一、我国预应力钢丝及钢绞线发展历程

        预应力制品包括预应力钢丝、预应力钢绞线、桥梁缆索用热镀锌钢丝、预应力镀锌钢绞线等产品。预应力制品作为预应力结构的骨架材料，是承力和实施预应力的基本单元，对建筑结构的安全、美观、成本起着决定性的作用。我国预应力制品起步于二十世纪60年代，随着中国交通、能源等基础建设的持续高速发展，我国预应力制品行业经历了起步奠定基础、快速发展量变和消化吸收、自主创新阶段，已成为世界预应力制品的制造大国，并开启了迈向预应力制品制造强国的质变历程。
1、我国预应力制品行业发展的几个阶段
        （1）起步奠定基础阶段
        我国的预应力制品起步于二十世纪60年代。1963年，天津钢厂所属的钢丝厂为满足国家自行设计建造南京长江大桥预应力混凝土梁的质量需求，生产出了第一根预应力钢丝，该产品采用管式绞线机及铅浴回火技术，产品质量达到了英国标准的要求，满足了南京长江大桥引桥建设的需要，也标志着我国预应力制品由此诞生。但是直到80年代中期，我国预应力制品仍只有普通松弛级别，钢绞线规格主要有1×7-Φ15.70mm、1×7-Φ15.20mm，强度级别主要为1470-1570MPa，属低档次产品，年生产能力大约1万吨，只有天津一家制品企业生产，且只有天津钢厂线材厂一家能提供生产预应力钢绞线的原材料80号钢盘条，盘重仅数百千克。此时我国预应力制品生产仅处于基础阶段，生产工艺水平较低，只能生产普通松弛级别的预应力制品。
        （2）快速发展量变阶段
        1988年，为适应国家建设部对预应力制品低松弛率的要求，国内江西新华第一家引进意大利的低松弛预应力钢绞线生产线投产，随之其它一些厂家也先后从意大利引进了低松弛预应力钢丝、钢绞线稳定化处理生产线，大幅度提高了产品的强度等级和低松弛性能，满足了不松散及便于穿索的需要。期间，原料方面，国产82B盘条质量不断提高，迅速实现原料的国产化；设备方面，武汉、上海、江苏等地装备企业相继开发了拉丝机、绞线机和稳定化生产线，促成了我国钢绞线生产设备的国产化，满足了原料-设备-产品的国产化要求。此时，国内高速公路及城市立交建设进入高峰期，高速铁路也开始建设，对预应力制品的需求快速增长，使得预应力制品行业的原料（索氏体化盘条）、设备（拉丝机、绞线机、稳定化处理线）、产品应用及市场开发都进入一个快速发展期。
        （3）国产化、自主创新阶段，开启了迈向制品强国的质变历程
        进入2000年后，我国预应力行业进入了产业增长的成熟时期，应用规范逐渐成熟、原材料技术及规模取得了较大的发展，开始出现了成套的国产化设备。这一时期，一些企业通过新建进口生产线，谋求扩大规模和提高效率；较多企业新建国产化生产线，谋求短平快发展。国产化设备的推广，大幅度提高了预应力制品的生产规模。截至2017年，我国进口和国产钢绞线生产线180多条，总设计产能661万吨，实际产量568万吨，其中华东占比25%，华北占比60%，其他地区15%。主要为Ⅱ级低松弛、1860MPa强度级别，原料已完成国产化，并已开发出1960MPa、2140MPa强度级别的多规格钢绞线，产品实物质量满足建设工程需要。
