CN103014508A - 一种跨越度≥3500米的架空电缆钢芯用钢丝及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种跨越度≥3500米的架空电缆承载钢芯用镀锌钢丝及生产方法，其组分及重量百分比含量：C:0.79～0.84%，Mn：0.70～0.90%，Si：0.15～0.30%，P≤0.01%，S≤0.01%，Cr:0.28～0.35%，V：0.015～0.035%；生产步骤：选用直径为9～11mm、抗拉强度不低于1180MPa的盘条；酸洗及磷化处理；拉拔；镀锌；待用。本发明生产的φ2.70-4.60mm的镀锌钢丝，盘条无需经过铅浴淬火处理而直接拉拔，减少了对环境的污染，减少了铅浴淬火等热处理工序及相应的设备维护工作，并且在成分简单的条件下，钢丝的抗拉强度至少在1900MPa,1%伸长应力至少在1600MPa，扭转次数至少在20次。

Description

一种跨越度≥3500米的架空电缆钢芯用钢丝及生产方法

技术领域

本发明涉及线材及其生产方法，具体地属于一种跨度≥3500米架空电缆承载钢芯用钢丝及其生产方法，其适用于生产直径为φ2.7-4.0mm的超高强度级别架空电缆承载钢芯用钢丝。

背景技术

超高强度级别镀锌钢丝的具体性能指标为：抗拉强度≥1770MPa，1％伸长应力≥1550MPa，延伸率≥2.5 %，扭转次数≥14，锌层质量符合GB/T3428-2002的A级。超高强度级别镀锌钢丝可以制作1×7、1×19和1×37结构的超高强度级别镀锌钢绞线。

随着具备节能、环保特点的特高压、大跨越输电技术日益成熟和推广应用，对架空输电电缆承载用镀锌钢绞线的要求越来越高，国标GB/T3428-2002（等同IEC 60888）中包含的镀锌钢线强度等级已经难以满足制造超长、大截面钢芯铝绞线的要求，急需开发出超高强度级别的镀锌钢绞线。

超高强度级别镀锌钢绞线要同时具备 “三高”特点，即：高抗拉强度、高1%伸长时应力和高扭转，制造的难点在于如何保证产品的3项性能指标均能同时满足技术条件的要求。

一般来说，提高拉拔钢丝强度和应力的方法有3种，一是增加钢丝的总变形量，但过高的冷变形量会对钢丝的韧性造成伤害，致使扭转性能不合格；二是选用初始强度超过1250MPa的原料，但目前国内能稳定生产的高碳钢盘条主要为82B系列，其初始强度一般都低于1200MPa，难以满足生产超高强度级别镀锌钢绞线产品的需求；三是对82B盘条原料进行铅浴淬火处理后再拉拔，以提高盘条的索氏体组织百分含量，达到提高盘条初始强度和韧性的目的，但该生产方法由于增加了铅浴淬火工序，每吨产品将增加工序成本800多元，同时还会对环境造成一定的污染。

