CN116334498B - 一种钢绞线用盘条及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钢绞线用盘条及其制备方法，属于高强耐腐蚀盘条技术领域，克服了现有技术中耐腐蚀盘条生产成本高，易偏析、降低盘条力学性能的缺陷。本发明钢绞线用盘条，化学成分以重量百分比计为：C 0.80~0.85%、Si 0.3~0.5%、Mn 0.4~0.55%、P 0.028~0.04%、S≤0.015%、Cr 0.35~0.45%、Cu 0.2~0.3%、Ce 0.02~0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明盘条具有良好的耐腐蚀性能、强度和韧性，且生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于高强耐腐蚀盘条技术领域，具体涉及一种钢绞线用盘条及其制备方法。
背景技术
预应力钢绞线具有抗拉强度高、松弛值低、延伸率高及耐疲劳性能良好等特点，广泛应用于道路、桥梁、水利、电力、建筑等国民经济建设领域。其中，有些结构处于腐蚀工业、海洋等恶劣环境下，结构中的钢绞线极易发生腐蚀；有些结构虽处于正常的大气环境下，但随着服役时间增长，空气中的水气、氧气以及污染物质等也会引起钢绞线的腐蚀。钢绞线腐蚀造成的危害极大，不仅会产生巨大的经济损失，造成资源、能源的严重浪费，同时也会造成环境的污染，甚至会对生命安全造成危害，因此，必须重视钢绞线防腐蚀问题。
钢绞线是采用高碳钢盘条，经过表面处理后冷拔成钢丝，然后按钢绞线结构将一定数量的钢丝绞合成股，再经过消除应力的稳定化处理过程而成。为延长耐久性以及提高耐腐蚀性能，钢丝表面一般会有金属或非金属的镀层或涂层，如镀锌、涂环氧树脂等，但仍存在一些质量问题，如镀锌层不稳定，涂环氧树脂制造工艺和装备繁杂，检测条件较为特殊等。
因此，要想彻底解决钢绞线腐蚀问题，需从源头抓起，提高钢绞线盘条的耐腐蚀性能。现有技术通过加入Cr、Ni、Cu、Mo等元素提高盘条的耐腐蚀能力，但Ni、Mo元素价格较贵，大大提高了生产成本，同时添加合金元素容易造成铸坯以及盘条偏析，容易产生网状渗碳体以及马氏体等异常组织，降低盘条力学性能。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的耐腐蚀盘条生产成本高，易偏析、降低盘条力学性能的缺陷，从而提供一种钢绞线用盘条及其制备方法。
为此，本发明提供了以下技术方案。
一种钢绞线用盘条，化学成分以重量百分比计为：C 0.80~0.85%、Si 0.3~0.5%、Mn0.4~0.55%、P 0.028~0.04%、S≤0.015%、Cr 0.35~0.45%、Cu 0.2~0.3%、Ce 0.02~0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。
C：钢中最基本的强化元素，随C含量的增加，钢的强度、硬度上升，韧性下降，本发明中C含量控制在0.80~0.85%。
Si：钢中重要的固溶强化元素，可提高铁素体的强度，Si也是重要的脱氧剂，有助于降低钢中氧含量，减少夹杂物。同时Si具有抑制网状渗碳体形成的作用，但Si含量过高，会恶化冷加工性能，不利于盘条的拉拔性能。因此，本发明中Si含量控制在0.3~0.5%。
Mn：在钢中起固溶强化和细晶强化作用，主要用于提高钢的强度，但是Mn含量过高会产生低温组织，降低盘条的拉拔性能，同时Mn对应力腐蚀存在不利影响，因此，本发明中Mn含量控制在0.4~0.55%。
P、S：在一般情况下，P是钢中的有害元素，会增加钢的冷脆性，但是P元素也可提高钢的耐大气腐蚀性能。因此，本发明中P含量控制在0.028~0.04%；S元素在钢中易生成MnS，引起热脆，因此要尽可能降低S含量，将S含量控制在S≤0.015%。
Cr：Cr元素可以提高钢的淬透性，细化珠光体片层间距，提高盘条强度，同时还可提高钢绞线的耐应力腐蚀能力。但是Cr含量过高容易产生低温组织，降低盘条拉拔性能，因此，本发明中Cr含量控制在0.35~0.45%。
