耐疲勞橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的制備方法
【專利摘要】本發明公開了耐疲勞橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的制備方法。該不銹鋼鋼絲，含有下述成分：C：≤0.12％；Si：≤1.00％；Mn：14.0?19.0％；P≤0.06％；S≤0.01％；Cr：18.0?22.0％；Ni：1.0?2.0％；N：0.45?0.65％；余量為鐵和不可避免的雜質；所述不銹鋼鋼絲按照包括如下步驟的方法制備：A、冶煉鋼坯；B、鋼坯加熱；C、鋼坯軋制；D、吐絲；E、冷卻；F、熱處理；G、酸洗，得到酸洗后鋼線材；H、冷拔，得到不銹鋼鋼絲；所述C中，鋼線材的直徑為6.5mm；不銹鋼鋼絲的直徑為5.6mm；所述冷拔為將酸洗后鋼線材進行一道次冷拔得到直徑為5.6mm的不銹鋼鋼絲。
【專利說明】
耐疲勞橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種不銹鋼鋼絲的制備方法，特別涉及一種耐疲勞橋梁拉吊索用不銹 鋼鋼絲的制備方法。
【背景技術】
[0002] 拉吊索橋梁以其美觀大方，跨越能力大等優點，被廣泛應用，但近年來卻病害頻 發，究其原因，傳統拉吊索采用的是高強碳素鋼絲或鋼絞線，其結構十分纖細，且長期處于 高應力狀態下，對外界侵害比較敏感，隨著使用年限的增長，逐步暴露出防腐層老化、銹蝕、 斷絲等病害，嚴重者出現拉吊索斷裂，引起橋梁坍塌事故。調研資料表明，目前拉吊索橋梁 換索周期一般為5~20年，遠小于設計使用年限。目前世界各國采取的改進措施主要從拉索 防護材料、索體結構等方面著手，從實際應用效果來看不十分理想，一個新的解決思路是利 用不銹鋼絲代替高強碳素鋼絲，充分利用不銹鋼的耐蝕、耐磨、高強等優良性能，從而徹底 解決拉吊索鋼絲銹蝕病害這一頑疾。
[0003] 中國發明專利CN102534424A公開了不銹鋼、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲及其制備方 法和應用，該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲在提高強度的同時有較好的耐腐蝕性能。 CN102534424A中實施例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲TQS-1的性能最好。
[0004] 作為拉吊索材料應用的不銹鋼，在滿足不銹性、耐腐蝕性的前提下，還應具有優異 的力學性能和工藝性能。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是如何提高橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的力學性能、疲 勞性能和工藝性能。在保持較高強度(規定非比例延伸強度(Rp)、抗拉強度(Rm)和耐腐蝕性 能的同時提高橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的塑性、疲勞性能和工藝性能。
[0006] 為了解決以上技術問題，本發明提供了用于制備橋梁拉吊索的不銹鋼鋼絲的制備 方法。
[0007] 本發明所提供的不銹鋼鋼絲的制備方法，所述不銹鋼鋼絲以質量百分比計，含有 下述成分：
[0008] C： <0.12%；
[0009] Si： <1.00% ；
[0010] Mn：14.0-19.0% ；
[0011] P<0.06%；
[0012] S<0.01%；
[0013] Cr：18.0-22.0% ；
[0014] Ni：1.0-2.0% ；
[0015] N：0.45-0.65% ；
[0016] 余量為鐵和不可避免的雜質；
[0017] 所述不銹鋼鋼絲的制備方法包括如下步驟：
[0018] A、冶煉鋼坯；
[0019] B、鋼還加熱；
[0020] C、鋼坯乳制，得到鋼線材；
[0021] D、吐絲；
[0022] E、冷卻；
[0023] F、熱處理；
[0024] G、酸洗，得到酸洗后鋼線材；
[0025] H、冷拔，得到不銹鋼鋼絲；
[0026] 其中，所述C中，鋼線材的直徑為6.5mm;所述不銹鋼鋼絲的直徑為5.6mm;
[0027] 所述冷拔為將所述酸洗后鋼線材進行一道次冷拔得到直徑為5.6mm的不銹鋼鋼 絲。
[0028] 上述F中，所述熱處理溫度可為1000°C，熱處理時間可為1.5小時。
[0029] 上述B中，所述鋼坯加熱溫度可為1260°C，鋼坯加熱時間為3.5小時。
[0030] 所述不銹鋼鋼絲具體可為如下不銹鋼鋼絲：以質量百分比計，含有下述成分：C: 0.10% ,Si :0.30% ,Μη:14.45% ,P：0.035% ,S：0.006% ,Cr:18.30% ,Ni ： 1.10% ,N：0.5% , 其余為Fe與不可避免的雜質。
[0031 ]上述制備方法中，所述冶煉鋼坯包括：
[0032] (1)電爐冶煉:將廢鋼和鎳和合金加入電爐進行冶煉，待電爐中粗鋼水化學成分達 到如下標準時出鋼，得到初煉鋼水:C的質量百分含量為1.30-1.80% (如1.30% )，Mn的質量 百分含量為8.5-12.5 % (如10.0 % )，P的質量百分含量小于等于0.028 %，S的質量百分含量 小于等于0.025%，Cr的質量百分含量為17.0-22.0% (如18.0%)，Ni的質量百分含量為 1.0-2.0%(如 1.0%);
[0033] (2)氬氧精煉爐精煉:對所述初煉鋼水先進行氧化期冶煉，后進行還原期冶煉，還 原后加入造渣劑進行造渣，并加入微調成分對目標成分進行微調后出鋼，得到精煉鋼水;其 中，氧化期冶煉吹入混合氣體，所述混合氣體由N2和〇2按照（2-4): 1 (如3:1)的體積比組成； 還原期冶煉中全程吹氮氣冶煉；
