一种耐腐蚀桥梁主缆缠绕钢丝用盘条的生产方法
阅读说明：本技术 一种耐腐蚀桥梁主缆缠绕钢丝用盘条的生产方法 (Production method of corrosion-resistant wire rod for winding steel wire on bridge main cable ) 是由 胡明 翟有有 范伟 王立洲 张伟 杨超 黄文胜 杨刚 于 2021-06-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐腐蚀桥梁主缆缠绕钢丝用盘条的生产方法,包括铁水预处理、冶炼、连铸、钢坯检查清理、钢坯加热、轧制吐丝和盘条冷却。本发明轧制生产的耐腐蚀桥梁缠绕钢丝用盘条,抗拉强度为600-820MPa、延伸率为16-33％。在酸性盐雾加速循环腐蚀试验条件下,本发明盘条的腐蚀速度仅为普通低碳钢的30-50％。通过提升盘条的力学性能实现桥梁缠绕钢丝高强度、轻量化的需求。通过提升缠绕钢丝用盘条的耐腐蚀性能,可减少使用过程中对缆索外部保护层的检查和修补频次,减少桥梁的维护成本,减少因外部防护层的破损而引起的桥梁悬索腐蚀的发生概率,延长桥梁缠绕钢丝的使用寿命,有效保护桥梁主缆的安全,提升桥梁的安全系数。(The invention discloses a production method of a corrosion-resistant wire rod for a bridge main cable winding steel wire, which comprises the steps of molten iron pretreatment, smelting, continuous casting, billet inspection and cleaning, billet heating, rolling and spinning and wire rod cooling. The corrosion-resistant wire rod for the bridge winding steel wire produced by rolling has the tensile strength of 600-820MPa and the elongation of 16-33 percent. Under the condition of acid salt spray accelerated cycle corrosion test, the corrosion speed of the wire rod is only 30-50% of that of the common low-carbon steel. The requirements of high strength and light weight of the bridge winding steel wire are met by improving the mechanical property of the wire rod. Through the corrosion resisting property who promotes the wire rod for the winding steel wire, inspection and the repair frequency to the outside protective layer of cable in the reducible use reduce the maintenance cost of bridge, reduce the emergence probability of the bridge suspension cable corruption that arouses because of the damage of outside inoxidizing coating, prolong the life of bridge winding steel wire, effectively protect the safety of bridge main push-towing rope, promote the factor of safety of bridge.)
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种耐腐蚀桥梁主缆缠绕钢丝用盘条的生产方法。
