預(yù)應(yīng)力鋼絲穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)對(duì)性能的影響

周揚(yáng)（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津031616）

預(yù)應(yīng)力鋼絲穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)對(duì)性能的影響

周揚(yáng)
（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津031616）

以直徑6.25 mm，強(qiáng)度級(jí)別為1 570 MPa螺旋肋鋼絲的生產(chǎn)為例，研究了張力狀態(tài)下回火溫度對(duì)成品鋼絲力學(xué)性能影響。指出在370～380℃范圍內(nèi)，隨著穩(wěn)定化處理回火溫度的升高，鋼絲的規(guī)定非比例延伸應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度下降，塑性變化不大，對(duì)屈強(qiáng)比影響尤為明顯。370℃下回火，鋼絲的各項(xiàng)性能均良好，是最佳回火溫度。

螺旋肋鋼絲；穩(wěn)定化處理；力學(xué)性能；松弛

1 引言

螺旋肋鋼絲是指表面沿著長(zhǎng)度方向具有連續(xù)、規(guī)則的螺旋肋條的鋼絲，是預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲中的一種。憑借其高強(qiáng)度、良好的塑性、低松弛率以及對(duì)混凝土的握裹力，螺旋肋鋼絲應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件制造領(lǐng)域，已成為一種應(yīng)用前景非常廣泛的工程結(jié)構(gòu)材料。

20世紀(jì)80年代，中國(guó)第一根預(yù)應(yīng)力混凝土用螺旋肋鋼絲在天津第一預(yù)應(yīng)力鋼絲有限公司研制成功，由此螺旋肋鋼絲已成為預(yù)應(yīng)力制品行業(yè)的熱點(diǎn)研究對(duì)象，所生產(chǎn)鋼絲的規(guī)格也在不斷地?cái)U(kuò)大。2015年新版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5223-2014正式實(shí)施，在原有的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5223-2002的基礎(chǔ)上完善了預(yù)應(yīng)力鋼絲的新規(guī)格，增加了鋼絲最大力的最大值的要求。可見預(yù)應(yīng)力鋼絲的研發(fā)日趨成熟。

根據(jù)尺寸定型后連續(xù)處理的方式不同，預(yù)應(yīng)力鋼絲在松弛方面分為低松弛鋼絲和普通松弛鋼絲。生產(chǎn)低松弛鋼絲所必需的一道工序就是在張力的作用下進(jìn)行一定溫度的回火，即穩(wěn)定化處理。但如果穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)制定不當(dāng)，則會(huì)嚴(yán)重影響鋼絲的性能。筆者通過(guò)對(duì)Φ6.25 mm 1 570 MPa研制過(guò)程的跟蹤，摸索出了回火溫度對(duì)鋼絲強(qiáng)度、屈強(qiáng)比以及松弛性能的影響。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 工藝流程

盤條→酸洗磷化→拉絲→表面成型→穩(wěn)定化處理→收線→包裝→入庫(kù)。

其中穩(wěn)定化處理為最關(guān)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(xué)成分如表1所示。其抗拉強(qiáng)度為1 180 MPa，面縮率達(dá)到35%；金相組織為95%索氏體，均符合GB/T 699-1999以及企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 拉拔及表面成型

將酸洗磷化后的盤條在連續(xù)拉絲機(jī)上經(jīng)過(guò)五道次的拉拔，得到Φ6.77 mm半成品鋼絲；再經(jīng)過(guò)螺旋肋模具，得到所需要的外形尺寸。

表1 82BΦ11.0 mm原料化學(xué)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(wěn)定化處理

在經(jīng)過(guò)拉拔及螺旋肋成型后，鋼絲發(fā)生塑性變形，晶粒沿著軸向伸長(zhǎng)，位錯(cuò)密度升高，滲碳體出現(xiàn)碎化現(xiàn)象，導(dǎo)致了鋼絲內(nèi)部形變儲(chǔ)存能量高，組織處于極其不穩(wěn)定的狀態(tài)。此狀態(tài)下的鋼絲在受到載荷的作用后，儲(chǔ)存的形變能將自發(fā)性地釋放出來(lái)，出現(xiàn)較大的松弛現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鋼絲的使用壽命。

