本发明属于桥梁缆索热轧盘条，具体涉及一种1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条及其制造方法。
背景技术：
1、1770mpa级桥梁缆索在国内主要作为吊桥等的主要承重机构，由盘条经过酸洗、大减面率深拉拔制丝、热镀锌、扭转编索等工序制成，要长期服役于高温、低温、寒湿、雷雨、大风等多变的气候环境，索体及锚具极易受到多向应力破坏，而吊桥等作为安全通行工具，需要具有极高的安全性，因此盘条作为桥梁缆索母材材料，对盘条的使用性能要求极高。现有1770mpa级桥梁缆索用热轧盘条通常基于高碳成分体系，由斯太尔摩风冷线进行高速生产，例如：专利cn101311288b公开的一种1770mpa级桥梁斜拉索镀锌钢丝用盘条及其制造方法，采用c-si-mn-cr成分设计，c含量为0.85%~0.9%，轧制吐丝后采用斯太尔摩线快冷方式，获得索氏体≥90％的盘条组织，达到抗拉强度rm为1300～1400mpa，断面收缩率z≥35％；故制造成本更低、塑性更高、组织均匀的1770mpa级桥梁缆索用盘条还存在以下技术难点：
2、一、1770mpa级桥梁缆索较1670mpa级等以下桥梁缆索要求强度更高的强化成分体系，以降低材料成本为目的，省却cr合金后，盘条经过斯太尔摩风冷线控冷持续冷却过程中，经过索氏体相区的时间仍相对较短，难以获得更高比例、组织细化的索氏体组织，会导致盘条强度明显下降，后续制丝时需要更大减面率来提高盘条强度，加剧了断丝风险，同时热镀锌过程会损失一定强度，盘条强度的过分劣化有达不到最终性能等级的风险。
3、二、碳含量大于0.77%后元素偏析加剧，同时斯太尔摩风冷线最高冷却能力有限，即使快冷，盘条经过二次渗碳体和三次渗碳体的时间较长，二次渗碳体沿晶界呈网状析出，三次渗碳体的大量析出会粗化渗碳体颗粒，破坏组织连续性，影响盘条组织均匀性和力学性能，特别是严重劣化盘条塑韧性能，而降低碳含量不仅会降低盘条强度、且对三次渗碳体和组织均匀性的改善有限，使得盘条最终塑性不足、力学性能波动增大，在制丝过程中因裂纹扩展而断裂。
4、三、为了尽量降低网状碳化物对高碳盘条的不利影响，虽然采用风冷快速冷却，但线材吐丝为盘条后散布在输送辊道上，经过风冷线时各风机间隔设置，盘条输送路径上、盘条的受风面和背风面均存在风量差异，随着风冷强度进一步增加，这种不可控因素也导致盘条各部位存在较大温差，出现贝氏体、马氏体等异常组织的风险较高，往往由于在冷却相变过程中冷速不可控而削弱碳的强化作用，而奥氏体组织在索氏体相变过程中未能向索氏体充分转化，在连续冷却过程中的控冷后期，未转变的奥氏体组织也会有转变为异常组织的风险，严重影响盘条组织均匀性和塑性，导致盘条在制丝、扭转、编索等过程中，断裂风险高。
5、四、虽然盘条在斯太尔摩控冷过程中组织能够向索氏体转变，但最高冷速仅能达到10℃/s左右，难以形成较大过冷度，使得形成的索氏体片层间距较粗，片层厚度的增加增大了熔断球化难度，同时在持续冷却过程中盘条经过索氏体相变后温度较低，热动力不足，故形成的索氏体组织残余应力和位错密度较大，最终塑性不足，在后续多道次的连续冷拉拔形变制丝过程中，这种形变储能被累积，加工硬化明显，会进一步影响钢丝的拉丝和扭转性能，造成断裂风险，影响桥梁缆索的成材率。
技术实现思路
1、本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条及其制造方法，能够省却cr元素，避免马氏体和贝氏体异常组织，提高组织均匀性，兼顾盘条强度和高塑性，适用于1770mpa级桥梁缆索制造，能够降低断裂风险。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其制造方法包括：
