任安超;鲁修宇;张帆;蒋跃东;夏艳花;邹德辉
【摘 要】总结了桥梁缆索用钢的典型成分体系与性能特点,阐述了国内外桥梁缆索用钢的发展以及国内外先进生产技术,特别分析了桥梁缆索用钢的生产技术新发展以及优缺点,从成分体系开发、制造技术等角度浅析了国内外桥梁缆索用钢的研发方向.
【期刊名称】《天津冶金》
【年(卷),期】2017(000)005
钽酸锂晶片【总页数】3页(P32-34)
【关键词】桥梁;桥索钢;发展;制造技术
【作 者】任安超;鲁修宇;张帆;蒋跃东;夏艳花;邹德辉
磁性材料液压机
【作者单位】武汉钢铁有限公司研究院,湖北武汉430080;武汉钢铁有限公司研究院,湖北武汉
430080;武汉钢铁有限公司研究院,湖北武汉430080;武汉钢铁有限公司研究院,湖北武汉430080;武汉钢铁有限公司研究院,湖北武汉430080;武汉钢铁有限公司研究院,湖北武汉430080
【正文语种】衣架钩中 文
跨越江、河、湖、海、谷等大跨度桥梁工程是高速公路网和铁路网的控制性节点工程。随着建设地点的自然环境日趋复杂，为了保障大跨径桥梁的安全性，作为桥梁“生命线”的缆索对其强度和疲劳寿命提出了更高的要求。同时根据等承载能力换算，桥索的强度每提高10%，不但截面积可下降10%以上，而且还能为桥索的安装、维护和后期的维修带来便利，因此世界各国争相研发高强度桥梁缆索及制造缆索用超高强钢[1、10]。本文对桥梁缆索用钢的国内外发展进程及其制造技术难点进行了介绍和分析，并据此浅析了国内外超高强钢的研发思路。 斜拉桥和悬索桥是一种设计非常合理的桥梁结构形式，它们都充分利用了钢材的抗拉性能和混凝土材料的抗压性能，其主要原理是通过斜拉索或者主缆索及吊索吊起整个桥面。世界上第一座采用钢丝的现代化悬索桥为美国的布鲁克林大桥，建于1883年，主跨为500米， 主缆材料强度约为1 200 MPa。20世纪80年代前，国内外使用的桥梁缆索用热镀钢丝强度级别主要为l 570 MPa[2、8]。
到了上世纪末期，国际上大跨径悬索桥强度基本都达到了1 670 MPa，个别桥梁开始采用1 770 MPa的主缆。如1998年建成的全球最大跨度悬索桥——日本明石海峡大桥(主跨1991 m)首次采用1 770 MPa级主缆索股。近年来，1 770 MPa主缆索股也已广泛应用在一些国内大型悬索桥上，如国内舟山西堠门大桥、南京长江四桥、马鞍山长江公路大桥、武汉鹦鹉州大桥等，而1 860 MPa和1 960 MPa级的缆索钢丝也已研发成功，即将用于洞庭湖大桥和虎门二桥。与此同时，韩国也开始了桥梁用超高强度钢丝的推广应用，其中1 860 MPa强度的钢丝索股已经应用于光阳大桥，而1 960 MPa的钢丝索
股已经应用于蔚山大桥[3、9、10、11]。从图 1 和图 2 可以看出，100多年来国内外缆索钢丝强度在不断增加，国外有近50多年钢丝强度维持在1 670 MPa级别。而国内近20年发展较快，已达到国际水平，目前在建的沪通长江大桥钢丝强度要求达到2 000 MPa以上，扭转8次以上，超强钢丝应用将填补国际工程应用空白。
材料强度的提高能增强主缆的跨越能力，在跨越距离一定时则还能减小缆索体系的材料用
量或者提高主缆的安全系数。规划中的意大利墨西拿海峡大桥为主跨3 300 m的双塔悬索桥，采用1 860 MPa镀锌钢丝主缆后，主缆总重约166 500 t，相比1 770 MPa镀锌钢丝主缆，降低近10 000吨[10]。因此，随着桥梁跨径的越来越大以及对桥梁建设要求的提高，缆索向更高强度发展的趋势成为必然。
桥梁缆索用钢在要求强度的同时，通过规定扭转次数对其塑性提出了更高的要求。众所周知，提高盘条抗拉强度最为有效的方法就是在现有材料的基础上提高C含量，但是C含量的增加使材料成分更加偏离共析点，加大了材料索氏体化组织控制难度，极易生成硬脆的先共析渗碳体，导致盘条塑性的显著降低。如何解决这一矛盾，同时提高盘条的强度和塑性，成为超高强度缆索用盘条生产企业面临的首要问题[7]。 金属按键
为了获得良好的强塑性，需进一步优化桥梁缆索钢丝用盘条的成分设计，盘条抗拉强度可通过适当提高C含量，添加Cr、Si、V等合金元素来提高。此外，Cr、Si等元素的添加可提高渗碳体的稳定性，阻碍冷拔钢丝热镀锌过程中渗碳体片层的球化，减少热镀锌过程中的强度损失。添加Cr元素还可以细化珠光体片层间距，有利于盘条塑性指标的提高，并且同时提高材料在拉丝过程中的加工硬化率。但Cr的添加将增大索氏体化盘条中马氏体形成的
