預應力鋼絲穩定化處理工藝參數對性能的影響

周揚（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津031616）

預應力鋼絲穩定化處理工藝參數對性能的影響

周揚
（天津冶金集團中興盛達鋼業有限公司，天津031616）

以直徑6.25 mm，強度級別為1 570 MPa螺旋肋鋼絲的生產為例，研究了張力狀態下回火溫度對成品鋼絲力學性能影響。指出在370～380℃范圍內，隨著穩定化處理回火溫度的升高，鋼絲的規定非比例延伸應力和抗拉強度下降，塑性變化不大，對屈強比影響尤為明顯。370℃下回火，鋼絲的各項性能均良好，是最佳回火溫度。

螺旋肋鋼絲；穩定化處理；力學性能；松弛

1 引言

螺旋肋鋼絲是指表面沿著長度方向具有連續、規則的螺旋肋條的鋼絲，是預應力混凝土用鋼絲中的一種。憑借其高強度、良好的塑性、低松弛率以及對混凝土的握裹力，螺旋肋鋼絲應用于預應力混凝土構件制造領域，已成為一種應用前景非常廣泛的工程結構材料。

20世紀80年代，中國第一根預應力混凝土用螺旋肋鋼絲在天津第一預應力鋼絲有限公司研制成功，由此螺旋肋鋼絲已成為預應力制品行業的熱點研究對象，所生產鋼絲的規格也在不斷地擴大。2015年新版標準GB/T 5223-2014正式實施，在原有的標準GB/T 5223-2002的基礎上完善了預應力鋼絲的新規格，增加了鋼絲最大力的最大值的要求?？梢婎A應力鋼絲的研發日趨成熟。

根據尺寸定型后連續處理的方式不同，預應力鋼絲在松弛方面分為低松弛鋼絲和普通松弛鋼絲。生產低松弛鋼絲所必需的一道工序就是在張力的作用下進行一定溫度的回火，即穩定化處理。但如果穩定化處理工藝參數制定不當，則會嚴重影響鋼絲的性能。筆者通過對Φ6.25 mm 1 570 MPa研制過程的跟蹤，摸索出了回火溫度對鋼絲強度、屈強比以及松弛性能的影響。

2 生產工藝

2.1 工藝流程

盤條→酸洗磷化→拉絲→表面成型→穩定化處理→收線→包裝→入庫。

其中穩定化處理為最關鍵的一道工序。

2.2 原料

采用82B Φ11.0 mm熱軋控冷盤條，其化學成分如表1所示。其抗拉強度為1 180 MPa，面縮率達到35%；金相組織為95%索氏體，均符合GB/T 699-1999以及企業內控標準的要求。

2.3 拉拔及表面成型

將酸洗磷化后的盤條在連續拉絲機上經過五道次的拉拔，得到Φ6.77 mm半成品鋼絲；再經過螺旋肋模具，得到所需要的外形尺寸。

表1 82BΦ11.0 mm原料化學成分 /w%

拉拔流程：Φ11.0→Φ10.15→Φ9.11→Φ8.19→Φ7.38→Φ6.77（總壓縮率為62.1%）。

2.4 穩定化處理

在經過拉拔及螺旋肋成型后，鋼絲發生塑性變形，晶粒沿著軸向伸長，位錯密度升高，滲碳體出現碎化現象，導致了鋼絲內部形變儲存能量高，組織處于極其不穩定的狀態。此狀態下的鋼絲在受到載荷的作用后，儲存的形變能將自發性地釋放出來，出現較大的松弛現象，嚴重影響鋼絲的使用壽命。

在一定的張力下進行回火穩定化處理后，鋼絲內部的位錯分布將發生顯著的變化，滲碳體也隨之分解，碳原子形成柯垂爾氣團，對位錯的移動起到充分的釘扎作用，使得鋼絲的屈服強度提高，降低松弛率。

本次采用中頻加熱爐，額定輸出功率為300 kW，輸出頻率為4～6 kHz，設有紅外測溫儀，可達到較高的精度。將穩定化處理的車速選擇在125 m/ min；回火溫度選擇在360～380℃，以確定獲得最佳性能的溫度。

3 實驗結果分析

3.1 強度和塑性

為了研究回火溫度對鋼絲屈服強度、抗拉強度和塑性的影響，將回火溫度分別選擇在380、375和370℃，從3個溫度所生產的鋼絲中各取4盤，測得的各項力學性能如表2所示。