        这一时期，我国预应力制品取得了令全球瞩目的成绩，产品应用领域越来越广。如1×7-Φ21.60mm大规格预应力钢绞线的应用；预应力钢材在煤矿巷道领域中的应用；核电用钢绞线在高温环境中的应用；桥梁缆索用热镀锌钢丝、热镀锌钢绞线在大跨度悬索桥、斜拉桥上的应用等等。核电、LNG工程、高速铁路轨道板、天文台、大跨度斜拉索桥、奥体大型场馆等高端应用领域的高端预应力产品实现国产化，具备了研发和生产全系列、全规格预应力钢材制品的能力。与此同时，开启了迈向制品强国的质变历程。
        2、预应力制品品种结构的发展
        （1）预应力钢丝、钢绞线
        在二十世纪60年代，预应力钢丝的品种以Φ3.0mm～Φ5.0mm冷拉钢丝和矫直回火钢丝为主，强度在1570MPa级别以下。70年代至90年代，成功研制出了刻痕钢丝、镀锌钢丝和螺旋肋钢丝等产品。历经发展，预应力钢丝现已包含光面、异型（刻痕、螺旋肋）、桥梁缆索用热镀锌、镀锌铝合金等多个品种，产品规格从Φ3.0mm～Φ12.0mm，强度从1470MPa～1860MPa。
        预应力钢绞线的品种最初为1×7-Φ12.0mm和1×7-Φ15.0mm，强度在1570MPa级别以下，70年代成功生产了1×2和1×3结构的钢绞线产品，1×7-Φ15.20mm结构规格一直是代表性规格产品。2010年，1×19结构钢绞线研制成功，打破了传统的1×7两层丝结构，解决了1×7结构钢绞线因受原料直径限制无法实现大规格和高强度的不足，体现了预应力行业生产技术的进步。历经发展，预应力钢绞线现已有光面、刻痕、镀锌、无粘结、涂环氧树脂、缓粘结等多个品种；分为1×2、1×3、1×7、1×19四种结构；产品规格从1×2-Φ2.90 mm～1×19-Φ28.60mm，强度从1470MPa～1960MPa。
        （2）桥梁缆索用热镀锌钢丝
        我国第一座现代悬索桥为1995年底建成通车的汕头海湾大桥主桥结构体系为三跨混凝土加劲箱梁的悬索桥，其主缆钢丝采用的是由意大利进口的Ф5.1mm镀锌钢丝，其强度为1600MPa。
1998年建成通车的虎门大桥为我国第一座大跨径悬索桥，其主缆钢丝采用西德进口与法尔胜生产的两种钢丝，钢丝直径为5.2mm，强度为1600MPa。至此，法尔胜生产的大桥缆索用钢丝走上了部分替代进口的道路，先后用于我国第一座跨千米悬索桥—江阴长江大桥等大型交通工程。
        到了本世纪初，随着我国一批千米级悬索桥润扬长江大桥、舟山西堠门大桥、泰州长江大桥的规划建设，桥梁缆索的强度先后提高到了1670MPa和1770MPa，其钢丝防腐采用国际上通用热镀锌防腐。2004年建成通车的润扬长江大桥主缆采用了直径为5.4mm、强度为1670MPa热镀锌钢丝，彻底实现了桥梁缆索钢丝的国产化，完全替代了进口。
到了2007年，世界上首座超千米的斜拉桥—苏通长江大桥建成通车，其斜拉索强度达到1770MPa，该桥斜拉索全部由法尔胜提供。2009年通车的舟山西堠门大桥主跨1650米，当时位居悬索桥世界第二、中国第一，其中钢箱梁全长在悬索桥中居世界第一。该桥主缆采用与当时世界第一的悬索桥—日本明石海峡大桥同等技术水平的主缆钢丝，该钢丝由法尔胜等企业提供。至此，我国桥梁缆索达到了国际先进水平。
        港珠澳大桥设计寿命150年，其斜拉索要求采用高强、耐久的Ф7.0mm-1860MPa锌铝合金镀层钢丝斜拉索，该技术要求为国际首创。在此基础上，法尔胜又联合国内大型钢厂、设计院、桥梁建设单位等进行了桥梁缆索全产业链的技术攻关和创新，先后开发出了Φ5.0mm-1960MPa、Φ7.0mm-2000MPa锌铝合金镀层钢丝、盘条及缆索成套技术，实现了大桥缆索的完全国产化。