4、按热轧碳素盘条的化学成分轧制生产线材，所述热轧碳素盘条的化学成分及质量百分比包括：c：0.71％~0.75％、si：0.15％~0.25％、mn：0.85％~0.95％、p≤0.015％、s≤0.015％，其余为fe和不可避免杂质；所述线材按≥920℃的吐丝温度吐丝为盘条后，经过在线熔盐强等温处理，使盘条以≥30℃/s的冷速降温至珠光体相区，形成以索氏体为主的组织并进行等温回火，促进索氏体组织片层熔断，最后经过辊道慢冷，制为显微组织包括体积百分比≥96%的回火索氏体、其余为铁素体和熔断索氏体所组成混合组织的热轧碳素盘条。
5、上述热轧碳素盘条的化学成分及质量百分比设计依据包括：
6、（1）碳：c作为经济有效的强化元素，可以保证桥梁缆索用的高强度，提高钢中c元素含量有利于索氏体组织形成更多的渗碳体片层，细化的索氏体片层组织具有更好的变形性能，对深拉拔制丝有利，但c含量过高将导致合金凝固过程中成分偏析控制难度加大，增加形成沿晶界析出的网状渗碳体以及产生贝氏体、马氏体等异常组织的风险，因此为了兼顾1770mpa级桥梁缆索严苛的使用测试和盘条组织均匀性控制，适当降低碳含量，可以减小成分偏析，结合吐丝后的盘条经过在线熔盐强等温处理，来进一步降低网状渗碳体析出风险，避免网状渗碳体使材料塑韧性急剧降低，同时抑制三次渗碳体的峰值析出，从而细化渗碳体碳化物，提高组织均匀性和碳的利用价值，对细化索氏体片层和等温回火有利，故c的质量百分比控制为0.71％~0.75％。
7、（2）硅：冶炼过程中si元素常作为脱氧剂加入钢中，固溶于铁素体相中的si可起到强化材料的作用，同时能够抑制渗碳体析出，减小钢丝强度的损失，使渗碳体变薄、碳的扩散加快，进而对索氏体组织等温回火过程中向微球化转变形成回火索氏体有利，但si是铁素体强化元素，可缩小奥氏体相区，过高的硅将增大c的石墨化倾向，降低钢的韧性，对后续镀锌工序不利，因此为了兼顾桥梁缆索用钢盘条具有较高的强韧性配合、便于盘条组织调控，si的质量百分比控制为0.15％~0.25％。
8、（3）锰：mn在炼钢过程也常作为脱氧剂添加，同时将钢液中的s转化为mns减少热脆现象，保证轧制工艺的顺利进行，mn作为奥氏体形成元素，可扩大奥氏体相区，更便于在线熔盐强等温时快速略过三次渗碳体峰值析出温度的同时，进入珠光体相区，形成以细片层间距为主的索氏体组织，利用固溶强化增加盘条强度和耐磨性，使桥梁缆索钢丝的机械性提高，但mn的含量过高时会加剧晶粒粗化的和成分偏析倾向，使得盘条的淬透性增加，c曲线下移，增加盘条中淬火组织的出现风险，故为了兼顾桥梁缆索用钢盘条具有较高的强韧性配合、便于盘条组织调控，mn的质量百分比控制为0.85％~0.95％。
9、（4）磷、硫：p元素和s元素属于杂质元素，越低越好，因此控制p≤0.015％、s≤0.015％。
10、上述制造方法基于c-si-mn高碳碳素成分体系，适当降低碳含量、省却cr元素，可以降低材料成本、偏析控制难度和cr对盘条韧性的不利影响，并合理调控c、si、mn配比，扩大奥氏体相区，对细化渗碳体碳化物的同时、控制索氏体转变、抑制贝氏体转变有利，结合吐丝后直接经过盐浴进行在线熔盐强等温处理：
11、一、相较于现有吐丝后斯太尔摩快冷，但因高碳偏析和冷速限制仍有较高级别的网状碳化物和大量析出的三次渗碳体，本发明通过熔盐处理，可以利用熔盐的高换热能力，使盘条由吐丝后的奥氏体化高温快速降温，提高冷速来抑制网状碳化物沿晶界析出引起的脆性，抑制三次渗碳体在700~800℃的峰值析出，从而细化渗碳体碳化物，提高组织均匀性，以提高盘条的整体强度和塑性。
