增加Si的含量以彌補材料在熱鍍鋅后的強度損失，另外，將P、S含量控制在一定范圍以下以確保鋼絲的塑韌性指標(biāo)特別是扭轉(zhuǎn)指標(biāo)。權(quán)利要求1、一種鍍鋅鋼絲，包括鋼絲芯和鍍鋅層，其特征在于，所述鋼絲芯包含以下質(zhì)量百分比的組成成分C0.75％～0.95％Si0.5％～1.2％Mn0.5％～1.0％Cr0.1％～0.5％Nb0.01％～0.1％V0.02％～0.1％Al0.01％～0.05％P≤0.010％S≤0.010％其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。2、權(quán)利要求l所述鍍鋅鋼絲在橋梁纜索制造上的應(yīng)用。全文摘要本發(fā)明提供一種高強度鍍鋅鋼絲，包含鋼絲芯和鍍鋅層，所述鋼絲芯包含(重量百分比)C0.75％～0.95％，Si0.5％～1.2％，Mn0.5％～1.0％，Cr0.1％～0.5％，Nb0.01％～0.1％，V0.02％～0.1％，Al0.01％～0.05％，P≤0.010％；S≤0.010％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明不明顯提高C、Cr含量，通過添加Nb、V等微量合金元素、提高Si含量并將P、S含量控制在一定范圍以下，在提高鋼絲強度的同時確保鋼絲具有優(yōu)異的塑韌性指標(biāo)。由于本發(fā)明的鍍鋅鋼絲在強度和扭轉(zhuǎn)性能上的良好匹配，可用于制造對強度和塑韌性要求均高的橋梁纜索。文檔編號C22C38/26GK101565797SQ20081003641公開日2009年10月28日申請日期2008年4月22日優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日發(fā)明者弛張,張忠鏵,徐文亮申請人:寶山鋼鐵股份有限公司