Cu：Cu元素有助于提高钢的耐大气腐蚀性能，当Cu与P联合加入钢中，会显示更好的复合效果。但是，Cu含量过高会降低塑性，在热轧过程容易产生开裂，因此，本发明中Cu含量控制在0.2~0.3%。
Ce：稀土元素Ce可作为珠光体相变形核质点，增加形核数量，细化珠光体片层间距，在晶界能抑制合金元素Mn、Cr的偏聚，强化晶界，提高盘条的强韧性。同时稀土元素Ce可对钢液中的氧化物和硫化物进行变形处理，生成细小，接近球状的稀土化合物，提高拉拔性能以及抗腐蚀性能。但是，稀土元素Ce含量过高，会使夹杂物数量增多且生成的复合化合物会聚集为较大颗粒，轧制后会形成串状夹杂，恶化盘条性能。因此，本发明中Ce含量控制在0.02~0.04%。
稀土元素Ce可净化钢液，深度去除钢中的氧、硫；钢中加入稀土元素Ce还可以使夹杂物的性质和形态发生改变，缩小夹杂物与基体的电极电位差，避免点蚀发生；稀土元素聚集在晶界，减少杂质元素在晶界偏聚，强化晶界；稀土化合物微小的固态质点提供了异质形核，细化晶粒。同时我国又是世界稀土产量以及钢铁产量的第一大国，在钢铁中加入适量的稀土元素Ce，对提高钢材的品质具有重要意义。
连铸过程采用低过热度浇注，电磁搅拌改善铸坯偏析，通过调节拉速与二冷水量提高铸坯的质量，避免产生裂纹等缺陷遗传给盘条。
分段加热以达到完全奥氏体均匀化，使碳化物完全溶解，同时避免脱碳缺陷的产生。
进一步的，所述盘条直径为8~13mm。
一种钢绞线用盘条的制备方法，包括转炉冶炼、精炼、连铸和轧制。
进一步的，所述转炉冶炼满足以下条件中的至少一项：
（1）铁水比≥80%；
（2）转炉终渣碱度为3.4~3.5；
（3）出钢温度为1630~1680℃；
（4）终点碳含量为0.05~0.25%。
进一步的，所述精炼满足以下条件中的至少一项：
（1）精炼终渣碱度为2.4~2.5；
（2）精炼时间为35~40min；
（3）白渣时间15~20min；
（4）软搅拌前，以2~3m/s速度喂入6~8m/t钢水的Ce线；
（5）软搅拌时间为10~15min，所述软搅拌底吹Ar流量为30-80NL/min。
进一步的，所述连铸满足以下条件中的至少一项：
（1）中间包钢水过热度为25~30℃；
（2）拉速为2.5~2.6m/min；
（3）结晶器电磁搅拌电流为500~550A，频率为4~6Hz；
（4）凝固末端电磁搅拌电流为450~500A，频率为12~15Hz；
（5）二次冷却区沿拉坯方向从上到下分为4个冷却段，4个冷却段的冷却水量分别为：180~190L/min、240~250L/min、65~75L/min、50~60L/min；比水量为0.23~0.25L/kg；
（6）连铸制得的铸坯截面尺寸为（140-150）mm×（140-150）mm。
进一步的，所述轧制包括：将连铸制得的铸坯进行分段加热，然后进行高压水除磷、粗轧、中轧、预精轧、精轧、吐丝、冷却、集卷。
进一步的，所述轧制满足以下条件中的至少一项：
（1）分段加热中，加热一段炉温为900~950℃，加热二段炉温为1020~1070℃，均热段炉温为1160~1200℃，在炉总时间为90~120min；
（2）粗轧开轧温度为1050~1080℃，精轧入口温度为940℃~970℃。
进一步的，所述吐丝温度为870~890℃。
进一步的，所述冷却为斯太尔摩风冷，以12~15℃/s速率将盘条冷却至610~650℃，再以2~3℃/速率将盘条冷却至500~520℃，然后空冷。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的钢绞线用盘条化学成分以重量百分比计为：C 0.80~0.85%、Si0.3~0.5%、Mn 0.4~0.55%、P 0.028~0.04%、S≤0.015%、Cr 0.35~0.45%、Cu 0.2~0.3%、Ce0.02~0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明中Cu能显著提高钢的抗大气腐蚀性能，使钢表面的锈层致密并提高附着性，从而延缓腐蚀，当Cu与P共同加入钢中时作用更加明显，P可形成具有缓释作用的PO4 3-，可与基体的Fe2+发生作用，沉积在钢的基体表面，有助于降低基体的腐蚀速率。