关于采用盘条生产超高强度镀锌钢丝方面的研究，国内外都能查阅到相应的文献与专利，这些文献与专利可以分为两类：

其一，应用领域与本专利不同，主要为桥梁缆索用镀锌钢丝，技术指标中对抗拉强度要求较高，而对1%伸长时应力、扭转等韧性指标没有明确要求或要求较低，如：

T Tarui“High Strength Galvanized Wire for Bridge Cables”（Materials Science Forum.2003,426/432(2): 829-834）、“Wire rod for 2000 MPa galvanized wire and 2,300 MPa PC strand”（NIPPON STEEL  TECHNICAL REPORT.1999,(80):44-49）中介绍了新日铁开发的通过球化处理分解碳化体，使显微组织呈珠光体结构可减少拉拔、扭转过程分层现象的强度为1770～1960 MPa镀锌钢绞线并应用于明石和Kurushima大桥的悬拉绳，以及桥梁钢索用、抗拉强度为2000 MPa的镀锌线的专有生产技术；还有中国专利申请号为201110342720.2 的专利文献，其公开了一种“超高强度钒钛复合微合金化高碳钢盘条及其制备方法”，其化学成分(wt%)为C：0.79～0.84、Si：0.15～1.25、Mn：0.60～0.90、Cr：0.15～0.25、V：0.04～0.15、以及添加一种以上的Al：0.001～0.10、B：0.0005～0.0015、Ti：0.01～0.05、Nb：0.01～0.03、Mo：0.01～0.03，工艺生产的高碳钢盘条可用于制造抗拉强度在1960MPa以上15.2mm的桥梁缆索用镀锌钢绞线和抗拉强度在1860 MPa以上7mm镀锌钢丝；还有中国专利申请号为201010179972 的专利文献，其公开了“一种制造f5.0 mm 1860 MPa超高强度热镀锌钢丝的方法”，其化学成分(wt%)为C：0.81～0.90、Si：0.70～1.60、Mn：0.60～0.90、Ni：0.02～1.20、W：0.00～0.25、Al：0.015～0.030、Cr：0.00～0.70、V：0.00～0.15、Ca：0.002～0.006、P≤0.015、S≤0.015。

其二，应用领域与本专利相同或接近，但均采用盐浴或铅浴淬火等热处理工艺，如：Yasuhiro Oki “Development of 200 kgf/mm2 Grade High-strength Zinc-galvanized Wire”（R.1999,49(2):8-11）介绍了日本采用在过共析钢中添加Si和C合金盘条，经过拉拔、镀锌、热处理等工艺，生产出镀锌后组织为纳米结构，具有优异延展性、韧性、抗疲劳性、延迟断裂性绳索、电缆用高达200 kgf/mm2 (1960 N/mm2)级镀锌绞线；陈贤忠“强韧性特高强度镀锌制绳钢丝的研制”（金属制品.2009,35(5):11-13）介绍了贵州钢绳公司选取贵州钢厂生产的f8.0mm82A盘条为原材料，拉拔至f6.20mm半成品后，在加热温度为880～920℃、铅淬火温度为540～560℃、收线速度为7～11m/min的条件下制备出抗拉强度达到1365MPa、索氏体体积分数大于96 %、拉拔至f2.40mm，经电镀锌后钢丝扭转值为29.1次、弯曲值为16.1次、抗拉强度为2209MPa、锌层面质量为243g/mm2的强韧性特高强度镀锌制绳钢丝；冯跃平“77MnA盘条试制高强度热镀锌钢绞线”（金属制品.2009,35(5):19-21）介绍了新疆八钢采用自己生产的77MnA盘条经过原料生产及表面处理、拉拔、脱脂、热处理、助镀、热镀锌和绞制等工序，其中表面处理采用常温盐酸洗、中温磷化工艺，拉拔采用较小的道次压缩率、热处理温度715～730℃、加热时间约124s、收线速度8.5m/min，热镀锌时锌液温度为455～465℃、镀锌时间12s，捻制时7根钢丝放线张力应一致生产出电力电讯用高强度镀锌钢绞线；“NIPPON STEEL CORP.HIGH TENSILE STRENGTH WIRE ROD FOR STEEL WIRE EXCELLENT IN TWISTING VALUE AND ITS PRODUCTION”(Japan.No.JP19980034580)、“NIPPON STEEL CORP.HIGH STRENGTH HIGH TOUGHNESS HIGH CARBON STEEL WIRE ROD AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME”（Japan.No.EP20040705540）、“NIPPON STEEL CORP.PRODUCTION OF HIGH STRENGTH GALVANIZED STEEL WIRE”（Japan.No.JP08296008）、“NIPPON STEEL CORP.HIGH-STRENGTH WIRE ROD HAVING SUPERIOR ROD DRAWABILITY, MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND HIGH-STRENGTH STEEL WIRE HAVING SUPERIOR ROD DRAWABILITY”（Japan.No.JP20060179741）为日本新日铁的盘条生产及加工专利技术，均采用盐浴或铅浴淬火或再奥氏体化的热处理工艺。

