矿山锚固钢绞线用盘条的研制与开发

天滓　素４＂－　矿山锚固钢绞线用盘条的研制与开发　刘学森，贾立波，梁云科，赵学刚　（天津钢铁集团有限公司，天津３００３０１）　

【摘要】为优化ＳＷＲＨ８２Ｂ系列产品结构，满足市场需求，天钢依托自身装备及技术优势，针对矿山锚固钢绞线用　盘条大规格、高强度、高韧塑性、易拉拔的技术要求，通过化学成分设计，冶炼、加热、轧制、控冷工艺方案的制定，开　发出规格为　１４．０　ｍｍ，抗拉强度达到１　２２０　ＭＰａ以上，牌号为ＳＷＲＨ８２Ｂ一４的矿山锚固钢绞线用盘条。已累计生产　该盘条４．６万ｔ，其化学成分、力学性能、金相组织、表面质量、拉拔性能等指标均达到客户需求。　【关键词】高碳钢盘条；微合金化；锚固钢绞线；研制；开发　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｗｉｒｅ　Ｒｏｄ　ｆｏｒ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ａｎｃｈｏｒｉｎｇ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｔｒａｎｄ　ＬｌＵＸｕｅ－ｓｅｎ，ｆａ　Ｌｉ—ｂｏ，ＬＩＡＮＧ　Ｙｕｎ—ｋｅ　ａｎｄ　ＺＨＡ０　Ｘｕｅ－ｇａｎｇ　（Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００３０１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＳＷＲＨ８２Ｂ　ｓｅｒｉｅｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｎｄ　ｆｕｍｌ１　ｍａｒｋｅｔ　ｄｅｍａｎｄ．Ｔｉａｎｇａｎｇ．　ｒｅｌｙｉｎｇ　ｏｎ　ｉｔｓ　ｏｗｎ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃａｔｅｒｉｎｇ　ｔｏ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｗｉｒｅ　ｒｏｄ　ｆｏｒ　ｂｉｇ　ｓｉｚｅ，ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｉｇｈ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｄｒａｗｉｎｇ，ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ＳＷＲＨ８２Ｂ－－４　ｗｉｒｅ　ｒｏｄ　ｕｓｅｄ　ｆ０ｒ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｃｈｏｒｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒａｎｄ　ｓｉｚｅｄ　ｉｎ　１４．０　ｍｍ　ｗｉｔｈ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　１　２２０　ＭＰａ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｏｒｍｕｌａｔｉｎｇ　ｍｅｌｔｉｎｇ，ｈｅａｔｉｎｇ，ｒｏｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｌａｎｓ．　Ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｗｉｒｅ　ｒｏｄ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏｔａｌｅｄ　４６　０００　ｔｏｎｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｎｄｉｃｅｓ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．ｍｅｃｈａｎｉｃａ１　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｑｕａｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｄｒａｗｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｌｌ　ｍｅｔ　ｃｕｓｔｏｍｅｒ　ｄｅｍａｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｈｉｇｈ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｔｅｅｌ；ｗｉｒｅ　ｒｏｄ；ｍｉｃｒｏ　ａｌｌｏｙｉｎｇ；ａｎｃｈｏｒｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒａｎｄ；ｒｅｓｅａｒｃｈ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　