[0034] (3)采用連鑄工序鑄造鋼坯，得到鋼坯；
[0035]所述(1)中，合金為鉻鐵和錳鐵。
[0036]上述制備方法中，所述氧化期冶煉中按照800-1200m3/h(如900m3/h)的流速吹入所 述混合氣體;所述還原期冶煉中按照400-600m3/h (如500m3/h)的流速吹氮氣。
[0037] 上述制備方法中，所述還原期冶煉中，加入硅鐵和鋁，所述硅鐵和鋁的質量比為 (5-12):1，如9:1。
[0038]上述制備方法中，所述絡鐵具體可為尚碳絡鐵，所述尚碳絡鐵的C的質量百分含量 可為4%-8%，如6.7%;所述錳鐵可為高碳錳鐵，所述高碳錳鐵的C的質量百分含量可為 2%-8%，如 7.5%〇
[0039] 上述制備方法中，所述造渣劑可為石灰和螢石;所述造渣劑具體可由石灰和螢石 按照(2-6):1(如10:3)的質量比組成。
[0040] 上述制備方法中，所述微調成分可為含錳、氮和鉻的合金或金屬，如錳和氮化鉻 鐵。所述微調成分具體可由錳和氮化鉻鐵組成，錳和氮化鉻鐵的質量比可為8:3。
[0041 ] 上述制備方法中，所述酸洗用混酸進行，所述混酸是由硝酸、氫氟酸和水按照4:4: 9 2的體積比組成的溶液。
[0042]上述任一種制備方法在制備橋梁拉吊索中的應用和在制備橋梁拉吊索用不銹鋼 鋼絲中的應用均屬于本發明的保護范圍。
[0043] 本發明制備的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-1和GQS-2與CN102534424A中的TQS-1 相比，在保持較高強度(規定非比例延伸強度(Rp)、抗拉強度(Rm))、剛度(彈性模量(E))和 耐腐蝕性能的同時提高橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的應力松弛性能、疲勞性能和工藝性能 (塑性變形能力）。實施例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-1和實施例2的橋梁拉吊索用不 銹鋼鋼絲GQS-2的斷后延伸率A25Q均是對比例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的2.3倍，實施例 1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-2的應力松 弛率均是對比例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的0.6倍，實施例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼 絲GQS-1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-2疲勞強度均是對比例1的橋梁拉吊索 用不銹鋼鋼絲的1.7倍。
【具體實施方式】
[0044]下面結合【具體實施方式】對本發明進行進一步的詳細描述，給出的實施例僅為了闡 明本發明，而不是為了限制本發明的范圍。下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為 常規方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
[0045] 下面對下述實施例和對比例中使用的各種合金及相關裝置的組成進行說明：
[0046] 高碳鉻鐵，以質量百分比計，組成如下：Cr 67%，C 6.7%，Si 1.8%，P 0.02%，S 0.026%，余量為鐵和不可避免的雜質；
[0047] 高碳錳鐵，以質量百分比計，組成如下:Mn 78%，C 7.5%，Si 0.30%，P 0.16%，S 0.03%，余量為鐵和不可避免的雜質；
[0048] 金屬鎳，以質量百分比計，組成如下:Ni 99.9%，余量為不可避免的雜質；
[0049] 硅鐵，以質量百分比計，組成如下：Si 75%，A1 1.3%，Ca 0.8%，P 0.023%，S 0.018%，C 0.09%，余量為鐵和不可避免的雜質；
[0050] 鋁丸，以質量百分比計，組成如下:A1 99.5%，Fe 0.15%，Si (hlO%，Cu 0.01%， Ca 0.01%，Mg 0.03%，余量為不可避免的雜質；
[0051 ]石灰，以質量百分比計，組成如下：CaO 90%，Si02 2·1%，Ρ 0.012%，S 0.085%， MgO 3.5%，余量為不可避免的雜質；
[0052] 螢石，以質量百分比計，組成如下：CaF2 85%，Si02 12%，P 0.032%，S 0.12%，余 量為不可避免的雜質；
[0053] 氮化鉻鐵以質量百分比計，組成如下：Cr 64.6%，C 0.03%，N 8.45%，P 0.023%，S 0.027%，Si 0.81%，余量為鐵和不可避免的雜質；
[0054] 金屬錳以質量百分比計，組成如下：C 0.01%，Si 0.002%，P 0.005%，S 0.03%， Μη 99.8%，余量為不可避免的雜質；
[0055] 連鑄機的型號:R8m，生產廠家為:達涅利自動化公司；
[0056] 拉矯機型號:LZ，無錫市格瑪機械有限公司。
[0057] 對比例1、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲TQS-1的制備
[0058] 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲TQS-1為中國發明專利CN102534424A中實施例1中的 橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲，以質量百分比計，含有下述成分：C:0.10%，Si:0.30%，Μη: 14.45%，Ρ:0.035%，S:0.006%，Cr: 18.30%，Ni: 1.10%，Ν:0·5%，其余為Fe與不可避免的 雜質。
