Φ25 mm預應力混凝土用螺紋鋼筋生產實踐

劉思洋，丁寧，卜俊男，李洋

（鞍鋼股份有限公司大型廠，遼寧 鞍山114021）

預應力混凝土用螺紋鋼筋簡稱精軋螺紋鋼，是在整條鋼筋上軋有不連續的外螺紋的高強度、大直徑、高精度直條鋼筋［1］，廣泛應用于高速公路、高速鐵路的大型橋梁及邊坡錨固工程，具有連接、錨固簡便、安全可靠、施工方便等優點［2］，市場前景廣闊。在預應力混凝土用螺紋鋼筋生產過程中，要求其兩側螺紋必須在同一螺旋線上，即通常所說的鋼筋兩面螺紋“相位”一致，以保證連接器或錨具的內螺紋能夠與鋼筋外螺紋直接有效配合。

鞍鋼股份有限公司大型廠（以下簡稱大型廠）在進行Φ25 mm預應力混凝土用螺紋鋼筋試制過程中，發現了橫肋錯牙和力學性能不符合標準的問題。為了解決上述問題，保證螺紋鋼筋順利生產，對問題進行了分析，并提出了改進措施。

1 存在的問題及分析

1.1 橫肋錯牙

《預應力混凝土用螺紋鋼筋》GB/T 20065-2016標準要求螺紋鋼筋外形呈螺紋狀無縱肋且鋼筋兩側螺紋在同一螺旋線上。大型廠首次試制出的Φ25 mm預應力混凝土用螺紋鋼筋軋件如圖1所示，從圖中可以看出，軋件橫肋出現錯牙，即鋼筋上下橫肋的起始點錯開距離較大，且不能形成連續的螺旋線，外形不符合標準，使用時出現鋼筋與套筒或連接器無法配合的問題。

圖1 軋件實物圖

針對軋件出現的橫肋錯牙問題，分別從以下方面進行分析。

（1）對成品的孔型設計圖和軋輥實際車削情況進行對比分析，發現軋輥橫肋車削角度與設計要求不符，設計橫肋角度為81°，而實測橫肋角度為80.6°，即軋槽精度出現偏差，導致橫肋無法連接成一條連續的螺旋線。

（2）查看試制過程中軋制參數設置情況，發現軋輥的上下輥橫肋起始點未對齊，導致軋件上下橫肋的起始點錯開距離較大，最終出現橫肋錯牙。

1.2 力學性能不符合標準

根據國標GB/T 20065-2016要求，預應力混凝土用螺紋鋼筋力學性能及首次試制成品力學性能對比如表1所示。對比數據可以看出，各牌號成品屈服強度及抗拉強度均不符合標準要求。

表1 預應力混凝土用螺紋鋼筋標準力學性能要求及首次試制成品性能對比

大型廠預應力混凝土用螺紋鋼筋試制采用控軋控冷工藝生產，首次試制的工藝參數見表2。

表2 首次試制控軋控冷工藝參數

成品性能不符合標準的原因為：

（1）性能不符合標準的主要原因為控冷能力不足，鋼筋外表面未形成回火馬氏體，導致成品的力學性能較低；同時控冷能力不足會導致軋件出穿水冷卻裝置后的溫度過高，軋件上冷床后其自回火過程將會使成品表面通過淬火形成的回火索氏體組織消除，降低了成品的強度。

（2）性能不符合標準的次要原因為預穿水冷卻裝置未投入，大型廠小型分廠穿水冷卻裝置的能力有限，其冷卻能力無法保證軋件上冷床的溫度低于600℃，成品外表面無法形成馬氏體組織，因此造成了成品力學性能不足。

