本發(fā)明屬于熱軋盤條，具體涉及一種2400mpa級橋索用高強復(fù)相熱軋盤條及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、冷拔珠光體鋼具有良好的拉拔性能和加工硬化能力，一直是鋼絲制品行業(yè)的主流鋼種，橋梁纜索用冷拔珠光體鋼鋼絲強度等級取決于母材盤條的化學(xué)成分、微觀組織及其匹配的拉拔工藝，母材盤條中碳元素和合金元素含量越高，可開發(fā)的冷拔珠光體鋼絲強度等級越高，但現(xiàn)有技術(shù)中的冷拔珠光體鋼絲還不能滿足2400mpa級超高強度橋梁纜索的開發(fā)應(yīng)用，其成因主要在于：

2、一、為了提高盤條強度，盤條中的合金元素含量較高，例如：專利cn110144521b公開的一種高強度高韌性橋索鋼及其制備方法，采用高合金含量且含co的低碳鋼盤條生產(chǎn)抗拉強度≥2400mpa的橋索鋼，但一方面，合金含量較高，材料成本較高，另一方面，現(xiàn)有盤條一般采用吐絲后的斯太爾摩風冷線控冷生產(chǎn)，基于現(xiàn)有熱軋盤條生產(chǎn)線微觀組織控制能力的限制，母材盤條中合金元素含量提高后，受合金元素偏析和風冷冷速不可控性影響，易使其他硬脆相組織控制不佳，其拉拔斷絲及后續(xù)制索斷絲風險較高。

3、二、為了兼顧材料成本和拉拔能力，現(xiàn)有高強度橋索用盤條多采用高碳珠光體鋼，例如：cn118880169a公開的一種高強度橋梁纜索用盤條及其生產(chǎn)方法，采用87simn結(jié)合低溫軋制吐絲、斯太爾摩風冷線和保溫通廊工藝，提高盤條的索氏體含量，用于2200~2300mpa強度級別橋索，但一方面，存在冷拔珠光體鋼原始強度不足的劣勢，拉拔提強過程中將增大塑性損失和斷絲風險，限制2400mpa級橋梁纜索的開發(fā)應(yīng)用，若進一步提高盤條中的碳元素和合金元素含量，則受碳元素偏析影響和斯太爾摩風冷線的最高冷卻能力限制，盤條晶粒邊界易形成網(wǎng)狀形態(tài)分布的碳化物，網(wǎng)狀碳化物會割裂基體，導(dǎo)致材料的強度，尤其是韌性顯著降低，容易在碳化物網(wǎng)處引發(fā)裂紋，而為盡量降低網(wǎng)狀碳化物級別，提高風冷強度后，風冷線的不可控性、盤條表面與芯部的溫差將進一步增大，使得硬脆相組織更難控制，組織均勻性受到影響，進而引發(fā)拉拔斷絲風險；另一方面，受風冷線的控冷能力限制和高含量的合金元素影響，盤條經(jīng)過相變孕育的時間較短，盤條經(jīng)過索氏體相變后已處于低溫狀態(tài)，組織應(yīng)力較高，盤條塑性不足，還可能因奧氏體殘余而在后續(xù)冷卻中繼續(xù)形成馬氏體硬脆相，進而增加拉拔斷絲風險，而長時間的保溫處理將影響在線時間、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能耗。

4、三、為了提高盤條強度，現(xiàn)有技術(shù)中會選擇加入v等微合金元素，但受風冷線的不可控性和冷卻能力影響，一方面，盤條經(jīng)過析出相的時間較短，析出驅(qū)動力較弱，影響強化相的充分析出，另一方面，受盤條表面與芯部的溫差影響，盤條中會同時存在較粗和較細的析出相，影響組織均勻性，同時析出相粗化會降低盤條塑性，影響強化作用的發(fā)揮和材料成本。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明提供一種2400mpa級橋索用高強復(fù)相熱軋盤條及其制造方法，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)狀碳化物及其他硬脆相組織控制，提高盤條強度和組織均勻性，兼顧材料成本和良好塑性，生產(chǎn)效率較高，有利于2400mpa級橋索穩(wěn)定生產(chǎn)。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種2400mpa級橋索用高強復(fù)相熱軋盤條的制造方法，其制造方法包括：