Cr的主要作用则是改善锈层的结构，配合Cu形成比较致密的氧化层，使得表面钝化，防止O的进入。因此，Cu、P、Cr配合加入钢中，可以促进表面钝化膜的形成，降低钢基体的腐蚀诱发敏感性，提高钢材的耐腐蚀性能。稀土元素Ce的加入不仅可以提高盘条的强度、韧性以及耐腐蚀性，还可减少P、S在枝晶间的偏聚，使P的作用充分发挥，从而使得生产出的盘条具有良好的耐腐蚀性能、强度和韧性。
且本发明未添加Ni、Mo等元素，可降低生产成本。
2.本发明提供的钢绞线用盘条的制备方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、轧制和冷却。连铸过程采用低过热度以及结晶器电磁搅拌，并通过调节拉速与二冷水量降低偏析提高铸坯的质量，轧制过程采用分段加热，分段冷却获得高强耐腐蚀钢绞线用盘条。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种钢绞线用盘条，其化学成分及质量百分含量为：C 0.8%、Si0.32%、Mn 0.45%、P 0.03%、S≤0.015%、Cr 0.40%、Cu 0.25%、Ce 0.02%，其余为Fe和不可避免的杂质；规格为Φ12.5mm。
上述高强耐腐蚀钢绞线用盘条的制备方法，其包括转炉冶炼、精炼、连铸和轧制，具体工艺步骤如下：
转炉冶炼：将预处理后的铁水移入转炉，预处理后的铁水需满足P≤0.12%，S≤0.04%，加入废钢，进行吹氧冶炼，铁水比（即铁水质量占铁水+废钢总质量的百分数）85%，转炉终渣碱度为3.4，出钢温度为1640℃，终点碳含量为0.15%，转炉总加入量为100t，出钢约30t时，顺序加入硅铁、硅锰、高碳铬铁、铜板、渣料，其中，硅铁1kg/t、硅锰10kg/t、高碳铬铁1.6kg/t、铜板2.5kg/t、石灰3.5kg/t，萤石0.35kg/t。底吹氩气流量为750NL/min，避免出钢下渣。
精炼：在精炼工序中，加入合金料，微调化学成分接近目标成分，精炼终渣碱度为2.4，精炼时间为35min，白渣时间15min；以2m/s速度喂入7m/t钢水的Ce线，喂丝后进行氩气软搅拌，软搅拌时间为10min，软搅拌底吹氩气流量为70NL/min，使夹杂物充分上浮，同时避免卷入精炼渣。
连铸：采用6机6流连铸机进行连铸，铸坯断面尺寸为140 mm×140mm，连铸时中间包钢水过热度为30℃，拉速为2.5m/min；结晶器电磁搅拌电流为500A，频率为4Hz，末端电磁搅拌电流为450A，频率为12Hz；连铸二冷区四个区水量分别为：180L/min、240L/min、65L/min、50L/min，比水量为0.23L/kg。
轧制：对连铸坯采用分段加热，加热一段炉温为920℃，加热二段炉温为1040℃，均热段炉温为1180℃，加热时间为100min。粗轧开轧温度为1060℃，精轧入口温度：950℃，吐丝温度为875℃。采用分段控冷工艺，以13℃/s速率将盘条冷却至630℃，再以2℃/速率将盘条冷却至510℃，然后空冷。
实施例2
本实施例提供一种钢绞线用盘条，其化学成分及质量百分含量为：C 0.82%、Si0.35%、Mn 0.5%、P 0.035%、S≤0.015%、Cr 0.42%、Cu 0.28%、Ce 0.03%，其余为Fe和不可避免的杂质；规格为Φ12.5mm。
上述钢绞线用盘条的制备方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、轧制，具体工艺步骤如下：
转炉冶炼：将预处理后的铁水移入转炉，预处理后的铁水需满足P≤0.12%，S≤0.04%，加入废钢，进行吹氧冶炼，铁水比85%，转炉终渣碱度为3.5，出钢温度为1650℃，终点碳含量为0.18%，转炉总加入量为100t，出钢约30t时，顺序加入硅铁、硅锰、高碳铬铁、铜板、渣料，其中，硅铁硅铁1kg/t、硅锰10kg/t、高碳铬铁1.7kg/t、铜板2.6kg/t、石灰3.6kg/t，萤石0.35kg/t。底吹氩气流量为750NL/min，避免出钢下渣。
