專利名稱：高強度鋼絲成形工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種用于各種高強度鋼絲成形的工藝。
為了實現(xiàn)橋梁的超大跨度化，促進社會生產(chǎn)與生活的進步與繁榮，未來對于高架公路橋與大跨度懸索橋、斜拉吊橋用鋼絲既需要實現(xiàn)超高強度化，又需要確保絕對可靠的高安全性。目前世界上懸索橋的最大跨度為1991米(日本明石海峽大橋)，主纜與吊素用高強度鋼絲的最高強度為1800～2000MPa，是目前世界橋用鋼絲的最高水平(徐延津等，《金屬制品》，1997，vol.23(3)1；尹萬全等，《金屬制品》，1998，vol.24(2)10)。如能將橋用鋼絲的強度提高至3000～5000MPa，加之結(jié)構(gòu)輕量化的效果，大橋的最大跨度可達3000～6000米，可見其經(jīng)濟與社會效益十分巨大。然而，由于現(xiàn)行橋用鋼絲一般為含碳0.70～0.80％的珠光體組織，其夾雜的控制存在界限，組織控制與高形變加工技術(shù)未能取得突破，要獲得3000MPa以上強度的實用超高強度橋用鋼絲非常困難(目前只有單絲直徑在0.4mm以下的汽車輪胎用超高強度鋼簾線能達到3000MPa以上的水平)。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種可以大幅度地提高高碳鋼絲(高架公路橋、大跨度懸索橋、斜拉吊橋用鋼絲)的強度，并適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的成形工藝。
本發(fā)明的構(gòu)成是采用連續(xù)定向凝固法(大野篤美，《日本金屬學(xué)會會報》，1984，23(9)773)與低溫大塑性變形相結(jié)合，或同時在工藝中進行適當(dāng)?shù)牡蜏責(zé)崽幚?，使得鑄造成形后鋼坯內(nèi)部的連續(xù)柱狀晶在塑性加工和熱處理過程中不發(fā)生再結(jié)晶。具有沿縱向連續(xù)生長的細(xì)小柱狀晶組織的連鑄鋼坯的斷面形狀可以是圓形、方形或扁形，斷面直徑或?qū)蔷€尺寸為20～200mm，鋼坯內(nèi)連續(xù)柱狀晶的直徑尺寸為10～100μm。連鑄鋼坯通過進行低溫大塑性變形加工和適當(dāng)?shù)牡蜏責(zé)崽幚?，最終獲得具有沿縱向連續(xù)細(xì)小纖維晶強化的直徑為1～20mm的高強度鋼絲，鋼絲內(nèi)細(xì)小纖維晶的直徑為0.1～20μm。其所述的低溫是指室溫以上至T1℃的溫度范圍，T1＜Tm，Tm為相應(yīng)鋼種的再結(jié)晶溫度，大塑性變形是指累計塑性變形量為斷面壓縮率50～99.99％。
本發(fā)明技術(shù)路線為連續(xù)定向凝固制備鋼坯→低溫軋制→冷軋(室溫軋制)→低溫退火→冷拉拔(室溫拉拔)→成品鋼絲，鋼坯材質(zhì)為低碳鋼、低合金鋼或高碳鋼，鋼坯斷面直徑或?qū)蔷€尺寸為20～200mm，鋼坯內(nèi)柱狀晶直徑為10～100μm，成品鋼絲的直徑1～20mm，成品鋼絲內(nèi)細(xì)小纖維晶直徑為0.1～20μm(上限對應(yīng)于原始鋼坯內(nèi)柱狀晶直徑大于20μm的情形)，低溫軋制、冷軋和冷拉拔的道次數(shù)分別為1～10道次，根據(jù)鋼絲材質(zhì)和性能要求，可以省去低溫軋制、冷軋、低溫退火、冷拉拔工序中的1個或2～3個工序，當(dāng)冷軋和冷拉拔的道次數(shù)≥2時，根據(jù)需要可以在任意兩次冷軋之間和/或任意兩次冷拉拔之間插入低溫?zé)崽幚?，以改善成形性能，也可以對成品鋼絲施行低溫?zé)崽幚?，以改善制品的使用性能，其中，以上所述的低溫是指室溫以上至T1℃的溫度范圍，T1＜Tm，Tm為相應(yīng)鋼種的再結(jié)晶溫度。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)可以大幅度地提高鋼絲的強度。對于常規(guī)的高碳鋼橋用鋼絲，可使其抗拉強度由現(xiàn)行的1000～2000MPa提高到3000～5000MPa；延伸率可達10～20％，比現(xiàn)用鋼絲的延伸率提高1～2倍。
(2)可獲得抗拉強度達1500～2000MPa級的低碳鋼(如20鋼)和低合金鋼(如20MnSi)鋼絲，滿足高架公路橋和較小跨度懸索橋、斜拉吊橋的使用強度要求，從而實現(xiàn)用低碳鋼或低合金鋼代替高碳鋼，擴大橋用鋼絲的品種范圍。