4、按熱軋盤條的化學(xué)成分軋制生產(chǎn)線材，所述熱軋盤條的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比包括：c：0.94％~0.97％、si：0.80％~0.95％、mn：0.75％~0.95％、cr：0.35％~0.45％、v：0.050％~0.075％、mo：0.30％~0.50％、al：0.2％~0.4％、p≤0.015％、s≤0.015％，其余為fe和不可避免雜質(zhì)；所述線材按≥880℃的吐絲溫度吐絲為盤條后，經(jīng)過在線熔鹽末端淬火韌化處理，使盤條先經(jīng)過前段熔鹽并以≥35℃/s的冷速降溫，部分奧氏體組織向淬火馬氏體轉(zhuǎn)變，再經(jīng)過后段熔鹽升溫至索氏體相區(qū)溫度，控制未轉(zhuǎn)變的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w并等溫回火，最后經(jīng)過輥道緩冷，制為顯微組織包括回火馬氏體和回火索氏體所組成復(fù)相組織的熱軋盤條。

5、上述熱軋盤條的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比設(shè)計依據(jù)包括：

6、（1）碳：c元素是有效的碳化物強化元素和奧氏體形成元素，價格相對更低，隨著碳含量的增加，可提高奧氏體的穩(wěn)定性，使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，促進前段熔鹽處理時能通過降溫至索氏體相區(qū)溫度以下進行短時淬火，促進部分奧氏體組織向淬火馬氏體轉(zhuǎn)變，有利于后段熔鹽處理時能形成片層間距更細的珠光體即索氏體組織，提高索氏體中的滲碳體數(shù)量和材料強度，但碳含量過多，會增加鋼坯凝固過程中的碳偏析傾向，增加脫碳敏感性和網(wǎng)狀碳化物的析出傾向，影響材料塑韌性能，因此為了提高熱軋盤條母材的強度、控制材料成本，同時降組織均勻性控制難度和塑性提升難度，c的質(zhì)量百分比控制為0.94％~0.97％。

7、（2）硅：si元素是鋼中主要的脫氧元素，能夠抑制前段熔鹽處理時的晶粒粗化，促進淬火馬氏體形核，提高基體強度，在后段熔鹽處理時的索氏體相變過程中，能抑制滲碳體的長大和聚集，使索氏體中的滲碳體片層更細小、均勻，但硅含量過高會使鋼在高溫加熱時，引起鋼的表面脫碳傾向增大，延長相變孕育所需時間，降低鋼的韌性，因此為了細化晶粒、便于馬氏體短時相變和復(fù)相組織短時回火控制，si的質(zhì)量百分比控制為0.80％~0.95％。

8、（3）錳：mn作為奧氏體形成元素，能夠增加盤條淬透性，抑制鐵素體的形成，使貝馬氏體轉(zhuǎn)變向低溫方向移動，促進索氏體相變，提高索氏體的強度，進而有利于提高盤條抗拉強度，改善鋼的綜合力學(xué)性能，使橋索在承受拉力的同時，能抵抗沖擊和振動載荷，但mn的含量過高時將加劇合金元素偏析，降低碳的活度，增加等溫回火去應(yīng)力難度，引起鋼的過熱敏感性增加，降低鋼的韌性和塑性，故為了便于熱軋盤條的復(fù)相組織調(diào)控、降低組織均勻性和短時回火控制難度，mn的質(zhì)量百分比控制為0.75％~0.95％。

