綠色低碳高效超高強(qiáng)度橋梁纜索鋼用線(xiàn)材的研發(fā)及應(yīng)用*

錢(qián) 剛， 許曉紅， 張劍鋒

(中信泰富特鋼集團(tuán)股份有限公司， 江蘇 江陰 214400)

1 背 景1.1 橋梁纜索用鍍層鋼絲的發(fā)展

世界上的第一座現(xiàn)代化的懸索橋?yàn)?883年修建于美國(guó)的布魯克林大橋，其主跨僅僅只有500 m，其主纜用熱鍍鋅鋼絲的抗拉強(qiáng)度只有1200 MPa。隨著全球鋼鐵材料技術(shù)日新月異，位于廣東省的南沙大橋主纜采用Φ5.0 mm抗拉強(qiáng)度為1960 MPa級(jí)的熱鍍鋁鋼絲索股[1]。近些年我國(guó)在 2000 MPa級(jí)別橋梁纜索用熱鍍鋼絲的研發(fā)道路上走在了世界前列，滬蘇通大橋(公鐵兩用)國(guó)際上首次采用Φ7.0 mm抗拉強(qiáng)度為2000 MPa級(jí)的熱鍍鋼絲作為斜拉索[2]。同時(shí)，正在建設(shè)的深中通道伶仃洋大橋使用直徑為6.0 mm抗拉強(qiáng)度為2060 MPa級(jí)別的熱鍍鋼絲作為主纜[3]，南京仙新路大橋和常泰大橋確定選用抗拉強(qiáng)度為2100 MPa級(jí)別的熱鍍鋼絲作為主纜，為滿(mǎn)足特殊地質(zhì)條件和大跨徑，安全可靠要求，未來(lái)還會(huì)有更高強(qiáng)度的材料需求。近15年來(lái)國(guó)內(nèi)外典型橋梁主纜的發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 國(guó)內(nèi)外橋梁主纜強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)圖

1.2 高強(qiáng)纜索鋼線(xiàn)材等溫處理工藝及裝備

提高熱鍍鋼絲的強(qiáng)度是降低橋梁纜索自身重量的最主要的方法。鋼絲的抗拉強(qiáng)度每提高100 MPa，可減少主纜總重約3%-5%。各國(guó)在橋梁纜索熱鍍鋼絲用線(xiàn)材的生產(chǎn)中有各自不同的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝，線(xiàn)材的室溫組織性能很大程度上取決于其軋制完成后的冷卻方式。目前，國(guó)內(nèi)外多數(shù)廠(chǎng)家采用斯太爾摩工藝來(lái)控制熱軋后盤(pán)條的冷卻[4]，該工藝?yán)鋮s能力不足，穩(wěn)定性差，索氏體化率不高以及先共析二次網(wǎng)狀滲碳體等致命缺陷，采用該工藝生產(chǎn)線(xiàn)材制成的纜索鋼絲強(qiáng)度≤1860 MPa。要生產(chǎn)更高強(qiáng)度纜索鋼，需采用離線(xiàn)鉛浴等溫淬火的熱處理方式來(lái)重新索氏體化[5]，LP冷卻工藝對(duì)環(huán)境有污染且影響人員的身體健康。此外LP工藝成本高且生產(chǎn)效率低。因此日本新日鐵研制出了DLP冷卻技術(shù)替代DP工藝[6]。通過(guò)DLP工藝降低了鋼材的生產(chǎn)成本，提高了交付能力。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)在熱處理方法上也進(jìn)行了改革性的創(chuàng)新，中信泰富特鋼青島特鋼廠(chǎng)研發(fā)了QWTP離線(xiàn)鹽浴熱處理技術(shù)[7]，將鉛浴帶來(lái)的環(huán)境污染大大降低。中信泰富特鋼江陰興澄特鋼廠(chǎng)自主研發(fā)的、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的獨(dú)有Xingcheng Direct Water Patenting，簡(jiǎn)稱(chēng)XDWP在線(xiàn)水浴處理技術(shù)，采用綠色天然無(wú)污染、廉價(jià)便利的冷卻介質(zhì)水來(lái)替代金屬鉛或者硝酸鹽作為冷卻介質(zhì)完成珠光體的索氏體化轉(zhuǎn)變[8]，其生產(chǎn)的抗拉強(qiáng)度為 1960 MPa級(jí)的熱鍍鋅鋼絲應(yīng)用于南沙大橋[1]、楊泗港大橋建設(shè)中，滬蘇通公鐵兩用大橋是世界首次使用Φ7.0 mm 抗拉強(qiáng)度為2000 MPa級(jí)別的熱鍍鋅鋼絲，也是通過(guò)用該工藝生產(chǎn)[2]。目前，國(guó)內(nèi)具備大規(guī)模生產(chǎn)高強(qiáng)度橋梁纜索用盤(pán)條能力的主要生產(chǎn)廠(chǎng)家有興澄、青鋼等鋼鐵企業(yè)，上述企業(yè)均已開(kāi)始了≥2100 MPa更高強(qiáng)度橋梁纜索鋼絲的研制工作。

