[发明专利]一种低合金钢及由其制备的钢丝加工用高强高塑性盘条

说明书

本发明涉及一种低合金钢，以及由该低合金钢制备的钢丝加工用高强高塑性盘条，盘条抗拉强度可达1400MPa以上，同时具有良好的塑性，面缩率高于25％以上，该盘条经拉拔、镀锌、稳定化处理后加工的7mm系列高强度钢丝抗拉强度可达1960MPa以上，同时具有良好的扭转性能、抗松弛性能和疲劳寿命，可用于生产大跨径桥梁缆索。

技术领域

本发明涉及一种低合金钢，及由其制备的钢丝加工用高强高塑性盘条，可用于生产大跨径桥梁缆索。

背景技术

悬索桥和斜拉索桥是目前跨越海湾、峡谷、大江、大河的大跨度桥梁设计的首选形式。20世纪80年代前，国内使用的桥梁缆索用热镀层钢丝强度级别主要为1570MPa。此后，随着钢丝生产技术的发展，1670MPa钢丝成为桥梁缆索用热镀钢丝的主流产品。随着桥梁跨度的增加，所使用的热镀层钢丝强度也在增加。2008年建成的世界最大跨径斜拉桥——苏通大桥(主跨1088m)首次采用1770MPa级热镀钢丝，昭示我国在桥梁缆索用热镀层钢丝研究及产业化方面已走在了世界前列。近年来，5.0mm系列1770MPa钢丝已广泛应用在一些大型悬索桥上，如舟山西堠门大桥、南京长江四桥、马鞍山长江公路大桥、武汉鹦鹉州大桥等。

随着社会和技术的发展，悬索桥和斜拉索桥跨度不断增加，世界上已建成的悬索桥跨径接近2000米，而斜拉索桥的跨径也已超过1000米。随着桥梁跨径的增加，对桥梁缆索用关键原材料镀锌钢丝提出了更高的性能要求，研究1960MPa以上超高强度桥梁缆索用镀锌钢丝成为人们关注的重点。采用高强度镀锌钢丝将有利于该类桥梁建设过程中节约材料用量，同时降低生产成本。

盘条是生产高强度桥梁缆索用钢丝的原料，大规格盘条通过拉拔、镀锌、稳定化等工艺过程最终加工成缆索钢丝。要完成大减面率钢丝拉拔过程，盘条首先需具备良好的可拉拔性能。桥梁缆索钢丝强度等级的提高推动盘条强度不断提升，合金强化和组织细化是提高盘条强度的两种最有效手段。对于盘条的合金强化方法，世界先进钢铁企业开展了一系列的研究工作。如日本神户制钢加古川厂开发的KKP盘条，就是在常规SWRS82B基础上，添加少量铬，经斯太尔摩冷却后，取得性能良好的高强度索氏体化盘条。又进一步提高盘条碳含量至0.87％，同时添加约0.08％的钒，制造强度更高、离散性更小的盘条称为超级KKP盘条。欧州也有不少钢厂采用此方法生产高强度桥梁缆索用盘条，但该类型盘条加工钢丝强度等级仍较低。

国内研究人员采用低硅合金成分设计，通过提高盘条中C和Mn元素来提高材料强度，开发的0.87％碳含量材料，实现盘条及钢丝强度的提升，但仍只能满足1770MPa钢丝加工需求。进一步如专利CN101565797B公开的通过提高材料Si元素含量、添加V、Nb微合金化元素复合添加来进一步提高材料强度，加工钢丝强度等级可达1860MPa。

高碳盘条得到高索氏体化组织是实现强度提升的另一重要手段。目前盘条高索氏体化主要通过轧后控制冷却来实现，我国目前95％的盘条生产采用的是斯太尔摩风冷工艺，它是把终轧后的盘条通过水冷后再在风冷段中实现索氏体连续组织转变。斯太尔摩冷却工艺在生产大规格盘条时存在冷却能力不足及温度均匀性较差的问题，影响材料性能的进一步提升。日本新日铁开发了在线盐浴等温处理DLP工艺较好的满足了盘条索氏体化转变要求，但存在设备投资大，维护成本高的问题。

对于桥梁缆索镀锌钢丝发展而言，除了对于强度提高的需求以外，还要求钢丝在高强度下仍要保持高的塑韧性，及高的扭转性能要求。目前主要采用的方法主要包括将材料P、S含量控制在一定范围，特别是控制合金中P元素含量到0.01％以下，并防止其凝固过程中的偏析，降低P对钢丝扭转性能的严重破坏。添加10-500ppm的Zr以形成ZrO₂细化晶粒同时改善盘条心部成分偏析。添加9-60ppm的B来改善高碳钢盘条组织，在高温奥氏体中固溶的B元素将在晶界偏聚，冷却过程中将阻止先共析铁素体的形成，同时促进渗碳体的析出，通过优化组织改善扭转性能，但均限制在一定的强度范围内。