日本高強鋼絲開發最新進展探析

      線材採用鉛浴淬火處理、拔絲加工獲得高強度鋼絲。作為實用鋼，這種高強度鋼絲具有很高的強度，鋼絲直徑從細徑鋼簾線到粗徑橋樑用鋼絲，被廣泛應用。鋼簾線作為給予輪胎剛性的骨架材使用，橋樑用鋼絲作為承載全橋重量的主鋼纜使用，所以，鋼簾線和橋樑用鋼絲都要求高強度和疲勞特性。而且，高強度鋼絲在製造工序或使用中承受扭曲變形，如果扭曲變形時發生縱向裂紋，抗載荷和疲勞特性均降低，因此，要求鋼絲具有抗縱裂性。現將日本高強鋼絲開發最新進展描述如下：
　　
　　線材採用鉛浴淬火處理、拔絲加工獲得高強度鋼絲。作為實用鋼，這種高強度鋼絲具有很高的強度，鋼絲直徑從細徑鋼簾線到粗徑橋樑用鋼絲，被廣泛應用。鋼簾線作為給予輪胎剛性的骨架材使用，橋樑用鋼絲作為承載全橋重量的主鋼纜使用，所以，鋼簾線和橋樑用鋼絲都要求高強度和疲勞特性。而且，高強度鋼絲在製造工序或使用中承受扭曲變形，如果扭曲變形時發生縱向裂紋，抗載荷和疲勞特性均降低，因此，要求鋼絲具有抗縱裂性。由於材料和製造技術的發展，已能夠滿足這些要求。目前，4000MPa級強度的鋼簾線和1800MPa級強度的橋樑用鋼絲已實用化。下面介紹鋼簾線和橋樑用鋼絲的強度和材料變化。
　　
　　鋼簾線
　　
　　在高強度鋼絲中，鋼簾線是強度最高的材料，鋼簾線是將線徑0.15-0.38mm、強度3000-4000MPa的超細鋼絲絞合而成，作為輪胎、傳送帶等橡膠製品的補強材料使用。輪胎用鋼簾線是20世紀上半葉開發的，但真正開始使用是從20世紀60年代後半期。隨著機動化的發展，鋼簾線用量飛速增加。20世紀60年代使用的鋼簾線用鋼絲是0.7%C鋼，因為以改善燃料利用率為目的的輪胎輕量化，要求鋼簾線進一步提高強度。通過提高拔絲加工應變，來提高鋼絲的強度，但因為易發生縱裂，所以採用鉛浴淬火處理來提高強度和增加拔絲加工硬化率。在鉛浴淬火處理的高強度化中，增加滲碳體體積率和珠光體片層間距微細化是有效的方法。在增加拔絲加工硬化率中，片層間距微細化對提高強度有效。提高c含量和添加Cr對兩種方法均有效，所以，這兩種方法成為高強度化的主要方法，從20世紀80年代開始使用0.8%C共析鋼，最近使用0.9%過共析鋼，現在開發的主要是C含量≥0.9%的Cr添加鋼。C含量超過1.0%的過共析Cr添加鋼也在開發之中。
　　
　　在像鋼簾線這樣超細鋼絲的拔絲中，雜夾物是斷絲的主要原因。為減少粗大夾雜物，將澆鑄階段生成的夾雜物在其後的軋制、拔絲工序中變形、破碎，微細化到無害尺寸是有效的方法。因低熔點夾雜物變形良好，所以，正在進行非金屬夾雜物低熔點化的研究。由於這種鋼材的開發和拔絲技術的進步，當初2800MPa級的鋼簾線強度，20世紀80年代提高到3200-3400MPa級;90年代初期達到3600MPa級，現在已達到4000MPa級，目前正在進行超過4000MPa級鋼簾線的研發。
　　
　　橋樑用鋼絲
　　
　　主跨長度超過500m的大橋基本是懸索橋或斜拉橋，採用熱浸鍍鋅鋼絲捻成的鋼絞線支撐。懸索橋用的鍍鋅鋼絲線徑約5mm，斜拉橋使用線徑7mm左右的鋼絲。日本最早的懸索橋是若戶大橋（1962年建成，主跨長度367m），當時主要使用1570MPa級0.8%C材（JISG3502的SWRS82B）。但是，隨著橋樑跨度增加，為了降低施工成本和縮短工期，要求鍍鋅鋼絲高強度化。在結構用鋼標準（JSSⅡ）中，對橋樑用鍍鋅鋼絲規定了用扭曲試驗扭曲到斷裂的扭曲次數下限值。由於產生縱裂的鋼絲斷裂扭曲次數降低，所以，抑制縱裂變得更為重要。因此，與鋼簾線一樣，通過增加C量和添加Cr達到高強度化的例子很多。而且抑制熱浸鍍鋅槽加熱時的強度降低也很重要，增加Si含量是極有效的方法。熱浸鍍鋅工序的強度降低是因為滲碳體片層斷開，拉伸的片層組織斷裂。Si幾乎不固溶在滲碳體中，所以當珠光體相變時，從滲碳體相向相鄰的鐵素體相擴散，在滲碳體和鐵素體界面富集。認為該Si富化層成為隨碳C擴散的滲碳體斷開和球化的障礙。世界最長的懸索橋日本明石海峽大橋（1770MPa級），採用的是0.82%C-Si鋼。作為斜拉橋用鋼，使用0.88%C-Si-Cr鋼的1770MPa級正在實用化。
　　
　　上述總結了高碳鋼絲的開發狀況和最近的技術動向。該領域從很早就開始了研發，但近年來，為節省資源和降低成本，需要進一步提高鋼材的強度，目前正在進行以強度4500MPa級鋼簾線，強度2000MPa級橋樑用鍍鋅鋼絲為目標的研發，期待今後的發展。

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