[0059]其具體制備方法如下：
[0060] A:冶煉鋼坯
[0061] 1)電爐冶煉
[0062] 在電爐中加入原料:廢鋼15.7噸，高碳鉻鐵5.8噸，高碳錳鐵2.6噸，金屬鎳0.5噸， 加電化清，加入上述物質后使電爐粗鋼水化學成分粗略控制在碳1.30%，P < 0.028%，S < 0.025%，Cr:18.0%，Ni :1.0%，Μη:10.0%時出鋼，得到初煉鋼水;每一爐中都要保證化清 倒凈，防止造成Cr、Ni成份的波動，在出鋼時扒凈爐渣，測定鋼包中渣厚50mm。
[0063] 2)氬氧精煉爐精煉
[0064] 將上述得到的初煉鋼水轉移到氬氧精煉爐上精煉，精煉的氧化期吹入混合氣體， 該混合氣體由N2和〇2按照3:1的體積比組成，該混合氣體總吹入量900m3/h (即該混合氣體的 流速為900m3/h)，其后還原期全程吹氮氣冶煉，吹入氮氣量500m3/h(即氮氣的流速為500m 3/ h)，加入娃鐵45kg/t、錯丸5kg/t進行還原，并加入石灰10kg/t、螢石3. Okg/t、造渣，還原期 分批加入金屬錳共800kg，按氮回收率50 %計，加入氮化鉻鐵300kg調節氮含量進行成分微 調，使氮含量達到〇. 65%-0.68%，然后按最小流量55m3/h吹氮氣進行攪拌3分鐘后，測定鋼 水中各成分含量為：C:0· 10%，Si :0.30%，Mn: 14.45%，P: 0.035%，S: 0.006%，Cr: 18.30%，Ni:1.10%，N:0.5%，其余為Fe與不可避免的雜質，后直接出鋼，得到精煉鋼水;測 定鋼包中渣厚：160mm。其中加入娃鐵45kg/t、錯丸5kg/t和石灰10kg/t、螢石3.0kg/t，是指 按每噸原料加入硅鐵45kg、鋁丸5kg、石灰10kg、螢石3.0kg的比例加入硅鐵、鋁丸、石灰和螢 石。
[0065] 3)連鑄工序:連鑄工序通過連鑄機完成，過程為:先將裝有精煉好鋼水(精煉鋼水） 的鋼包運至回轉臺，回轉臺轉動到澆注位置后，將鋼水注入中間包，中間包的鋼水通過水口 分配到各個結晶器，拉矯機與結晶振動裝置將結晶器內的鑄件拉出，經冷卻、電磁攪拌后， 切割板坯。其中，精煉鋼包中鋼水的熔點：1405°C ;中間包的溫度：1430°C ;連鑄得到的不銹 鋼鋼坯的規格:220_(厚）X 220_(寬）;拉矯機的拉速為0.6m/min;中間包浸入式水口插入 深度為135mm。
[0066] B:鋼坯加熱
[0067]將得到的不銹鋼鋼坯在封閉加熱爐中加熱到1280°C，保溫2小時。
[0068] C:鋼坯乳制
[0069] 在不銹鋼高速線材乳機上，將加熱后不銹鋼鋼坯乳制成直徑為6.5mm的不銹鋼線 材。
[0070] D:吐絲
[0071 ] 在吐絲機上將不銹鋼線材卷成內徑為1150mm的鋼卷。
[0072] E:冷卻
[0073] 在運輸過程的冷卻輥道上將吐絲后的不銹鋼線材卷冷卻到室溫。
[0074] F:熱處理
[0075] 將如上得到的不銹鋼線材放入熱處理爐中進行熱處理，熱處理溫度1100°C，保溫 1.5小時，出爐水冷。
[0076] G:酸洗
[0077]將熱處理后的不銹鋼線材用質量濃度為15%硝酸與質量濃度為5%氫氟酸配成的 酸進行酸洗得到不銹鋼線材成品，其直徑為6.5_。
[0078] H:冷拔
[0079] 將直徑為6.5mm的不銹鋼線材成品通過6.5mm-5.5mm-5.0mm進行兩道次冷拔得 到直徑為5.0mm的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲。將該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲命名為TQS-1。 上述兩道次冷拔是指將直徑為6.5mm的不銹鋼線材成品先進行一道次冷拔得到直徑為 5.5mm的不銹鋼線材，再將直徑為5.5mm的不銹鋼線材進行一道次冷拔得到直徑為5.0mm的 不銹鋼線材，該直徑為5.0mm的不銹鋼線材即為橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲TQS-1。
[0080] 實施例1、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-1的制備
[0081]該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-1，以質量百分比計，含有下述成分:C:0.10%， Si:0.30%，Mn:14.45%，P:0.035%，S:0.006%，Cr:18.30%，Ni:l. 10%，N:0.5%，其余為 Fe與不可避免的雜質。
[0082]該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-1的制備方法和對比例1中橋梁拉吊索用不銹鋼 鋼絲TQS-1的制備方法的區別僅在于B:鋼坯加熱、F:熱處理、G:酸洗和H:冷拔這四個步驟。 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-1的具體制備方法如下：
[0083] A:冶煉鋼坯 [0084] 同對比例1。
[0085] B:鋼坯加熱
[0086]將得到的不銹鋼鋼坯在封閉加熱爐中加熱到1260°C，保溫3.5小時。
[0087] C:鋼坯乳制
[0088] 同對比例1。
[0089] D:吐絲
[0090] 同對比例1。
[0091] E:冷卻
[0092] 同對比例1。
[0093] F:熱處理
[0094]將如上得到的不銹鋼線材放入熱處理爐中進行熱處理，熱處理溫度1000°C，保溫 1.5小時，出爐水冷。
[0095] G:酸洗
[0096] 將熱處理后的不銹鋼線材用混酸進行酸洗，得到不銹鋼線材成品，其直徑為 6.5mm。所述混酸是由硝酸、氫氟酸和水按照4:4:92的體積比組成的溶液。