１　引言　预应力钢绞线是建筑用钢材中强度级别较高　的产品，它被广泛应用于公路、高速铁路、屋架、桥　梁、高层建筑等，多以１ｘ７—１５．２—１　８６０　ＭＰａ级别钢　绞线为主，其主要原料是ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条【”。而用于　煤矿巷道锚索支护的ｌｘ７—２１．６—１　７７０　ＭＰａ级钢绞　线，规格大，其强度要求一般为１　７７０　ＭＰａ，其钢绞　线最大力达５０４　ｋＮ，而普通的　ｌ５．２　ｍｍ钢绞线整　线最大力为２６０　ｋＮ。在矿山中使用大规格钢绞线　较普通钢绞线可减近一半的钢绞线根数和张拉锚　固工作量嘲。　普通　１５．２　Ｆｉｌｍ的１　８６０　ＭＰａ级钢绞线一般　采用直径为ｑｂｌ２．５　ｍｍ，抗拉强度在１　１５０　ＭＰａ以　上的ＳＷＲＨ８２Ｂ盘条制成。而矿山锚固钢绞线的　ｌｘ７—２１．６—１　７７０　ＭＰａ级钢绞线需要更大规格、更高　收稿日期：２０１５—０３—１４修回日期：２０１５—０４—１２　作者简介：刘学森（１９８５一），男，甘肃白银人，硕士，工程师，主要从　事线材高新产品研发及技术改进工作。　一３Ｏ一　强度的盘条来制成。天津钢铁集团有限公司（以下　简称天钢）为优化ＳＷＲＨ８２Ｂ系列产品结构，利用　现代化的炼钢设备和进口高速线材轧机，通过成分　设计，工艺控制，成功开发出１ｘ７—２１．６—１　７７０　ＭＰａ　级绞线用规格为　１４．０　ｍｍ的牌号为ＳＷＲＨ８２Ｂ一４　盘条，现已批量投放到市场，取得了良好的使用效　果。　２产品特点和质量要求　矿山锚固钢绞线用盘条为保证后续加工的需　求，要保证有纯净的钢质，高的原始抗拉强度、塑性　和韧性，高的索氏体化率，良好的表面质量和内在　质量。　２．１力学性能　矿山锚固钢绞线用盘条规格为ｑｂｌ４．０　ｍｍ，因　为要制作　２１．６　ｍｍ的１　７７０　ＭＰａ级钢绞线，配合　后续拉拔工艺，考虑抗拉强度的捻损，要求抗拉强　度≥１　２２０　ＭＰａ，同时盘条要求具有良好的塑韧性　利于拉拔，要求伸长率≥１０％，时效后面缩率≥　。　船　≈　鹕　一　０＃　一＾＇　§　砧－－　豫　。　＊　≯　％＃倒螺　ｇ蹦＃　≯’　辩　‘　＃城‘　￥　癣　≯　嬲　ｔ，勘　，　ｔ糖搿　嬲　（压力加工）　矿山锚固钢绞线用盘条的研制与开发　３Ｕ％。　２．２金相组织及脱碳　矿山锚固钢绞线用盘条属于高碳钢，后续经直　接拉拔，捻股成高强度钢绞线。所以金相组织要求　为强度及塑性良好的索氏体组织，索氏体化率≥　８５％。不得有影响拉拔使用的网状渗碳体或马氏体　等异常组织。为保证产品绞线的疲劳寿命，总脱碳　层厚度要求≤２１０　ｔｘｍ。　２．３表面质量要求　盘条尺寸在满足ＧＢ／Ｔ　１４９８１—２００９中Ｃ级的　基础上，表面不允许有肉眼可见的耳子、折叠、裂　纹、结疤、分层等缺陷，上述缺陷在拉拔过程中会产　生应力集中，损伤模具的同时，过程线形成横裂纹，　横裂纹随着后续拉拔道次的增加发展到一定程度　就会发生断裂，严重影响拉拔使用。　３工艺开发情况　天钢矿山锚固钢绞线用盘条主要生产工艺流　程为：转炉冶炼＿＋ＬＦ炉精炼一ｖＤ炉脱气－÷小方坯　连铸一加热炉加热一高线轧制一吐丝一斯太尔摩　控冷　集卷一检验一打包、称重　入库。　原始盘条抗拉强度是成品绞线强度级别的主　要保证，它随着盘条规格的增大而降低。为保证盘　条力学性能指标，在成分设计基础上，制定出相应　的冶炼、浇铸、轧制、控冷等工艺。　３．１化学成分设计　矿山锚固钢绞线用盘条中ｃ元素是决定盘条　轧制后组织、性能的主要元素，为了保证原始盘条　抗拉强度，在普通ＳＷＲＨ８２Ｂ成分的基础上，提高　ｃ含量来提高抗拉强度，但ｃ含量过高时，会降低　盘条的韧塑性，同时易在连铸坯中形成中心偏析，　极易在后续轧制中产生异常组织，影响后续盘条性　能，故成分设计时将碳含量控制在合理范围内。　为进一步提高原始盘条抗拉强度，采用添加合　金元素达到合金强化的目的。ｖ具有固溶强化、沉　淀强化、细晶强化等提高钢材强度的作用。通过减　小高碳钢珠光体团尺寸，减小珠光体片层间距，提　高强度，同时Ｖ主要与Ｃ和Ｎ形成ＶＣ、Ｎ（ＣＮ）和　ｖＮ，沉淀细小弥散，提高盘条的抗拉强度『３】。Ｃｒ具有　提高钢材淬透性的特点，使钢的ｃ曲线向右上移　动，在线材冷却工艺不变的情况下，提高大规格盘　条心部冷却能力，使珠光体片层间距减小及晶粒细　化，提高心部索氏体化率。Ａｌ具有使原使奥氏体晶　粒变小，晶界增多，抑制网状碳化物析出的作用　。　通过上述各元素的作用研究，在普通８２Ｂ的基础　上，结合各合金元素的作用，设计出了该钢种的化　学成分，见表１。　

