一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝及其制备方法技术

本发明专利技术属于桥梁缆索钢丝技术领域，特别指一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝及其制备方法。所述钢丝化学成分按质量百分比为：C 0.70~0.85%，Si 1.10~1.55%，Mn 1.45~2.00%，Cr 0.45~1.50%，Al 0.90~1.75%，余量为Fe和杂质元素。该镀锌钢丝制备方法主要步骤包括热轧、热拉拔、等温淬火、表面处理、热镀锌。本发明专利技术解决了现有技术中桥梁缆索镀锌钢丝强度低、扭转性能差、耗能耗时以及工艺复杂的问题；相比目前大量使用的珠光体（索氏体）钢丝，超细贝氏体钢丝可在保证塑韧性的前提下，大幅提高强度，更好地满足桥梁缆索对高强度高韧性的要求。

A Galvanized Steel Wire for High Strength and Toughness Bridge Cables and Its Preparation Method

The invention belongs to the technical field of bridge cable steel wire, in particular to a galvanized steel wire with high strength and toughness for bridge cable and a preparation method thereof. The chemical composition of the steel wire is as follows: C 0.70-0.85%, Si 1.10-1.55%, Mn 1.45-2.00%, Cr 0.45-1.50%, Al 0.90-1.75%, Fe and impurity elements. The main steps of the preparation method of the galvanized steel wire include hot rolling, hot drawing, isothermal quenching, surface treatment and hot galvanizing. The invention solves the problems of low strength, poor torsion performance, energy consumption and complex process of galvanized steel wire for bridge cables in the prior art; compared with pearlite (sorbite) steel wire widely used at present, ultra-fine bainite steel wire can substantially improve strength and better meet the requirements of high strength and high toughness for bridge cables on the premise of guaranteeing plastic toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝及其制备方法
：本专利技术属于桥梁缆索钢丝
，特别指一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝及其制备方法。
技术介绍
：桥梁缆索镀锌钢丝一般是指以高碳索氏体盘条为原料，经过表面处理、冷拉拔、热镀锌、稳定化等工艺制备而成。根据使用环境的不同，可以分为斜拉索钢丝和悬索主缆钢丝，其中悬索桥的跨度更远，悬索也比斜拉索承载更大，对材料强度的要求也更高，因此在机械设计上悬索钢丝的直径一般要小于斜拉索钢丝热镀锌钢丝的强度，主要由原料(盘条)的化学成分、金相组织、初始抗拉强度、冷拉拔加工硬化所决定。随着桥梁建设对跨越能力要求的不断提高，人们对热镀锌钢丝的强度等级要求也日益剧增，从不足1000MPa逐渐发展到1670MPa、1770MPa、1860MPa，甚至近几年1960MPa和2000MPa。