[0097] H:冷拔
[0098] 將直徑為6.5mm的不銹鋼線材成品通過6.5mm-5.6mm進行一道次冷拔得到直徑為 5.6mm的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲。將該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲命名為GQS-1。
[0099]實施例2、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-2的制備
[0100] 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-2,以質量百分比計，含有下述成分:C:0.10%， Si:0.30%，Mn:14.45%，P:0.035%，S:0.006%，Cr:18.30%，Ni:l. 10%，N:0.5%，其余為 Fe與不可避免的雜質。
[0101] 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-2的制備方法和對比例1中橋梁拉吊索用不銹鋼 鋼絲TQS-1的制備方法的區別僅在于B:鋼坯加熱、F:熱處理、G:酸洗和H:冷拔這四個步驟。 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-2的制備方法和實施例1中的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲 GQS-1的制備方法的區別僅在于H:冷拔這一個步驟。該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲GQS-2的具 體制備方法如下：
[0102] A:冶煉鋼坯 [0103] 同對比例1。
[0104] B:鋼坯加熱 [0105] 同實施例1。
[0106] C:鋼坯乳制
[0107] 同對比例1。
[0108] D:吐絲
[0109] 同對比例1。
[0110] E:冷卻
[0111] 同對比例1。
[0112] F:熱處理
[0113] 同實施例1。
[0114] G:酸洗
[0115] 同實施例1。
[0116] H:冷拔
[0117] 將直徑為6.5mm的不銹鋼線材成品通過6.5mm^5.7mm進行一道次冷拔得到直徑為 5.7mm的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲。將該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲命名為GQS-2。
[0118] 對比例2、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲DQS-1的制備
[0119] 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲DQS-1，以質量百分比計，含有下述成分:C:0.10%， Si:0.30%，Mn:14.45%，P:0.035%，S:0.006%，Cr:18.30%，Ni:l. 10%，N:0.5%，其余為 Fe與不可避免的雜質。
[0120] 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲DQS-1的制備方法和實施例1中的橋梁拉吊索用不銹 鋼鋼絲GQS-1的制備方法的區別僅在于H:冷拔這一個步驟。該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲 DQS-1的具體制備方法如下：
[0121] A:冶煉鋼坯
[0122] 同對比例1。
[0123] B:鋼坯加熱
[0124] 同實施例1。
[0125] C:鋼坯乳制
[0126] 同對比例1。
[0127] D:吐絲
[0128] 同對比例1。
[0129] E:冷卻
[0130] 同對比例1。
[0131] F:熱處理
[0132] 同實施例1。
[0133] G:酸洗
[0134] 同實施例1。
[0135] H:冷拔
[0136] 將直徑為6.5mm的不銹鋼線材成品通過6.5mm^5.5mm進行一道次冷拔得到直徑為 5.5mm的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲。將該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲命名為DQS-1。
[0137] 對比例3、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲DQS-2的制備
[0138] 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲DQS-2,以質量百分比計，含有下述成分:C:0.10%， Si:0.30%，Mn:14.45%，P:0.035%，S:0.006%，Cr:18.30%，Ni:l. 10%，N:0.5%，其余為 Fe與不可避免的雜質。
[0139] 該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲DQS-2的制備方法和實施例1中的橋梁拉吊索用不銹 鋼鋼絲GQS-1的制備方法的區別僅在于H:冷拔這一個步驟。該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲 DQS-2的具體制備方法如下：
[0140] A:冶煉鋼坯
[0141] 同對比例1。
[0142] B:鋼坯加熱
[0143] 同實施例1。
[0144] C:鋼坯乳制
[0145] 同對比例1。
[0146] D:吐絲
