本发明属于钢绞线，具体涉及一种超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢及其生产方法。
背景技术：
1、高强度预应力钢绞线是金属制品行业应用广泛的一类产品，因具有抗拉强度高、延伸率好、松弛值低、应力损失小和耐疲劳性能优良等特点，由于其独特性能，迄今为止还未找到一种更理想的产品来全面或在一个领域内替代高强度预应力钢绞线，成为必不可少的部件或材料，被广泛应用于铁路、公路、跨海大桥、大型建筑、水利等领域。
2、当前我国正处在快速建设的关键时期，高强度预应力钢绞线的需求量快速增长。尤其是随着国内交通基础建设的发展需要，高速公路以及铁路等公共设施需求越来越多，并逐渐向偏远山区不断扩展，部分地区因地质条件复杂急需架设更大跨度的铁路、桥梁，并且对铁路、桥梁高强度、轻量化也提出更高要求，钢绞线作为这类大型施工项目建设中所使用的重要基础原料，其成本及质量的高低直接关系到建筑的建设成本和安全性。
3、目前国内铁路、桥梁建设中普遍使用的预应力混凝土用钢绞线为1860mpa级别钢绞线，该标准中最高强度级别的钢绞线也仅为1960mpa。提高钢绞线用钢的强度可极大节约成本，如采用1960mpa级高强度钢绞线替代1860mpa级别钢绞线，可节约钢绞线用量20％左右，故更大跨度、更轻量化、更高强度、更加安全的桥梁将会成为未来行业发展的必然趋势。现有钢绞线均采用c-si-mn成分体系，提高c、si、mn含量可实现强度提高，但极易出现网状渗碳体和心部马氏体，严重损害材料的性能，特别是塑韧性急剧降低，无法满足加工过程中反复弯曲、扭转等要求，另外疲劳强度也无法满足用户使用要求。
4、中国专利cn116084194a公开了一种高强度抗疲劳钢丝绳及制造方法，包括中心股、第一内层股、二内层股和外层股，所述中心股的外侧设置有第一内层股，且第一内层股的外侧设置有第二内层股，所述第二内层股的外侧设置有外层股，所述第一内层股等角度分布在中心股的外侧，所述第一内层股等角度分布在中心股的外侧，所述第二内层股等角度分布在第一内层股的外侧。该高强度抗疲劳钢丝绳及制造方法，浸油的纤维绳芯提高该钢丝绳的强度和抗疲劳性能，增加柔性，减少变形，且方便纤维绳芯内的油润滑钢丝结构，设置两次电镀，使得钢丝外均匀电镀，提高防腐蚀性能，在钢丝绳的外侧均匀涂胶，提高钢丝绳的缓冲性能。该发明材料从钢绞线制造的角度提高疲劳性能有限，且无法满足更高疲劳性能的要求，无法满足耐热性能的要求。
5、中国专利cn110819899a公开了一种2100mpa级海工钢丝绳用钢及生产方法，所述2100mpa级海工钢丝绳用钢包括以下重量百分比的化学成分：c0.95％～1.1 0％、si 0.10％～0.5 0％、m n 0.6 0％～1.2 0％、c r 0.1 0％～0.50％、n b 0.0 2％～0.10％、ni0.01％～0.50％、al≤0.005％、p≤0.0 1 5％，s≤0.0 1 5％、o≤0.0 0 1 5％、n≤0.006％，其余为fe和不可避免的杂质元素。本发明采用特定的化学成分和盘条生产工艺，轧制的热轧盘条具有优良的力学性能和较高的索氏体化率；加工的钢丝绳强度达到2100mpa以上，且具有较好的扭转性能、弯曲性能，适合制作2100mpa级高强度海工钢丝绳。该发明材料只能用于制作2100mpa级别高强度钢丝绳产品，无法满足更高级别的要求。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢及其生产方法，主要通过cr、v、ni、cu等进行微合金化，索氏体化率达到95％以上，热轧态抗拉强度rm≥1440mpa，断面收缩率z≥37％。该方法生产钢绞线成品强度≥2330mpa，弹性模量190-210gpa，屈强比0.90～0.95，具有高疲劳性能≥200万次。其生产工艺稳定、可靠，适合大工业生产。
2、本发明采取的技术方案如下：
3、一种超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢，所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢的化学成分及重量百分比为：c 0.89％～1.10％、mn 0.70％～1.00％、cr 0.20％～0.35％、v 0.04％～0.09％、alt 0.015％-0.030％、si 1.00％～1.30％、p≤0.010％、s≤0.010％、o≤0.0020％、n≤0.0065％，其余为fe和其它不可避免的杂质；其中，3.0≤(si+1.2*mn)/(8*v)≤7.0，公式中，各化学成分的数值按照各化学成分在钢中的含量×100进行计算。