9、（4）鉻：cr元素能提高鋼的淬透性，會使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，促進淬火馬氏體的形成，使前段熔鹽處理時淬火馬氏體轉(zhuǎn)變量增加，同時能夠增強奧氏體的穩(wěn)定性，在索氏體相變中，能細化珠光體團和滲碳體片層，提高索氏體的強度，減少后續(xù)鋼絲制索熱鍍鋅過程中的強度損失，但cr含量過高會加劇成分偏析，增加組織均勻性的控制難度，碳化物數(shù)量增多且分布不均勻會降低鋼的韌性，明顯增加盤條等溫去應(yīng)力難度，影響短時回火韌化效果，進而影響鋼絲的拉絲和扭轉(zhuǎn)性能，因此為了便于復(fù)相組織、塑性調(diào)控和快速生產(chǎn)，cr的質(zhì)量百分比控制為0.35％~0.45％。

10、（5）釩：v元素作為微合金化元素，可有效抑制軋制過程盤條晶粒粗化，同時可在在線熔鹽末端淬火韌化過程中彌散析出，提供強有力的析出強化作用，進而提升熱軋盤條的強度級別而不降低塑性，但v元素的成本較高，過量添加對控制盤條成本不利且有粗化風險，基于v元素的作用和成本考慮，控制v元素含量在0.050％~0.075％。

11、（6）鉬：mo元素能提高鋼的淬透性，促進馬氏體的形成，抑制貝氏體轉(zhuǎn)變，鉬與碳結(jié)合可形成碳化物，能起到彌散強化的作用，同時可有效抑制滲碳體、cr和v析出相等強化相的粗化，可防止在線熔鹽末端淬火韌化過程中析出相粗化而降低盤條塑性，但mo元素的成本較高，過量添加對控制盤條成本不利，基于mo元素的作用和成本考慮，控制mo元素含量在0.30％~0.50％。

12、（7）鋁：al元素可以阻止奧氏體晶粒在加熱和軋制過程中長大，使盤條獲得細小的晶粒組織，細小的奧氏體晶粒能夠在冷卻轉(zhuǎn)變后形成均勻的組織，同時能夠抑制滲碳體粗化，細化索氏體組織，對提高鋼的強度和韌性有利，但al含量過高會增加夾雜物風險，使盤條的冷加工性能惡化，降低鋼的疲勞性能，因此提高al含量，al的質(zhì)量百分比控制為0.2％~0.4％。

13、（8）磷、硫：p元素和s元素屬于雜質(zhì)元素，越低越好，因此控制p≤0.015％、s≤0.015％。

14、上述熱軋盤條采用mo-al-v的高碳化學(xué)成分設(shè)計，結(jié)合si、mn、cr成分的優(yōu)化配比，調(diào)控盤條淬透性、馬氏體開始轉(zhuǎn)變的溫度和索氏體相區(qū)，為盤條能在索氏體相區(qū)以下進行馬氏體短時相變、在索氏體相區(qū)能短時充分相變和回火、便于控制碳化物的析出和長大提供有利條件，在此基礎(chǔ)上，避免吐絲溫度過低而在吐絲階段形成網(wǎng)狀碳化物，提高奧氏體均勻度，為之后馬氏體短時均勻相變提供有利條件，吐絲后的盤條不經(jīng)過風冷而直接進行在線熔鹽末端淬火韌化處理：

15、一、相較于斯太爾摩風冷線因最高冷卻能力和不可控性影響，導(dǎo)致網(wǎng)狀碳化物和硬脆相組織不可控，盤條經(jīng)過熔鹽處理時，能利用熔鹽的高換熱能力促進盤條快速降溫，一方面，可以促進盤條由高溫奧氏體狀態(tài)快速穿過700~800℃的二次滲碳體析出溫度區(qū)間，避免形成對拉拔和塑性不利的網(wǎng)狀碳化物，另一方面，盤條經(jīng)過前段熔鹽處理可以控制盤條以超高冷速，快速從高溫奧氏體狀態(tài)進入索氏體相區(qū)以下，形成一定量的大過冷度殘余奧氏體，進行馬氏體短時相變，促進部分奧氏體向淬火馬氏體轉(zhuǎn)變，提高基體強度，同時由于盤條經(jīng)過熔鹽時，熔鹽能覆蓋在盤條表面進行換熱，不存在受風面和被風面的溫差問題，由于高換熱，盤條表面到芯部的溫差也更小，使得硬脆相淬火馬氏體的轉(zhuǎn)變更均勻可控。

