本发明属于钢绞线，具体涉及一种2300mpa级别超高强度钢绞线用钢及其生产方法及一种2300mpa级别超高强度钢绞线。
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。
5、中国专利cn 113897544 a公开了一种稀土高强高韧预应力钢绞线用盘条及其冶炼轧制生产方法，其化学成分的质量百分比含量为：c：0.70％～0.90％、si：0.1 0％～0.30％、mn：0.6 0％～0.9 0％、p≤0.025％、s≤0.025％，v：0.01％～0.07％，cr：0.15％～0.35％，re：0.0020％～0.0040％，其余为fe及不可避免的杂质。本发明的盘条强度级别大于1570mpa级，通过稀土la、ce元素的添加配合高拉碳工艺使铸坯中心偏析得到改善优化，盘条热轧状态初验性能优异，延伸率、断面收缩率等塑性指标有所提升，使高碳钢没有明显的韧脆转变温度区间，提升了钢绞线用钢的整体性能。该发明需要添加稀土提高强度和韧性，成本较高难度较大。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种2300mpa级别超高强度钢绞线用钢及其生产方法，主要通过cr、v、ti等进行微合金化，无需添加贵重合金元素，成本低，具有高强度、高韧性，用其生产的钢绞线的抗拉强度≥2330mpa，弹性模量190-210gpa，屈强比0.90～0.95，偏析拉伸损失≤20％，120h应力松弛损失率为≤1.5％，同时具有良好的耐延迟断裂性能。
2、本发明还提供了一种2300mpa级别超高强度钢绞线，采用本发明所述的2300mpa级别超高强度钢绞线用钢经拉拔、绞线捻股得到。
3、本发明采取的技术方案如下：
4、本发明提供了一种2300mpa级别超高强度钢绞线用钢，所述2300mpa级别超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 0.68％～0.80％、cr0.20％～0.35％、v 0.055％～0.080％、ti 0.010％～0.030％、si 0.95％～1.15％、alt≤0.005％、p≤0.010％、s≤0.010％、o≤0.0020％、n≤0.0065％，其余为fe和不可避免的杂质元素；其中，0.65≤mn/c≤0.88，0.6≤1.5*cr+5.0*v+2.8*ti≤1.0，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。
5、所述2300mpa级别超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；索氏体片层间距≤130um；热轧盘条的抗拉强度rm≥1430mpa，断面收缩率z≥37％，延迟断裂强度比r＝rbn/rbn0≥0.6，其中rbn为氢试样的缺口抗拉强度，rbn0为未充氢试样的缺口抗拉强度。
6、所述2300mpa级别超高强度钢绞线用钢制成的钢绞线成品的抗拉强度≥2330mpa，屈强比0.90～0.95；弹性模量190-210gpa；偏析拉伸损失≤20％；120h应力松弛损失率为≤1.5％。
7、本发明还提供了所述2300mpa级别超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→高线轧制→控制冷却→盘条成品。
8、所述精炼步骤包括lf炉精炼和rh真空脱气；
9、rh真空脱气时，破真空前定[h]≤1.5ppm，这样能够获得良好的耐延迟断裂性能。
10、所述连铸步骤中，全程保护浇铸，采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，并进行轻压下，压下量8～12mm，过热度控制在20～40℃，拉速0.40-0.55mm/min；这样能够获得低偏析无缺陷的铸坯。
11、所述扩散退火步骤中，退火温度1200-1300℃，保温时间≥10h。采用高温扩散退火，能够进一步改善铸坯偏析，使铸坯碳偏析指数≤1.10。
12、连铸成380mm*450mm大方坯；扩散退火后轧制成160mm*160mm或者150mm*150mm方坯。
13、所述高线轧制步骤中，首先在1100～1200℃均热40～60min，然后进行轧制，开轧温度950～1000℃，终轧温度870～900℃，吐丝温度850～890℃。
14、所述控制冷却步骤中，首先以7 -11℃/s的冷速冷却到650～680℃，防止网状渗碳体的出现，同时获得大的过冷度，为获得片层间距细小的索氏体做准备；再以7-9℃/s的冷速冷却到580～620℃，停留10～15s使钢充分发生相变，获得索氏体组织；最后以≤3℃/s冷速冷却到常温，避免马氏体出现，即在相变后通过关闭风机，打开罩盖使以≤3℃/s冷速冷却到常温。
15、本发明还提供了一种2300mpa级别超高强度钢绞线，采用本发明所述2300mpa级别超高强度钢绞线用钢经拉拔、绞线捻股得到。
16、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。
17、本发明提供的2300mpa级别超高强度钢绞线用钢中的各化学成分的作用及控制如下：
18、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0.89％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％。
19、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0.68％～0.80％。
20、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％。
21、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0.055％～0.080％。
22、ti：ti元素形成的碳化钛能钉扎奥氏体晶界细化晶粒，且碳化钛对氢的捕集作较强，可改善钢的耐延迟断裂性能。另外ti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，同时因为晶粒较细，还可提高耐蚀性能。ti含量控制在0.010～0.030％。
23、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0.95％～1.15％。