在一定的張力下進(jìn)行回火穩(wěn)定化處理后，鋼絲內(nèi)部的位錯(cuò)分布將發(fā)生顯著的變化，滲碳體也隨之分解，碳原子形成柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)，對(duì)位錯(cuò)的移動(dòng)起到充分的釘扎作用，使得鋼絲的屈服強(qiáng)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(shè)有紅外測(cè)溫儀，可達(dá)到較高的精度。將穩(wěn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 強(qiáng)度和塑性

為了研究回火溫度對(duì)鋼絲屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和塑性的影響，將回火溫度分別選擇在380、375和370℃，從3個(gè)溫度所生產(chǎn)的鋼絲中各取4盤，測(cè)得的各項(xiàng)力學(xué)性能如表2所示。

表2 不同溫度下測(cè)得鋼絲力學(xué)性能

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，在三個(gè)不同的回火溫度下鋼絲的規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度、總伸長(zhǎng)率和彎曲能性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。所有鋼絲的抗拉強(qiáng)度均達(dá)到1 680 MPa以上，在保證1 570 MPa強(qiáng)度級(jí)別的前提下可以考慮使用更小的規(guī)格或是含碳量更低的原料。

隨著回火溫度的升高，鋼絲的強(qiáng)度指標(biāo)呈明顯的下降趨勢(shì)，塑性指標(biāo)無(wú)明顯變化。這是由于隨著回火溫度的升高，鋼絲中溶質(zhì)原子的熱擴(kuò)散作用加強(qiáng)，對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用減弱而導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。

3 個(gè)回火溫度下鋼絲的屈強(qiáng)比，即規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力和抗拉強(qiáng)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(qiáng)比僅為0.85～0.87，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求0.88；375℃回火鋼絲的屈強(qiáng)比為0.881～0.886，勉強(qiáng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)回火溫度下降到370℃時(shí)，屈強(qiáng)比數(shù)值明顯升高，均達(dá)到了0.905以上。回火溫度對(duì)規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力的影響要大于對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響。370℃下鋼絲的各項(xiàng)性能均良好，從而確定為該規(guī)格鋼絲穩(wěn)定化處理的最佳回火溫度。

3.2 應(yīng)力松弛性能

應(yīng)力松弛是指材料收到載荷的作用時(shí)，在形變量保持不變的前提下隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)的應(yīng)力值下降的現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)于低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲，在初始力為實(shí)測(cè)破斷拉力的70%時(shí)，1 000 h的松弛率不超過(guò)2.5%。

為了驗(yàn)證回火溫度對(duì)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(cè)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(yīng)力松弛率

通過(guò)表3的數(shù)據(jù)可知，鋼絲的松弛性能是和強(qiáng)度水平，特別是屈強(qiáng)比息息相關(guān)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(qiáng)度和塑性好，應(yīng)力松弛性能也達(dá)標(biāo)。

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

4 結(jié)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(qiáng)度水平能夠達(dá)到1 670 MPa以上，延伸率達(dá)到5%以上。

在370～380℃范圍內(nèi)，隨著穩(wěn)定化處理回火溫度的升高，鋼絲的規(guī)定非比例延伸應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度下降，塑性變化不大，對(duì)屈強(qiáng)比影響尤為明顯。

鋼絲的應(yīng)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(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲穩(wěn)定化處理工藝對(duì)產(chǎn)品性能的影響［J］.湖南冶金，2004，32（5）：31-34.

［2］周和敏.高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力螺旋肋、螺旋槽鋼絲的研制［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，26（2）：30-34.

［3］張秀鳳.預(yù)應(yīng)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(chǎn)現(xiàn)狀及改進(jìn) ［J］.天津冶金，1999（6）：8-10.

［5］GB/T 5223-2014，預(yù)應(yīng)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(yáng)（1990—），男，本科，主要從事預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絲繩相關(guān)的工藝技術(shù)工作。