在现有技术中，为了增加高碳钢盘条82B的初始强度，一般都在82B基础成分之外单一或组合添加0.15-0.25%Cr、0.04-0.15%V以及微量Ti等，Cr、V都能增加钢的强度，但Cr是中等碳化物形成元素，Cr碳化物是最细小的一种碳化物，它可均匀地分布在钢中，使钢具有高的强度、硬度的同时使组织细化且分布均匀，提高钢的塑性和韧性；而V的碳化物在钢中溶解度相对较高，常被用作提高高碳钢的强度，含V量较高时易导致加工硬化，对钢的韧性造成伤害。

发明内容

本发明专利的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种生产φ2.7-4.0mm，无需经过铅浴淬火处理，直接拉拔，使钢丝的抗拉强度≥1900MPa, 1%伸长应力≥1600MPa，扭转次数≥20次、尤其适用制作1×37结构的跨度≥3500米架空电缆承载钢芯用镀锌钢丝及生产方法。

实现上述目的的措施：

一种跨越度≥3500米的架空电缆承载钢芯用镀锌钢丝，其组分及重量百分比含量为：C:0.79～0.84%，Mn：0.70～0.90%，Si：0.15～0.30%，P≤0.01%，S≤0.01%，Cr:0.28～0.35%，V：0.015～0.035%，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产一种跨越度≥3500米的架空电缆承载钢芯用镀锌钢丝的方法，其步骤：

1）选用直径为9～11mm、抗拉强度不低于1180MPa的盘条；

2）进行常规酸洗及磷化处理，并使盘条表面的磷化膜层均匀；

3）拉拔，拉拔道次控制为9～10道次，并控制平均道次压下率在19～21%，拉拔速度在2～3m/s,控制冷却后的钢丝表面温度不超过60℃；在拉拔中保持润滑剂均匀覆在钢丝表面；平均道次压下率根据以下公式计算：

式中： Qcp—表示平均道次压下率，单位为%；

d—表示钢丝直径，单位为mm；

D—表示盘条直径，单位为mm；

n—表示拉拔道次；

4）镀锌，并控制钢丝直径d与钢丝镀锌的运行速度v乘积值在110～130mm·m/min；d—表示钢丝直径，单位为mm；v—表示钢丝镀锌的运行速度，单位为m/min；

5）待用。

本发明中V元素的作用

本发明由于采用较高的Cr含量，即0.28～0.35%，及 微量V：0.015～0.035%，使其既可提高热轧盘条的初始强度，又可降低对韧性指标的伤害。

本发明与现有技术相比，生产的φ2.70-4.60mm的超高强度级别镀锌钢丝，盘条无需经过铅浴淬火处理，直接拉拔，减少了对环境的污染，减少了铅浴淬火等热处理工序及相应的设备维护工作，并且在成分简单的条件下，使所生产钢丝的抗拉强度至少在1900MPa, 1%伸长应力至少在1600MPa，扭转次数至少在20次。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1：G4A 7/3.60（1×7-10.08mm）镀锌钢绞线的生产：

所生产出的盘条成分及重量百分比含量为C：0.80%、Si：0.22%、Mn：0.75%、Cr：0.35%、V：0.035%，S ：0.01%，P：0.0098%，其余为Fe及不可避免的杂质；

其盘条的直径D为11mm，初始抗拉强度为1195MPa，断面收缩率为34%，晶粒度为8级，索氏体含量在90%，钢丝直径d为3.60mm，钢丝镀锌的运行速度v为36m/min，压下道次数n为10次。

其生产步骤：

1）生产出直径D为11.0mm、初始抗拉强度为1195MPa的盘条；

2）进行常规酸洗及磷化处理，经磷化处理后的盘条表面的磷化膜层均匀；

3）进行拉拔，拉拔道次n为10次，道次平均压下率20.0%，拉拔速度在2.0m/s,冷却后的钢丝表面温度45-50℃；在拉拔中保持润滑剂均匀覆在钢丝表面；平均道次压下率根据以下公式计算： 

