[发明专利]一种高强度高韧性桥索钢及其制备方法

说明书

本发明涉及桥索钢丝制备技术领域，尤其涉及一种高强度高韧性桥索钢及其制备方法。本发明高强度高韧性桥索钢的制备方法，包括步骤：1)盘条包括化学成分及其重量百分比为，C 0.22～0.28％、Si 1.60～1.68％、Mn 2.10～2.30％、Al 1.0～1.5％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co 0.31～0.38％、V 0.75～0.85％，其余为Fe及不可避免的杂质；2)将热轧后的盘条在真空或保护气氛下，加热至700℃～750℃保温20～30min后拉拔，直径为14mm的盘条带温拉拔至直径12.3mm；3)第一次拉拔结束后水冷至360℃～460℃并保温40～50min后进行空冷带温拉拔，直径为12.3mm的盘条带温拉拔至直径6.9mm。本发明得到的高强度高韧性桥索钢抗拉强度达到2400MPa以上，同时能满足扭转20次以上。

技术领域

本发明涉及桥索钢丝制备技术领域，尤其涉及一种高强度高韧性桥索钢及其制备方法。

背景技术

桥索钢丝是现代桥梁(斜拉索桥、悬索桥)的安全承重件，由高碳钢盘条经冷拔、热镀锌而成。从上世纪90年代至今，桥索钢丝强度不断提升，逐渐由1670MPa、1770MPa向1860MPa、1960MPa发展，高强度意味着更大的桥梁跨度(满足跨江、跨海需求，减少对生态、通航的影响)、更高的安全性(降低桥梁自重)和更低的投资成本(减少用钢量)，是衡量桥梁建造水平的关键性指标。数据显示，作为现代桥梁的“生命线”的缆索钢丝，其强度每提高10％，则缆索相应减重下降10％以上。材料强度的提高能增强主缆的跨越能力，在跨越距离一定时则能减小缆索体系的材料用量或者提高主缆的安全系数：规划中的意大利墨西拿海峡大桥为主跨3300m的双塔悬索桥，采用1860MPa镀锌钢丝主缆后，主缆总重约166500吨，相比1770MPa镀锌钢丝主缆，降低近10000吨。因此，随着桥梁跨径的越来越大以及对桥梁建设要求的提高，缆索向更高强度发展的趋势是必然的。

当前，桥梁缆索用钢丝全部都是由过共析盘条经拉拔和镀锌而成，不同强度等级的缆索钢丝对应不同牌号的热轧盘条，如82B(碳含量0.82％)对应钢丝强度1770MPa，87Mn(碳含量0.87％)对应钢丝强度1860MPa，97Si(碳含量0.97％)对应钢丝强度2000MPa。而随着强度的提升，碳含量增加，偏析、组织等控制愈加困难，冶炼、轧制工艺窗口狭窄；同时，随着碳含量的增加，钢丝强度增加，脆性增大，显著降低了钢丝韧性和安全性。如申请公布号CN102936688A的专利发明专利涉及一种抗拉强度≥2000MPa的桥梁缆索用线材及生产方法，该专利钢丝实际强度均小于2100MPa，且C含量高达0.95～1.2％，N0.01～0.03％。高含量的C、N确保了钢丝强度，但生产难度大且若生产控制不当，往往伴随着扭转值的大幅度波动，不利于钢丝品质的控制和桥梁安全。又如申请公布号CN103397273A的中国发明专利申请文件公开了一种无碳化物贝氏体钢、采用该钢体的齿板及其制备方法，该申请文件中添加了大量Ni及Cr、Ti等贵重合金且钢材抗拉强度只达到1500MPa级，适用于钢体的齿板，制成钢丝强度不会超过2000MPa。

随着2000MPa级镀锌钢丝的工程化应用，以及桥梁建造环境的日益苛刻(易于建造桥梁的位置逐渐减少)，更高等级(超高强度以及高韧性)桥索用钢的研发日益迫切。目前，桥索钢的超高强度可以通过增加碳含量来较容易地实现，但是在保证桥索钢的超高强度的前提下同时满足较好的韧性是当前急需解决的难题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种高强度高韧性桥索钢及其制备方法，其抗拉强度达到2400MPa以上，同时能满足扭转20次以上。

为实现上述目的，本发明所设计的高强度高韧性桥索钢，所述高强度高韧性桥索钢包括化学成分及其重量百分比为，C：0.22～0.28％、Si：1.60～1.68％、Mn：2.10～2.30％、Al：1.0～1.5％、P≤0.01％、S≤0.01％、Co：0.31～0.38％、V：0.75～0.85％，其余为Fe及不可避免的杂质。