1.3 高強(qiáng)纜索鋼線(xiàn)材成分設(shè)計(jì)

橋梁纜索鋼是珠光體鋼，通過(guò)原始盤(pán)條強(qiáng)化和拉拔加工硬化實(shí)現(xiàn)鍍層鋼絲高強(qiáng)化，成分的合理匹配是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度與高韌塑性的關(guān)鍵，纜索鋼主要元素基本作用及范圍如下：

碳(C)：是強(qiáng)度提升主要強(qiáng)化元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。碳對(duì)纜索鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性、顯微組織等都有很大影響。一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.70%-1.20%。

硅(Si)：是強(qiáng)化鐵素體元素，可以提高滲碳體的穩(wěn)定性，減少熱鍍鋅過(guò)程中強(qiáng)度損失。Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在0.15%-1.50%。

錳(Mn)：是提高強(qiáng)度的重要元素，但在鋼中易產(chǎn)生偏析，冷卻過(guò)程中容易形成馬氏體組織。Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般低于1.00%.

鉻(Cr)：提高滲碳體的穩(wěn)定性和細(xì)化珠光體片層間距，有利于線(xiàn)材塑性指標(biāo)的提高。過(guò)高的Cr含量，易形成馬氏體或貝氏體等異常組織，Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在0.50%以下。

釩(V)：是碳化物形成元素，起到細(xì)化晶粒及析出強(qiáng)化作用提高強(qiáng)度。同時(shí)其碳(氮)化物形成氫陷阱，減輕高強(qiáng)鋼中氫的危害。V含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致碳氮化物顆粒大，使盤(pán)條塑性下降。

各元素的具體成分圍繞高強(qiáng)高韌進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，與盤(pán)條的生產(chǎn)工藝，拉拔工藝緊密配合。

2 超高強(qiáng)度纜索鋼關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 綠色低碳高效等溫處理工藝技術(shù)

纜索鋼的均勻性至關(guān)重要，興澄自主開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)XDWP水浴韌化處理工藝，著力解決盤(pán)條轉(zhuǎn)變溫度均勻性，從而實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能均勻。該工藝采用水及RX添加劑做冷卻介質(zhì)，盤(pán)條冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的水蒸氣回收冷凝為液態(tài)水循環(huán)利用，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)設(shè)備及生產(chǎn)人員無(wú)影響(如圖2所示)，具有綠色低碳等特點(diǎn)。采用該工藝已批量穩(wěn)定生產(chǎn)1860 MPa級(jí)、1960 MPa級(jí)、2000 MPa級(jí)大橋纜索熱鍍鋼絲用盤(pán)條，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)相關(guān)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)理念轉(zhuǎn)變及技術(shù)、設(shè)備進(jìn)步。XDWP設(shè)備主要包括工藝水箱及輥式輸送機(jī)、加熱器組、泵模塊、過(guò)濾器、疏散罐、控制系統(tǒng)等。

