Благодаря крупным национальным проектам, таким как супергидроэлектростанция на реке Ярлунг Зангбо и высокоскоростная железная дорога Сюншан, предварительно напряженные стальные пряди в качестве основных несущих материалов стали незаменимыми ключевыми продуктами в секторе инфраструктуры благодаря своим превосходным механическим свойствам и стабильной надежности. Ожидается, что в 2025 году объем внутреннего рынка предварительно напряженных стальных прядей превысит 58 миллиардов юаней, а годовой рост составит 8,5%. Утонченная модернизация производственных процессов и технологические инновации приводят к тому, что итерация продукта становится «сверхвысокой прочностью, низким уровнем релаксации и длительным сроком службы», обеспечивая надежную поддержку для более экстремальных инженерных сценариев.
Основные характеристики: Три основных преимущества. Необходимость кузнечного машиностроения
Основная конкурентоспособность предварительно напряженных стальных прядей обусловлена тройным преимуществом «прочность + стабильность + адаптируемость», что делает их незаменимыми в условиях высоких напряжений и сложных условий. Во-первых, основным преимуществом является сверхвысокая механическая прочность. Основная продукция имеет предел прочности на разрыв от 1860 МПа до 2400 МПа, а сверхвысокопрочная продукция класса 2200 МПа широко используется в проектах высокоскоростных железных дорог и гидроэнергетики. По сравнению с традиционными продуктами их прочность увеличена более чем на 40%, что позволяет эффективно снизить расход инженерных материалов и обеспечить облегчение конструкции. Во-вторых, отличные характеристики низкой релаксации: при длительном напряжении остаточная деформация контролируется в пределах 2,5%, а скорость релаксации за 1000 часов составляет ≤2,0% (для класса 1860 МПа), что позволяет сохранять эффект предварительного напряжения в течение длительного времени и обеспечивать долговременную стабильность мостов, туннелей и других конструкций. В-третьих, широкая адаптируемость к сценариям: технические характеристики продукта охватывают диаметры 12,7–21,6 мм, в основном структуры 1 × 7 и 1 × 19. Антикоррозионная обработка, такая как эпоксидное покрытие и горячее цинкование, может быть адаптирована в соответствии с инженерными потребностями, адаптируясь к мостам, ветряным электростанциям, резервуарам для хранения СПГ и другим различным сценариям, при этом отвечая требованиям использования в экстремальных условиях, таких как альпийские -40 ℃ и прибрежные брызги с высоким содержанием соли.
Производственный процесс: полный контроль точности процесса создает высококачественную продукцию
Производство предварительно напряженных стальных прядей представляет собой систематический проект «выбора сырья – обработки и формовки – повышения производительности». Каждый процесс напрямую определяет механические свойства и стабильность продукта. Основной процесс разделен на четыре основных звена:
Шаг 1: Подготовка сырья и усиление волочения проволоки
В качестве основного материала выбрана качественная катанка из высокоуглеродистой стали (содержание углерода 0,75%-0,95%). Сначала проводится строгая обработка поверхности - удаление оксидной окалины травлением, обезжиривание промывкой щелочью и нейтрализация промывкой водой, чтобы обеспечить чистоту и отсутствие загрязнений стальной базовой поверхности. Затем он переходит к процессу непрерывного волочения проволоки, применяя технологию «многопроходное постепенное уменьшение диаметра + онлайн-термообработка» для волочения стальной проволоки до заданного диаметра (например, φ5,0 мм для стальной пряди структуры 1×7 φ15,2 мм). В то же время сорбитное преобразование достигается за счет контроля температуры (450-550 ℃) для улучшения прочности на разрыв и ударной вязкости стальной проволоки. При волочении проволоки используется специальная смазка, чтобы избежать появления царапин на поверхности, влияющих на последующую производительность.
Шаг 2. Формовка скрутки для обеспечения структурной однородности
Несколько тянутых стальных проволок (например, 6 боковых проволок + 1 центральная проволока для структуры 1×7) подаются в крутильную машину и скручиваются в соответствии с заданной длиной свивки (обычно в 12-16 раз больше диаметра стальной пряди) и направлением свивки (левая или правая скрутка) для формирования заготовки стальной пряди. Чтобы уменьшить остаточное напряжение, в некоторых высококачественных продуктах используется «процесс предварительной деформации» - предварительное сгибание стальной проволоки в дугу перед скруткой, что делает структуру многожильных стальных прядей более плотной, распределение напряжений более равномерным во время нагрузки и позволяет избежать риска локального разрушения.