4、所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢热轧盘条的组织索氏体化率≥95％，晶粒度≥9级，中心马氏体≤1.0级，网状渗碳体≤1.0级；热轧盘条的抗拉强度≥1440mpa，断面收缩率≥37％。。
5、所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢制成的钢丝的常温抗拉强度≥2320mpa，正反180°弯曲≥10次不断裂，360°扭转≥20次，扭转断口良好；200℃钢丝抗拉强度≥2180mpa，强度损失率≤7.0％，300℃钢丝抗拉强度≥1900mpa，强度损失率≤19.0％，360℃钢丝抗拉强度≥1700mpa，强度损失率≤26.0％。
6、所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢制成的钢绞线成品的抗拉强度≥2330mpa，弹性模量190-210gpa，屈强比0.90～0.95，具有高疲劳性能≥200万次。
7、本发明还提供了所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：冶炼→精炼→连铸→扩散退火→轧制→修磨剥皮→线材轧制→斯太尔摩冷却线控冷→盘条成品。
8、所述精炼步骤包括lf炉精炼和rh真空脱气；rh真空脱气时，纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[h]含量≤1.5ppm。
9、所述连铸步骤中，钢水过热度控制在10～40℃，拉速2.1-2.3mm/min。
10、所述扩散退火步骤中，退火温度1230-1260℃，保温时间10-12h。
11、连铸成380mm*450mm大方坯；扩散退火后轧制成150mm*150mm或160mm*160mm方坯。
12、所述线材轧制步骤中，首先在1140-1160℃均热80-100min，然后进行轧制，开轧温度940～980℃，终轧温度880～920℃，吐丝温度860～910℃。
13、所述斯太尔摩冷却线控冷步骤中，采用两段式冷却，首先以7-11℃/s的冷速冷却到570～630℃，防止网状渗碳体的出现，同时冷速越大，过冷度越大，索氏体片层间距越小，停留15～35s，控制相变过程中存在的返温，最后以≤4℃/s冷速缓慢冷却到常温，获得平衡组织。
14、本发明还提供了一种超高疲劳性能耐热高强度钢绞线，采用本发明所述的超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢经拉拔、绞线捻股得到。
15、所述钢绞线的中心钢丝直径φ5.10-5.25mm，边丝直径φ5.04-5.06mm，成品钢绞线粗15.40-15.15mm。
16、本发明钢种只需按上述成分范围，在转炉、电炉或其它冶炼炉中按常规冶炼工艺即可实现，并能在普通高速线材轧机上采用普通轧制工艺以及斯太尔摩冷却线控冷的条件下生产出钢丝绳用高碳钢线材；经过常规的连续式拉拔、绞线捻股工艺即可生产出2300mpa级高强度预应力钢绞线。本发明提供的超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢中的各化学成分的作用及控制如下：
17、c：c元素是获得高的强度、硬度所必需的。为了获得高强度钢绞线所需要的高强度，c含量须在0.85％以上，但过高的c含量使增加碳元素偏析，容易出现中心马氏体、网状渗碳体等异常组织，不利于拉拔性能，因此c含量宜控制为0.89％～1.10％。
18、mn：mn是脱氧和脱硫的有效元素，还可以提高钢的淬透性和强度。但mn含量过高，也容易产生偏析，出现中心马氏体、网状渗碳体等有害组织，恶化钢的韧性，因而控制mn含量在0.70％～1.00％。