熱軋盤(pán)條水浴韌化處理與其他冷卻介質(zhì)的韌化熱處理原理相同，但是水浴與其他冷卻介質(zhì)不同的是其汽化溫度低，在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下為100 ℃，造成了不同狀態(tài)下水的冷卻能力不同。

水浴韌化處理是一種全新的不等溫式淬火工藝。通常盤(pán)條和水之間產(chǎn)生的膜態(tài)冷卻過(guò)程很短，難以被利用，盤(pán)條大多時(shí)間處于不穩(wěn)定的膜沸騰階段。奧氏體化的高碳盤(pán)條被單純水介質(zhì)冷卻的過(guò)程中，一般會(huì)得到堅(jiān)硬的馬氏體，根本無(wú)法拉拔。如何將盤(pán)條在相變溫度范圍內(nèi)處于穩(wěn)定的膜沸騰階段是XDWP水浴韌化熱處理的關(guān)鍵。為此，項(xiàng)目組通過(guò)在水溶液中添加能溶解的高分子聚合物添加劑RX，提高水的黏度，將水分子和它自身的高分子結(jié)合，增大了水蒸氣界面的表面張力，使熱傳導(dǎo)系數(shù)率大大降低，提高蒸汽膜的穩(wěn)定性，充分延長(zhǎng)了膜態(tài)冷卻過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)盤(pán)條的緩慢穩(wěn)定的冷卻，獲得所需要的適合拉拔的索氏體組織。

經(jīng)過(guò)測(cè)定，盤(pán)條在蒸汽膜腔中的冷卻速度達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，穩(wěn)定時(shí)間也較長(zhǎng)，保證了盤(pán)條等溫相變的溫度范圍。降低了盤(pán)條相變區(qū)的冷卻速度，用來(lái)代替鉛浴用于盤(pán)條的韌化處理。實(shí)現(xiàn)了盤(pán)條在相變溫度前快速冷卻，形成蒸汽膜腔后緩慢冷卻以維持索氏體化所需要的時(shí)間和溫度，轉(zhuǎn)變完成后再出水緩冷。XDWP生產(chǎn)工藝如圖2所示。

圖2 盤(pán)條在線(xiàn)韌化處理生產(chǎn)圖片

在線(xiàn)XDWP韌化處理核心控制技術(shù)

(1)水溶液液位穩(wěn)定控制技術(shù)

電氣控制系統(tǒng)保證及時(shí)檢測(cè)水浴液的液位，使其保持穩(wěn)定，液位閉環(huán)控制系統(tǒng)智能控制儀根據(jù)設(shè)定的液位值和檢測(cè)的實(shí)際液位值，控制進(jìn)水的電動(dòng)調(diào)節(jié)儀的開(kāi)啟程度，使水位誤差穩(wěn)定在±3 mm。

(2)水浴液溫度穩(wěn)定控制技術(shù)

水浴液的溫度要求嚴(yán)格，根據(jù)工藝要求，過(guò)鋼前先加熱水浴液。水浴溫度控制分為2個(gè)過(guò)程：生產(chǎn)初始需加熱到工藝要求的溫度；生產(chǎn)時(shí)，隨著盤(pán)條帶入熱量的增加，啟動(dòng)冷卻裝置以保持恒定溫度。由于溫度對(duì)產(chǎn)品性能影響很大，控溫精度要求也很高。智能溫度控制儀根據(jù)設(shè)定的溫度值和檢測(cè)的實(shí)際溫度值，使變頻器控制冷卻水泵運(yùn)行在合適的轉(zhuǎn)速，保持溫度誤差±1 ℃。

(3)溶液流場(chǎng)冷卻均勻控溫技術(shù)

