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日本高强钢丝开发最新进展探析(之一)

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日本高强钢丝开发最新进展探析(之一)

  • 分类:常见问题
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  • 发布时间:2020-07-31 11:46

日本高强钢丝开发最新进展探析(之一)

  线材采用铅浴淬火处理、拔丝加工获得高强度钢丝。作为实用钢,这种高强度钢丝具有很高的强度,钢丝直径从细径钢帘线到粗径桥梁用钢丝,被广泛应用。钢帘线作为给予轮胎刚性的骨架材使用,桥梁用钢丝作为承载全桥重量的主钢缆使用,所以,钢帘线和桥梁用钢丝都要求高强度和疲劳特性。而且,高强度钢丝在制造工序或使用中承受扭曲变形,如果扭曲变形时发生纵向裂纹,抗载荷和疲劳特性均降低,因此,要求钢丝具有抗纵裂性。现将日本高强钢丝开发最新进展描述如下:

  1 钢帘线和桥梁用钢丝

  线材采用铅浴淬火处理、拔丝加工获得高强度钢丝。作为实用钢,这种高强度钢丝具有很高的强度,钢丝直径从细径钢帘线到粗径桥梁用钢丝,被广泛应用。钢帘线作为给予轮胎刚性的骨架材使用,桥梁用钢丝作为承载全桥重量的主钢缆使用,所以,钢帘线和桥梁用钢丝都要求高强度和疲劳特性。而且,高强度钢丝在制造工序或使用中承受扭曲变形,如果扭曲变形时发生纵向裂纹,抗载荷和疲劳特性均降低,因此,要求钢丝具有抗纵裂性。由于材料和制造技术的发展,已能够满足这些要求。目前,4000MPa级强度的钢帘线和1800MPa级强度的桥梁用钢丝已实用化。下面介绍钢帘线和桥梁用钢丝的强度和材料变化。

  1.1 钢帘线

  在高强度钢丝中,钢帘线是强度最高的材料,钢帘线是将线径0.15-0.38mm、强度3000-4000MPa的超细钢丝绞合而成,作为轮胎、传送带等橡胶制品的补强材料使用。轮胎用钢帘线是20世纪上半叶开发的,但真正开始使用是从20世纪60年代后半期。随着机动化的发展,钢帘线用量飞速增加。20世纪60年代使用的钢帘线用钢丝是0.7%C钢,因为以改善燃料利用率为目的的轮胎轻量化,要求钢帘线进一步提高强度。通过提高拔丝加工应变,来提高钢丝的强度,但因为易发生纵裂,所以采用铅浴淬火处理来提高强度和增加拔丝加工硬化率。在铅浴淬火处理的高强度化中,增加渗碳体体积率和珠光体片层间距微细化是有效的方法。在增加拔丝加工硬化率中,片层间距微细化对提高强度有效。提高c含量和添加Cr对两种方法均有效,所以,这两种方法成为高强度化的主要方法,从20世纪80年代开始使用0.8%C共析钢,最近使用0.9%过共析钢,现在开发的主要是C含量≥0.9%的Cr添加钢。C含量超过1.0%的过共析Cr添加钢也在开发之中。

  在像钢帘线这样超细钢丝的拔丝中,杂夹物是断丝的主要原因。为减少粗大夹杂物,将浇铸阶段生成的夹杂物在其后的轧制、拔丝工序中变形、破碎,微细化到无害尺寸是有效的方法。因低熔点夹杂物变形良好,所以,正在进行非金属夹杂物低熔点化的研究。由于这种钢材的开发和拔丝技术的进步,当初2800MPa级的钢帘线强度,20世纪80年代提高到3200-3400MPa级;90年代初期达到3600MPa级,现在已达到4000MPa级,目前正在进行超过4000MPa级钢帘线的研发。

  1.2 桥梁用钢丝

  主跨长度超过500m的大桥基本是悬索桥或斜拉桥,采用热浸镀锌钢丝捻成的钢绞线支撑。悬索桥用的镀锌钢丝线径约5mm,斜拉桥使用线径7mm左右的钢丝。日本最早的悬索桥是若户大桥(1962年建成,主跨长度367m),当时主要使用1570MPa级0.8%C材(JISG3502的SWRS82B)。但是,随着桥梁跨度增加,为了降低施工成本和缩短工期,要求镀锌钢丝高强度化。在结构用钢标准(JSSⅡ)中,对桥梁用镀锌钢丝规定了用扭曲试验扭曲到断裂的扭曲次数下限值。由于产生纵裂的钢丝断裂扭曲次数降低,所以,抑制纵裂变得更为重要。因此,与钢帘线一样,通过增加C量和添加Cr达到高强度化的例子很多。而且抑制热浸镀锌槽加热时的强度降低也很重要,增加Si含量是极有效的方法。热浸镀锌工序的强度降低是因为渗碳体片层断开,拉伸的片层组织断裂。Si几乎不固溶在渗碳体中,所以当珠光体相变时,从渗碳体相向相邻的铁素体相扩散,在渗碳体和铁素体界面富集。认为该Si富化层成为随碳C扩散的渗碳体断开和球化的障碍。世界最长的悬索桥日本明石海峡大桥(1770MPa级),采用的是0.82%C-Si钢。作为斜拉桥用钢,使用0.88%C-Si-Cr钢的1770MPa级正在实用化。

  上述总结了高碳钢丝的开发状况和最近的技术动向。该领域从很早就开始了研发,但近年来,为节省资源和降低成本,需要进一步提高钢材的强度,目前正在进行以强度4500MPa级钢帘线,强度2000MPa级桥梁用镀锌钢丝为目标的研发,期待今后的发展。

 

 

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