[0147] 同對比例1。
[0148] E:冷卻
[0149] 同對比例1。
[0150] F:熱處理
[0151] 同實施例1。
[0152] G:酸洗
[0153] 同實施例1。
[0154] H:冷拔
[0155] 將直徑為6.5mm的不銹鋼線材成品通過6.5mm^5.9mm進行一道次冷拔得到直徑為 5.9mm的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲。將該橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲命名為DQS-2。
[0156] 實施例3、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的性能
[0157] 本發明通過室溫拉伸試驗、軸向等幅低循環疲勞試驗、纏繞、反復彎曲和扭轉等試 驗后，對各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的基本力學性能、疲勞性能及工藝 性能進行了系統的試驗。
[0158] 將各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲按《鋼及鋼產品力學性能試驗取 樣位置及試樣制備》(GB/T 2975-1998)的要求切取樣坯并制備試樣。按《金屬拉伸試驗方 法》(GB/T 228 - 2010)和《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲》(GB/T 17101-2008)規定方法測定橋梁 拉吊索用不銹鋼鋼絲的基本力學性能(非比例延伸強度、抗拉強度、彈性模量、伸長率）。根 據《金屬材料軸向等幅低循環疲勞試驗方法》(GB/T15248-2008)和《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼 絲》(GB/T 17101-2008)規定，對橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲進行疲勞試驗，確定其疲勞性能。 按照《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》(GB/T 10125-2012)的規定對橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲 進行鹽霧試驗，確定其腐蝕性能。
[0159] 1、力學性能試驗
[0160] 1.1室溫拉伸試驗
[0161] 試樣參照GB/T 228-2010《金屬材料室溫拉伸試驗方法》中關于試樣的規定，取30 根長度為400mm的各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲。
[0162] 按《鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣制備》(GB/T 2975-1998)的要求制 備試樣。按《金屬拉伸試驗方法》（GB/T 228 - 2010)和《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲》（GB/T 17101-2008)規定方法，利用PWS-50型電液伺服試驗機試驗。通過試驗得出不銹鋼鋼絲的抗 拉強度Rm、規定非比例延伸強度Rp〇.2、彈性模量E、斷后延伸率(斷后伸長率)A25Q等指標的平 均值和標準值。試驗在試驗室內進行，試驗溫度10-35°C。試樣原始標距L〇 = 250mm，試樣總 長度Lc 2 Lo+lOOmm。
[0163] (1)斷后延伸率A250
[0164] 斷后延伸率是試樣拉斷后，其原始標距部分所增加的長度與原標距長度的百分 比，由試樣斷后總伸長量除以試樣原始標距(標距采用250mm)計算得到。實驗重復三次，每 次每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲測試10根。
[0165]
[0166] 式中：A25Q-在250mm標距內試樣的斷后延伸率（％ );
[0167] Lu-斷后標距(mm);
[0168] Lo一原始標距(mm)，取250mm。
[0169] (2)強度及彈性模量
[0170]強度是鋼材最重要的力學性能指標之一。鋼材的彈性模量是鋼的剛度指標之一， 彈性模量越大，其剛度就越大，受力時其變形越小；反之，彈性模量越小，其剛度就越小，受 力時其變形越大。
[0171] 實驗重復三次，每次每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲測試10根。通過室溫拉伸試驗， 得到橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的各種強度指標和彈性模量。不銹鋼筋的非比例延伸強度、 抗拉強度和彈性模量。
[0172] (3)松弛實驗
[0173] 松弛試驗按照"金屬應力松弛試驗方法"（GB/T10120_2013)規定，試驗溫度范圍在 19.3-21.2°(：，按照理論初始荷載15.10咖(應力77010^，按照他=1120的70%)，實際初始 荷載15. llkN(應力770Pa)，試驗周期100小時。計算1000小時應力松弛率外推值(外推1000 小時的應力松弛率）。實驗重復三次，每次每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲測試10根。
[0174] 1.2疲勞試驗