(3)由于采用連續(xù)定向凝固法成形鋼坯，可以大大降低鋼坯內(nèi)部的凝固偏析，提高鋼坯的均勻性，從而有利于獲得高均勻性的制品。
(4)由于發(fā)明工藝中的主要工序連續(xù)定向凝固、軋制與拉拔均可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，因而適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并有利于獲得長尺寸制品。
實施例(1)材質(zhì)為20鋼；(2)采用連續(xù)定向凝固設(shè)備制備出φ30mm連鑄鋼坯，鋼坯內(nèi)柱狀晶沿縱向生長，柱狀晶直徑為40～50μm；(3)連續(xù)定向凝固的工藝參數(shù)控制為鋼液溫度1700℃，結(jié)晶器溫度1525℃，拉坯速度0.4mm/sec，外加擾動電場強度為20V/300A，鋼坯出結(jié)晶器后進行噴水強制冷卻；(4)在500～900℃的溫度范圍內(nèi)采用孔型軋制的方法經(jīng)3道次將連鑄鋼坯軋制成φ12mm的盤條；(5)采用Y型軋機在室溫下將(4)所得盤條經(jīng)2道次軋制成φ7mm的鋼絲；(6)在500℃下對φ7mm的鋼絲進行無再結(jié)晶退火；(7)將退火后的鋼絲在室溫下經(jīng)3道次拉拔成φ4mm的鋼絲；(8)最終獲得鋼絲內(nèi)細(xì)小纖維晶直徑為5.3～6.7μm，強度達1800MPa的高強度鋼絲。
權(quán)利要求
1.一種高強度鋼絲成形工藝，其特征在于將連續(xù)定向凝固法與低溫大塑性變形加工法相結(jié)合，或同時在工藝中進行適當(dāng)?shù)牡蜏責(zé)崽幚?，使得鑄造成形后鋼坯內(nèi)部的連續(xù)柱狀晶在塑性加工和熱處理過程中不發(fā)生再結(jié)晶，最終獲得具有細(xì)小連續(xù)纖維晶強化的高強度制品(鋼絲)，其中，以上所述的低溫是指室溫以上至T1℃的溫度范圍，T1＜Tm，Tm為相應(yīng)鋼種的再結(jié)晶溫度，大塑性變形是指累計塑性變形量為斷面壓縮率50～99.99％。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度鋼絲成形工藝，其特征在于技術(shù)路線為連續(xù)定向凝固制備鋼坯→低溫軋制→冷軋(室溫軋制)→低溫退火→冷拉拔(室溫拉拔)→成品鋼絲，鋼坯材質(zhì)為低碳鋼、低合金鋼或高碳鋼，鋼坯斷面直徑或?qū)蔷€尺寸為20～200mm，鋼坯內(nèi)柱狀晶直徑為10～100μm，成品鋼絲的直徑1～20mm，成品鋼絲內(nèi)細(xì)小纖維晶直徑為0.1～20μm(上限對應(yīng)于原始鋼坯內(nèi)柱狀晶直徑大于20μm的情形)，低溫軋制、冷軋和冷拉拔的道次數(shù)分別為1～10道次，根據(jù)鋼絲材質(zhì)和性能要求，可以省去低溫軋制、冷軋、低溫退火、冷拉拔工序中的1個或2～3個工序，當(dāng)冷軋和冷拉拔的道次數(shù)≥2時，根據(jù)需要可以在任意兩次冷軋之間和/或任意兩次冷拉拔之間插入低溫?zé)崽幚?，以改善成形性能，電可以對成品鋼絲施行低溫?zé)崽幚?，以改善制品的使用性能，其中，以上所述的低溫是指室溫以上至T1℃的溫度范圍，T1＜Tm，Tm為相應(yīng)鋼種的再結(jié)晶溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于高強度鋼絲成形的工藝,其特征為:采用連續(xù)定向凝固法制備沿縱向生長的連續(xù)細(xì)小柱狀晶(柱狀晶直徑為10～100μm)組織的連鑄鋼坯,然后對連鑄鋼坯進行低溫大塑性變形加工和適當(dāng)?shù)牡蜏責(zé)崽幚?最終獲得具有縱向連續(xù)細(xì)小纖維晶(直徑為0.1～20μm)組織強化的、抗拉強度與延伸率均得到大幅度提高的高強度鋼絲,適合于用作高架公路橋、懸索橋、斜拉吊橋等用途。
文檔編號B21F45/00GK1259409SQ9812499
公開日2000年7月12日 申請日期1998年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月1日
發(fā)明者謝建新, 吳春京, 王自東, 李靜媛 申請人:北京科技大學(xué)