新型高性能預應力鋼絲鋼鉸線的研制及其產業化前景

李琳濤 周偉東

(廣東雙銳實業有限公司，廣東 梅州 514000)

0 前言

預應力鋼絲鋼鉸線屬于新一代先進結構材料，與傳統的鋼材相比，具有強度高、抗松馳性能好、節省鋼材、提高結構剛度及穩定性等優點，在建筑、現代裝備、軌道車輛、汽車、制造、水利水電工程、核電和風電設備等領域應用十分廣闊。然而，隨著各應用領域的發展，其對預應力鋼絲鋼鉸線的強度、抗松馳穩定性和耐腐蝕性等綜合性能的要求也越來越高，特別是在一些高端應用領域，例如高速鐵路、核電工業等，目前我國行業所提供的預應力鋼材已不能滿足市場需求。因此，為滿足我國高鐵、核電等尖端領域的重大需求和關鍵材料國產化問題，有必要研究新一代高強度低松馳耐腐蝕預應力鋼絲鋼鉸線。

1 國內外技術發展現狀和趨勢

歐美等發達國家在預應力鋼絲的生產領域具有以下特點：得益于高速連續拉拔技術的發展，生產效率高；具有健全的質量保障體系，從原料、半成品到成品都進行嚴格控制；具有多品種高質量的熱軋盤條，盤條的鋼種和規格，可以根據對成品線材的需要加以定制；全自動酸洗和機械除銹技術成熟，可以有效地減少環境污染。就產品性能而言，國外高強度低松弛預應力鋼絲的強度級別普遍達1670MPa以上，且具有優異的抗應力松弛性能，1000h應力松弛率可控制在1.5%左右，同時兼具良好的耐蝕性能。

目前國內生產預應力鋼絲的企業有200余家，但真正具備完善的生產技術和檢測能力的企業僅30余家，其主導產品為低松弛光面鋼絲和三面刻痕鋼絲。與發達國家相比，我國預應力鋼絲的差距主要體現在三個方面：強度級別較低、抗應力松弛性能較差以及產品的品種規格較為單一。目前，國內預應力鋼絲的強度級別大多在1570MPa以下，少數能達1860MPa，而國外普遍在1670MPa以上，最高甚至能超過2000MPa；1000h應力松弛率在2.5%左右，明顯高于國外的1.5%；產品規格主要為φ3.0～7.0mm，且品種較為單一。

2 新型高性能預應力鋼絲鋼鉸線研究方向

2.1 線材高速連續拉拔過程質量控制技術

采用有限元數值模擬研究高速連續拉拔過程的熱效應對盤條在多道次拉拔過程中的組織性能演變規律的影響；研究拉拔工藝與產品組織性能之間的關系。

2.2 線材高速連續拉拔工藝與模具優化

根據拉絲線材的類型和潤滑劑的性能等條件研究符合生產條件的拉絲模工作區和定徑帶。

2.3 高強度低松弛預應力鋼絲在線穩定化處理技術

研究加熱溫度、張力和冷卻方式等穩定化工藝參數對產品強度、塑性和抗松弛等性能的影響；研究應力松弛與穩定化微觀機理，優化穩定化處理工藝。

2.4 高強度低松弛預應力鋼絲鋼鉸線防腐和表面處理技術

研究預應力鋼絲在不同溫度和氣氛等使用環境下的腐蝕動力學，應力腐蝕行為；研究環氧樹脂和Zn-Al-RE合金涂層的成分優化與選擇，涂覆工藝與結合強度及耐蝕性能之間的關系。

2.5 原材料(熱軋盤條)入庫標準體系建設

研究熱軋盤條的化學成分、顯微組織、力學性能和表面質量對預應力鋼絲加工工藝和產品性能的影響，從而對熱軋盤條化學成分、顯微組織、力學性能和表面質量提出具體的相應要求，建立一套適合行業發展的原材料入庫標準。

3 市場應用前景

近年來，隨著我國建筑業等行業對鋼材品種、質量等要求的不斷提升。預應力鋼材需求明顯增多，市場前景看好，產品供不應求。而且應用領域正在迅速擴大，目前己應用于預應力鋼結構鐵路和公路橋梁、城市立交橋、電視塔、核電站、砼筒倉、水利工程以及預應力砼標準件，如軌枕、電桿、輸小管、吊車梁、大型屋面板、V型板、馬鞍型雙曲層面板等領域。特別是量大面廣的多層住宅對預應力鋼材的需求在不斷擴大。

2000年，國家在修訂鋼筋混凝土構件設計規范時，在標準建筑構件中，如屋架等，淘汰了冷拉II、III、Ⅳ級鋼筋，用高強度預應力鋼絲、鋼鉸線替代。此外，水利水電工程、港口工程、海洋石油平臺、污水處理系統等，都需應用預應力鋼材，潛在的市場有待進一步開發。

然而，隨著預應力鋼材的應用領域的拓展，需求量逐年遞增，國產預應力鋼材不能滿足國內市場需求。近年每年從國外進口的各類預應力鋼材(鋼絲和鋼鉸線)在50-100萬噸。據業內人士的調研，預計在“十三五”期間，我國年均消費新型高性能預應力鋼絲鋼鉸線將達到200萬噸左右。

專家建議，目前還需要盡快解決預應力鋼材應用中存在的技術難題，如預應力鋼材耐久性問題，提高預應力鋼材的防腐性；住宅建筑中如何合理使用預應力鋼材，降低工程的造價；預應力砼建筑的抗震問題等等。同時，按照不同領域的使用需求，開發新品，滿足國內市場對預應力鋼材的需求。