桥梁用钢丝绳QS82Mn 热处理工艺探索

马亚芹*，秦龙凯

（贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州贵阳，550001）

桥梁用钢丝绳QS82Mn 热处理工艺探索

马亚芹*，秦龙凯

（贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州贵阳，550001）

随着桥梁跨度增加，对桥梁用钢丝绳的强度要求越来越高，国外桥梁用钢丝抗拉强度可以达到了2000MPa以上。我国高强度桥梁缆索用钢丝绳一般用QS82Mn钢，抗拉强度≥1180MPa，断面收缩率≥32%，具有高强度和良好的塑形。本文采用离线奥氏体化和两段盐浴的方法对QS82Mn盘条进行热处理，探讨不同奥氏体化温度对钢丝盘条组织性能的影响，通过对风冷后的QS82Mn盘条进行离线盐浴热处理，来提高盘条的抗拉强度以及组织均匀性，获得珠光体片层间距138nm，抗拉强度达到1374Mpa，断面收缩率40.6%，具有良好的强韧性配合。从而得到最佳的热处理工艺。

钢丝绳；组织；强度；韧性；热处理工艺

引言

世界上新建桥梁跨越来越大，对桥梁用钢丝绳综合性能提出了越来越高的要求。国外桥梁用钢丝抗拉强度可以达到了2000MPa以上。我国高强度桥梁缆索用钢丝绳一般用 QS82Mn钢，其化学成分如表1：

表1 QS82Mn化学成分

自然时效后力学性能规定为：抗拉强度≥1180MPa，断面收缩率≥32%。对桥梁用钢丝绳要求索氏体化率大于85%，从而具有高强度和良好的塑形。目前获得索氏体组织普遍采取连续冷却珠光体转变，随冷却过程的进行将依次发生珠光体、索氏体、屈氏体（索氏体是细片状珠光体，屈氏体是更细片状珠光体）转变，层片间距越来越细，产生组织不均匀，导致索氏体化率降低。本文采用离线奥氏体化和两段盐浴的方法对 QS82Mn盘条进行热处理，盐浴索氏体化工艺加工过程中发生的是等温转变，索氏体片层间距大小一致，组织均匀性也得到了较大的提高。通过查阅相关文献并结合生产实践经验，对直径为14mm的QS82Mn热轧原始盘条设置了四组奥氏体化温度：900℃、920℃、940℃、960℃；四组等温转变温度480℃、500℃、520℃、550℃，使用44%NaCl+56%MgCl2盐浴熔盐，熔点为430℃，使用温度条件为450-800℃，探讨不同热处理工艺条件对钢丝盘条组织性能的影响，从而制定合适的热处理工艺。

1 热处理

用箱式电阻炉，分别将直径为14mm的圆棒形状的实验钢材加热到 900℃、920℃、940℃、960℃奥氏体化，在奥氏体温度下保温30min分钟，将加热后的钢材放在500℃盐浴炉中进行第一步冷却，冷却20秒后立即将实验材料转移到恒温盐浴炉，分别在520℃、500℃、550℃和480℃盐浴炉中进行第二步冷却，在恒温溶液浴中等温10分钟将实验材料拿出来放在水中进行冷却。采用两步法盐浴热处理，主要是使盐浴中的温度场更均匀稳定，降低盐浴过程中温度的波动。

2 奥氏体化温度对盘条珠光体球团尺寸大小的影响：

由固态相变理论知道，奥氏体晶粒、珠光体团直径、片间距均影响钢强度和塑性。随珠光体片间距及珠光体团直径减小，珠光体的强度、硬度及塑性均提高，随着珠光体形成温度的变化，珠光体片间距的变化远大于珠光体团直径的变化，因此片间距的影响更为重要，珠光体片间距减小时，铁素体与渗碳体片都变薄相界面增多，在外力的作用下，抗塑性变形能力增大，且由于铁素体和渗碳体片都很薄，在外力作用下可以滑移而产生塑性变形，也可以弯曲，使钢的塑性变形能力增大。珠光体团直径减小，则单位体积内层片排列方向增多，使局部发生大量塑性变形而引起的应力集中的可能性减少，因此既提高了强度又提高了塑性。

原始奥氏体晶粒细小（由奥氏体化温度决定，温度越高奥氏体晶粒越粗大），单位体积内的晶界面积增大，珠光体形核部位增多，将促进珠光体的形成，而导致珠光体团直径变小，有利于提高钢的强度。 珠光体团直径和片间距越小，强度越高，同时塑性也越大。

珠光体球团大小和层片间距通过5000倍和20000倍的扫描照片进行统计,如图1所示，,保温时间均为 10min，随奥氏体化温度升高，珠光体团直径呈线性增加，因为温度越高，奥氏体晶粒尺寸越大，导致珠光体团直径也越大。

图1 热处理密珠光体球团尺寅的影响

图中可以看出，随着等温转变温度的降低，珠光体球团尺寸随着等温转变温度的降低而呈现减小趋势。因为等温转变温度越低，奥氏体向珠光体相转变的过冷度增大，珠光体形核位置也增多，碳扩散速度减慢，减小珠光体片层生长空间和减慢珠光体长大的速度，从而使珠光体球团尺寸变小。通过性能测试筛选了4组热处理温度组合进行珠光体层间距与珠光体球团尺寸测试，结果如下表2：

