高强度钢丝成形工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种用于高强度钢丝成形的工艺，其特征为：采用连续定向凝固法制备沿纵向生长的连续细小柱状晶（柱状晶直径为１０～１００μｍ）组织的连铸钢坯，然后对连铸钢坯进行低温大塑性变形加工和适当的低温热处理，最终获得具有纵向连续细小纤维晶（直径为０．１～２０μｍ）组织强化的、抗拉强度与延伸率均得到大幅度提高的高强度钢丝，适合于用作高架公路桥、悬索桥、斜拉吊桥等用途。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了一种用于各种高强度钢丝成形的工艺。为了实现桥梁的超大跨度化，促进社会生产与生活的进步与繁荣，未来对于高架公路桥与大跨度悬索桥、斜拉吊桥用钢丝既需要实现超高强度化，又需要确保绝对可靠的高安全性。目前世界上悬索桥的最大跨度为1991米(日本明石海峡大桥)，主缆与吊素用高强度钢丝的最高强度为1800～2000MPa，是目前世界桥用钢丝的最高水平(徐延津等，《金属制品》，1997，vol.23(3)1；尹万全等，《金属制品》，1998，vol.24(2)10)。如能将桥用钢丝的强度提高至3000～5000MPa，加之结构轻量化的效果，大桥的最大跨度可达3000～6000米，可见其经济与社会效益十分巨大。然而，由于现行桥用钢丝一般为含碳0.70～0.80％的珠光体组织，其夹杂的控制存在界限，组织控制与高形变加工技术未能取得突破，要获得3000MPa以上强度的实用超高强度桥用钢丝非常困难(目前只有单丝直径在0.4mm以下的汽车轮胎用超高强度钢帘线能达到3000MPa以上的水平)。本专利技术的目的在于开发一种可以大幅度地提高高碳钢丝(高架公路桥、大跨度悬索桥、斜拉吊桥用钢丝)的强度，并适合于大规模工业生产的成形工艺。本专利技术的构成是采用连续定向凝固法(大野笃美，《日本金属学会会报》，1984，23(9)773)与低温大塑性变形相结合，或同时在工艺中进行适当的低温热处理，使得铸造成形后钢坯内部的连续柱状晶在塑性加工和热处理过程中不发生再结晶。具有沿纵向连续生长的细小柱状晶组织的连铸钢坯的断面形状可以是圆形、方形或扁形，断面直径或对角线尺寸为20～200mm，钢坯内连续柱状晶的直径尺寸为10～100μm。连铸钢坯通过进行低温大塑性变形加工和适当的低温热处理，最终获得具有沿纵向连续细小纤维晶强化的直径为1～20mm的高强度钢丝，钢丝内细小纤维晶的直径为0.1～20μm。其所述的低温是指室温以上至T1℃的温度范围，T1＜Tm，Tm为相应钢种的再结晶温度，大塑性变形是指累计塑性变形量为断面压缩率50～99.99％。本专利技术技术路线为连续定向凝固制备钢坯→低温轧制→冷轧(室温轧制)→低温退火→冷拉拔(室温拉拔)→成品钢丝，钢坯材质为低碳钢、低合金钢或高碳钢，钢坯断面直径或对角线尺寸为20～200mm，钢坯内柱状晶直径为10～100μm，成品钢丝的直径1～20mm，成品钢丝内细小纤维晶直径为0.1～20μm(上限对应于原始钢坯内柱状晶直径大于20μm的情形)，低温轧制、冷轧和冷拉拔的道次数分别为1～10道次，根据钢丝材质和性能要求，可以省去低温轧制、冷轧、低温退火、冷拉拔工序中的1个或2～3个工序，当冷轧和冷拉拔的道次数≥2时，根据需要可以在任意两次冷轧之间和/或任意两次冷拉拔之间插入低温热处理，以改善成形性能，也可以对成品钢丝施行低温热处理，以改善制品的使用性能，其中，以上所述的低温是指室温以上至T1℃的温度范围，T1＜Tm，Tm为相应钢种的再结晶温度。本专利技术的优点在于(1)可以大幅度地提高钢丝的强度。对于常规的高碳钢桥用钢丝，可使其抗拉强度由现行的1000～2000MPa提高到3000～5000MPa；延伸率可达10～20％，比现用钢丝的延伸率提高1～2倍。(2)可获得抗拉强度达1500～2000MPa级的低碳钢(如20钢)和低合金钢(如20MnSi)钢丝，满足高架公路桥和较小跨度悬索桥、斜拉吊桥的使用强度要求，从而实现用低碳钢或低合金钢代替高碳钢，扩大桥用钢丝的品种范围。(3)由于采用连续定向凝固法成形钢坯，可以大大降低钢坯内部的凝固偏析，提高钢坯的均匀性，从而有利于获得高均匀性的制品。(4)由于专利技术工艺中的主要工序连续定向凝固、轧制与拉拔均可实现连续生产，因而适合于大规模工业生产，并有利于获得长尺寸制品。实施例(1)材质为20钢；(2)采用连续定向凝固设备制备出φ30mm连铸钢坯，钢坯内柱状晶沿纵向生长，柱状晶直径为40～50μm；(3)连续定向凝固的工艺参数控制为钢液温度1700℃，结晶器温度1525℃，拉坯速度0.4mm/sec，外加扰动电场强度为20V/300A，钢坯出结晶器后进行喷水强制冷却；(4)在500～900℃的温度范围内采用孔型轧制的方法经3道次将连铸钢坯轧制成φ12mm的盘条；(5)采用Y型轧机在室温下将(4)所得盘条经2道次轧制成φ7mm的钢丝；(6)在500℃下对φ7mm的钢丝进行无再结晶退火；(7)将退火后的钢丝在室温下经3道次拉拔成φ4mm的钢丝；(8)最终获得钢丝内细小纤维晶直径为5.3～6.7μm，强度达1800MPa的高强度钢丝。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度钢丝成形工艺，其特征在于将连续定向凝固法与低温大塑性变形加工法相结合，或同时在工艺中进行适当的低温热处理，使得铸造成形后钢坯内部的连续柱状晶在塑性加工和热处理过程中不发生再结晶，最终获得具有细小连续纤维晶强化的高强度制品（钢丝），其中，以上所述的低温是指室温以上至Ｔ１℃的温度范围，Ｔ１＜Ｔｍ，Ｔｍ为相应钢种的再结晶温度，大塑性变形是指累计塑性变形量为断面压缩率５０～９９．９９％。

【技术特征摘要】
1.一种高强度钢丝成形工艺，其特征在于将连续定向凝固法与低温大塑性变形加工法相结合，或同时在工艺中进行适当的低温热处理，使得铸造成形后钢坯内部的连续柱状晶在塑性加工和热处理过程中不发生再结晶，最终获得具有细小连续纤维晶强化的高强度制品(钢丝)，其中，以上所述的低温是指室温以上至T1℃的温度范围，T1＜Tm，Tm为相应钢种的再结晶温度，大塑性变形是指累计塑性变形量为断面压缩率50～99.99％。。2.根据权利要求1所述的一种高强度钢丝成形工艺，其特征在于技术路线为连续定向凝固制备钢坯→低温轧制→冷轧(室温轧制)→低温退火→冷拉拔(室温拉拔)→成品钢丝，钢坯材质为低碳钢、低合金钢或高碳钢，钢坯断面...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建新，吴春京，王自东，李静媛，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]