背景技术
近年来随着交通业不断发展，带动桥梁业迅速发展，由于悬索桥具有结构型式简洁、自重轻、跨度大、造型优美等优点得到了迅速发展。悬索桥主要是由主缆、吊索、主塔、锚旋、桥面板等组成，其中主缆系统是全桥的一个重要组成部分是全桥的生命线，主缆在桥梁使用寿命期内不可更换，其腐蚀防护一直受到人们广泛的关注和重视。悬索主缆的主要组成构件有：主缆钢丝、缠绕钢丝、索夹、鞍座、吊索等。主缆钢丝一般为直径4-6mm的镀锌高强度钢丝。缠绕钢丝是垂直缠绕在桥梁主缆外部，沿主缆圆周方向施力缠绕的一层钢丝，其直径一般在6-8mm，其作用可使主缆钢丝进一步紧固，增加主缆钢丝间摩阻力，减少钢丝受力不均匀性，均衡内部应力。同时，在缠绕钢丝与主缆之间填充铅粉红丹油膏或聚氨酯锌粉等组成的腻子涂层，在缠绕钢丝外侧涂覆环氧、聚氨酯油漆树脂等材料，形成“腻子+缠丝+涂料涂装”复合保护层,使主缆处于密封状态，对主缆起到防腐保护作用。
目前桥梁缠绕钢丝生产原料主要使用直径为6-8mm普通低碳钢盘条，原始盘条抗拉强度一般约为450-600Mpa，盘条原始强度较低且其本身的耐腐蚀性较差，为增强其耐蚀性还需在缠绕钢丝表面镀锌，在施工完成后的钢丝外层涂覆环氧、聚氨酯油漆树脂等措施进行表面防护。对于这些涂覆于钢丝表面防护层而言，在桥梁的施工过程中难免会造成局部破损，在桥梁的服役过程中也会随着时间的推移老化、开裂和脱落而破坏其完整性，因而需要定期对防护层进行检查和修补。由于桥梁位于高山、峡谷及江河上空，在线进行检查或修补施工难度大，维护成本高，且受在线检查方法和条件所限，有些防护层破点难以被及时发现和修补，引起缠绕钢丝基体腐蚀，使钢丝紧固力降低，导致主缆内部应力失衡，主缆钢丝内部磨损加剧。另外，防护层一旦破损还可能会引起主缆的腐蚀，危及整个桥梁的使用安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐腐蚀桥梁主缆缠绕钢丝用盘条的生产方法，以解决上述问题。
在盘条中添加合金元素，可以在强化盘条的力学性能，减少盘条使用量，达到桥梁高强度、轻量化的目的。其中Cr、Ni、Cu等合金元素的加入还可以提高基体的电极电位，使得基体耐腐蚀更加均匀，增加基体的耐大气腐蚀性能。另外，这些合金元素的加入，可以改变基体表面氧化层的析出方式，使金属表面在腐蚀初期金属基体表面形成更加致密、均匀的α-FeOOH和γ-FeOOH，减少疏松粗大的Fe2O3的形成，从而增加盘条耐大气腐蚀的性能。Ti合金的加入对盘条的耐候性能没有明显的改善作用，但在桥梁缠绕钢丝拉拔和缠绕施工过程中，需要对缠绕丝进行焊接，为便于盘条的拉拔和施工的进行，可在盘条中添加适量的Ti，Ti的加入可以在焊接过程的熔池中形成弥散分布的化合物TiO2质点，细化焊缝组织，提高盘条的焊接性能。使用本发明，可以有效提高桥梁主缆缠绕钢丝本身的耐腐蚀性能，即使在防涂层出现局部破损的情况下，缠绕钢丝也不会在短期内因腐蚀而被破坏，延长桥梁缠绕钢丝的使用寿命，实现缠绕钢丝的高强度、轻量化、耐腐蚀、易焊接的多种性能的要求。
本发明在综合考虑了盘条力学性能和耐腐蚀能力基础之上，进行了成分设计。
C：C是钢中固溶强化作用最明显的元素，随C含量增加，钢的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，钢材耐腐蚀性能下降，因此本发明将C的范围设计为为0.15-0.35％；
Si：Si是钢中固溶强化元素，但Si含量过高，不利于冷加工塑性变形，但能够提高能够锈层的致密性和结晶度，进而增强钢材的耐腐蚀性能，因此本发明将Si的范围设计为0.15-0.35％；
Mn：Mn起固溶强化和细晶强化的作用，提高钢的强度，降低钢的初期腐蚀速率，故本发明将Mn的范围设计为0.50-0.80％；
P：P是合金元素中提高耐腐蚀性能最有效的元素，但过高的P可能影响钢材的焊接性能和引起钢的冷脆，因此，本发明将P元素控制在≤0.020%；
S：在钢中易生成MnS，引起热脆，要求S含量越少越好，故本发明将S元素控制在≤0.015%；
Ni：Ni是合金元素中提高耐腐蚀性能最有效的元素，必须添加一定的量才能使材料获得足够的耐腐蚀性能，但Ni含量过高对焊接性能不利，故本发明将Ni的范围设计为0.30-0.60％；
Cr：Cr是合金元素中提高耐腐蚀性能最有效的元素，必须添加一定的量才能使材料获得足够的耐腐蚀性能，但Cr含量过高对焊接性能不利，故本发明将Cr的范围设计为0.30-0.60％；