19、cr：是强碳化物形成元素，存在于渗碳体片层中形成合金渗碳体，提高强度；同时cr的添加使钢的连续冷却转变曲线右移，从而细化片层间距，同时cr还可降低c的活度，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳倾向，有利用获得高的抗疲劳性能，还可提高耐蚀性和耐磨性，因而控制cr含量在0.20％～0.35％。
20、v：v元素能够明显的细化晶粒，晶粒细化不仅能提高钢材的强韧性，而且改善钢材的低温性能。另外v元素是强碳化物形成元素，相变初期在奥氏体晶界上的析出可以降低晶界c含量从而有效抑制网状渗碳体的产生，另外铁素体中析出的v(c、n)可以起到析出强化的作用，同时因为晶粒较细，还可提高耐蚀性能。v含量过高成本较高，v的范围可控制在0.04％～0.09％。
21、alt：alt是较强脱氧元素，同时提高钢的抗氧化性能，alt元素还能细化奥氏体晶粒。另外alt元素与氮结合形成aln，减少位错的钉扎效应，显著降低蓝脆倾向，同时提高冲击韧性，但alt含量过高，会形成粗大的碳氮化物引起脆性夹杂物含量过高，影响疲劳寿命。alt含量控制在0.015％-0.030％。
22、si：si作为固溶体硬化元素可显著提高高碳钢的强度，同时提高高碳钢盘条中的si含量有利于降低铁素体片层中c原子的偏聚程度，减少生成中心马氏体、网状渗碳体。同时si可以明显地推迟钢丝放热峰到更高温度范围，从而提高钢丝的热稳定性，因此si含量宜控制为1.00％～1.03％。
23、s和p：s、p等杂质元素在晶界处偏聚，将使耐延迟断裂性能大大降低。p元素能在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时偏聚在晶界，使钢的脆性显著增大，从而增加钢的延迟断裂敏感性；s元素形成mn s夹杂和在晶界偏析，从而增加钢的延迟断裂敏感性，因而p、s含量控制在p≤0.010％、s≤0.010％。
24、o和n：氧在钢中形成各种氧化物夹杂。在应力的作用下，在这些氧化物夹杂处容易产生应力集中，导致微裂纹的萌生，从而恶化钢的力学性能特别是韧性和抗疲劳性能。因此，在冶金生产中须采取措施尽可能降低其含量控制t.o≤0.0020％；n在钢中析出fe4n，扩散速度慢，导致钢产生时效性，同时n还会降低钢的冷加工性能，控制n≤0.0065％。
25、为了提高疲劳性能，满足高温条件的使用要求，提高si元素和mn元素含量，由于si和mn的固然强化作用及及高温时钒碳化物的存在，使位错移动困难，提高同复温度，保证300℃和350℃仍具有高强度，故化学成分需满足3.0≤(si+1.2*mn)/(8*v)≤7.0。为了不降低韧性，通过si元素添加，可以增加c原子在奥氏体中的活度，加速了相变时c原子的迁移，从而降低了铁素体片层中c原子聚集区的浓度，降低拉丝过程中应力在c原子偏聚区集中，提高钢丝的塑韧性和扭转性能，降低钢丝扭转过程中的分层现象。
26、为了实现高强度、塑韧性，获得良好的耐延迟断裂性能，严格控制h含量，本发明采用了“二火成材”工艺，即在连铸之后首先经过高温扩散退火改善铸坯偏析，将铸坯碳偏析指数控制在≤1.10，然后再经加热后进行高线轧制，实现的线材轧制，得到超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢的热轧盘条，热轧盘条的组织索氏体化率≥95％，晶粒度≥9级，中心马氏体≤1.0级，网状渗碳体≤1.0级；热轧盘条的抗拉强度≥1440mpa，断面收缩率≥37％。。这样的热轧盘条经过拉拔之后能够得到常温抗拉强度≥2320mpa，正反180°弯曲≥10次不断裂，360°扭转≥20次，扭转断口良好；200℃钢丝抗拉强度≥2180mpa，强度损失率≤7.0％，300℃钢丝抗拉强度≥1900mpa，强度损失率≤19.0％，360℃钢丝抗拉强度≥1700mpa，强度损失率≤26.0％的钢丝；所述钢丝经过绞线捻股后即能够得到2300mpa级别超高强度钢绞线，钢绞线成品的力学性能可达到下列要求：抗拉强度≥2330mpa，弹性模量190-210gpa，屈强比0.90～0.95，具有高疲劳性能≥200万次。
27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28、本发明采用高c-高si的成分设计体系，通过cr、v、ni、cu等进行微合金化，实现高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢的制备，无需添加贵重合金元素，成本低。
