一種超高強(qiáng)度熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金鍍層鋼絲及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU 本發(fā)明屬于鋼絲及其制備領(lǐng)域，特別設(shè)及一種超高強(qiáng)度熱浸鍛Zn-Al-Mg-Si合金 鍛層鋼絲及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著橋梁建設(shè)技術(shù)的飛速發(fā)展，橋梁建筑設(shè)計(jì)跨徑在不斷地增大，用作懸索橋的 主要承載構(gòu)件"主纜"也相應(yīng)地經(jīng)歷了從最初的使用鐵鏈進(jìn)展到了采用高強(qiáng)度鍛鋒鋼絲。隨 著懸索橋跨徑的增大，對(duì)用作主纜的鍛鋒鋼絲的強(qiáng)度也相應(yīng)提出了更高要求，W便控制橋 梁主纜的自重和超大型橋梁的建設(shè)成本。在保持優(yōu)秀的力學(xué)性能的同時(shí)，為適應(yīng)海洋腐蝕 性氣候，對(duì)橋梁鋼絲的耐蝕性提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的熱鍛鋒鋼絲已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)階 段特定環(huán)境和未來(lái)建設(shè)的要求。
[0003]微合金化是應(yīng)用更廣泛的一種盤(pán)條強(qiáng)化方法，主要利用微合金元素的析出強(qiáng)化和 固溶強(qiáng)化，達(dá)到細(xì)化珠光體片層結(jié)構(gòu)、提高強(qiáng)度與塑性的目的。同時(shí)，特定元素的加入，可W 有效提高材料的耐蝕性，進(jìn)而適應(yīng)特殊現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要。高碳鋼中常用的微合金元素有V、 A1、化、Si、Ti等。析出強(qiáng)化時(shí)，合金元素與鋼中的碳氮結(jié)合，形成納米級(jí)的碳氮化物，起到 釘扎晶界、細(xì)化奧氏體晶粒的作用；固溶強(qiáng)化時(shí)，合金元素融入鐵素體或滲碳體中，造成晶 格崎變，增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使滑移難W進(jìn)行，從而提高鋼材強(qiáng)度。
[0004]提高原始盤(pán)條強(qiáng)度是獲得超高強(qiáng)度低松弛橋梁鋼絲的最佳途徑，而具有優(yōu)秀耐蝕 性的合金鍛層則是提高橋梁鋼絲耐蝕性的良好方法。為提高盤(pán)條強(qiáng)度，生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴(yán) 格設(shè)計(jì)拉絲工藝，在此工序中，首先要根據(jù)最終產(chǎn)品所需的強(qiáng)度及初性要求提出對(duì)原料規(guī) 格及力學(xué)性能要求，確定總壓縮率，其次是對(duì)各道次部分壓縮率進(jìn)行合理分配，再根據(jù)設(shè)備 狀況確定合適的拉絲速度，不能照搬Φ7. 0mm 1770MPa高強(qiáng)度低松弛鍛鋒鋼絲的拉絲工 藝，防止產(chǎn)品強(qiáng)度和初性的損失。
[0005] 鋒鍛層是目前橋梁鋼絲常用的鍛層，雖然具有一定的耐蝕性，但是由于其孔隙率 較高而導(dǎo)致耐蝕性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超高強(qiáng)度熱浸鍛化-Al-Mg-Si合金鍛層 鋼絲及其制備方法和應(yīng)用，該合金鍛層鋼條具有超高強(qiáng)度、低松弛率、防腐性能優(yōu)的特點(diǎn)。 陽(yáng)007] 本發(fā)明的一種超高強(qiáng)度熱浸鍛化-Al-Mg-Si合金鍛層鋼絲，所述化-Al-Mg-Si合 金鍛層按質(zhì)量百分比組成為：Zn30-97%，A1 5-80%，Mg 0.02-11%，Si 0.01-5. 0% ;其 中，質(zhì)量百分比之和為百分之百。