Cu：Cu是合金元素中提高耐腐蚀性能最有效的元素，必须添加一定的量才能使材料获得足够的耐腐蚀性能，但Cu含量过高对焊接性能不利，故本发明将Cu的范围设计为0.20-0.40％；
Ti：钛的加入可以强化钢材的力学性能，钛还是强脱氧剂，适量钛在熔池中形成弥散分布的化合物TiO2质点，细化焊缝组织，增加焊接性能。但较高的钛含量会使钢液粘稠，增加浇注过程中的难度，故本发明将Ti的范围设计为0.010-0.030％。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种耐腐蚀桥梁主缆缠绕钢丝用盘条的生产方法，包括如下步骤：
步骤一、铁水预处理、冶炼：
调整铁水中各成分的重量百分比：C0.15-0.35%，Si0.15-0.35%，Mn0.50-0.80%，P≤0.020%，S≤0.015%，Ni0.30-0.60%，Cr0.30-0.60%，Cu0.20-0.40%，Ti0.010-0.030%，余量为铁及不可避免杂质；
步骤二、连铸：
将步骤一得到的铁水浇注为方坯，结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌电流强度为250-300A，凝固末端电磁搅拌电流强度为380-500A；
步骤三、钢坯检查清理：
对步骤二得到的钢坯进行探伤，表面有裂纹、划伤等缺陷进行检查及修磨，保证钢坯表面无缺陷；
步骤四、钢坯加热：
对步骤三检查合格的钢坯进行加热，钢坯加热总在炉时间1.0-2.5h，均热段温度在950-1050℃，保温50min；
步骤五、轧制和吐丝：
对步骤四得到的钢坯进行轧制，精轧入口温度控制在890-920℃，减定径入口温度880-920℃，吐丝温度控制在850-880℃；
步骤六、盘条冷却：
对步骤五得到的盘条采用风冷，平均冷速控制在1.0-5.0℃/s。
为了进一步实现本发明，步骤二中所述方坯的断面尺寸为150-160×150-160mm，过热度不大于25℃。
本发明相较于现有技术的有益效果为：
本发明轧制生产的耐腐蚀桥梁缠绕钢丝用盘条，抗拉强度为600-820MPa、延伸率为16-33％。在酸性盐雾加速循环腐蚀试验条件下，本发明盘条的腐蚀速度仅为普通低碳钢的30-50％。通过提升盘条的力学性能实现桥梁缠绕钢丝高强度、轻量化的需求。通过提升缠绕钢丝用盘条的耐腐蚀性能，可减少使用过程中对缆索外部保护层的检查和修补频次，减少桥梁的维护成本，减少因外部防护层的破损而引起的桥梁悬索腐蚀的发生概率，延长桥梁缠绕钢丝的使用寿命，有效保护桥梁主缆的安全，提升桥梁的安全系数。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
调整铁水中各成分的重量百分比：C0.15-0.35%，Si0.15-0.35%，Mn0.50-0.80%，P≤0.020%，S≤0.015%，Ni0.30-0.60%，Cr0.30-0.60%，Cu0.20-0.40%，Ti0.010-0.030%，余量为铁及不可避免杂质；将铁水浇注为方坯，方坯的断面尺寸为150-160×150-160mm，过热度不大于25℃，结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌电流强度为250-300A，凝固末端电磁搅拌电流强度为380-500A；对钢坯进行探伤，表面有裂纹、划伤等缺陷进行检查及修磨，保证钢坯表面无缺陷；对合格的钢坯进行加热，钢坯加热总在炉时间1.0-2.5h，均热段温度在950-1050℃；对钢坯进行轧制，精轧入口温度控制在890-920℃，减定径入口温度880-920℃，吐丝温度控制在850-880℃；对盘条采用风冷，平均冷速控制在1.0-5.0℃/s。
采用本方法得到的直径为6.5mm盘条的检验结果是：铁素体含量为69%-83%，其余为珠光体，盘条组织均匀，晶粒尺寸8-13μm。
实施例1：
调整铁水中各成分的重量百分比，与普通30#钢成分对比见表1：
表1 实施例1铁水成分和对比例普通30#钢的成分
将铁水浇注为方坯，方坯的断面尺寸为150×150mm，过热度不大于25℃，结晶器电磁搅拌电流强度为250A，凝固末端电磁搅拌电流强度为380A；对钢坯进行探伤，表面有裂纹、划伤等缺陷进行检查及修磨，保证钢坯表面无缺陷；对合格的钢坯进行加热，钢坯加热总在炉时间1.0-2.5h，均热段温度在1025℃，保温50min；对钢坯进行轧制，精轧入口温度控制在890℃，减定径入口温度885℃，吐丝温度控制在870℃；对盘条采用风冷，平均冷速控制在1.0-5.0℃/s。