[0175] 根據規范GB/T15248 - 2008《金屬材料軸向等幅低循環疲勞試驗方法》和GB/ T17101-2008《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲》規定，對各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼 鋼絲進行疲勞試驗。試樣為等截面試樣，試樣直徑的標距部分與夾持部分相同;試樣工作部 分與夾持部分的同軸度在0.01mm以內。疲勞試驗過程譜的主要參數為試驗力峰值fmax = 1250 Χ0·45 = 562· 5MPa、試驗力谷值fmin = 562 · 5-360 = 202 · 5MPa、試驗力中值
[0176] 試驗在試驗室內進行，試驗溫度10-35Γ。實驗重復三次，每次每種橋梁拉吊索用 不銹鋼鋼絲測試10根。
[0177] 根據《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲》(GB/T 17101-2008)規定，傳統拉吊索用鍍鋅鋼絲 疲勞性能為不小于200萬次。各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的力學性能如 表1所示。結果表明，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的抗拉強度Rm和規定非 比例延伸強度Rp〇.2和彈性模量均高于對比例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲，斷后延伸性能、 應力松弛性能和疲勞性能顯著優于對比例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲，實施例1和實施例 2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的斷后延伸率A25Q均是對比例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的 2.3倍，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的應力松弛率均是對比例1的橋梁拉 吊索用不銹鋼鋼絲的0.6倍，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的疲勞強度均 是對比例1的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的1.7倍。實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼 鋼絲的抗拉強度Rm和規定非比例延伸強度Rp〇.2和彈性模量與對比例2的橋梁拉吊索用不銹 鋼鋼絲相似，斷后延伸性能低于對比例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲，實施例1和實施例2的 橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的應力松弛性能和疲勞性能顯著優于對比例2的橋梁拉吊索用不 銹鋼鋼絲，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的斷后延伸率A25q均是對比例2的 橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的3.3倍，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的應力 松弛率均是對比例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的0.6倍，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索 用不銹鋼鋼絲的疲勞強度均是對比例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的1.7倍。實施例1和實 施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的彈性模量與對比例3的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲相似， 實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的斷后延伸率顯著低于對比例3的橋梁拉吊 索用不銹鋼鋼絲，但是實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的抗拉強度Rm和規定 非比例延伸強度Rp〇.2、應力松弛性能和疲勞性能顯著優于對比例3的橋梁拉吊索用不銹鋼 鋼絲，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的抗拉強度Rm均是對比例3的橋梁拉 吊索用不銹鋼鋼絲的1.4倍，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的規定非比例 延伸強度Rpo.2均是對比例3的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的1.3倍，實施例1和實施例2的橋梁 拉吊索用不銹鋼鋼絲的應力松弛率分別是對比例3的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的0.7和0.6 倍，實施例1和實施例2的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的疲勞強度分別是對比例3的橋梁拉吊 索用不銹鋼鋼絲的1.9倍和2.0倍。
[0178]表1、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的力學性能
[0179]
[0181] 2、工藝性能試驗
