重鋼PC鋼絞線用82B線材生產工藝探索與實踐
2012-07-27 09:51:24
國內高強度預應力鋼絞線盤條主要牌號為SWRH82B，屬高碳硬線鋼線材。廣泛用于公路、鐵路橋梁、海港碼頭、電站、大壩、工業(yè)民用建筑等領域。據不完全統(tǒng)計，預應力鋼絞線每年需求量以10%～20%速度遞增，其市場發(fā)展前景十分廣闊。因貴繩等企業(yè)用戶對82B鋼需求量越來越大，多次提出希望與重鋼共同開發(fā)該鋼種，而重鋼有近6年硬線鋼生產經驗，目前年生產能力已超過30萬t，且質量逐年穩(wěn)定提高。重鋼根據市場情況及自身的裝備水平，決定開發(fā)82B盤條。
1、SWRH82B鋼的主要技術要求
SWRH82B盤條國內牌號為82MnA，執(zhí)行標準為YB/T146-1998。該標準對其化學成分、顯微組織、力學性能等都作了明確規(guī)定。
1.1化學成分
表1：YB/T146-98標準成分要求及重鋼成分設計
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要求
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C
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Si
|
Mn
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P
|
S
|
|
冶標要求
|
0.80~0.85
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0.12~0.32
|
0.60~0.90
|
≤0.025
|
≤0.025
|
|
判定要求
|
0.82~0.85
|
0.17~0.32
|
0.70~0.80
|
≤0.020
|
≤0.015
|
|
目標要求
|
0.83
|
0.25
|
0.75
|
0.015
|
0.010
|
1.2顯微組織
盤條的金相組織應主要為索氏體，不應有馬氏體、網狀滲碳體及對性能有害的組織。
1.3力學性能
D=8～10mm：抗拉強度σb為1080～1200MPa，Ψ≥25%；
D=10.5～13mm：抗拉強度σb為1060～1180MPa，Ψ≥25%。
1.4其他要求
氣體含量：鋼中N、H、O含量均會不同程度影響82B線材的力學性能，一般要求N、H、O的體積
濃度分別滿足[N]≤60×10-6、[H]≤3×10-6、[O]≤40×10-6。
非金屬夾雜物尺寸≤20μm，且不能富集。
盤條索氏體率≥85%（即索氏體級別≤2.0級）。
2、82B鋼生產試制情況
2.1煉鋼試制情況
2.1.1轉爐冶煉
原料采用脫硫鐵水，原則上選用溫度偏高的鐵水進行深脫硫，然后大翻小進轉爐。冷料為二類生鐵+優(yōu)質廢鋼；采用雙渣操作，保證終點控制目標。
2.1.2LF鋼包精煉
使用自身熱態(tài)較好、無積灰積渣、口皮平整無掛渣的鋼包。LF爐前使用低P、S碳粉、鋁礬土、鋁粉，鋼水出站前用鈣鐵線進行鈣處理。LF精煉過程渣況黏度、流動性控制良好。
2.1.3方坯連鑄澆注
連鑄澆注工藝基本正常，澆注周期執(zhí)行（40+2）min，拉速按2.3m/min進行控制，未發(fā)生明顯堵、洗水口情況。
2.282B軋制過程
2.2.1軋線及控冷設備
重鋼高線軋機共有28機架，全線采用平立交替無扭連續(xù)軋制。斯太爾摩冷卻線有7臺風機，每臺風機的風量大小可以調節(jié)。總長約80m，冷卻速度應控制在15～18℃/s左右。
2.2.2控軋控冷工藝參數
以82B為典型代表的高碳鋼軋制，需保證較高的尺寸精度、良好的表面質量、性能均一穩(wěn)定以及良好的金相組織。根據文獻報道，盤條表面冷速應控制在9.0～12℃/s以上，才能保證心部索氏體化，有利于形成晶粒細小和片層間距極小的組織，使盤條強度明顯提高；但是，過大的冷速在鑄坯中錳鉻偏析的情況下，容易在盤條心部產生馬氏體組織。
參考國內其他鋼廠生產經驗，結合重鋼自身設備條件，最終確定均熱段溫度：1100～1150℃；進精軋機溫度：900～950℃；吐絲溫度：830～870℃。控制1#風機出口溫度不超過670℃，2#風機出口溫度不超過600℃，3#風機出口溫度不超過550℃，斯太爾摩生產線的冷速應控制在1.0～12℃/s。
3、SWRH82B鋼生產試制結果
3.1鋼的熔煉成分
鋼的熔煉成分見表2。
表2：實際熔煉成分
%
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項目
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C
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Si
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Mn
|
P
|
S
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Alt
|
Cr
|
Ni
|
Cu
|
As
|
|
實際熔煉成分
|
0.83
|
0.21
|
0.75
|
0.013
|
0.006
|
0.008