表2 珠光体球团及层间距尺寅

对应的显微组织如图2

图2 不同热处理工艺下QS82Mn盘条的显微组织

比较四种组织可以看出，（c）图珠光体层之间的距离比（a）（b）小，组织比（d）均匀，（d）珠光体层间距小，但由于等温转变温度过低，碳扩散困难，组织不均匀，有时产生部分贝氏体，影响线材的机械性能，

3 力学性能测试

对不同层间距、索氏体化率、珠光体球团进行力学性能测试，将16组试验数据进行线性拟合，讨论高碳钢盘条组织对性能影响，如图3。图3-（a）索氏体转化率随着珠光体片层间距的增加而降低，图3-（b）显示断面收缩率随着片层间距的增加而降低，图3-（c）显示出抗拉强度随着片层间距的增加而略微的降低。图3-（d）为断面收缩率随着珠光体球团尺寸增加而降低，而且随着奥氏体化温度的升高，断面收缩率减小的倾向越来越小。

图3 珠光体组织与盘条性能的关系

通过微电脑电子万能试验机测试不同盐浴热处理后的线材的拉伸强度，伸长率，截面收缩率和应力 - 应变曲线。原丝线拉伸强度为1324MPa，截面收缩率为38.3%。

奥氏体化和等温转变后，各种热处理条件下的机械性能如图4所示。

图4-（a）不同热处理条件下钢丝的拉伸强度，总体趋势是随着盐浴热处理温度的升高，钢丝的抗拉强度呈下降趋势。 对于较低的奥氏体化温度，例如900℃和 920℃，在 480℃的等温转变温度下的低盐浴热处理下，拉伸强度相对较低，偏离正常趋势。从图中可以明显地看到，伴随着盐浴等温热处理温度的升高，不同奥氏体化温度对钢丝抗拉强度的影响逐渐减小。只有960℃-480℃组合和 920℃-500℃这两个组合的盐浴热处理之后的钢丝盘条强度高于原始钢丝盘条的抗拉强度。

图4-（b）是盐浴的等温转变温度对截面收缩的影响。 随着温度的升高，截面收缩率呈下降趋势，不同奥氏体化温度对收缩率的影响逐渐降低。

920℃离线奥氏体化、500℃盐浴等温的盘条具有最好的索氏体相强化效果，所以具有最高的强度，抗拉强度达到 1374MPa,断面收缩率40.6%。

图4(a) 热处理密盘条抗拉强度(b) 断面收缩率

4 结束语

通过对风冷后的QS82Mn盘条进行离线盐浴热处理工艺，来提高盘条的抗拉强度以及组织均匀性。利用离线奥氏体化和两段式盐浴热处理工艺，采取显微组织和力学性能等观察检测分析得到以下结论：

大多数经过盐浴热处理的 QS82Mn盘条索氏体的体积分数更高，经过盐浴热处理的盘条金相组织中均未发现马氏体组织。经过盐浴等温热处理后，盘条的珠光体片层排列更加整齐规则，随着盐浴保温温度的升高，QS82Mn盘条的索氏体片层间距增加，索氏体的体积分数逐渐减小，珠光体球团的尺寸增大。离线盐浴热处理后的 QS82Mn盘条的抗拉强度基本随着索氏体片层间距的增加以及索氏体体积分数的减小而呈降低趋势。其中920℃离线奥氏体化、500℃盐浴等温的盘条具有最好的索氏体相强化效果，珠光体片层间距138nm，抗拉强度最高达到1374Mpa，断面收缩率40.6%，具有良好的强韧性配合。

最佳热处理工艺为：920℃奥氏体化、500℃盐浴等温冷却。

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An Explore on Heat Treatment of Suspension Bridge Wire QS82Mn

MA Yaqin*,QIN Longkai
(Faculty of Material Science and Civil Engineering,Guizhou Normal University,Guiyang,550001,China)

The increasing bridge span has been putting a severe strain on the strength of the suspension bridge wire,and the tensile strength of bridge wire in some countries has reached 2000Mpa. Typically,the bridge wire used in China is QS82Mn with the tensile strength exceeding 1180Mpa and the reduction of area exceeding 32%,which is of high-tensility and good plasticity. This paper employs offline austenitization and two-stage salt bath heat treatment in the experiment,and influences on the performance of rod QS82Mn under various temperatures are discussed. By offline austenitizing the air-blown rod QS82Mn,its tensile strength and homogeneity of structure are both improved,with the inter-lamellar pearlite spacing of 138nm,the tensile strength reaching 1374Mpa,and the reduction of area reaching 40.6%. Consequently,the optimal heat treatment process is explored.

wire rope,structure,tensile strength,toughness,heat treatment

TP302

A

1672-9129(2017)06-0063-03

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.06.022

马亚芹,秦龙凯. 桥梁用钢丝绳QS82Mn热处理工艺探索[J]. 数码设计,2017,6(6)： 63-64.

Cite：MA Yaqin,QIN Longkai. An Explore on Heat Treatment of Suspension Bridge Wire QS82Mn[J]. Peak Data Science,2017,6(6)： 63-64.

2017-02-06；

2017-03-12。

马亚芹（1966-），女，贵州贵阳，教授，研究方向：事金属材料热处理。

Email：idan_dan2002@126.com