[0008] 所述合金鍛層單位面積上的質(zhì)量為130-400g/m2。
[0009] 所述合金鍛層單位面積上的質(zhì)量為220g/m2。 陽(yáng)010] 所述合金鍛層的自腐蝕電位Eewr為-1. 05~-1. 10V，IcDDf為3~8X10 6a·cm2。
[0011] 所述合金鍛層的極化電阻為5000~8000Ω·cm2。
[0012] 本發(fā)明的一種超高強(qiáng)度熱浸鍛化-Al-Mg-Si合金鍛層鋼絲的制備方法，包括：
[0013] (1)對(duì)原始盤(pán)條進(jìn)行性能檢驗(yàn)；
[0014] 選用上海寶鋼研制的Φ13. 5mm、B82Mn化橋梁纜索專(zhuān)用盤(pán)條，保證其成分、力學(xué)性 能等符合要求。如抗拉強(qiáng)度1210±50MPa、斷面收縮> 30%;盤(pán)條不得有澤火組織、網(wǎng)狀滲 碳體及對(duì)性能有害的組織，索氏體含量應(yīng)大于90%;按GB/T224-1987要求進(jìn)行，總脫碳層 (全脫碳+過(guò)渡層）應(yīng)不大于0. 07mm;按YB/T5148標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行晶粒度的檢測(cè)，晶粒度檢測(cè)的 合格范圍為7-9級(jí)；
[0015] (2)對(duì)步驟（1)中檢驗(yàn)合格的盤(pán)條進(jìn)行表面處理；
[0016] (3)表面處理后，采用拉絲總壓縮率大于85%，各道次部分壓縮率的分配采用"前 高后低"方法進(jìn)行拉絲；拉絲過(guò)程中，在變形開(kāi)始就給予較大的部分壓縮率，隨著金屬材料 變形及硬化程度的增加，部分壓縮率逐道減小，確保超大壓縮率下材料的綜合性能，保證經(jīng) 拉拔和后續(xù)穩(wěn)定化處理的鋼絲具有超高強(qiáng)度、低松弛和較高的初性與塑性。
[0017] 根據(jù)產(chǎn)品強(qiáng)度要求，本發(fā)明初選原料規(guī)格為13. 5mm、強(qiáng)度范圍1210±50MPa，拉絲 成品規(guī)格為5.0mm系列。
[0018] (4)拉絲之后，進(jìn)行熱浸鍛化-Al-Mg-Si合金鍛層；其中，合金鍛層按質(zhì)量百分比 組成為：Zn30-97%，A1 5-80%，Mg0.02-11%，Si0.01-5. 0%;其中，質(zhì)量百分比之和為 百分之百；熱浸鍛的溫度為470°C~720°C;時(shí)間為30s~60s。
[0019] (5)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，得到超高強(qiáng)度熱浸鍛化-Al-Mg-Si合金鍛層鋼絲；其中，穩(wěn) 定化處理采用雙張緊方式生產(chǎn)，參數(shù)包括處理溫度：360°C-420°C，處理張力：25% -45%公 稱(chēng)破斷力。
[0020] 所述步驟（2)中表面處理流程包括：盤(pán)條一酸洗一清洗一憐化一熱水清洗一棚化 處理一烘干一卸料。
[0021] 所述清洗包括漂洗和沖洗。
[0022] 所述表面處理除去氧化皮、油、水、灰塵及其它任何雜質(zhì)。
[0023] 所述步驟（4)中熱浸鍛的溫度為560°C，時(shí)間為60s。
[0024] 所述步驟巧）中處理溫度為400。處理張力為45%公稱(chēng)破斷力。
[00巧]所述鋼絲作為海洋腐蝕氣氛環(huán)境下的橋梁鋼絲進(jìn)行應(yīng)用。
[00%] 為了滿足機(jī)械強(qiáng)度的需要，重新設(shè)計(jì)鋼絲的拉拔工藝，并且對(duì)熱浸鍛合金鍛層的 成分進(jìn)行合理調(diào)節(jié)與控制。同時(shí)在熱浸鍛后設(shè)計(jì)一道穩(wěn)定化處理工藝W改善熱浸鍛對(duì)鋼絲 強(qiáng)度和初性的影響。