[0182] 工藝性能試驗主要考察材料塑性變形能力，分別為纏繞、反復彎曲和扭轉等試驗， 各項試驗分別設計如下：
[0183] (1)纏繞試驗
[0184] 纏繞試驗測試的是橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲在纏繞過程中承受塑性變形的能力， 是將橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲試樣在符合相關標準規定直徑的芯棒上緊密纏繞規定螺旋 圈數。鋼絲纏繞試驗按《金屬材料線材纏繞試驗方法》(GB/T 2976-2004)進行，纏繞芯棒直 徑為15mm 〇
[0185] 試驗溫度為10°C_35°C，試驗過程如下：
[0186] ①試樣應在沒有任何扭轉的情況下，以每秒不超過一圈的恒定速度沿螺旋線方向 緊密纏繞在芯棒上，必要時，可減慢纏繞速度，以防止溫度升高而影響試驗結果。
[0187] ②為確保纏繞緊密，纏繞時可在試樣自由端施加不超過該試樣抗拉強度相應力值 5 %的拉緊力。
[0188] ③每纏繞1圈，目測試樣表面，看鋼絲表面是否開裂。
[0189] 實驗重復三次，每次每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲測試10根。
[0190] (2)反復彎曲試驗
[0191] 反復彎曲測試的是橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲反復彎曲塑性變形能力。反復彎曲試 驗按"金屬材料線材反復彎曲試驗方法"（GB/T 238-2013)的規定進行，要求試件平直，表面 無損傷，試驗溫度為23°C±5°C，將試樣自由端彎曲90°，再返回至起始位置作為第一次彎 曲。依次向相反方向進行連續而不間斷地反復彎曲。彎曲操作以每秒不超過一次的均勻速 率平穩無沖擊地進行。試驗結束后觀測試樣表面不產生肉眼可見的裂紋，則試驗合格。若試 樣斷裂，最后一次不計入彎曲次數。每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲選用彎曲圓弧半徑為 15mm。實驗重復三次，每次每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲測試10根。
[0192] (3)扭轉試驗
[0193] 扭轉試驗測試的是橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲扭轉時的塑性變形能力，本試驗采用 單向扭轉試驗，其原理是將試樣繞軸線向一個方向均勻旋轉360°，作為一次扭轉。扭轉試樣 的長度為試樣直徑的100倍。每扭轉1次，目測試樣表面，看鋼絲表面是否開裂。實驗重復三 次，每次每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲測試10根。各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹 鋼鋼絲的工藝性能如表2所示。
[0194] 表2、橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的工藝性能
[0195]
[0196] 注:纏繞圈數是鋼絲表面不開裂的圈數。
[0197] 3、腐蝕性能
[0198] (1)點腐蝕實驗
[0199] 按照如下方法測定各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的腐蝕性能。 [0200]測定試驗設備采用美國EG&G公司生產的M273A型電化學腐蝕測量儀;測定方法和 條件如下：
[0201]極化方法為動態電位極化;掃描速度為20mV/min;參比電極為飽和甘汞電極;輔助 電極為石墨電極;實驗介質為3.5%氯化鈉溶液;試驗溫度為31°C;測定結果如表3所示，實 施例1、實施例2、對比例1、對比例2和對比例3的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的點蝕電位相差 不大，分別為150mV、148mV、144mV、142mV和143mV，具有明顯的鈍化特性。采用相同的方法對 鍍鋅鋼絲(天津鍍鋅鋼絲廠生產)進行點蝕電位測定，測得鍍鋅鋼絲的點蝕電位為-200mV， 可以看出，本發明實施例1、2制備的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的點蝕電位高于鍍鋅鋼絲的 點蝕電位，而點蝕電位越高越不容易腐蝕，本發明實施例1、2制備的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼 絲的耐點蝕性能比鍍鋅鋼絲要優異。
[0202] (2)中性鹽霧試驗
[0203]采用中性鹽霧試驗測定各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的腐蝕性 能。同時以普通鍍鋅鋼絲作為對照。中性鹽霧試驗采用的主要儀器包括鹽霧試驗箱、智能測 試系統及pH計。其中鹽霧試驗箱為CK/YW-120C智能型全自動鹽霧試驗箱，由北京切克公司 生產，內箱尺寸為1200mm X 800mm X 500mm。鹽霧箱的工作原理是，應用伯努特原理吸取鹽水 后進行霧化，壓縮空氣經由它所通往噴嘴途中的氣泡塔而被潤濕，噴嘴將腐蝕溶液和空氣 霧化成腐蝕性氣霧，從而形成試驗材料的腐蝕環境。智能測試系統為長沙金碼公司生產的 測試系統，用于對傳感器的應力進行控制。配置鹽水時，使用pH計測試溶液的pH值。
[0204] 試驗前將鋼絲在濃度為10%的HC1溶液中浸泡24h，取出后在清水的沖刷下用鋼絲 刷除盡表面鐵銹，在石灰水中和表面殘余鹽酸，再用清水沖洗干凈。擦拭后在烘箱中烘干 4h，再在干燥器中存放4h。用精度為0. lg的電子天平稱取重量，精度為0.5mm的鋼尺量取長 度。