29、本发明通过在连铸后采用高温扩散退火来改善铸坯偏析，控制铸坯碳偏析指数≤1.10。
30、本发明钢种只需按本发明公开的成分范围，在转炉、电炉或其它冶炼炉中按常规冶炼工艺即可实现，并在普通高速线材轧机上采用普通轧制工艺以及斯太尔摩冷却线控冷的条件下就能生产出钢丝绳用高碳钢线材；经过常规的连续式拉拔、绞线捻股工艺即可生产出2300mpa级高强度预应力钢绞线；生产工艺简单，生产成本低。
1.一种超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢，其特征在于，所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢的化学成分及重量百分比为：c 0.89％～1.10％、mn0.70％～1.00％、cr0.20％～0.35％、v 0.04％～0.09％、alt 0.015％-0.030％、si 1.00％～1.30％、p≤0.010％、s≤0.010％、o≤0.0020％、n≤0.0065％，其余为fe和其它不可避免的杂质；其中，3.0≤(si+1.2*mn)/(8*v)≤7.0。
2.根据权利要求1所述的超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢，其特征在于，所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢热轧盘条的组织索氏体化率≥95％，晶粒度≥9级，中心马氏体≤1.0级，网状渗碳体≤1.0级；热轧盘条的抗拉强度≥1440mpa，断面收缩率≥37％。
3.根据权利要求1所述的超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢，其特征在于，所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢制成的钢丝的常温抗拉强度≥2320mpa，正反180°弯曲≥10次不断裂，360°扭转≥20次，扭转断口良好；
4.根据权利要求1所述的超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢，其特征在于，所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢制成的钢绞线成品的抗拉强度≥2330mpa，弹性模量190-210gpa，屈强比0.90～0.95，具有高疲劳性能≥200万次。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：冶炼→精炼→连铸→扩散退火→轧制→修磨剥皮→线材轧制→斯太尔摩冷却线控冷→盘条成品。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述精炼步骤包括lf炉精炼和rh真空脱气；rh真空脱气时，纯脱气时间≥15分钟，保证真空处理后[h]含量≤1.5ppm。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述连铸步骤中，钢水过热度控制在10～40℃，拉速2.1-2.3mm/min。
8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述扩散退火步骤中，退火温度1230-1260℃，保温时间10-12h。
9.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述线材轧制步骤中，首先在1140-1160℃均热80-100min，然后进行轧制，开轧温度940～980℃，终轧温度880～920℃，吐丝温度860～910℃。
10.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述斯太尔摩冷却线控冷步骤中，采用两段式冷却，首先以7-11℃/s的冷速冷却到570～630℃，停留15～35s，最后以≤4℃/s冷速缓慢冷却到常温。
11.一种超高疲劳性能耐热高强度钢绞线，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述超高疲劳性能耐热高强度钢绞线用钢经拉拔、绞线捻股得到。