入水盤(pán)條因搭接點(diǎn)與中間疏密程度不一致，導(dǎo)致冷卻不均勻，但盤(pán)條希望出水后斷面溫度差越小越好，這樣盤(pán)條組織越均勻。冷卻過(guò)程中通過(guò)流場(chǎng)控制，邊部冷卻強(qiáng)度需要快速，中間部分冷卻要弱，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及攪拌參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)盤(pán)條組織均勻，性能穩(wěn)定。

盤(pán)條生產(chǎn)通過(guò)控制輥道速度控制水浴處理時(shí)間，研究水浴處理時(shí)間對(duì)盤(pán)條組織和力學(xué)性能的影響，并與鉛浴處理盤(pán)條進(jìn)行對(duì)比，以探索盤(pán)條水浴代鉛韌化處理工藝的可行性和尋求最佳水浴處理工藝參數(shù)。

2.2 橋梁纜索用線(xiàn)材的均質(zhì)化技術(shù)

為提升強(qiáng)度，鋼中碳含量已完全超過(guò)0.77%過(guò)共析點(diǎn)，如何減輕過(guò)共析鋼冷卻過(guò)程中的二次碳化物析出問(wèn)題，否則會(huì)影響鋼絲加工及產(chǎn)品性能，同時(shí)必須控制易偏析合金元素的均勻性，這對(duì)異常組織的控制至關(guān)重要。

橋梁纜索鋼絲的要求相對(duì)其他鍍層鋼絲，有著特殊的個(gè)性化評(píng)價(jià)方法，特別是扭轉(zhuǎn)指標(biāo)。開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品要求360°連續(xù)扭轉(zhuǎn)，最低≥12次即扭轉(zhuǎn)≥4320°，而且要連續(xù)檢驗(yàn)50根全部≥12次才算通過(guò)。對(duì)成分的均勻性及組織的均勻性都提出了苛刻的要求。

二十世紀(jì)末的中國(guó)作家對(duì)于死亡這一特殊的生命現(xiàn)象有著極大的興趣。在這個(gè)群體當(dāng)中，史鐵生對(duì)死亡的感悟，無(wú)疑是非常有特色的。作為個(gè)體的人，史鐵生是孱弱的，疾病扼住了命運(yùn)的咽喉；但他又是強(qiáng)大的，病體的不幸反而讓他既能超越恐懼直面死亡，思考死亡的本質(zhì)，又能對(duì)死亡進(jìn)行超越性的審美觀照，使生命升華至更高的境界。他是真正的勇士，向死而生，以自己殘缺的身體，勇敢地追尋生命真正的意義。

2.2.1 成分均勻性的控制

為實(shí)現(xiàn)低偏析和斷面成分均勻，進(jìn)行了高均質(zhì)大方坯連鑄技術(shù)研究工作：

(1)鋼水低過(guò)熱度澆注控制

采用大容量鋼包和中間包，加強(qiáng)對(duì)鋼包和中間包耐火材料的質(zhì)量控制和烘烤；鋼包永久層加砌新型多晶耐火纖維絕熱材料；鋼包加覆蓋劑及包蓋，減少熱輻射；中間包采用雙層覆蓋劑和加蓋，減少中間包散熱；采用中間包感應(yīng)加熱技術(shù)，以精確控制低過(guò)熱度澆鑄，做到過(guò)熱度控制在10-15 ℃范圍。

(2)電磁攪拌、二冷配水及拉坯最佳參數(shù)匹配控制研究

優(yōu)化結(jié)晶器澆注液位控制，調(diào)整結(jié)晶器振動(dòng)頻率，減少液面的波動(dòng)，避免鑄坯表面夾渣；優(yōu)化M-EMS和S-EMS電磁攪拌工藝參數(shù)，降低偏析程度；優(yōu)化二冷區(qū)氣霧噴嘴配置和水量控制，提高凝固初期的冷卻均勻性，減少冷卻盲區(qū)和冷卻重疊區(qū)，避免凝固初期不均勻冷卻造成的熱應(yīng)力；二冷弱冷配合低拉速，防止鑄坯出現(xiàn)鼓肚問(wèn)題。