[0205] 本試驗嚴格按照國家標準《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》(GB/T 10125-2012)進 行。配備鹽霧所需要的化學試劑為化學純NaCl，由蒸餾水配備成濃度為55g//L溶液。試驗箱 內放兩個鹽霧收集器，一個靠近噴嘴，一個遠離噴嘴，為漏斗形狀，直徑為100mm，面積約為 80cm2,用于測定平均沉降率，滿足80cm2的水平面積上平均沉降率為1.5mL/h±0.5mL/h的要 求。收集液的pH值控制在6.5~7.2,超出范圍后，用分析純HC1和NaOH進行調節。
[0206]中性鹽霧試驗進行40d。實驗重復三次，每次每種橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲測試10 根。橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲中性鹽霧試驗完成后，取出腐蝕的鋼絲，根據國際標準ISO 8407-2009"Corrosion of metals and alloys-Removal of corrosion products from corrosion test specimens"，用200mL濃硝酸溶于lOOOmL蒸餾水形成的溶液在室溫下浸泡 60min，取出后用清水沖洗，并用鋼絲刷除盡表面鐵銹，在烘箱內烘干后，用精度為O.lg的電 子天平稱取重量。
[0207] 3.4.2質量損失率
[0208] 腐蝕前后稱取鋼絲質量，計算出質量損失率。質量損失率=(腐蝕前質量-腐蝕后 質量)/腐蝕前質量X100%。各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲均測試10根。
[0209] 各實施例和對比例的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的質量損失率如表3所示。結果表 明，實施例1、實施例2、對比例1、對比例2和對比例3的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的質量損失 率相差不大，均遠低于普通鍍鋅鋼絲，說明實施例1、實施例2、對比例1、對比例2和對比例3 的橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的耐腐蝕性能優于普通鍍鋅鋼絲。
[0210] 表3.橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲的腐蝕性能
[0211]
【主權項】
1. 不銹鋼鋼絲的制備方法，所述不銹鋼鋼絲，以質量百分比計，含有下述成分： C： <0.12% ； Si： <1.00% ； Mn：14.0-19.0% ； P<0.06% ； S<0.01%； Cr：18.0-22.0% ； Ni：l.0-2.0% ； N：0.45-0.65% ； 余量為鐵和不可避免的雜質； 所述不銹鋼鋼絲的制備方法包括如下步驟： A、 冶煉鋼坯； B、 鋼坯加熱； C、 鋼坯乳制，得到鋼線材； D、 吐絲； E、 冷卻； F、 熱處理； G、 酸洗，得到酸洗后鋼線材； H、 冷拔，得到不銹鋼鋼絲； 其特征在于:所述C中，鋼線材的直徑為6.5mm;所述不銹鋼鋼絲的直徑為5.6mm; 所述冷拔為將所述酸洗后鋼線材進行一道次冷拔得到直徑為5.6mm的不銹鋼鋼絲。2. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述F中，熱處理溫度為1000°C，熱處 理時間為1.5小時。3. 根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于:所述B中，鋼坯加熱溫度為1260Γ， 鋼坯加熱時間為3.5小時。4. 根據權利要求1至3中任一所述的制備方法，其特征在于:所述不銹鋼鋼絲，以質量百 分比計，含有下述成分：C:0.10%，Si:0.30%，Mn:14.45%，P:0.035%，S:0.006%，Cr: 18.30%，附 ：1.10%小:0.5%，其余為?6與不可避免的雜質。5. 根據權利要求1至4中任一所述的制備方法，其特征在于： 所述冶煉鋼坯包括： (1) 電爐冶煉:將廢鋼、鎳和合金加入電爐進行冶煉，待電爐中粗鋼水化學成分達到如 下標準時出鋼，得到初煉鋼水:C的質量百分含量為1.30-1.80%，Mn的質量百分含量為8.5-12.5%，P的質量百分含量小于等于0.028%，S的質量百分含量小于等于0.025%，Cr的質量 百分含量為17.0-22.0%，Ni的質量百分含量為1.0-2.0% ; (2) 氬氧精煉爐精煉:對所述初煉鋼水先進行氧化期冶煉，后進行還原期冶煉，還原后 加入造渣劑進行造渣，并加入微調成分對目標成分進行微調后出鋼，得到精煉鋼水;其中， 氧化期冶煉吹入混合氣體，所述混合氣體由犯和0 2按照（2-4):1的體積比組成;還原期冶煉 中全程吹氮氣冶煉； (3) 采用連鑄工序鑄造鋼坯，得到鋼坯； 所述(1)中，合金為鉻鐵和錳鐵。6. 根據權利要求1至5中任一所述的制備方法，其特征在于:所述酸洗用混酸進行，所述 混酸是由硝酸、氫氟酸和水按照4:4:92的體積比組成的溶液。7. 權利要求1至6中任一所述的制備方法在制備橋梁拉吊索中的應用。8. 權利要求1至6中任一所述的制備方法在制備橋梁拉吊索用不銹鋼鋼絲中的應用。
【文檔編號】C22C38/58GK105839031SQ201610274796
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】李承昌, 張勁泉, 張江威, 馬瑞, 路波, 姜博
【申請人】交通運輸部公路科學研究所, 北京公科固橋技術有限公司