        20世纪90年代以来，我国建设了百余座大跨度缆索桥梁（悬索桥、斜拉桥和拱吊桥），一批国际一流的大跨度桥梁,代表我国正在成为世界桥梁建设的大国和强国。大跨度悬索桥和斜拉桥继续向更大跨度发展是必然的。当人们进一步研究更大跨度的悬索桥和斜拉桥时，首先想到的是提高缆索材料性能，希望找到一种自重很小、但强度更大、耐久性更好的缆索材料。因此，高强、轻质、耐久的缆索材料是未来桥梁缆索材料发展的趋势。
        （3）预应力镀锌钢绞线
        预应力镀锌钢绞线是具有优良防腐性能的结构材料，在桥梁和建筑的预应力构件中获得了广泛的应用。钢绞线拉索因具有单根张拉施工和能单根更换的优点，在最近的十多年中逐渐成为国际上斜拉索的主流，镀锌钢绞线+内涂层（油脂或石蜡）+HDPE护套型式的拉索材料被国际桥梁界称为第三代拉索，最近5年已成为斜拉索的主要材料之一。除了斜拉桥外，镀锌钢绞线还广泛应用于各种结构的体外索，如节段拼装桥梁的拉索、大型场馆的预应力结构拉索、工民用建筑中的体外索等。
        1995年以前，国内使用的预应力镀锌钢绞线全部进口，1996年国内成功开发了桥梁缆索用热镀锌钢绞线，并先后成功应用于国内重点工程上，开创了国内第三代斜拉索的先河。
2000年前，国内外生产使用的镀锌钢绞线强度级绝大部分为1770MPa，近年来随着炼钢技术的进步及钢绞线生产工艺的发展，1860MPa镀锌钢绞线已成为该产品的主流，国内钢缆企业从2008年开始研发生产1860MPa镀锌钢绞线，并通过技术攻关，特别是取得了镀后拔技术的突破，1860MPa级产品已成为在该领域的主打产品，并于2017年完成了2000MPa级产品的试制，正进入试验试用阶段。
        3、预应力制品生产工艺的发展 
        预应力制品最早的生产工艺是矫直铅浴回火处理。随着稳定化处理生产线的引进，感应加热的稳定化处理工艺替代了矫直铅浴回火工艺，使预应力制品的松弛值由普通松弛值的8%降低到了低松弛值的2.5%以下，这是一次重大的工艺变革。低松弛预应力制品以承载负荷大、自重轻、使用寿命长等优点得到工程领域的关注，获得了更加广泛的应用。
         “七五”之前，我国预应力制品强度都在1570MPa级别以下。为赶超国际先进水平，填补我国高强度预应力制品的空白，天津预一等单位承担了国家“七五”攻关课题，研究出“80钢加硅”的专用钢种，成功生产出了1670MPa、1760MPa普通松弛级别或低松弛级别的高强度预应力制品，并且提高强度的同时松弛值也大幅度降低。因此该项目为当时不具备稳定化处理设备的厂家生产优质的高强度低松弛预应力制品创造了条件，促进了当时的行业进步。
        4、预应力制品生产设备的发展
        从二十世纪60年代至今，拉丝设备经历了从单罐拉丝机至活套式连续拉丝机到直进式连续拉丝机等阶段，卷筒直径由560mm达到1200mm；卷筒数量由1罐发展到8罐到目前的9罐；最大进线直径由φ9.0mm发展到φ16.0mm；拉拔速度由0.86-2m/s发展到14m/s，生产效率得以极大地提升。以生产φ5.0mm钢丝为例，单罐拉丝机每小时产量约为1.1吨，而直进式拉丝机约为7.8吨。
        低松弛钢绞线以双张力轮式稳定化处理生产线为主，低松弛钢丝以模拉式稳定化处理生产线为主。感应加热中频炉的功率现已达到800KW；生产速度达到140m/min。近几年，国内自主设计的“跳绳加管绞”和“跳绳加筐篮”式捻股机被成功应用，确保了1×19结构钢绞线的生产，实现了1×7和1×19不同结构钢绞线的单独生产，体现了预应力行业装备的进步。