采用JISG0594-2004进行酸性盐雾环境下加速循环腐蚀试验，进行钢材耐蚀性的评价。
实施例1制作盘条和普通30#钢的力学和酸性盐雾环境加速循环试验15个周期后腐蚀速率见表2：
表2 实施例1盘条和对比例普通30#钢的力学和耐腐蚀性能
实施例2：
调整铁水中各成分的重量百分比，与普通30#钢成分对比见表3：
表3 实施例2铁水成分和对比例普通30#钢的成分
将铁水浇注为方坯，方坯的断面尺寸为150×150mm，过热度不大于25℃，结晶器电磁搅拌电流强度为250A，凝固末端电磁搅拌电流强度为380A；对钢坯进行探伤，表面有裂纹、划伤等缺陷进行检查及修磨，保证钢坯表面无缺陷；对合格的钢坯进行加热，钢坯加热总在炉时间1.0-2.5h，均热段温度在1020℃，保温50min；对钢坯进行轧制，精轧入口温度控制在890℃，减定径入口温度880℃，吐丝温度控制在880℃；对盘条采用风冷，平均冷速控制在1.0-5.0℃/s。
采用JISG0594-2004进行酸性盐雾环境下加速循环腐蚀试验，进行钢材耐蚀性的评价。
本发明盘条和普通30#钢的力学和酸性盐雾环境加速循环试验15个周期后腐蚀速率见表4。
表4 实施例2盘条和对比例普通30#钢的力学和耐腐蚀性能
实施例3：
调整铁水中各成分的重量百分比，与普通30#钢成分对比见表5：
表5 实施例3铁水成分和对比例普通30#钢的成分
将铁水浇注为方坯，方坯的断面尺寸为150×150mm，过热度不大于25℃，结晶器电磁搅拌电流强度为250A，凝固末端电磁搅拌电流强度为380A；对钢坯进行探伤，表面有裂纹、划伤等缺陷进行检查及修磨，保证钢坯表面无缺陷；对合格的钢坯进行加热，钢坯加热总在炉时间1.0-2.5h，均热段温度在1025℃，保温50min；对钢坯进行轧制，精轧入口温度控制在890℃，减定径入口温度880℃，吐丝温度控制在875℃；对盘条采用风冷，平均冷速控制在1.0-5.0℃/s。
采用JISG0594-2004进行酸性盐雾环境下加速循环腐蚀试验，进行钢材耐蚀性的评价。
本发明盘条和普通30#钢的力学和酸性盐雾环境加速循环试验15个周期后腐蚀速率见表6。
表6 实施例3盘条和对比例普通30#钢的力学和耐腐蚀性能
实施例4：
调整铁水中各成分的重量百分比，与普通30#钢成分对比见表7：
表7 实施例4铁水成分和对比例普通30#钢的成分
将铁水浇注为方坯，方坯的断面尺寸为160×160mm，过热度不大于25℃，结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌电流强度为300A，凝固末端电磁搅拌电流强度为400A；对钢坯进行探伤，表面有裂纹、划伤等缺陷进行检查及修磨，保证钢坯表面无缺陷；对合格的钢坯进行加热，钢坯加热总在炉时间1.5h，均热段温度在950℃；对钢坯进行轧制，精轧入口温度控制在890℃，减定径入口温度890℃，吐丝温度控制在850℃；对盘条采用风冷，平均冷速控制在1.0-5.0℃/s。
采用JISG0594-2004进行酸性盐雾环境下加速循环腐蚀试验，进行钢材耐蚀性的评价。
本发明盘条和普通30#钢的力学和酸性盐雾环境加速循环试验15个周期后腐蚀速率见表8。
表8 实施例4盘条和对比例普通30#钢的力学和耐腐蚀性能
实施例5：
调整铁水中各成分的重量百分比，与普通30#钢成分对比见表9：
表9 实施例5铁水成分和对比例普通30#钢的成分
将铁水浇注为方坯，方坯的断面尺寸为160×160mm，过热度不大于25℃，结晶器电磁搅拌+凝固末端电磁搅拌，结晶器电磁搅拌电流强度为300A，凝固末端电磁搅拌电流强度为400A；对钢坯进行探伤，表面有裂纹、划伤等缺陷进行检查及修磨，保证钢坯表面无缺陷；对合格的钢坯进行加热，钢坯加热总在炉时间2.0h，均热段温度在1050℃；对钢坯进行轧制，精轧入口温度控制在920℃，减定径入口温度920℃，吐丝温度控制在880℃；对盘条采用风冷，平均冷速控制在1.0-5.0℃/s。
采用JISG0594-2004进行酸性盐雾环境下加速循环腐蚀试验，进行钢材耐蚀性的评价。
本发明盘条和普通30#钢的力学和酸性盐雾环境加速循环试验15个周期后腐蚀速率见表9。
表10 实施例5盘条和对比例普通30#钢的力学和耐腐蚀性能
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