(3)液相穴區(qū)輕壓下控制研究

本鋼種采用高C高M(jìn)n成分設(shè)計(jì)，極易產(chǎn)生中心偏析。通過(guò)精確控制鋼水過(guò)熱度、拉坯速度、各道次壓下量及總壓下量，精確計(jì)算各道次固相率及凝固終點(diǎn)位置(如圖3所示)，確保輕壓下設(shè)備的穩(wěn)定性及壓下量的精確性，確保中心偏析、中心疏松質(zhì)量改善，制定出合適的連鑄輕壓下參數(shù)，坯料偏析輕微。

圖3 大方坯生產(chǎn)輕壓下示意圖

圖4 中間坯低倍組織

圖5 中心碳偏指數(shù)分析

圖6 中心C原位分析

圖7 中心Mn原位分析

如圖4-7所示，200方中間坯低倍、原位C、Mn分析結(jié)果看：坯料中心部位存在正偏析點(diǎn)，正偏析點(diǎn)周?chē)嬖谪?fù)偏析環(huán)。整個(gè)斷面碳偏指數(shù)(碳偏指數(shù)=鉆點(diǎn)C含量/熔煉C含量)控制范圍在0.95-1.05，碳偏析質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2.2.2 組織均勻性的控制

超高強(qiáng)度大橋纜索熱鍍鋼絲用熱軋盤(pán)條由于采用了高C、高M(jìn)n成分設(shè)計(jì)，材料的奧氏體溫度范圍變寬，盤(pán)條的軋制及冷卻控制難度變大。通過(guò)控制軋制及控制冷卻技術(shù)，可以提高盤(pán)條索氏體含量及改善索氏體組織形貌，避免不利于拉拔加工的網(wǎng)狀滲碳體、低溫馬氏體、先共析鐵素體組織的形成，為后續(xù)拉拔鋼絲提供優(yōu)質(zhì)的母材。

(1)盤(pán)條控制軋制技術(shù)研究

系統(tǒng)研究了合金元素對(duì)橋梁纜索用鋼動(dòng)態(tài)靜態(tài)再結(jié)晶行為及其共析轉(zhuǎn)變過(guò)程的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨應(yīng)變溫度降低，應(yīng)變速率升高，盤(pán)條動(dòng)態(tài)再結(jié)晶越難發(fā)生，熱變形奧氏體由動(dòng)態(tài)再結(jié)晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)回復(fù)；相同形變條件下，微合金化可提高盤(pán)條熱變形奧氏體穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力，增大動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變量，抑制道次間隔時(shí)間內(nèi)的靜態(tài)再結(jié)晶。

一定形變溫度和形變速率條件下，盤(pán)條發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)，當(dāng)形變量處于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界形變量時(shí)，盤(pán)條珠光體片層間距最細(xì)小；盤(pán)條發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)時(shí)，盤(pán)條珠光體片層間距與變形量關(guān)系不大(如圖8所示)。熱變形奧氏體形變溫度越低，形變速率越高，盤(pán)條室溫組織越細(xì)??；雙道次變形過(guò)程中，形變溫度越低，道次間隔時(shí)間越短，盤(pán)條室溫組織越細(xì)小。

圖8 珠光體鋼熱變形狀態(tài)與共析轉(zhuǎn)變組織的影響

以上研究表明，在一定溫度和形變速率條件下，高碳盤(pán)條熱變形奧氏體發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)，當(dāng)形變量處于熱變形奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶恰好開(kāi)始發(fā)生時(shí)，即動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界形變量時(shí)，得到的盤(pán)條索氏組織形貌比較整齊，索氏體片間距較細(xì)小。通過(guò)以上控制軋制研究，為大橋纜索熱鍍鋼絲用盤(pán)條現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)制定軋制速度、各道次軋制溫度等參數(shù)提供了依據(jù)。