        5、预应力制品原料的发展
        在二十世纪60年代至80年代，制造预应力钢丝和钢绞线的索氏体化盘条是通过铅淬火热处理工艺获得。90年代，随着高速线材轧机的引进，高速无扭控冷索氏体化处理工艺替代了高污染、高能耗的铅淬火热处理工艺，索氏体化盘条开始得到广泛的应用。在此时期，沙钢、包钢、首钢、邢钢、天钢等多家钢铁企业相继开发出了各种规格、不同强度级别的预应力制品专用盘条，并通过研发高品质钢种、优化生产工艺等手段，大大提高了高碳钢盘条的稳定性和索氏体化率，索氏体化率现已达到90%以上。盘条的吨位也由70～100kg发展为2.4吨；规格从Φ6.5mm-Φ9.0mm发展为Φ6.5mm-Φ16.0mm。高性能和微合金化盘条，达到了国际一流水平，实现了预应力制品原料的全部国产化。
        6.预应力制品的发展趋势
        随着预应力混凝土构件工程设计和施工技术的不断完善和提高，其对预应力制品适用性要求也越来越高，高强度、粗规格、高延性、防腐蚀已成为预应力制品发展趋势。
        （1）预应力钢绞线的抗拉强度向高强度级别发展，以更节省钢材，如2000MPa以上，甚至是2400MPa级钢绞线的开发，使用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强纤维材料。
        （2）预应力钢绞线的规格向更大型化发展，以简化施工和提高结构的耐久性。如1×7钢绞线已开发Φ22mm规格。由于铁路、公路桥梁向高速、重载、跨度方向发展，预应力钢绞线可开发应用1×19-Φ28.60mm、1×19-Φ32.00mm。
        （3）预应力钢绞线耐腐蚀技术研究。在海洋性气候、化工厂等严重腐蚀环境中使用的预应力钢绞线要求防腐涂（镀）层，现在对在一般使用条件下的钢绞线，防腐要求也越来越高，除传统的镀锌外，还应发展各种耐腐蚀涂层，如环氧涂层、锌-铝合金镀层等。
        （4）进一步拓展预应力钢材产品的应用领域。扩大1×19结构多层丝钢绞线的应用领域，尝试在大跨度桥梁、港口码头、深基坑开挖等领域推广应用。建议预应力钢材产品在住宅建设市场推广应用，有利于降低建筑层高和提高建筑利用面积，相应减少非预应力结构件数量与造价，减少基础投资费用，还可以简化施工工序，节省模板和混凝土浇注的工作量，从而加快工程施工进度等。
        （5）随着国内高速公路和高铁交通网络的日趋完善，国家基础建设在2020年后会逐步减少，投资力度下降，钢绞线市场将进一步萎缩。到2030年国家对高速公路和铁路投资力度只有目前的一半，钢绞线产能过剩问题也将进一步恶化，届时市场竞争会更加白热化。
        7、结束语
        我国的预应力制品行业作为传统的制造业，在几十年的发展中，经历了从无到有，从国产化到自主创新的阶段，走出了辉煌，凝聚了几代人艰苦卓绝的努力，取得了令世界瞩目的成绩。但是，几十年来预应力制品行业的快速发展，呈级数似的量变历程，并没有真正引起行业态势的质变，辉煌之下更多的是简单的数字堆积，行业的产能过剩、环境污染、市场萎缩等。君不见，量变是喜悦的过程，质变是痛苦的过程。在茫然沉思中，行业的质变历程已经悄悄开启，初见成效，这将是一个较漫长的过程，需经风雨后方能见彩虹。