日本高强钢丝开发最新进展探析

    【中国建材网】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：
　　
　　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。
　　
　　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。
　　
　　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。