[0027] 通過(guò)改進(jìn)的熱浸鍛處理工藝（改進(jìn)了熱浸鍛合金的成分，在傳統(tǒng)的熱浸鍛鋒體系 中融入A1、Mg、Si元素，嚴(yán)格控制烙池合金的成分與比例。同時(shí)根據(jù)鍛層合金的成分，對(duì)熱 浸鍛溫度進(jìn)行微調(diào)，熱浸鍛溫度為470°C~720°C，優(yōu)選溫度為560°C，時(shí)間控制在30s~ 60s，優(yōu)選時(shí)間為60s。），在鋼絲表面得到均勻、致密的化-Al-Mg-Si合金層，其涂層的組織 結(jié)構(gòu)中存在富Al-Mg合金相、富化-A^Si合金相和少化-Al-Mg-Si合金相，富Al-Mg合金相 和富化-A^Si合金相交替存在，協(xié)同發(fā)揮了化-A^Si合金相的犧牲保護(hù)作用和Al-Mg合 金相的純化保護(hù)作用，涂層中的Al-Mg合金相構(gòu)成網(wǎng)狀硬構(gòu)架，能夠起到阻止化-A^Si合 金腐蝕的作用。由于Mg的加入，Mg和A1形成的Al-Mg氨氧化物薄膜除了起到純化膜的作 用外，腐蝕后也生成相應(yīng)的具有自封閉能力的腐蝕產(chǎn)物，與化的腐蝕產(chǎn)物一起堵塞涂層中 的缺陷，形成更加致密的腐蝕產(chǎn)物層，加強(qiáng)了涂層的自封閉效果，使得涂層在腐蝕后期的耐 蝕性能大大提局。
[0028] 在拉絲總壓縮率大于85%、部分壓縮率采用"前高后低"分配方法的工藝條件下進(jìn) 行拉絲，充分利用了金屬材料變形初期塑性好，變形能力較大的特點(diǎn)，在變形開(kāi)始就給予較 大的部分壓縮率，W后隨著金屬材料變形及硬化程度的增加，部分壓縮率逐道減小，從而確 保了超大壓縮率情況下材料的綜合性能，并在對(duì)盤(pán)條逐道減徑拉絲及硬化處理的基礎(chǔ)上， 經(jīng)"雙張緊"和"限徑模"的穩(wěn)定化工藝處理后，生產(chǎn)出同時(shí)具有超高強(qiáng)度、低松弛和較高初 性和塑性的超高強(qiáng)度鋼絲，能有效克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不能生產(chǎn)同時(shí)兼顧超高強(qiáng)度和 高扭轉(zhuǎn)性能鍛鋒鋼絲的弊端，只要選擇烙煉成分和力學(xué)性能符合預(yù)定要求的原材料，在拉 絲工藝中采用在超大總壓縮率下的前高后低分配方法，便可生產(chǎn)出全面符合超強(qiáng)度、高扭 轉(zhuǎn)初性技術(shù)指標(biāo)要求的超高強(qiáng)度橋梁鋼絲。
[0029] 本發(fā)明通過(guò)合理控制盤(pán)條的元素組成和拉拔參數(shù)，滿足了懸索橋發(fā)展對(duì)橋梁鋼絲 超高強(qiáng)度和低松弛的需要。通過(guò)熱浸鍛處理在鋼絲表面制備的化-Al-Mg-Si合金鍛層平 整、均一且孔隙率較低，相對(duì)于鋒鍛層，耐蝕性更強(qiáng)，能夠適應(yīng)更為惡劣的氣候環(huán)境。同時(shí)在 熱浸鍛后設(shè)計(jì)的穩(wěn)定化處理工藝，能夠有效克服熱浸鍛工序?qū)υ摻z強(qiáng)度和初性的影響， 保持了鋼絲的超高強(qiáng)度、低松弛特性。本發(fā)明提供的帶有化-Al-Mg-Si合金鍛層的超高強(qiáng) 度橋梁鋼絲，其耐蝕性和機(jī)械性能優(yōu)于目前的高強(qiáng)度鍛鋒鋼絲，易于實(shí)施，滿足了特殊環(huán) 境，如海洋腐蝕氣氛環(huán)境下對(duì)橋梁鋼絲的需要，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0030] 本發(fā)明采用熱浸鍛化-Al-Mg-Si合金鍛層替代原先的鋒層，在保證超高強(qiáng)度、低 松弛和高扭轉(zhuǎn)性的同時(shí)，進(jìn)一步提高鋼絲的耐蝕性。
[0031] 有益效果
[0032] (1)本發(fā)明的超高強(qiáng)度熱浸鍛化-Al-Mg-Si合金鍛層鋼絲在保證超高強(qiáng)度、低松 弛和高扭轉(zhuǎn)性的同時(shí)，進(jìn)一步提高鋼絲的耐蝕性；
[0033] (2)本發(fā)明易于實(shí)施，滿足了特殊環(huán)境