新型高性能預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼鉸線的研制及其產(chǎn)業(yè)化前景

李琳濤 周偉東

(廣東雙銳實(shí)業(yè)有限公司，廣東 梅州 514000)

0 前言

預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼鉸線屬于新一代先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料，與傳統(tǒng)的鋼材相比，具有強(qiáng)度高、抗松馳性能好、節(jié)省鋼材、提高結(jié)構(gòu)剛度及穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在建筑、現(xiàn)代裝備、軌道車輛、汽車、制造、水利水電工程、核電和風(fēng)電設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣闊。然而，隨著各應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，其對預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼鉸線的強(qiáng)度、抗松馳穩(wěn)定性和耐腐蝕性等綜合性能的要求也越來越高，特別是在一些高端應(yīng)用領(lǐng)域，例如高速鐵路、核電工業(yè)等，目前我國行業(yè)所提供的預(yù)應(yīng)力鋼材已不能滿足市場需求。因此，為滿足我國高鐵、核電等尖端領(lǐng)域的重大需求和關(guān)鍵材料國產(chǎn)化問題，有必要研究新一代高強(qiáng)度低松馳耐腐蝕預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼鉸線。

1 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

歐美等發(fā)達(dá)國家在預(yù)應(yīng)力鋼絲的生產(chǎn)領(lǐng)域具有以下特點(diǎn)：得益于高速連續(xù)拉拔技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)效率高；具有健全的質(zhì)量保障體系，從原料、半成品到成品都進(jìn)行嚴(yán)格控制；具有多品種高質(zhì)量的熱軋盤條，盤條的鋼種和規(guī)格，可以根據(jù)對成品線材的需要加以定制；全自動(dòng)酸洗和機(jī)械除銹技術(shù)成熟，可以有效地減少環(huán)境污染。就產(chǎn)品性能而言，國外高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲的強(qiáng)度級別普遍達(dá)1670MPa以上，且具有優(yōu)異的抗應(yīng)力松弛性能，1000h應(yīng)力松弛率可控制在1.5%左右，同時(shí)兼具良好的耐蝕性能。

目前國內(nèi)生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼絲的企業(yè)有200余家，但真正具備完善的生產(chǎn)技術(shù)和檢測能力的企業(yè)僅30余家，其主導(dǎo)產(chǎn)品為低松弛光面鋼絲和三面刻痕鋼絲。與發(fā)達(dá)國家相比，我國預(yù)應(yīng)力鋼絲的差距主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：強(qiáng)度級別較低、抗應(yīng)力松弛性能較差以及產(chǎn)品的品種規(guī)格較為單一。目前，國內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絲的強(qiáng)度級別大多在1570MPa以下，少數(shù)能達(dá)1860MPa，而國外普遍在1670MPa以上，最高甚至能超過2000MPa；1000h應(yīng)力松弛率在2.5%左右，明顯高于國外的1.5%；產(chǎn)品規(guī)格主要為φ3.0～7.0mm，且品種較為單一。

2 新型高性能預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼鉸線研究方向

2.1 線材高速連續(xù)拉拔過程質(zhì)量控制技術(shù)

采用有限元數(shù)值模擬研究高速連續(xù)拉拔過程的熱效應(yīng)對盤條在多道次拉拔過程中的組織性能演變規(guī)律的影響；研究拉拔工藝與產(chǎn)品組織性能之間的關(guān)系。

2.2 線材高速連續(xù)拉拔工藝與模具優(yōu)化

根據(jù)拉絲線材的類型和潤滑劑的性能等條件研究符合生產(chǎn)條件的拉絲模工作區(qū)和定徑帶。

2.3 高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲在線穩(wěn)定化處理技術(shù)

研究加熱溫度、張力和冷卻方式等穩(wěn)定化工藝參數(shù)對產(chǎn)品強(qiáng)度、塑性和抗松弛等性能的影響；研究應(yīng)力松弛與穩(wěn)定化微觀機(jī)理，優(yōu)化穩(wěn)定化處理工藝。

2.4 高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼鉸線防腐和表面處理技術(shù)

研究預(yù)應(yīng)力鋼絲在不同溫度和氣氛等使用環(huán)境下的腐蝕動(dòng)力學(xué)，應(yīng)力腐蝕行為；研究環(huán)氧樹脂和Zn-Al-RE合金涂層的成分優(yōu)化與選擇，涂覆工藝與結(jié)合強(qiáng)度及耐蝕性能之間的關(guān)系。

2.5 原材料(熱軋盤條)入庫標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

研究熱軋盤條的化學(xué)成分、顯微組織、力學(xué)性能和表面質(zhì)量對預(yù)應(yīng)力鋼絲加工工藝和產(chǎn)品性能的影響，從而對熱軋盤條化學(xué)成分、顯微組織、力學(xué)性能和表面質(zhì)量提出具體的相應(yīng)要求，建立一套適合行業(yè)發(fā)展的原材料入庫標(biāo)準(zhǔn)。

3 市場應(yīng)用前景

近年來，隨著我國建筑業(yè)等行業(yè)對鋼材品種、質(zhì)量等要求的不斷提升。預(yù)應(yīng)力鋼材需求明顯增多，市場前景看好，產(chǎn)品供不應(yīng)求。而且應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，目前己應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)鐵路和公路橋梁、城市立交橋、電視塔、核電站、砼筒倉、水利工程以及預(yù)應(yīng)力砼標(biāo)準(zhǔn)件，如軌枕、電桿、輸小管、吊車梁、大型屋面板、V型板、馬鞍型雙曲層面板等領(lǐng)域。特別是量大面廣的多層住宅對預(yù)應(yīng)力鋼材的需求在不斷擴(kuò)大。

2000年，國家在修訂鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)建筑構(gòu)件中，如屋架等，淘汰了冷拉II、III、Ⅳ級鋼筋，用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼鉸線替代。此外，水利水電工程、港口工程、海洋石油平臺(tái)、污水處理系統(tǒng)等，都需應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼材，潛在的市場有待進(jìn)一步開發(fā)。

然而，隨著預(yù)應(yīng)力鋼材的應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，需求量逐年遞增，國產(chǎn)預(yù)應(yīng)力鋼材不能滿足國內(nèi)市場需求。近年每年從國外進(jìn)口的各類預(yù)應(yīng)力鋼材(鋼絲和鋼鉸線)在50-100萬噸。據(jù)業(yè)內(nèi)人士的調(diào)研，預(yù)計(jì)在“十三五”期間，我國年均消費(fèi)新型高性能預(yù)應(yīng)力鋼絲鋼鉸線將達(dá)到200萬噸左右。

專家建議，目前還需要盡快解決預(yù)應(yīng)力鋼材應(yīng)用中存在的技術(shù)難題，如預(yù)應(yīng)力鋼材耐久性問題，提高預(yù)應(yīng)力鋼材的防腐性；住宅建筑中如何合理使用預(yù)應(yīng)力鋼材，降低工程的造價(jià)；預(yù)應(yīng)力砼建筑的抗震問題等等。同時(shí)，按照不同領(lǐng)域的使用需求，開發(fā)新品，滿足國內(nèi)市場對預(yù)應(yīng)力鋼材的需求。