Шаг 3: Стабилизационная обработка для достижения низких релаксационных характеристик
Это основной процесс производства предварительно напряженных стальных прядей, обеспечивающий низкую эффективность релаксации за счет «непрерывного отпуска + снятия напряжений». Многопроволочная стальная прядь отправляется в печь непрерывной стабилизации, где выдерживается при температуре 420-460 ℃ в течение 2-3 часов, при этом одновременно создается определенное предварительное напряжение (около 20-30% от номинальной прочности на разрыв). Остаточные напряжения внутри стальной проволоки устраняются термомеханической обработкой, что способствует организационной стабилизации. Для изделий сверхвысокой прочности (свыше 2200 МПа) добавляется технология «зонального контроля температуры», чтобы обеспечить постоянство характеристик стальной пряди по всей длине, а степень релаксации дополнительно снижается до ≤1,5%.
Шаг 4: Антикоррозионная обработка и проверка готовой продукции
В соответствии с потребностями сценариев применения стальная прядь подвергается антикоррозионной обработке: для общих сценариев применяется пассивационная обработка без хрома для повышения коррозионной стойкости; для суровых сред (например, морские и химические месторождения) для повышения коррозионной стойкости применяется эпоксидное покрытие (толщина ≥0,18 мм) или горячее цинкование (вес цинкового слоя ≥300 г/м²). Линия контроля готовой продукции использует двойную проверку «онлайн + офлайн»: онлайн-контроль допуска на внешний диаметр (±0,02 мм) с помощью лазерного датчика диаметра и вихретоковое обнаружение дефектов поверхности; автономный отбор проб на прочность на растяжение, скорость релаксации, испытание на изгиб, испытание в солевом тумане и т. д., чтобы убедиться, что продукт соответствует требованиям национального стандарта GB/T 5224-2014, а неквалифицированные продукты напрямую отбраковываются.
Технологическая модернизация: одновременное развитие интеллекта и «зеленизация»
В настоящее время индустрия предварительно напряженной стальной пряжи ускоряет переход к «точности и низкой карбонизации». С точки зрения интеллекта, ведущие предприятия внедрили системы управления с замкнутым контуром искусственного интеллекта, которые в режиме реального времени регулируют скорость волочения проволоки, температуру отпуска и параметры длины свивки, контролируя диапазон колебаний прочности продукта в пределах ± 30 МПа и увеличивая степень квалификации при первом проходе до более чем 98%; Технология контроля машинным зрением обеспечивает выявление дефектов поверхности на уровне миллисекунд, а эффективность контроля в 15 раз выше, чем при ручном осмотре. С точки зрения экологизации, степень внедрения технологии безцианидной пассивации достигла 90%, заменяя традиционные хромсодержащие процессы и снижая загрязнение окружающей среды; такие предприятия, как Hebei Iron and Steel Group и Baowu Group, сократили энергопотребление на единицу продукции на 18% по сравнению с 2020 годом за счет замены экологически чистой энергии и систем утилизации отработанного тепла, а интенсивность выбросов углекислого газа снизилась до уровня ниже 0,7 тCO₂/т, что соответствует требованиям ЕС CBAM.
Рыночное применение: двойной привод суперинжиниринга и новые сценарии
Сценарии применения предварительно напряженных стальных прядей продолжают расширяться, образуя двойную модель роста: «традиционная инфраструктура + новые сценарии». В области традиционной инфраструктуры транспортные проекты, такие как высокоскоростная железная дорога Сюншан и Сычуань-Тибетская железная дорога, стимулируют спрос на продукцию класса 1860–2200 МПа, а только для гидроэнергетического проекта на реке Ярлунг Зангбо необходимо закупить более 100 000 тонн; В области новых сценариев быстро растет спрос на крепление морских ветряных электростанций, усиление низкотемпературных резервуаров для хранения СПГ и поддержку опор электросетей сверхвысокого напряжения. Ожидается, что в 2025 году доля спроса по новым сценариям достигнет 35%, что приведет к увеличению продаж специальных предварительно напряженных стальных прядей, таких как эпоксидное покрытие и горячее цинкование, на 28% в годовом исчислении.
Эксперты отрасли заявили, что в будущем предварительно напряженные стальные пряди будут развиваться в сторону «более высокой прочности (более 2500 МПа, лучшей коррозионной стойкости и более разумного восприятия)». Интеллектуальные предварительно напряженные стальные пряди, интегрированные с технологией измерения оптического волокна, будут осуществлять мониторинг напряжений в реальном времени, что еще больше повысит инженерную безопасность. Предприятиям необходимо продолжать концентрироваться на оптимизации рецептуры сырья, точном управлении процессами и трансформации экологически чистого производства, чтобы занять конкурентные позиции в волне суперинжинирингового строительства.
ANHUI LITONG RARE-EARTH STEEL CABLE CO.,LTD.