12、二、相较于现有吐丝后斯太尔摩快冷和持续冷却，异常组织风险高、难以有效控制组织均匀性，一方面，本发明由于盘条穿过熔盐时，熔盐能包覆在盘条表面进行快速均匀换热，可以有效降低盘条温差，盘条从高温奥氏体状态快速进入珠光体相区过程中，能避免局部过冷而进入贝氏体甚至马氏体相区，进而形成以细片层间距为主的索氏体组织，另一方面，本发明经过在线熔盐强等温处理时，可以保持盘条与熔盐温度一致，在高温珠光体相区进行更长时间的等温处理而非缓慢降温，盘条在珠光体相区的停留时间更长，可以使组织向索氏体组织充分转变，也能够避免后续辊道慢冷过程中因未转变的奥氏体组织向异常组织转变，进而可以有效避免出现贝氏体和马氏体异常组织而增加盘条脆性，提高组织均匀性、降低力学性能同圈差。
13、三、相较于现有吐丝后斯太尔摩持续快冷和持续冷却，仅能获得索氏体化率不够高、片层不够细和位错密度较大的组织，本发明经过在线熔盐强等温处理，一方面，快速降温可以使得形成的索氏体片层更细，对熔断和向微球化组织转变有利，同时维持在珠光体相区的时间更长，使得高温奥氏体向索氏体转化更多，铁素体占比减小，以此来提高基体强度，弥补降低碳含量、省却cr元素带来的强度损失，另一方面，随着长时间处于珠光体相区进行高温等温，给索氏体回火提供更多热动力，使得新形成的索氏体组织逐步进行索氏体片层熔断转变，碳化物进一步球化而韧化组织，降低组织应力和位错密度，形成回火索氏体和熔断索氏体，再进一步的辊道慢冷过程中，利用盘条出盐浴后的高温状态缓慢降温，避免快冷造成塑性恶化，同时慢冷促进盘条组织再进一步韧化和碳化物的进一步球化，提高盘条软化效果，最终实现盘条组织调控、保证盘条的强度和塑性匹配。
14、由于热轧碳素盘条的合金成分和含量相对较少，可以选择适当的加热炉均热温度，控制在炉时间，避免烧损和脱碳风险，在优选的实施例中，所述轧制前，钢坯经加热炉加热，均热温度≤1130℃，在炉时间≤3h。
15、由于经过在线熔盐强等温可以形成大量细片层回火索氏体组织，吐丝温度不必要太低，因此可以适当提高轧制温度来提高轧制速度、降低对轧机的磨损，对高效生产有利，同时配合较大的压下量配分，促进轧制过程的动态再接近，细化晶粒，强韧化基体，在优选的实施例中，所述轧制时，初轧温度为1080~1120℃，初轧压下量为25%~35%，中轧温度为980~1030℃，中轧压下量为30%~35%，终轧温度≥930℃，终轧压下量为25%~30%。
16、在优选的实施例中，所述在线熔盐强等温处理的熔盐温度为525~565℃，处理时间为300~650s，熔盐温度越低，则形成的回火索氏体片层越细，盘条强度上升、塑性下降，但熔盐温度过低，有出现贝氏体组织而损失盘条塑性的风险，反之，熔盐温度越高，则形成的回火索氏体片层越粗，能给高温等温提供更多热动力促进碳化物球化和基体软化，盘条强度下降、塑性上升，但熔盐温度过高，形成珠光体组织，铁素体占比增多，会造成盘条较大的强度损失，对桥梁缆索用小规格盘条深拉拔制丝不利，同时辊道慢冷的在线时间也会延长，对高效生产不利；处理时间越长，则盘条的韧化和软化效果越好，但处理时间过长，会影响盘条生产效率，增大生产能耗，盘条组织过分软化对高强度桥梁缆索生产不利，反之，处理时间越短，则索氏体片层熔断下降，软化效果下降，盘条塑性下降，但处理时间过短，碳化物未能像球化组织转变，甚至盘条未能充分向索氏体组织转变，会导致回火索氏体占比下降，还会有异常组织析出风险，对强塑性能和组织均匀性控制均不利，因此，可以进一步控制熔盐温度和处理时间，促进索氏体相变和等温回火，调控盘条强塑性能。
