新日铁采用DLP法生产高性能线材

　　DLP（Direct in-line patenting）线材，投产已经20多年了，产量逐年增加。DLP的基本理念是节省能源，即消除用户的铅浴处理。DLP线材应用增多的另一个原因是，在线热处理不采用铅，保护了环境。

　　1 DLP线材生产背景

　　DLP线材在1985年投产并被使用，满足了当时节省能源和保护环境的要求。其主要优点是消除了用户的铅浴处理。事实上，线材的性能优点帮助用户节省了能源。后来因为不用铅，又满足了环境保护的心理理念，用户不断增多。近年来，采用高速气体冷却的流态床法正在被研究，以取代中间热处理的铅浴。DLP线材是新日铁主要的在线处理产品之一，在冶金技术秘密、熔盐设备、设备维护技术秘密的支持下，是自投产以来唯一保持其地位的产品之一。本文介绍DLP线材和近期高强度线材应用的一些例子，以满足市场在PC钢绞线和高强度桥梁用镀锌钢丝的要求。

　　2 DLP线材简介

　　采用熔盐直接热处理线材的DLP设备包括一个冷却槽和一个保温槽。冷却槽可以设定为任何温度，初始冷却速度可以满足特定线材的处理需求。保温槽可以在鼻子温度进行等温转变，产生细珠光体。

　　1） DLP线材的显微组织

　　?1mm SWRH82B线材的扫描电镜显微组织显示，分别用斯太尔摩、DLP和铅浴工艺处理，斯太尔摩组织的片层是最粗的，而DLP的片层组织明显细化，与铅浴组织相当。斯太尔摩的冷却速度低，在比其他两种工艺更高的温度转变，产生粗的组织，而DLP和铅浴在接近鼻子的温度且在理想的恒温下转变，产生细的珠光体组织。

　　2） DLP线材的力学性能

　　DLP线材的强度和塑性，比斯太尔摩和铅浴平衡的更好。特别是，DLP线材在鼻子温度开始转变，得到细珠光体，比斯太尔摩线材拥有更高的强度。DLP线材的强度与铅浴相同，但断面收缩率比铅浴的高，表明DLP线材的塑性更好。这意味着铅浴线材在热轧后被重新加热到奥氏体温度，导致奥氏体晶粒粗大，而DLP线材是轧制后直接热处理。

　　钢丝被拉拔到多个规格，随着变形量增加，钢丝的强度增加的趋势在整个变形范围内都可见到。两种钢丝与斯太尔摩比，从线材到钢丝连续显示了强度增加的趋势。还看到一个相同的趋势，DLP线材在整个变形区间，显示了良好的塑性。DLP线材比铅浴线材更好的塑性，在拉丝时被继承下来，DLP线材拉的钢丝比铅浴线材拉的钢丝的塑性更好。

　　3 提高高碳钢丝强度的方法

　　现有提高高碳钢丝强度的三种方法：

　　1）提高热处理钢丝的强度

　　提高热处理钢丝的强度是依靠最佳的热处理条件，使钢丝恒温转变，得到细的珠光体组织。可能的添加元素包括C、Si、Cr和V。如果提高碳来提高强度，可能形成网状先共析渗碳体，严重损害钢的可拉拔性。相反地，如果采用DLP生产，等温转变的冷却速度更快，可以限制先共析渗碳体的形成，所以，当采用提高含碳量来提高强度时，DLP是有效的方法。

　　2）利用拉拔来提高强度

　　利用拉拔来提高强度时，压缩率可能要提高。或者拉丝过程中的加工硬化率要提高。提高压缩率时，必须要有最佳的压缩率和相应的拉拔条件（如冷却、模具等）。

　　3）抑制热镀锌时强度下降

　　对于镀锌的和拉拔后发蓝处理的PC钢丝和桥梁用钢丝，抑制强度下降是非常重要的。因篇幅所限，这里不再赘述。

　　4）强化的技术要点

　　高碳钢丝提高强度的最重要考虑是，在钢丝实际应用的特定环境下，具有合理的强度-塑性匹配。为此，需要评价钢的综合性能及其使用的材料。换言之，使用高强度钢丝并没有提高整个构件或结构的性能。即使钢丝的性能提高了，与其他材料组合的钢结构的综合性能不一定也提高了。与钢丝合用的材料包括玻璃、混凝土、环氧涂层、镀层金属（热镀锌、镀铝）和橡胶。我们评估用于环氧树脂和混凝土的钢丝的综合性能。

　　4 用DLP线材生产的产品

　　4.1 270k级和310k级高强度钢绞线

　　表1是样品的成分。用DLP法生产?3mm线材后，在铃木金属工业公司的生产线生产310k级的高强度钢绞线。钢绞线的性能见表2。

　　4.2 提高强度的PC钢绞线（324k）

　　东京大都会政府在铁路对面建设的交叉项目是市政发展的一部分，于2006年2月完工。在这个项目中，超高强度钢绞线被首次应用在城市广场和建筑连接的桥梁中。广场车辆和行人多，桥梁的柱子数量少，所以梁板要轻薄，柱间距33.2m，梁高1.2m。计划采用超高强度混凝土，设计强度120N/mm2，经过与270k级进行精确对比，采用324k级钢绞线作为混凝土加强筋。

　　1）324k钢绞线的化学成分

　　表3是324k级（比270k级高20%）钢绞线用钢的化学成分。PC98钢线材在DLP生产。钢的化学成分以310k级为基础，但进行了微调。线材在住友公司制成钢绞线。

　　2） 高强度钢绞线的规范和力学性能

　　表4是超高强度钢绞线技术规范，表5是超高强度钢绞线力学性能。从结果可见，324k级比270k级的强度高20%，延伸率基本相同。PC钢绞线，用于外部钢缆时，涂镀环氧树脂或其他防腐保护。324k级钢绞线表面涂层对力学性能没有影响。其他指标如锚固效率、松弛率、偏斜、疲劳等全部符合日本民用工程规范，限于篇幅，其他细节不再赘述。

　　4.3 高强度钢丝束

　　由于桥梁长度和大小的增加，桥梁结构用钢丝束的强度已经从5mm、1570MPa提高到5mm、1770MPa，明石海峡大桥是20世纪最大的工程项目。另一方面，制造更大更长的悬索桥是发展趋势。要求更高强度的材料。显示了近来在这方面的需求。这个趋势也明显地指出了跨度会越来越大。下面说的7mm钢丝束，强度1770MPa，已经由DLP线材所满足。

　　表6是分析样品钢丝束7mm、1770MPa钢丝化学成分。为了提高高Si过共析钢的强度，添加了Cr。线材轧制后经DLP处理。然后拉拔并镀锌，制成7mm、1770MPa的钢丝束。表7是该钢丝束的力学性能。DLP处理的线材的强度达到1434MPa，被拉拔和热镀锌，镀锌钢丝的强度是1896MPa，满足性能要求。另一方面，扭转次数24次，说明塑性稳定，满足要求。

　　综上所述，DLP线材的重要性不但是取消用户的铅浴处理，还提高了线材的强度和塑性。近年来高强度混凝土技术发展迅速，高强度钢材和高强度混凝土配合，可以制造出优异的复合材料。

表1  样品化学成分

表2  钢绞线的力学性能

表3  钢绞线化学成分  %

表4  超高强度钢绞线技术规范

表5  超高强度钢绞线力学性能

表6  钢丝束7mm、1770MPa钢丝化学成分    %

表7  钢丝束7mm、1770MPa钢丝力学性能

信息来源：《世界金属导报》