(2)盤(pán)條控制冷卻技術(shù)研究

盤(pán)條通過(guò)控制軋制為后續(xù)的冷卻提供了良好的奧氏體狀態(tài)，采用熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)繪制了橋梁纜索用鋼CCT曲線(xiàn)(如圖9所示)，研究了吐絲溫度、入水溫度、出水溫度等XDWP水浴處理關(guān)鍵參數(shù)，探究了關(guān)鍵冷卻參數(shù)對(duì)橋梁纜索用鋼組織形貌、索氏體片間距及原子分布規(guī)律對(duì)盤(pán)條及拉拔鋼絲綜合性能的影響。

圖9 橋梁纜索鋼CCT曲線(xiàn)

根據(jù)CCT冷卻曲線(xiàn)制定了冷卻參數(shù)，盤(pán)條吐絲溫度確定在930±10 ℃，開(kāi)始冷卻溫度為890±10 ℃，冷卻結(jié)束溫度控制在650-680 ℃，經(jīng)過(guò)XDWP水浴韌化處理，實(shí)現(xiàn)了盤(pán)條索氏體化含量≥90%，索氏體片層間距在100 nm-150 nm之間(如圖10所示)，并有效抑制了網(wǎng)狀滲碳體等異常組織的形成。盤(pán)條抗拉強(qiáng)度大于1480 MPa、斷面收縮率大于25%，盤(pán)條抗拉強(qiáng)度和斷面收縮率得到了很好的匹配。

圖10 XDWP生產(chǎn)盤(pán)條組織

3 超高強(qiáng)度橋梁纜索鋼絲結(jié)果及應(yīng)用3.1 熱鍍鋼絲的生產(chǎn)流程

熱鍍鋼絲的生產(chǎn)流程如下所示。

方坯→軋制→ XDWP水浴→酸洗→磷化→拉拔→熱鍍→穩(wěn)定化→鋼絲

3.2 超高強(qiáng)度橋梁纜索鋼絲結(jié)果及應(yīng)用[9]

滬蘇通長(zhǎng)江大橋全長(zhǎng)11.072 km，主航道橋?yàn)橹骺?092 m鋼桁梁斜拉橋，斜拉索體系采用抗拉強(qiáng)度為2000 MPa級(jí)平行鋼絲拉索。斜拉索鋼絲采用全球首創(chuàng)的公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度2000 MPa級(jí)直徑7.0 mm的鋅鋁合金鍍層鋼絲[10]。滬蘇通長(zhǎng)江大橋是目前世界上最大跨度公鐵兩用斜拉橋，該斜拉橋具有“一高”—主塔高達(dá)325 m，“二大”—跨度大、體積大，“三新”—結(jié)構(gòu)新、裝備新、材料新的特點(diǎn)。而其中2000 MPa級(jí)直徑7.0 mm鋅鋁合金鍍層鋼絲斜拉索是最關(guān)鍵的新材料，如何保證新材料的質(zhì)量穩(wěn)定性和使用可靠性至關(guān)重要。

滬蘇通大橋2000 MPa級(jí)7.0 mm鋼絲是一種綜合性能好的高強(qiáng)度、耐久型新型纜索材料，鋼絲技術(shù)要求如表1所示。

表1 2000 MPa級(jí)Φ7.0 mm鋼絲技術(shù)要求

經(jīng)過(guò)科研試制、投產(chǎn)鑒定、小批量生產(chǎn)等階段，對(duì)以上性能指標(biāo)綜合考核通過(guò)后進(jìn)入批量生產(chǎn)階段，鍍層鋼絲檢測(cè)包括廠(chǎng)家自檢、業(yè)主委托的第三方抽檢、甲方廠(chǎng)內(nèi)抽檢、甲方委托的第三方抽檢及纜索廠(chǎng)家入廠(chǎng)檢驗(yàn)等，批量生產(chǎn)鍍層鋼絲的關(guān)鍵結(jié)果。