17、由于盘条由吐丝的高温奥氏体温度降至珠光体相区温度，可以进一步控制熔盐循环量来降低熔盐温升，同时避免熔盐循环量过大引起能耗和成本的不必要增加，在优选的实施例中，所述在线熔盐强等温处理的熔盐循环量为380~480t/h，熔盐温升≤10℃。
18、在优选的实施例中，所述辊道慢冷控制盘条以0.3~0.5℃/s的冷却速度慢冷至300℃以下进行集卷，在此冷却速度下盘条可以由珠光体相区温度缓慢降温，延续高温促进组织韧化，增加回火索氏体的碳化物球化程度，降低组织应力和位错密度，使组织应力分布均匀，进一步提高软化效果。
19、在优选的实施例中，所述辊道慢冷采用保温罩关闭，将在线熔盐强等温处理的热空气通入保温罩内，由辊道输送盘条进入保温罩内，可以回收利用熔盐处理时产生的热能，使辊道慢冷控温更稳定且能降低生产能耗。
20、一种1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条，所述热轧碳素盘条由上述任意一项所述1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法制造获得。
21、上述热轧碳素盘条基于c-si-mn高碳碳素成分体系，不添加cr成分，可以适当降低材料成本，获得以回火索氏体组织为主、极少量铁素体和熔断索氏体所组成的混合组织，相较现有90%以上的索氏体盘条组织，回火索氏体组织占比更高，回火索氏体保留了索氏体相较珠光体组织片层更细、强度更高的特征，可以弥补降低碳含量、不添加cr成分带来的强度损失，同时索氏体组织经过回火，碳化物向球化转变后，形成回火索氏体和熔断索氏体，组织应力和位错密度得以改善，兼顾盘条强度的同时，可以大大提高盘条塑韧性能，同时渗碳体碳化物的细化控制、盘条向回火索氏体的充分转化，不含有贝氏体和马氏体异常组织也使得盘条组织均匀性得以有效提升，进而综合有效降低盘条在制丝、扭转、编索等过程中的断裂风险。
22、回火索氏体片层间距越细，则盘条强度上升、塑性下降，但回火索氏体片层间距的进一步减小，有出现贝氏体组织、损失盘条塑性和组织均匀性的风险，回火索氏体片层间距的进一步增大有回火索氏体占比下降、损失盘条强度、不利于高效生产的风险，在优选的实施例中，所述回火索氏体的片层间距为90~125nm。
23、在优选的实施例中，所述热轧碳素盘条的网状碳化物级别为0级，可以消除网状碳化物对盘条均匀性和塑性的不利影响，提高碳的强化作用。
24、高强度级别桥梁缆索用高碳成分体系使得盘条的力学性能波动更难控制，由于本发明的组织控制更为均匀，无异常组织，在优选的实施例中，所述热轧碳素盘条的力学性能同圈差≤25mpa，可以有效降低因力学波动引起的断丝风险。
25、在优选的实施例中，所述热轧碳素盘条的直径为12.5~15.0mm，具有较小的直径规格，更便于拉拔后获得目标钢丝直径，避免过程中引起拉拔硬化和塑性的过度损失，抗拉强度rm为1170~1220mpa，断面收缩率z为48%~54%，盘条兼具较高的强度和明显提升的塑韧性能，能够有效降低1770mpa级桥梁缆索制造的断裂风险
26、与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
27、（1）针对1770mpa级桥梁缆索用热轧盘条通常由斯太尔摩风冷线进行高速生产，难以有效的控制盘条组织均匀性、且异常组织风险高、塑性不足，导致盘条在制丝、扭转、编索等过程，断裂风险高的现状，本发明的制造方法通过碳素化学成分设计结合在线熔盐强等温技术，控制盘条从高温奥氏体状态进入珠光体相区，可避免网状碳化物、抑制三次渗碳体、细化渗碳体碳化物，同时形成大量索氏体组织，在随后的高温等温过程中，新形成的索氏体组织逐步进行索氏体片层熔断转变，可以有效避免c元素产生贝氏体、马氏体等异常组织风险，最大程度提高碳元素的强化作用，最后经过辊道慢冷进一步软化，提高组织均匀性，以提高盘条的整体强度和塑性，降低力学性能波动，具有良好工业适应性。