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0.02
|
0.03
|
0.01
|
0.009
|
實際熔煉成分達到了目標要求。
3.2鋼中氣體、夾雜含量
從鋼中氣體樣分析結果看，結晶器鋼液中氫和氧含量偏高，而成品盤條中氧含量達到了目標值（目標≤30×10-6），但氮含量偏高（目標≤30×10-6）。從夾雜樣分析結果看，鑄坯中夾雜總量偏高，夾雜分量以Al2O3為主，占60%以上。
3.3鑄坯低倍質量
取每流中節(jié)鑄坯各一塊檢驗低倍質量，五塊中除其中一塊存在1.0級的中心疏松外，無其他鑄坯低倍缺陷，鑄坯低倍檢驗結果表明：鑄坯總體質量良好。
3.4盤條實物質量情況
線材表面質量符合要求，直徑范圍：12.12～12.50mm。
3.4.1線材金相組織及性能情況
及時取金相試樣及力學性能試樣，通過分析，本次軋制的82B線材組織索氏體率達到80以上，索氏體級別為1.0～2.5級�？乩涔に囍贫ㄝ^為合理，未發(fā)現網狀滲碳體級馬氏體組織。
圖1：82B線材金相組織X500
由于線材直徑較大，冷卻速度較快，線材可能存在殘余應力，且短時間內不可能完全釋放，這會對性能指標特別是斷面收縮率產生很大影響。為了摸索最佳的時效時間，盡量縮短交貨周期，對時效不同的試樣進行了性能對比分析，通過比較，發(fā)現時效15d左右比較合理（表3）。
表3：不同時效天數下力學性能情況
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放置時長/d
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抗拉強度/MPa
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面縮率/%
|
延伸率/%
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1d
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1070～1100/1020
|
16～28/20.5
|
7.5～9.8/8.2
|
|
3d
|
1090～1110/1088
|
22～32/29
|
7.5～11.0/8.5
|
|
15d
|
1090～1200/1098
|
25～34/32.5
|
7.5～11.0/8.5
|
3.4.2線材拉拔性能
盤條發(fā)往用戶處，考察組對拉拔過程進行了跟蹤，由于是初次拉拔重鋼生產試制的SWRH82B鋼，對拉速作了適當降低，由平常的7m/s降低到5.8m/s，經9次拉拔成Φ5.23mm，之后又將拉速逐步提高至7m/s，拉拔過程順利。用戶對Φ5.23mm的鋼絲作性能檢驗，強度為1780、1807MPa。
4、其他鋼廠SWRH82B鋼性能檢測情況
其他鋼廠盤條檢驗結果見表4。
表4：其他鋼廠盤條檢驗結果
%
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比較項目
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首鋼
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沙鋼
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武鋼
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試樣1
|
試樣2
|
試樣1
|
試樣2
|
試樣1
|
試樣2
|
|
|
C
|
0.80
|
0.82
|
0.82
|
0.83
|
0.81
|
0.80
|
|
Si
|
0.20
|
0.20
|
0.22
|
0.22
|
0.24
|
0.23
|
|
Mn
|
0.76
|
0.75
|
0.73
|
0.74
|
0.66
|
0.65
|
|
P
|
0.011
|
0.011
|
0.011
|
0.011
|
0.016
|
0.016
|
|
S
|
0.005
|
0.006
|
0.009
|
0.008
|
0.009
|
0.009
|
|
Cr
|
0.25
|
0.25
|
0.15
|
0.16
|
0.17
|
0.17
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其他三家鋼鐵公司與重鋼生產試制的SWRH82B鋼相比，主要元素含量差別不大，但均加入了鉻作為合金強化元素提高鋼材的強度，其熔煉成分含量為0.15%～0.25%。查閱相關資料，國內寶鋼、湘鋼、包鋼及日本等鋼廠也采用加入Cr作為提高82B盤元強度的手段之一。
5、結語
通過對82B線材生產試驗研究發(fā)現，其煉鋼工藝基本正常，滿足了試驗方案要求；盤條軋制工藝基本正常，金相組織、索氏體化率及斷面收縮率較好，但強度指標偏低，未完全滿足用戶要求，但拉拔工藝基本正常。通過對其他鋼廠盤圓實物質量水平分析，本次試制82B盤圓除強度偏低外，其余性能指標均相當。經過優(yōu)化試制方案，加入合金強化元素，提高盤圓強度，82B鋼開發(fā)成功是有可能的。
2012年2月
來源：重鋼，鐵諾咨詢