传统的缆索镀锌钢丝的制备工艺，越来越难以满足对高强度高塑韧性的需求，为了满足桥梁缆索用热镀锌钢丝高强化的发展趋势，在含碳量0.82％的合金钢热轧盘条的大量稳定供应的基础上，含碳量更高的0.87％盘条，已经开始逐步替代传统的0.82％盘条，甚至含碳量达到0.90％以上的盘条也已经开始被应用。但这也对炼钢和轧制技术提供了更高的要求，也进一步增加了生产成本。贝氏体钢由于具有较高强度和良好韧性，一直是钢铁材料界研究的重点。在2001～2003年期间，英国Bhadeshia等人研究发现，将含碳量在0.75～0.98％的Fe-Si-Mn-Cr-Mo-V的高硅高碳低合金钢在低温下长时间等温(125℃等温29天/190℃等温14天)，可得到一种超强低温贝氏体，其强度达2.5GPa，硬度超过600HV，韧性大于30～40MPa·m1/2，其组织为纳米结构的无碳化物贝氏体，贝氏体铁素体板条厚度仅20～40nm，板条间分布薄膜状残余奥氏体，即超细贝氏体钢。超细贝氏体钢虽拥有优异的高强度与高韧塑性配合，但其工艺流程耗时冗长，少则几天，多则一个月之久，制备时间过长，所以研究其短流程工艺有利于大批量工业化生产的实现；同时纳米贝氏体钢具有超高的强度，成形加工较为困难，无法采用普通成形方法，因此其应用领域受到很大程度的限制。经查阅现有桥梁缆索镀锌钢丝专利，存在强度及扭转性能不足等缺陷，同时大部分专利中钢丝都是基于盘条的冷拉拔制备而成，生产过程较复杂，且能耗较高，其中：1)中国专利申请公布号CN102181786A和CN102634730A分别介绍了1670MPa级与1860MPa级桥梁缆索钢丝的制备方法，两者盘条的强度均超过了2000MPa，但成品钢丝的强度均小于2000MPa，很难满足现代桥梁建设对桥梁缆索强度越来越高的需求。2)美国专利US20060137776A1、US20090229711A1及日本专利JP60208463A介绍的盘条，在热轧后利用盐浴淬火处理整卷高硅盘条，改善了盘条的扭转性能，但其强度低于1860MPa，同时由于盐浴淬火温度较高，能量及物料消耗大。上述提到的专利，其盘条组织均为传统的索氏体，基于索氏体组织，后续冷拉拔加工虽会起到加工硬化的作用，但同时也会造成塑韧性急剧下降，钢丝成品的综合力学性能很难有大的提升。3)中国专利申请公布号CN102936688A可制备强度不小于2000MPa的桥梁缆索钢丝，高达0.95％的C含量，使其强度极为突出，主要为珠光体钢，但过高的C含量会剧烈降低塑性，造成拉拔过程加工硬化严重，钢丝扭转性能难以保证。传统的索氏体钢、珠光体钢无法满足现有需求，因此目前急需一种强度高、扭转性能好、节能环保以及工艺简单的桥梁缆索镀锌钢丝。
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术旨在提出一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝及其制备方法，以解决现有技术中桥梁缆索镀锌钢丝强度低、扭转性能差、耗能耗时以及工艺复杂的问题。技术方案：一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝，所述钢丝化学成分按质量百分比为：C0.70～0.85％，Si1.10～1.55％，Mn1.45～2.00％，Cr0.45～1.50％，Al0.90～1.75％，余量为Fe和杂质元素。所述钢丝还能够含有以下按质量百分比计算的Mo0.10～0.28％，Co0.50～1.50％，Nb≤0.10％，V≤0.10％，Ti≤0.10％的一种或多种。所述钢丝化学成分按质量百分比为：C0.75～0.80％，Si1.40～1.55％，Mn1.55～1.80％，Cr0.90～1.20％，Al1.10～1.45％，Mo0.10～0.21％，Co0.90～1.10％，Nb0.02～0.04％，余量为Fe和杂质元素。钢丝为超细贝氏体组织，由纳米尺度的薄膜状残余奥氏体和片状贝氏体铁素体层叠组成，贝氏体铁素体板条宽度小于100nm，长度小于15μm。一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝制备方法，该方法具体步骤如下：步骤一：热轧：将连铸坯加热一定温度后退火保温处理，保证铸坯成分完全均匀化，之后经多道次轧制为的热轧棒材；步骤二：热拉拔：将热轧棒材经高温热拉拔得到不同尺寸要求的桥梁缆索钢丝；步骤三：等温淬火：将步骤二的热轧钢丝进行等温淬火，保温数小时，随后取出空冷至室温；步骤四：表面处理：将热轧钢丝进行酸洗、水洗及喷淋处理，除去表面附着的工业盐及因脱碳产生的氧化皮；步骤五：热镀锌：将表面处理后的钢丝送入镀锌槽中进行热镀锌。