表2 不同溫度下測得鋼絲力學性能

從表2的數據可以看出，在三個不同的回火溫度下鋼絲的規定非比例伸長應力、抗拉強度、總伸長率和彎曲能性能均達到標準的要求。所有鋼絲的抗拉強度均達到1 680 MPa以上，在保證1 570 MPa強度級別的前提下可以考慮使用更小的規格或是含碳量更低的原料。

隨著回火溫度的升高，鋼絲的強度指標呈明顯的下降趨勢，塑性指標無明顯變化。這是由于隨著回火溫度的升高，鋼絲中溶質原子的熱擴散作用加強，對位錯的釘扎作用減弱而導致強度的降低。

3 個回火溫度下鋼絲的屈強比，即規定非比例伸長應力和抗拉強度的比值，也隨著回火溫度的升高而降低：380℃回火鋼絲的屈強比僅為0.85～0.87，未達到標準的要求0.88；375℃回火鋼絲的屈強比為0.881～0.886，勉強達到標準；當回火溫度下降到370℃時，屈強比數值明顯升高，均達到了0.905以上。回火溫度對規定非比例伸長應力的影響要大于對抗拉強度的影響。370℃下鋼絲的各項性能均良好，從而確定為該規格鋼絲穩定化處理的最佳回火溫度。

3.2 應力松弛性能

應力松弛是指材料收到載荷的作用時，在形變量保持不變的前提下隨著時間的推移而出現的應力值下降的現象。標準規定對于低松弛預應力鋼絲，在初始力為實測破斷拉力的70%時，1 000 h的松弛率不超過2.5%。

為了驗證回火溫度對松弛性能的影響，從表2 中380、375和370℃回火溫度下的鋼絲中各選一根，在20℃的溫度下，添加破斷力的70%作為初始載荷，120 h測得的松弛率以及推算出的1 000 h松弛率如表3所示。

表3 不同回火溫度下鋼絲的應力松弛率

通過表3的數據可知，鋼絲的松弛性能是和強度水平，特別是屈強比息息相關的，隨著回火溫度的升高，松弛性能下降。380℃回火的試樣推算1 000 h的松弛率已趨近2.5%，而370℃回火的試樣不僅強度和塑性好，應力松弛性能也達標。

其機理為當鋼絲受到軸向載荷作用后，而隨著回火溫度的升高，位錯的能量提高，在應力的作用下沿著滑移面移動，使得鋼絲中的一部分彈性變形轉化成塑性變形，在形變量不變的情況下受到的應力下降，從而導致松弛性能的降低。回火溫度越高，彈性變形向塑性變形轉化的趨勢越大。

4 結論

使用82B Φ11.0 mm熱軋控冷盤條制得的Φ6.25 mm螺旋肋鋼絲強度水平能夠達到1 670 MPa以上，延伸率達到5%以上。

在370～380℃范圍內，隨著穩定化處理回火溫度的升高，鋼絲的規定非比例延伸應力和抗拉強度下降，塑性變化不大，對屈強比影響尤為明顯。

鋼絲的應力松弛性能隨著回火溫度的下降而提高，最終370℃確定為最佳的回火溫度。

［1］姜洪森.高強度預應力鋼絲穩定化處理工藝對產品性能的影響［J］.湖南冶金，2004，32（5）：31-34.

［2］周和敏.高強度預應力螺旋肋、螺旋槽鋼絲的研制［J］.北京工業大學學報，2000，26（2）：30-34.

［3］張秀鳳.預應力鋼材松弛性能的研究與探討［J］.上海鋼研，2005 （2）：48-54.

［4］毛愛菊.螺旋肋鋼絲生產現狀及改進 ［J］.天津冶金，1999（6）：8-10.

［5］GB/T 5223-2014，預應力混凝土用鋼絲［S］.

Influence of Process Parameter of Stabilizing Treatment of Pre-stressed Steel Wire on Properties

ZHOU Yang
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

Taking the production of 6.25 mm 1 570 MPa spiral ribbed steel wire as an example，the paper studies the influence of tempering temperature under tension state on the mechanical properties of finish product of steel wire.within the range of 370～380℃ and with the increase of tempering temperature at stabilizing treatment，the stipulated non-proportional tensile stress and tensile strength of steel wire decreases with small change in plasticity and prominent influence on yield ratio.The best tempering temperature is 370 ℃with good properties.

spiral ribbed steel wire；stabilizing treatment；mechanical property；relaxation

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.012

2015-11-10

2015-11-06

周揚（1990—），男，本科，主要從事預應力鋼絲和鋼絲繩相關的工藝技術工作。