24、alt：alt作为较强脱氧元素，极易与氧形成不可变性al2o3类型的脆性夹杂物，alt含量多形成的脆性夹杂物含量越多，尺寸越大，尤其是大尺寸脆性夹杂物会导致拉拔断裂影响使用，同时还会显著降低疲劳寿命。故为了控制夹杂物形态和尺寸，严格控制alt含量在≤0.005％。
25、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％。
26、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％。
27、为提高钢绞线的强度和塑韧性，本发明采用高c-高si-低mn的成分设计体系，对化学成分重新进行优化设计，1)考虑到mn含量对强度影响较小，为提高韧性适当降低mn含量，同时为了保证不会对材料的塑性及韧性有太大影响，成分需满足0.65≤mn/c≤0.88。2)添加适量的cr、v元素，一方面提高盘条抗拉强度，另一方面改善盘条组织性能，cr元素和v元素均是强碳化物形成元素，能够置换渗碳体内的铁原子而形成合金渗碳体，能阻止奥氏体晶粒长大，细化原奥氏体晶粒尺寸，可使相变前的冷却速度加大，提高索氏体化率，同时cr的添加使钢的连续冷却转变曲线右移，从而细化索氏体片层间距，提高强度和塑韧性。3)添加少量的v元素能抑制网状碳化物生成，同时改变晶界碳化物形态呈非连续状分散分布。4)为避免强度高带来的延迟断裂的风险，采用v、ti微合金化，一方面细化原奥氏体晶粒尺寸，增加晶界面积，避免局部氢浓度富集，提高钢的延迟断裂性能。另一方面形成碳化物作为氢陷阱，防止氢向易萌生裂纹的潜在危险部位富集，进而降低材料的氢脆敏感性，提高抗延迟断裂性能，化学成分需满足0.6≤1.5*cr+5.0*v+2.8*ti≤1.0。
28、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2300mpa级别超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；索氏体片层间距≤130um；热轧盘条的抗拉强度rm≥1430mpa，断面收缩率z≥37％。这样的热轧盘条经过拉拔、绞线捻股后即能够得到2300mpa级别超高强度钢绞线，无需经过盐浴处理，所得钢绞线无网状渗碳体和中心马氏体，钢绞线成品的力学性能可达到下列要求：抗拉强度rm≥2310mpa，弹性模量190-210gpa，屈强比0.90～0.95，具有良好的耐延迟断裂性能。
29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
30、本发明采用高c-高si-低mn的成分设计体系，通过cr、v、ti等进行微合金化，实现高强度、塑韧性的热轧盘条的制备，无需添加贵重合金元素，成本低。
31、本发明通过对精练、连铸进行控制，并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。
32、本发明在高线轧制后，采用三段冷却方式，有效控制了盘条由奥氏体区到相变点以及整个相变区间的转变速度，使得相变过程平稳、相变时间增加，有利于提高盘条的索氏体含量及减少异常组织的产生，有利于控制终冷温度和终冷速度，减少或者杜绝异常组织的产生。
1.一种2300mpa级别超高强度钢绞线用钢，其特征在于，所述2300mpa级别超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％、mn0.68％～0.80％、cr 0.20％～0.35％、v 0.055～0.080％、ti 0.010％～0.030％、si 0.95％～1.15％、alt≤0.005％、p≤0.010％、s≤0.010％、o≤0.0020％、n≤0.0065％，其余为fe和不可避免的杂质元素；其中，0.65≤mn/c≤0.88，0.6≤1.5*cr+5.0*v+2.8*ti≤1.0。
2.根据权利要求1所述的2300mpa级别超高强度钢绞线用钢，其特征在于，所述2300mpa级别超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；索氏体片层间距≤130um；热轧盘条的抗拉强度rm≥1430mpa，断面收缩率z≥37％，延迟断裂强度比r＝rbn/rbn0≥0.6，其中rbn为氢试样的缺口抗拉强度，rbn0为未充氢试样的缺口抗拉强度。
3.根据权利要求1所述的2300mpa级别超高强度钢绞线用钢，其特征在于，所述2300mpa级别超高强度钢绞线用钢制成的钢绞线成品的抗拉强度≥2330mpa，屈强比0.90～0.95；弹性模量190-210gpa；偏析拉伸损失≤20％；
4.一种如权利要求1-3任意一项所述2300mpa级别超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→高线轧制→控制冷却→盘条成品。
5.根据权利要求4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，破真空前定[h]≤1.5ppm。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述连铸步骤中，采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，并进行轻压下，压下量8～12mm，过热度控制在20～40℃，拉速0.40-0.55mm/min。
7.根据权利要求4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1200-1300℃，保温时间≥10h。
8.根据权利要求4-7任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述高线轧制步骤中，首先在1100～1200℃均热40～60min，然后进行轧制，开轧温度950～1000℃，终轧温度870～900℃，吐丝温度850～890℃。
9.根据权利要求4-7任意一项所述的生产方法，其特征在于，所述控制冷却步骤中，首先以7-11℃/s的冷速冷却到650～680℃，再以7-9℃/s的冷速冷却到580～620℃，停留10～15s，最后以≤3℃/s冷速冷却到常温。
10.一种2300mpa级别超高强度钢绞线，其特征在于，采用权利要求1-3任意一项所述2300mpa级别超高强度钢绞线用钢经拉拔、绞线捻股得到。