步骤一所述的加热一定温度后退火保温处理是指加热温度至1200～1250℃保温4～6h，热轧温度为1050～1100℃，多道次轧制次数为5～8次。步骤二所述的热拉拔温度控制在800～900℃，拉拔速度控制在100～110mm/s。步骤三所述的等温淬火条件为200～300℃保温3～10h。步骤四所述的酸洗是指酸洗溶液采用15％～25％的稀硫酸，酸洗温度为55～65℃，酸洗时间为15～20min。步骤五中的热镀锌是指锌液温度为470～500℃，镀锌时间为30～50s。优点及效果：本专利技术这种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝，具有以下优点和有益效果：1)工艺简单，可操作性强，改进原有生产工艺，将热拉拔与超细贝氏体等温相结合，即可开发的2000MPa级桥梁缆索用超细贝氏体钢丝，不需要借助冷拉拔，避免了冷拉拔对塑韧性的破坏，降低了生产成本，缩短了生产周期，并且有助于改善工况；2)制备的桥梁缆索钢丝组织以超细贝氏体为主，具有纳米尺度的层叠结构，可有效阻碍裂纹的萌生与扩展，同时具有优良的强韧性指标，抗拉强度不小于2000MPa，同时延伸率保持在12％以上；3)本专利技术制备的超高强桥梁缆索用超细贝氏体钢丝，发挥细晶强韧化、贝氏体强化和相变增塑效应，可获得高强度(2000MPa)，满足桥梁缆索用高强高塑韧性钢丝的要求，抗拉强度及扭转性能优于索氏体组织为主的桥梁缆索用钢丝，实现超高强桥梁缆索用钢丝的国产化，解决1960MPa级及以上强度桥梁主缆钢丝依靠进口的问题。附图说明：图1为本专利技术通过激光共聚焦拍摄的超细贝氏体钢丝的金相组织(100微米)；图2为本专利技术通过激光共聚焦拍摄的超细贝氏体钢丝的金相组织(20微米)；图3为本专利技术通过透射电子显微镜观察到的超细贝氏体组织的片层结构。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：本专利技术方法所述桥梁缆索镀锌钢丝制备工艺，采用盐浴等温淬火，即在200～300℃的盐浴中保温3～8h，便可获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝，其特征在于：所述钢丝化学成分按质量百分比为：C 0.70～0.85％，Si 1.10～1.55％，Mn 1.45～2.00％，Cr 0.45～1.50％，Al 0.90～1.75％，余量为Fe和杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝，其特征在于：所述钢丝化学成分按质量百分比为：C0.70～0.85％，Si1.10～1.55％，Mn1.45～2.00％，Cr0.45～1.50％，Al0.90～1.75％，余量为Fe和杂质元素。2.根据权利要求1所述的高强韧桥梁缆索镀锌钢丝，其特征在于：所述钢丝还能够含有以下按质量百分比计算的Mo0.10～0.28％，Co0.50～1.50％，Nb≤0.10％，V≤0.10％，Ti≤0.10％的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的高强韧桥梁缆索镀锌钢丝，其特征在于：所述钢丝化学成分按质量百分比为：C0.75～0.80％，Si1.40～1.55％，Mn1.55～1.80％，Cr0.90～1.20％，Al1.10～1.45％，Mo0.10～0.21％，Co0.90～1.10％，Nb0.02～0.04％，余量为Fe和杂质元素。4.根据权利要求1或2所述的高强韧桥梁缆索镀锌钢丝，其特征在于：钢丝为超细贝氏体组织，由纳米尺度的薄膜状残余奥氏体和片状贝氏体铁素体层叠组成，贝氏体铁素体板条宽度小于100nm，长度小于15μm。5.一种高强韧桥梁缆索镀锌钢丝制备方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：热轧：将连铸坯加热一定温度后退火保温处理，保证铸坯成分完全均匀化，之后经多道次轧制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，陈彦伟，李强，马军，柴孟江，郭震，董海荣，翟彦春，
申请(专利权)人：潍坊科技学院，
类型：发明
国别省市：山东,37