精炼：在精炼工序中，加入合金料，微调化学成分接近目标成分，精炼终渣碱度为2.5，精炼时间为37min，白渣时间15min，软吹前，以2.2m/s速度喂入7.5m/t钢水的Ce线，喂丝后进行氩气软搅拌，软搅拌时间为12min，软搅拌底吹氩气流量为70NL/min，使夹杂物充分上浮，同时避免卷入精炼渣。
连铸：采用6机6流连铸机进行连铸，铸坯断面尺寸为140 mm×140mm，连铸时中间包钢水过热度为30℃，拉速为2.6m/min；结晶器电磁搅拌电流为510A，频率为5Hz，末端电磁搅拌电流为460A，频率为13Hz；连铸二冷区四个区水量分别为：185L/min、245L/min、70L/min、55L/min，比水量为0.24L/kg。
轧制：对连铸坯采用分段加热，加热一段炉温为925℃，加热二段炉温为1050℃，均热段炉温为1185℃，加热时间为110min。粗轧开轧温度为1070℃，精轧入口温度：960℃，吐丝温度为880℃。采用分段控冷工艺，以14℃/s速率将盘条冷却至620℃，再以2.5℃/速率将盘条冷却至500℃，然后空冷。
实施例3
本实施例提供一种钢绞线用盘条，其化学成分及质量百分含量为：C 0.85%、Si0.4%、Mn 0.55%、P 0.028%、S≤0.015%、Cr 0.45%、Cu 0.3%、Ce 0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质；规格为Φ12.5mm。
上述钢绞线用盘条的制备方法包括炼钢、精炼、连铸、轧制，具体工艺步骤如下：
转炉冶炼：将预处理后的铁水移入转炉，预处理后的铁水需满足P≤0.12%，S≤0.04%，加入废钢，进行吹氧冶炼，铁水比85%，转炉终渣碱度为3.5，出钢温度为1670℃，终点碳含量为0.2%，转炉总加入量为100t，出钢约30t时，顺序加入硅铁、硅锰、高碳铬铁、铜板、渣料，其中，硅铁1kg/t、硅锰10kg/t、高碳铬铁1.8kg/t、铜板2.8kg/t、石灰3.6kg/t，萤石0.35kg/t。底吹氩气流量为750NL/min，避免出钢下渣。
精炼：在精炼工序中，加入合金料，微调化学成分接近目标成分，精炼终渣碱度为2.5，精炼时间为38min，白渣时间17min。以2.5m/s速度喂入8m/t钢水的Ce线，喂丝后进行氩气软搅拌，软搅拌时间为13min，软搅拌底吹氩气流量为70NL/min，使夹杂物充分上浮，同时避免卷入精炼渣。
连铸：连铸时中间包钢水过热度为28℃，拉速为2.6m/min；结晶器电磁搅拌电流为520A，频率为5Hz，末端电磁搅拌电流为470A，频率为14Hz；连铸二冷区四个区水量分别为：190L/min、250L/min、75L/min、60L/min，比水量为0.25L/kg；铸坯尺寸为140 mm×140mm。
轧制：对连铸坯采用分段加热，加热一段炉温为930℃，加热二段炉温为1060℃，均热段炉温为1190℃，加热时间为110min。粗轧开轧温度为1070℃，精轧入口温度：965℃，吐丝温度为880℃。采用分段控冷工艺，以13℃/s速率将盘条冷却至615℃，再以3℃/速率将盘条冷却至500℃，然后空冷。
对比例1
本对比例是规格为Φ12.5mm的SWRH82B盘条。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于，钢绞线用盘条，其化学成分及质量百分含量为：C 0.8%、Si 0.32%、Mn 0.45%、P 0.03%、S≤0.015%、Cr 0.40%、Cu 0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质。