分别将d为3.60mm、D为11.0mm，n为10次代入后，得Qcp=20.0%；

4）进行镀锌，钢丝直径d与钢丝镀锌的运行速度v乘积值在130mm·m/min，钢丝直径d为3.60mm，钢丝镀锌的运行速度v为36m/min；

5）待用。

经检测，其钢丝的抗拉强度为1985MPa, 1%伸长应力为1611MPa，伸长率4.4%，扭转为26次，锌层质量为284g/m²。

实施例2：G4A φ3.60mm镀锌钢丝的生产：

所生产出的盘条成分及重量百分比含量为C：0.81%、Si：0.24%、Mn：0.82%、Cr：0.30%、V：0.030%、S：0.008%、P：0.009%，其余为Fe及不可避免的杂质；

其盘条的直径D为10.0mm，初始抗拉强度为1205MPa，断面收缩率为32%，晶粒度为8级，索氏体含量在90%，钢丝直径d为3.60mm，钢丝镀锌的运行速度v为36m/min，压下道次数n为9次。

其生产步骤：

1）生产出直径D为10.0mm、初始抗拉强度为1205MPa的盘条；

2）进行常规酸洗及磷化处理，经磷化处理后的盘条表面的磷化膜层均匀；

3）进行拉拔，拉拔道次n为9次，道次平均压下率20.3%，拉拔速度在2.0m/s,冷却后的钢丝表面温度45-50℃；在拉拔中保持润滑剂均匀覆在钢丝表面；平均道次压下率根据以下公式计算： 

分别将d为3.60mm、D为10.0mm，n为9次代入后，得Qcp=20.3%；

4）进行镀锌，钢丝直径d与钢丝镀锌的运行速度v乘积值在130mm·m/min，钢丝直径d为3.60mm，钢丝镀锌的运行速度v为36m/min；

经检测，其钢丝的抗拉强度为1960MPa, 1%伸长应力为1620MPa，伸长率4.8%，扭转为30次，锌层质量为305g/m²。

实施例3：G4A 37/3.14（1×37-22mm）镀锌钢绞线的生产：

所生产出的盘条成分及重量百分比含量为C：0.81%、Si：0.25%、Mn：0.80%、Cr：0.32%、V：0.025、S：0.00951%、P：0.0097%，其余为Fe及不可避免的杂质；

其盘条的直径D为10.0mm，初始抗拉强度为1200MPa，断面收缩率为33%，晶粒度为8级，索氏体含量在90%，钢丝直径d为3.14mm，钢丝镀锌的运行速度v为38m/min，压下道次数n为10次。

其生产步骤：

1）生产出直径为10.0mm，初始抗拉强度为1200MPa的盘条； 

2）进行常规酸洗及磷化处理，经磷化处理后的盘条表面的磷化膜层均匀；

3）进行拉拔，拉拔道次n为10次，道次平均压下率在20.7%，拉拔速度在2.5m/s,冷却后的钢丝表面温度45-50℃；在拉拔中保持润滑剂均匀覆在钢丝表面；平均道次压下率根据以下公式计算： 

分别将d为3.14mm、D为10.0mm，n为10次代入后，得Qcp=20.7%；

4）进行镀锌，钢丝直径d与钢丝镀锌的运行速度v乘积值在120mm·m/min，钢丝直径d为3.14mm，钢丝镀锌的运行速度v为38m/min；

5）待用。

经检测，其钢丝的抗拉强度为1930MPa, 1%伸长应力为1690MPa，伸长率5.6%，扭转为28次，锌层质量为362g/m²。

实施例4：G4A φ3.14mm镀锌钢丝的生产：

所生产出的盘条成分及重量百分比含量为C：0.83%、Si：0.20%、Mn：0.78%、Cr：0.28%、V：0.015%，S：0.0085%，P：0.0092%，其余为Fe及不可避免的杂质；

其盘条的直径D为9.0mm，初始抗拉强度为1220MPa，断面收缩率为32%，晶粒度为8级，索氏体含量在90%，钢丝直径d为3.14mm，钢丝镀锌的运行速度v为38m/min，压下道次数n为9次。