可能性，须系统研究Cr含量对盘条组织性能的影响规律；调整Si、Mn含量进一步提高渗碳体稳定性，阻碍热镀锌过程中渗碳体的球化，减少强度损失。但Si含量过高，增加石墨化倾向，盘条强度、塑性均显著下降。而Mn为易偏析元素，含量过高增大连铸坯偏析程度，易产生中心马氏体，降低材料组织均匀性；为进一步提高盘条强度，可以添加微量的 V 元素，利用其良好的析出强化效果[4、5、7]。
国外桥索用钢的研究进行的较早，国外生产桥索钢盘条的国家主要为日本、德国、法国、意大利、韩国等。针对过共析钢其通过适当的热处理方式获得良好的综合性能，以便于高强度、高塑性缆索用钢丝的制作。淬火处理对桥梁缆索钢丝用盘条的组织性能提升具有显著作用，淬火后的盘条组织更加稳定、性能波动性更小，更为重要的是盘条制成钢丝的扭转性能大幅度提高。目前的主流淬火工艺有铅浴——LP（Lead Patenting）、水浴冷却——EDC（Easy Drawing Conveyer）、斯太尔摩冷却——DP（Direct Patenting）和盐浴——DLP（Direct Line Patenting）处理[3、4、5]。
斯太尔摩空冷是目前全球应用最广泛的盘条冷却方法，主要用于盘条吐丝后的阶段，可以通过风量的变化来调节盘条的温度，进而控制盘条的相变，保证获得所需的组织。斯太尔
摩空冷工艺应用灵活，并配以保温盖来使用，可以满足绝大部分的不同规格和不同化学成分的盘条。但是斯太尔摩空冷也存在其固定的缺陷——冷却不均，由于盘条在斯太尔摩辊道上的堆列状态，决定了盘条边部的搭接点区域热量更高，温度更难下降。针对该种冷却不均匀的现状，“佳灵装置”应用而生，通过调节风量风向，提高盘条边部温降能力，盘条的不均匀现象得到了缓解，但是仍然无法解决这类不均匀现象[6]。此外，斯太尔摩空冷对盘条的温降能力整体不足，对于桥索钢等高碳高硅盘条而言，无法杜绝其组织中的网状碳化物的产生。
数据库探针
铅浴淬火最早起源于英国，由于铅液的温度稳定（450-580℃），因此可以稳定控制奥氏体化盘条的组织。经过铅浴处理的盘条组织均匀，索氏体化率大于95%，具有良好的后续加工能力，并且能保证制得钢丝的组织均匀。铅淬可以有效的保证盘条的组织，是一种理想的等温方法，但是也有其缺点，由于铅液有害于环境和人体，因此在操作过程中风险较大。另外，由于现在无法做到在线铅浴处理，因此需要对盘条进行重新加热，加工成本较高。
水浴淬火是将高温盘条与水溶液直接接触，利用热水汽化过程来吸收盘条表面热量，降低
盘条温度。水浴淬火过程中使用的并非纯水，而是一种加入了多种溶质后形成的水溶液，该类水溶液与热盘条接触后会形成大量的气泡，从而带走热量。目前国内兴澄特钢在水浴工艺开发过程中处于前列[4、5、6、10]，其采用水浴工艺生产的虎门二桥用1 960 MPa级镀锌钢丝用盘条已具备批量供货能力，沪通桥用2 000 MPa级镀锌钢丝用盘条的研发也处于国内前列。由于水浴处理对环境影响较小，是一种清洁的冷却方式，也是今后发展趋势。
在线盐浴（DLP）工艺是新日铁采用的冷却工艺，该工艺可以有效避免铅浴淬火对环境及人体造成的巨大影响，又直接与吐丝口相连接，利用盘条余温进行在线冷却，可以大幅度节约能源，是目前最先进的冷却工艺[5、6、10、11]。该工艺可保证盘条的索氏体化率高于95%，又避免了风冷造成的盘条组织性能不均匀，可以保证盘条性能。目前采用该工艺生产的沪通桥用2 000 MPa级镀锌钢丝用盘条已接近成功，处于全球最高水平。但该冷却工艺大多采用硝基盐作为冷却介质，具有一定的毒性，需要控制其蒸发。另外，盘条经在线盐浴处理后的表面挂盐也是一个需要解决的问题。
（1）桥梁缆索用钢成分体系较多，具有优异的强度和塑性，近5年来成为钢厂、高校、科研机构研发的热点，目前缆索用超强钢正处于商业化应用前期。
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（2）超高强缆索用钢1 960 MPa级韩国已有工程应用，中国已经研发成功，即将工程应用，国内外已经掌握了1 960 MPa级超高强缆索用钢的制造技术。
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