新型高性能预应力钢丝钢铰线的研制及其产业化前景

李琳涛 周伟东

(广东双锐实业有限公司，广东 梅州 514000)

0 前言

预应力钢丝钢铰线属于新一代先进结构材料，与传统的钢材相比，具有强度高、抗松驰性能好、节省钢材、提高结构刚度及稳定性等优点，在建筑、现代装备、轨道车辆、汽车、制造、水利水电工程、核电和风电设备等领域应用十分广阔。然而，随着各应用领域的发展，其对预应力钢丝钢铰线的强度、抗松驰稳定性和耐腐蚀性等综合性能的要求也越来越高，特别是在一些高端应用领域，例如高速铁路、核电工业等，目前我国行业所提供的预应力钢材已不能满足市场需求。因此，为满足我国高铁、核电等尖端领域的重大需求和关键材料国产化问题，有必要研究新一代高强度低松驰耐腐蚀预应力钢丝钢铰线。

1 国内外技术发展现状和趋势

欧美等发达国家在预应力钢丝的生产领域具有以下特点：得益于高速连续拉拔技术的发展，生产效率高；具有健全的质量保障体系，从原料、半成品到成品都进行严格控制；具有多品种高质量的热轧盘条，盘条的钢种和规格，可以根据对成品线材的需要加以定制；全自动酸洗和机械除锈技术成熟，可以有效地减少环境污染。就产品性能而言，国外高强度低松弛预应力钢丝的强度级别普遍达1670MPa以上，且具有优异的抗应力松弛性能，1000h应力松弛率可控制在1.5%左右，同时兼具良好的耐蚀性能。

目前国内生产预应力钢丝的企业有200余家，但真正具备完善的生产技术和检测能力的企业仅30余家，其主导产品为低松弛光面钢丝和三面刻痕钢丝。与发达国家相比，我国预应力钢丝的差距主要体现在三个方面：强度级别较低、抗应力松弛性能较差以及产品的品种规格较为单一。目前，国内预应力钢丝的强度级别大多在1570MPa以下，少数能达1860MPa，而国外普遍在1670MPa以上，最高甚至能超过2000MPa；1000h应力松弛率在2.5%左右，明显高于国外的1.5%；产品规格主要为φ3.0～7.0mm，且品种较为单一。

2 新型高性能预应力钢丝钢铰线研究方向

2.1 线材高速连续拉拔过程质量控制技术

采用有限元数值模拟研究高速连续拉拔过程的热效应对盘条在多道次拉拔过程中的组织性能演变规律的影响；研究拉拔工艺与产品组织性能之间的关系。

2.2 线材高速连续拉拔工艺与模具优化

根据拉丝线材的类型和润滑剂的性能等条件研究符合生产条件的拉丝模工作区和定径带。

2.3 高强度低松弛预应力钢丝在线稳定化处理技术

研究加热温度、张力和冷却方式等稳定化工艺参数对产品强度、塑性和抗松弛等性能的影响；研究应力松弛与稳定化微观机理，优化稳定化处理工艺。

2.4 高强度低松弛预应力钢丝钢铰线防腐和表面处理技术

研究预应力钢丝在不同温度和气氛等使用环境下的腐蚀动力学，应力腐蚀行为；研究环氧树脂和Zn-Al-RE合金涂层的成分优化与选择，涂覆工艺与结合强度及耐蚀性能之间的关系。

2.5 原材料(热轧盘条)入库标准体系建设

研究热轧盘条的化学成分、显微组织、力学性能和表面质量对预应力钢丝加工工艺和产品性能的影响，从而对热轧盘条化学成分、显微组织、力学性能和表面质量提出具体的相应要求，建立一套适合行业发展的原材料入库标准。

3 市场应用前景

近年来，随着我国建筑业等行业对钢材品种、质量等要求的不断提升。预应力钢材需求明显增多，市场前景看好，产品供不应求。而且应用领域正在迅速扩大，目前己应用于预应力钢结构铁路和公路桥梁、城市立交桥、电视塔、核电站、砼筒仓、水利工程以及预应力砼标准件，如轨枕、电杆、输小管、吊车梁、大型屋面板、V型板、马鞍型双曲层面板等领域。特别是量大面广的多层住宅对预应力钢材的需求在不断扩大。

2000年，国家在修订钢筋混凝土构件设计规范时，在标准建筑构件中，如屋架等，淘汰了冷拉II、III、Ⅳ级钢筋，用高强度预应力钢丝、钢铰线替代。此外，水利水电工程、港口工程、海洋石油平台、污水处理系统等，都需应用预应力钢材，潜在的市场有待进一步开发。

然而，随着预应力钢材的应用领域的拓展，需求量逐年递增，国产预应力钢材不能满足国内市场需求。近年每年从国外进口的各类预应力钢材(钢丝和钢铰线)在50-100万吨。据业内人士的调研，预计在“十三五”期间，我国年均消费新型高性能预应力钢丝钢铰线将达到200万吨左右。

专家建议，目前还需要尽快解决预应力钢材应用中存在的技术难题，如预应力钢材耐久性问题，提高预应力钢材的防腐性；住宅建筑中如何合理使用预应力钢材，降低工程的造价；预应力砼建筑的抗震问题等等。同时，按照不同领域的使用需求，开发新品，满足国内市场对预应力钢材的需求。