表１化学成分　％　

３．２炼钢工艺　矿山锚固钢绞线用盘条属于高碳钢，转炉采用　高拉碳工艺，保证出钢碳含量＞１０．２０％，目的是提高　钢水初始洁净度；出钢过程执行挡渣操作，减少下渣　量。钢水到ＬＦ精炼炉的温度目标为１　５３０～１　５７０　℃。　ＬＦ炉进站后需吹氩，要根据钢水的情况适当　补充渣料，化渣后进行测温、取样。加入精炼渣料和　还原剂，快速形成白渣，白渣形成后取钢水样品进　行分析，然后根据分析结果调整成分。成分温度调　整完成后，进行Ｃａ处理，目的是改变夹杂物形态，　减少脆性夹杂物。Ｃａ处理完成后进行软吹氩操作，　目的是使夹杂物上浮，减少钢中的夹杂物，为避免　出现大型夹杂物，软吹时间要求≥１０　ｍｉｎ。　为保证铸坯洁净度，连铸加强保护操作，防止　钢水二次氧化。此钢种难点为控制铸坯中心碳偏　析，连铸过热度控制在（２０￣５）。【＝，拉速控制在２．４　ｍ／ｍｉｎ，避免两相区过长，凝固末端产生偏析、缩孔；　二冷采用强冷制度，保证铸坯快速形成，抑制成分　偏析；连铸同时开启首末端电磁搅拌工艺，以减轻　碳偏析和提高铸坯的内在质量［５１。　３．３加热工艺　该钢种ｃ含量及合金含量较高，易出现较严　重的中心Ｃ偏析及Ｃｒ、Ｍｎ偏析，后续形成网状碳　化物及马氏体等异常组织。为了保证坯料心部碳化　物及合金元素的充分扩散，需一定的加热温度及保　温时间，保证坯料加热均匀。加热温度过高，蓄热式　步进梁式加热炉容易发生坯料弯钢的现象，也会使　原始奥氏体组织粗大，影响后续盘条的组织性能，　温度过高也会让盘条表面产生严重脱碳，影响后续　（压力加工）　＃ａ　＃｝端≤　；　，　≮￥　搿；　∥　蝴弼　∥＃　＃　一３１—　天舜法分　在轧制圆钢时成品前半部分不圆度超标，尾部　容易产生耳子，这种情况主要是张力引起的（拉　钢），在轧制小规格时比较明显。处理方法：调整工　对成品划木印，并观察，如果尾部有耳子说明前面　来料过大，要对Ｋ　及以上架次进行压下调整，直到　成品尾部没有耳子；之后主控台进行张力调整，如　果前面椭圆度不好，同时主控张力调整无效，可观　察活套状态是否到位，上下协调对活套进行套量调　整（前瘪后圆涨套量），直到调成柔和的圆弧状（如　图３所示），同时划木印观察成品状态，直至尺寸合　格为止。注意：如果成品尾部较圆，没有耳子，说明　尺寸没有问题，只需要对主控张力和活套调整，具　体要根据实际情况进行操作。　３结束语　通过对轧制过程中圆钢表面缺陷成因分析，总　结出了有针对性的措施和处理方法，一方面可以指　导生产实践，尽可能减少表面缺陷的产生；另一方　面，可以根据缺陷的不同成因，采取不同的处理方　案，从而提高检查判断的准确性，控制圆钢表面缺　陷和外形尺寸缺陷的产生，有效提高圆钢产品实物　质量，提升天钢产品的市场竞争力。　

参考文献　［１］武祥斌．南钢１５ＣｒＭｏＧ管坯圆钢中裂纹的成因分析ＩＪ１．江苏冶　金，２００５（１）：５２—５７．