其生产步骤：

1）生产出直径为9.0mm，初始抗拉强度为1220MPa的盘条； 

2）进行常规酸洗及磷化处理，经磷化处理后的盘条表面的磷化膜层均匀；

3）进行拉拔，拉拔道次n为9次，道次平均压下率在20.9%，拉拔速度在2.5m/s,冷却后的钢丝表面温度45-50℃；在拉拔中保持润滑剂均匀覆在钢丝表面；平均道次压下率根据以下公式计算： 

分别将d为3.14mm、D为9.0mm，n为9次代入后，得Qcp=20.9%；

4）进行镀锌，钢丝直径d与钢丝镀锌的运行速度v乘积值在120mm·m/min，钢丝直径d为3.14mm，钢丝镀锌的运行速度v为38m/min；

经检测，其钢丝的抗拉强度为1925MPa, 1%伸长应力为1650MPa，伸长率5.6%，扭转为29次，锌层质量为318g/m²。

实施例5：G4A φ3.0mm镀锌钢丝的生产：

所生产出的盘条成分及重量百分比含量为C：0.83%、Si：0.26%、Mn：0.79%、Cr：0.28%、V：0.025%，S：0.009%，P：0.0098%，其余为Fe及不可避免的杂质；

其盘条的直径D为9.0mm，初始抗拉强度为1210MPa，断面收缩率为32%，晶粒度为8级，索氏体含量在90%，钢丝直径d为3.0mm，钢丝镀锌的运行速度v为37m/min，压下道次数n为10次。

其生产步骤：

1）生产出直径为9.0mm，初始抗拉强度为1210MPa的盘条；

2）进行常规酸洗及磷化处理，经磷化处理后的盘条表面的磷化膜层均匀；

3）进行拉拔，拉拔道次n为10次，道次平均压下率19.7%，拉拔速度在3m/s,冷却后的钢丝表面温度45-50℃；在拉拔中保持润滑剂均匀覆在钢丝表面；平均道次压下率根据以下公式计算： 

分别将d为3.0mm、D为9.0mm，n为10次代入后，得Qcp=19.7%；

4）进行镀锌，钢丝直径d与钢丝镀锌的运行速度v乘积值在110mm·m/min，钢丝直径d为3.0mm，钢丝镀锌的运行速度v为37m/min；

经检测，其钢丝的抗拉强度为1950MPa, 1%伸长应力为1643MPa，伸长率4.8%，扭转为29次，锌层质量为275g/m2。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.一种跨越度≥3500米的架空电缆承载钢芯用镀锌钢丝，其组分及重量百分比含量为：C:0.79～0.84%，Mn：0.70～0.90%，Si：0.15～0.30%，P≤0.01%，S≤0.01%，Cr:0.28～0.35%，V：0.015～0.035%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.生产如权利要求1所述的一种跨越度≥3500米的架空电缆钢芯用钢丝的方法，其步骤：

生产一种跨越度≥3500米的架空电缆承载钢芯用镀锌钢丝的方法，其步骤：

1）选用直径为9～11mm、抗拉强度不低于1180MPa的盘条；

2）进行常规酸洗及磷化处理，并使盘条表面的磷化膜层均匀；

3）拉拔，拉拔道次控制为9～10道次，并控制平均道次压下率在19～21%，拉拔速度在2～3m/s,控制冷却后的钢丝表面温度不超过60℃；在拉拔中保持润滑剂均匀覆在钢丝表面；平均道次压下率根据以下公式计算：

式中： Qcp—表示平均道次压下率，单位为%；

d—表示钢丝直径，单位为mm；

D—表示盘条直径，单位为mm；

n—表示拉拔道次；

4）镀锌，并控制钢丝直径d与钢丝镀锌的运行速度v乘积值在110～130mm·m/min；d—表示钢丝直径，单位为mm；v—表示钢丝镀锌的运行速度，单位为m/min；

5）待用。