2 改進措施

2.1 提高軋槽加工精度

預應力混凝土用螺紋鋼筋開發的難點在于軋制出的鋼筋能夠直接套上套筒，因此對軋槽加工精度要求極高。為了解決首次試制出現的橫肋錯牙問題，采取措施以提高軋槽的加工精度。

軋制時，對首次車削的軋槽橫肋角度進行測量，方法如下：

（1）預先試制好標準橫肋角度樣板。

（2）將樣板與軋槽橫肋任意一個起始點對齊，測量另一起始點與樣板的偏移距離。

（3）通過偏移距離計算出實際橫肋角度以及與目標橫肋角度的差值，再根據差值修改銑床數控程序參數，從而得到目標橫肋角度。

國標GB/T 20065-2016鋼筋外形尺寸偏差要求如表3所示，其中螺紋高、螺紋底寬、螺距、導角的加工精度決定了套筒能否順暢與鋼筋配合。

表3 鋼筋外形尺寸偏差要求

2.2 優化調整辦法

《預應力混凝土用螺紋鋼筋》GB/T 20065-2016標準要求鋼筋外形采用螺紋狀無縱肋且鋼筋兩側螺紋在同一螺旋線上，其外形如圖2所示。因此在保證軋槽加工精度的前提下，軋制過程中的調整制度也起到了關鍵的作用。

圖2 鋼筋表面與截面形狀

大型廠采用試小樣的方法檢驗上下輥橫肋是否出現錯牙現象，再根據實際情況，通過軋機相位調整裝置順時針或逆時針調整，使上下輥橫肋起始點對齊，然后再次采用試小樣的辦法檢驗，看套筒或連接器是否可以順暢的與小樣配合，直至可以順利旋入，調整完畢后，鎖定相位調節裝置后可進行生產。

2.3 改進控軋控冷工藝

由于試制生產的軋件力學性能不符合標準，決定對控軋控冷工藝進行改進。改進后的控軋控冷工藝參數見表4.

表4 改進后控軋控冷工藝參數

由表4可以看出改進后的控軋控冷工藝，增加了預穿水冷卻裝置，控制軋件在各關鍵控制點的溫度，從而確保成品性能達到標準要求。與表3前期試制參數對比，投入預穿水冷卻裝置后，控冷能力提高，軋件在進入精軋機組前能夠快速冷卻，增加了軋件的過冷度，確保軋件進入精軋機組的溫度低于850℃；穿水冷卻裝置水量由423 m3/h提高到600 m3/h，水壓由0.5 MPa提高到1.6 MPa，成品上冷床溫度大幅度降低，軋件出穿水冷卻裝置的溫度低于400℃，上冷床的回火溫度在600℃左右，成品外表面為回火馬氏體組織，芯部為鐵素體和珠光體組織，力學性能得到提升。

3 改進效果

在提高軋槽加工精度、規范調整制度并改進控制控冷工藝措施后，再次進行了Φ25 mm預應力混凝土用螺紋鋼筋的軋制生產，并對成品的外形尺寸和力學性能進行校驗。軋制后的成品沒有出現橫肋錯牙問題，并可與套筒順利配合，如圖3所示。

圖3 實物與套筒配合圖

對軋件的力學性能進行檢驗，成品性能檢驗結果見表5。

表5 成品性能檢驗結果

由表5可以看出，改進后的成品性能均符合標準要求，且采用控軋控冷工藝生產的PSB785、PSB830 Φ25 mm預應力混凝土用螺紋鋼筋性能穩定性較高，軋件的頭中尾部位的屈服強度波動范圍在30 MPa以內，性能富余量較大。

綜上所述，鞍鋼大型廠軋制的預應力混泥土用螺紋鋼筋的外形尺寸和力學性能均符合標準要求，可以進行生產。

4 結語

鞍鋼股份有限公司大型總廠在經過修改軋輥數控車削程序后，軋槽加工精度滿足設計要求；優化調整辦法解決了經軋螺紋鋼“錯牙”情況；調整控軋控冷工藝使成品力學性能滿足標準要求并提高了產品性能的穩定性，使產品達到了高效和優質的設計目標。