将实施例与对比例所制得的盘条分别进行力学性能、索氏体含量、盐雾腐蚀试验，其中力学性能测试根据GB/T 288.1-2010《金属材料 拉伸试验 第一部分：室温试验方法》进行力学性能试验；索氏体含量根据YB/T 169-2000《高碳钢盘条索氏体含量金相检测方法》进行检测；盐雾腐蚀试验根据GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》进行30天盐雾腐蚀试验，腐蚀条件为：5%NaCl溶液，温度为23℃，采用连续喷雾方法，试验持续30天。测试结果如表1所示。
表1 盘条性能
相对腐蚀速率为盘条相对于SWRH82B的腐蚀速率，将SWRH82B的腐蚀速率作为100%。
由表1可知，实施例所生产的盘条的抗拉强度大于1230MPa，断面收缩率≥37%，索氏体含量≥87%，30天盐雾腐蚀试验相对腐蚀速率＜30%。本发明盘条未添加Ni、Mo等元素，降低成本的同时提高了盘条的耐腐蚀性能和力学性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种钢绞线用盘条，其特征在于，化学成分以重量百分比计为：C 0.80~0.85%、Si0.3~0.5%、Mn 0.4~0.55%、P 0.035~0.04%、S≤0.015%、Cr 0.35~0.45%、Cu 0.25~0.3%、Ce0.02~0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述的钢绞线用盘条的制备方法，包括转炉冶炼、精炼、连铸和轧制；
所述轧制包括将连铸制得的铸坯进行分段加热；
所述精炼过程中，精炼终渣碱度为2.4~2.5；软搅拌前，以2~3m/s速度喂入6~8m/t钢水的Ce线；软搅拌时间为10~15min，所述软搅拌的底吹氩气流量为30-80NL/min；
所述连铸过程中，二次冷却区沿拉坯方向从上到下分为4个冷却段，4个冷却段的冷却水量分别为：180~190L/min、240~250L/min、65~75L/min、50~60L/min；比水量为0.23~0.25L/kg；
将连铸制得的铸坯进行分段加热后，所述轧制还包括：进行高压水除磷、粗轧、中轧、预精轧、精轧、吐丝、冷却、集卷；
所述冷却为斯太尔摩风冷，以12~15℃/s速率将盘条冷却至610~650℃，再以2~3℃/速率将盘条冷却至500~520℃，然后空冷。
2.根据权利要求1所述的钢绞线用盘条，其特征在于，所述盘条直径为8~13mm。
3.根据权利要求1所述的钢绞线用盘条，其特征在于，所述转炉冶炼满足以下条件中的至少一项：
（1）铁水比≥80%；
（2）转炉终渣碱度为3.4~3.5；
（3）出钢温度为1630~1680℃；
（4）终点碳含量为0.05~0.25%。
4.根据权利要求1所述的钢绞线用盘条，其特征在于，所述精炼满足以下条件中的至少一项：
（1）精炼时间为35~40min；
（2）白渣时间15~20min。
5.根据权利要求1所述的钢绞线用盘条，其特征在于，所述连铸满足以下条件中的至少一项：
（1）中间包钢水过热度为25~30℃；
（2）拉速为2.5~2.6m/min；
（3）结晶器电磁搅拌电流为500~550A，频率为4~6Hz；
（4）凝固末端电磁搅拌电流为450~500A，频率为12~15Hz；
（5）连铸制得的铸坯截面尺寸为（140~150）mm×（140~150）mm。
6.根据权利要求1所述的钢绞线用盘条，其特征在于，所述轧制满足以下条件中的至少一项：
（1）分段加热中，加热一段炉温为900~950℃，加热二段炉温为1020~1070℃，均热段炉温为1160~1200℃，在炉总时间为90~120min；
（2）粗轧开轧温度为1050~1080℃，精轧入口温度为940℃~970℃。
7.根据权利要求1所述的钢绞线用盘条，其特征在于，所述吐丝温度为870~890℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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