28、（2）针对1770mpa级桥梁缆索用热轧盘条组织均匀性和塑性不足，应用时断裂风险高的现状，本发明基于c-si-mn高碳碳素成分体系，不添加cr成分，可以适当降低材料成本，显微组织类型为回火索氏体、铁素体、熔断索氏体所组成的混合组织，回火索氏体占比更高、片层更细，可最大程度发挥碳元素的强化作用，弥补降低碳含量、不添加cr成分带来的强度损失，无异常组织，组织均匀性更好，并用回火态调控盘条高强度与塑性匹配，可达到产品抗拉强度为1170~1220mpa，断面收缩率为48%~54%，力学性能同圈差≤25mpa，适用于1770mpa级桥梁缆索制造，可以有效降低盘条在制丝、扭转、编索等过程中的断裂风险，具有良好的市场应用前景。
1.一种1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其特征在于，其制造方法包括：
2.根据权利要求1所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其特征在于，所述轧制前，钢坯经加热炉加热，均热温度≤1130℃，在炉时间≤3h。
3.根据权利要求1所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其特征在于，所述轧制时，初轧温度为1080~1120℃，初轧压下量为25%~35%，中轧温度为980~1030℃，中轧压下量为30%~35%，终轧温度≥930℃，终轧压下量为25%~30%。
4.根据权利要求1所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其特征在于，所述在线熔盐强等温处理的熔盐温度为525~565℃，处理时间为300~650s。
5.根据权利要求4所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其特征在于，所述在线熔盐强等温处理的熔盐循环量为380~480t/h，熔盐温升≤10℃。
6.根据权利要求4所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其特征在于，所述辊道慢冷控制盘条以0.3~0.5℃/s的冷却速度慢冷至300℃以下进行集卷。
7.根据权利要求6所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法，其特征在于，所述辊道慢冷采用保温罩关闭，将在线熔盐强等温处理的热空气通入保温罩内，由辊道输送盘条进入保温罩内。
8.一种1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条，其特征在于，所述热轧碳素盘条由权利要求1~7任意一项所述1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条的制造方法制造获得。
9.根据权利要求8所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条，其特征在于，所述回火索氏体的片层间距为90~125nm，所述热轧碳素盘条的网状碳化物级别为0级，力学性能同圈差≤25mpa。
10.根据权利要求8所述的1770mpa级桥梁缆索用热轧碳素盘条，其特征在于，所述热轧碳素盘条的直径为12.5~15.0mm，抗拉强度为1170~1220mpa，断面收缩率为48%~54%。