16、二、相較于斯太爾摩風冷線最低冷卻能力有限、盤條連續(xù)冷卻影響，導(dǎo)致盤條相變不充分、組織應(yīng)力較高、碳化物析出控制不佳，盤條經(jīng)過前段熔鹽處理后能進入后段熔鹽升溫至索氏體相區(qū)處理，一方面，盤條可轉(zhuǎn)變至與熔鹽溫度一致，延長盤條在索氏體相區(qū)的處理時間，促進經(jīng)過前段熔鹽處理后未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體充分向索氏體組織轉(zhuǎn)變，細化索氏體組織，提高基體強度，以改善si含量較高對相變孕育時間增長的不利影響，避免后續(xù)冷卻過程中因奧氏體殘余而繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛泊喈惓＝M織，盤條表面到芯部的溫差也更小，可使得索氏體相變均勻，降低力學(xué)性能波動，另一方面，索氏體相區(qū)的溫度較高，可以延長盤條處于高溫的等溫處理時間，給回火軟化提供更多熱動力，控制所形成的淬火馬氏體與索氏體組織經(jīng)歷一定程度的短時回火，改善淬火馬氏體的塑韌性能，降低淬火馬氏體的位錯密度，轉(zhuǎn)變?yōu)榧葟娪猪g的回火馬氏體，降低索氏體組織的應(yīng)力，轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w組織，實現(xiàn)復(fù)相組織調(diào)控，同時配合mo抑制滲碳體、cr和v析出相等強化相的粗化作用，延長盤條處于cr和v析出相等強化相彌散析出溫度區(qū)間的時間，促進碳化物強化相充分均勻地析出，避免碳化物粗化而損失塑韌性能，充分發(fā)揮強化作用，同時較長時間保溫通廊處理也能夠降低在線時間，促進高效生產(chǎn)。

17、盤條經(jīng)過后段熔鹽處理后仍保持較高溫度，采用輥道緩冷可以延長盤條的高溫時間，防止盤條因冷卻過快而因應(yīng)力收縮導(dǎo)致塑性損失，可促進盤條組織進一步韌化，提升盤條的高強度與塑性匹配。

18、所述軋制前選用適當?shù)募訜釥t均熱溫度和在爐時間，可以提高鋼坯組織均勻性和塑性，便于軋制，降低偏析影響，同時避免在爐時間過長而產(chǎn)生燒損、脫碳或鋼坯表面質(zhì)量下降，在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述軋制前，控制加熱爐均熱溫度為1180~1250℃，在爐時間為150~220min。

19、所述軋制時選用合適的軋制溫度和變形量，配合v元素提高金屬的再結(jié)晶溫度，抑制晶粒長大，促進終軋軋制過程動態(tài)再結(jié)晶，使金屬組織得到細化和改善，在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述軋制時，控制初軋溫度為1060~1110℃，終軋溫度為980~1010℃，終軋壓下量為22%~26%。

20、在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述前段熔鹽的熔鹽溫度為485~505℃，處理時間為8~18s，所述前段熔鹽的熔鹽溫度在索氏體相區(qū)以下，前段熔鹽的熔鹽溫度越低、處理時間越長，則大過冷度殘余奧氏體數(shù)量增多，馬氏體短時相變加快，淬火馬氏體增多，基體強度更高，但熔鹽溫度過低、處理時間過長，奧氏體殘余過少，對后續(xù)索氏體相變和短時回火不利，會影響基體塑性；反之，前段熔鹽的熔鹽溫度越高、處理時間越短，則對馬氏體相變不利，給后續(xù)索氏體相變留有更多殘余奧氏體，基體塑性上升，但熔鹽溫度過高、處理時間過短，影響馬氏體相變，將損失基體強度，因此可以控制前段熔鹽的熔鹽溫度和處理時間，促進部分奧氏體向淬火馬氏體轉(zhuǎn)變，為后段熔鹽處理作組織上的準備。