3.2.1 抗拉強(qiáng)度

橋梁纜索鋼絲的強(qiáng)度是設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，包括抗拉強(qiáng)度和規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度是鋼絲的極限荷載強(qiáng)度，規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度一般規(guī)定為殘余應(yīng)變?yōu)?.2%時(shí)的強(qiáng)度。計(jì)算強(qiáng)度的面積是包含鍍層在內(nèi)的鋼絲公稱(chēng)截面積。本項(xiàng)目鋼絲抗拉強(qiáng)度達(dá)到2000 MPa級(jí)，為目前國(guó)際上已建橋梁中抗拉強(qiáng)度最高的斜拉橋斜拉索鋼絲。本項(xiàng)目批量生產(chǎn)鋼絲的抗拉強(qiáng)度(如圖11所示)最大值為2176 MPa，最小值為2008 MPa，平均值為2049 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為27.99，滿(mǎn)足項(xiàng)目要求，質(zhì)量穩(wěn)定。

圖11 抗拉強(qiáng)度正態(tài)分布圖

3.2.2 扭轉(zhuǎn)性能

項(xiàng)目要求扭轉(zhuǎn)次數(shù)≥12次(100 d，d為鋼絲公稱(chēng)直徑)。實(shí)物扭轉(zhuǎn)最大值(如圖12所示)為39次，最小值為12次，平均值為24次，標(biāo)準(zhǔn)差為3.418。說(shuō)明批量化生產(chǎn)的鋼絲在保證高強(qiáng)度的同時(shí)，其韌塑性也較好。

圖12 抗扭轉(zhuǎn)性能正態(tài)分布圖

4 結(jié) 論

(1)橋梁纜索的高強(qiáng)化和輕量化要求，對(duì)于纜索用鋼制造提出了更高層次的要求，興澄特鋼從材料的力學(xué)性能實(shí)現(xiàn)原理出發(fā)，設(shè)計(jì)了超高強(qiáng)度纜索鋼的成分和組織目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)珠光體片層間距和位錯(cuò)密度，設(shè)計(jì)了控制軋制和冷拔減面的工藝路徑，最終得到符合力學(xué)性能要求的橋梁纜索用鋼鋼絲。

(2)應(yīng)用澆注鋼水物性控制、攪拌-冷卻-輕壓下配合技術(shù)，降低鑄坯偏析指數(shù)至0.95-1.05，基于鋼種的應(yīng)變-相轉(zhuǎn)變及溫度-相變等材料基礎(chǔ)研究，優(yōu)化盤(pán)條控制軋制和冷卻工藝技術(shù)，得到成分均勻、組織均勻、力學(xué)性能良好的盤(pán)條，實(shí)現(xiàn)盤(pán)條索氏體含量≥90%，索氏體片層間距100-150 nm，抗拉強(qiáng)度>2000 MPa，斷面收縮率>25%。

(3)自主研發(fā)了在線(xiàn)水浴技術(shù)(XDWP)，替代離線(xiàn)鉛浴和在線(xiàn)鹽浴，軋后890±10℃水浴至650-680℃，綠色高效地實(shí)現(xiàn)盤(pán)條在相變區(qū)緩慢冷卻索氏體化等溫韌化處理，確保得到良好的材料組織和力學(xué)性能。

(4)通過(guò)材料、工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制，直徑Φ7.0 mm 2000 MPa級(jí)超高強(qiáng)度橋梁纜索鋼強(qiáng)度、抗扭轉(zhuǎn)性能穩(wěn)定達(dá)到大型橋梁建設(shè)要求，應(yīng)用于滬蘇通跨長(zhǎng)江公鐵兩用斜拉大橋。