21、由于盤條從高溫奧氏體狀態(tài)降至索氏體相區(qū)以下溫度的溫差較大，選用較大的熔鹽循環(huán)量可以控制熔鹽溫升，控制連續(xù)處理過程中的淬火，同時規(guī)格越大，則單位時間熔鹽循環(huán)流量越大，可以進一步降低盤條表面到芯部的溫差，在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述前段熔鹽的熔鹽循環(huán)量為460~650t/h，熔鹽溫升≤5℃。

22、在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述后段熔鹽的熔鹽溫度為565~585℃，處理時間為78~128s，后段熔鹽的熔鹽溫度處于盤條索氏體相區(qū)，熔鹽溫度越低，能夠形成較大過冷度，促進索氏體片層間距細化，給含釩碳化物的彌散析出提供更多驅(qū)動力，以提高基體強度，但熔鹽溫度過低，難以給等溫回火提供更多熱動力，會導(dǎo)致韌化效果下降、處理時間延長，對控制盤條塑性和生產(chǎn)效率不利，反之，后段熔鹽的熔鹽溫度越高，則能給回火提供更多熱動力，促進復(fù)相組織進行短時回火，提升盤條的強塑性能匹配，但熔鹽溫度過高，索氏體片層間距變粗、影響碳化物析出會損失盤條強度，隨著處理時間延長，有過度損失基體強度、碳化物析出粗化而損失強塑性能的風險；后段熔鹽的處理時間越長，則碳化物析出充分、等溫韌化效果加強，盤條塑性上升，但處理時間過長，生產(chǎn)能耗增加，同時有碳化物析出粗化風險，反之處理時間越短，則可降低生產(chǎn)能耗，促進快速生產(chǎn)，但處理時間過短，復(fù)相組織的回火效果下降，會帶來較大脆性，碳化物來不及充分析出會損失強塑性能，因此，可以控制后段熔鹽的熔鹽溫度和處理時間，控制盤條未轉(zhuǎn)變高溫奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w，同時經(jīng)等溫回火后，控制所形成的復(fù)相組織經(jīng)歷一定程度的短時回火，提升盤條的強塑性匹配，促進快速生產(chǎn)。

23、所述后段熔鹽可選擇適當?shù)娜埯}循環(huán)量控制熔鹽溫升，進一步降低盤條邊部到芯部的溫差，提高組織均勻性，在優(yōu)選的技術(shù)方案中，后段熔鹽的熔鹽循環(huán)量為400~600t/h，熔鹽溫升≤3℃。

24、在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述輥道緩冷控制盤條以0.1~0.4℃/s的冷卻速度緩慢冷卻至280℃以下，輥道緩冷可選擇關(guān)閉保溫罩或?qū)⒃诰€熔鹽末端淬火韌化處理過程中的熱空氣輸入保溫罩內(nèi)回收利用熱能，控制盤條逐步緩慢冷卻，防止盤條在冷卻過程中因冷速過快造成盤條內(nèi)應(yīng)力過大，并促進盤條組織進一步韌化，提高盤條軟化效果。

25、一種2400mpa級橋索用高強復(fù)相熱軋盤條，所述熱軋盤條由上述任意一項所述的2400mpa級橋索用高強復(fù)相熱軋盤條的制造方法制造獲得。

26、上述熱軋盤條通過mo-al-v化學(xué)成分設(shè)計結(jié)合在線熔鹽末端淬火韌化技術(shù)，不同于一般的冷拔珠光體鋼，熱軋盤條的顯微組織包括回火馬氏體和回火索氏體所組成復(fù)相組織，淬火馬氏體相較索氏體組織具有較高的強度、硬度和晶格畸變，淬火馬氏體經(jīng)過回火處理后得到回火馬氏體，晶格畸變程度減輕，仍保留了較高的強度，內(nèi)應(yīng)力得到一定程度的消除，韌性和塑性得到有效提升，索氏體的組織比珠光體更細密、片層間距更小，強度較珠光體更好，具有良好的拉拔性能和加工硬化能力，索氏體經(jīng)回火后碳化物分布更均勻，位錯運動更加容易，內(nèi)應(yīng)力下降，使回火索氏體具有良好的綜合力學(xué)性能，以此形成的復(fù)相組織可彌補冷拔珠光體鋼原始強度不足的劣勢，進一步提高材料強度，同時兼顧良好塑性和組織均勻性。

27、所述回火馬氏體的體積百分比越大，則盤條強度越高，在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述回火馬氏體的體積百分比為57%~63%。

28、所述回火索氏體的片層間距越細，則盤條強度越高，則在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述回火索氏體的片層間距為80~110nm。

29、在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述熱軋盤條的網(wǎng)狀碳化物級別為0級，可避免網(wǎng)狀碳化物割裂基體組織，使材料的韌性、塑性得到改善，有利于提高拉拔性能。

30、所述熱軋盤條可有效避免c元素產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物，并將淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閺娝苄约骖櫟幕鼗瘃R氏體，碳化物強化相均勻分布，力學(xué)性能波動更小，有利于提高拉拔和扭轉(zhuǎn)性能，在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述熱軋盤條的力學(xué)性能同圈差≤47mpa。

31、在優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述熱軋盤條的直徑為10.0~16.0mm，抗拉強度為1665~1705mpa，斷面收縮率為26%~31%，較高的初始抗拉強度使熱軋盤條作為母材拉拔后，能更快達到強度等級，同時良好的塑性使盤條在受力時能夠發(fā)生較大的變形而不破裂，可降低拉拔過程中的斷絲風險，進而穩(wěn)定開發(fā)2400mpa級橋索。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于：

33、（1）針對母材盤條中碳元素和合金元素含量提高后，網(wǎng)碳及其他硬脆相組織控制不佳，微觀組織控制能力受限的現(xiàn)狀，本發(fā)明通過mo-al-v化學(xué)成分設(shè)計結(jié)合在線熔鹽末端淬火韌化技術(shù)，用前段熔鹽控制盤條以超高冷速快速從高溫奧氏體狀態(tài)，穿過網(wǎng)狀碳化物形成溫度區(qū)間進入索氏體相區(qū)以下，進行馬氏體短時相變，用后段熔鹽控制盤條進入索氏體相區(qū)進行等溫相變，同時經(jīng)等溫回火后，控制所形成的復(fù)相組織經(jīng)歷一定程度的短時回火，提升盤條的強塑性匹配，最后輥道緩冷，提高盤條軟化效果，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)狀碳化物及其他硬脆相組織控制，提高盤條強度和組織均勻性，兼顧材料成本和良好塑性，生產(chǎn)效率較高，具有良好的工業(yè)適應(yīng)性。

34、（2）針對現(xiàn)有冷拔珠光體鋼原始強度不足的劣勢，逐步限制對于超高強度橋梁纜索開發(fā)應(yīng)用的現(xiàn)狀，本發(fā)明顯微組織包括回火馬氏體和回火索氏體所組成復(fù)相組織，可有效避免c元素產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物，將淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閺娝苄约骖櫟幕鼗瘃R氏體，利用v元素彌散析出提供強有力的析出強化作用，利用mo元素防止析出相粗化而降低盤條塑性，可最大程度提高碳元素的強化作用，使碳化物強化相均勻分布，結(jié)合復(fù)相組織的回火態(tài)調(diào)控提升盤條的強塑性匹配，可達抗拉強度為1665~1705mpa，斷面收縮率為26%~31%，用于制造2400mpa級超高強度橋梁纜索等應(yīng)用領(lǐng)域，具有良好的市場應(yīng)用前景。