SWRH82B 自然時效力學性能變化規律的探討

楊 凱

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司，陜西 勉縣724200）

大規格鋼條產品主要用于制作高強度低松弛預應力鋼絲和絞線。采用連鑄連軋，斯太爾摩高速線材生產的SWRH82B盤條，其力學性能指標受到時效影響較大，本文正對此問題進行研究。

1 研究的背景及意義

82B盤條鋼是生產高強度、低松弛預應力混凝土結構用鋼絲和鋼絞線的主要原材料。由于82B盤條要經過多道次冷拔深加工后，才能應用于鐵路、公路、跨海大橋、大型建筑、水利等領域，所以要求原始盤條必須有良好的塑性[1]。

對于生產SWRH82B企業來說，生產出的SWRH82B需要自然時效一段時間后才可以檢驗，時效時間的長短對企業有很大的影響。一方面，時效時間過短82B鋼中的殘余應力還沒有消除，斷面收縮率還不能符合國家標準,另一方面時效時間過長，對SWRH82B盤條的存放和交貨期造不便，使得生產周期變長，影響企業產量，增加生產成本，最終影響企業效益。

2 實驗設備

微機控制電液伺服萬能試驗機，型號：WAW-300，試驗機精度等級0.5，生產廠家：上海三四縱橫機械制造有限公司。游標卡尺（0—300）mm。

3 試驗方法

（1）在Φ12.5，SWRH82B截取10圈，每一圈截取10支試樣共100支試樣。將100支試樣分為5組，每組20支。

（2）將每組樣品按照基準試樣、7天試樣、15天試樣、20天試樣、30天試樣分為5部分，并將樣品進行標識。

（3）基準樣品標識后直接試驗，記錄數據。其他試樣放在備樣架上進行自然時效，按時間節點完成試樣的力學性能檢測，記錄實驗數據。

4 試樣的化學成分

表1 SWRH82B化學成分分析

5 試驗數據

SWRH82B鋼種的試驗數據，其中每一組試驗數據是由20支試樣檢測結果的平均值, 如表2所示。

表2 SWRH82B試驗數據

從表2中可以看出：斷面收縮率15天后大幅度升高，平均升高11.97%，20天后已基本趨于穩定狀態，抗拉強度15天后的強度值有所升高，平均升高7.6MPa，20天后已基本趨于穩定狀態。

圖1 SWRH82B力學性能變化圖

從圖1中可以看出：SWRH82B在自然時效后15天變化比較明顯：斷面收縮率平均升高11.97%，抗拉強度有所升高。對于之后的20天時效、30天時效、各項指標有所波動但變化不大。

6 理論分析

82B熱軋盤條的光學顯微組織，由索氏體+珠光體組成。索氏體組織屬于細片狀珠光體，鐵素體相和滲碳體相高度彌散，片層間距小，當盤條拉拔變形時，片層多而薄的鐵素體相可以使位錯運動均勻而分散，抑制位錯塞積的提前發生，同時索氏體中薄片形態的滲碳體，在拉拔變形時可以發生彎曲，也可以產生塑性變形而不易折斷，所以索氏體具有高的冷拉極限值[2]。

82B時效后斷面收縮率明顯增高，主要因為鋼筋在軋制冷卻時各相的轉變是不平衡的，各種微量原子并沒有處于平衡位置，從而導致了晶格畸變，另一方面在軋制冷卻過程中會產生殘余應力，殘余應力的存在也會使晶格產生畸變，在拉伸過程中使得試樣中位錯沒有充分滑移而過早斷裂，但是隨著時間的推移，各微量原子也通過擴散達到穩定位置，殘余應力也逐漸被釋放并最終達到穩定，這時原子間距也基本達到平衡位置，因此，在拉伸過程中試樣中的位錯可以充分滑移產生較大的塑性變形量，宏觀上表現出來斷面收縮率大幅度增加。

82B時效后抗拉強度略微升高，主要因為基準樣中存在殘余應力產生的畸變能和不平衡轉變產生的畸變能。試樣在塑性變形過程中其實是位錯在滑移的過程，位錯滑移需要能量，對于基準樣來說位錯滑移畸變能可以適當補充一點，而對于時效后的試樣來說位錯滑移畸變能補充的就相對少一點，其剩余的能量全部由外力來承擔。隨著時間的推移畸變能逐步減少最后消失，位錯的滑移全部由外力來承擔。但由于畸變能相對于外力來說是很小的，所以畸變能的消失在宏觀上表現為抗拉強度略微升高。其關系式為：位錯滑移所需能量=力提供的能量+畸變能。

7 結論

對大規格SWRH82B高碳鋼盤條自然時效后的力學性能變化規律進行了較為系統的研究;借助OM、SEM、EDS和XRD等對其顯微組織、夾雜物成分與分布、宏觀與微觀斷口形貌、物相結構和殘余應力等進行測試與分析。結果表明,82B盤條的斷面收縮率隨時效時間延長明顯升高。滿足盤條力學性能所需的時效時間與初始性能和環境溫度有關;盤條中的夾雜物分布不均,且存在尺寸較大的復合脆性夾雜物,導致出現＂黑心＋白點＂特征的斷口形貌;時效后殘余應力的釋放和晶格畸變的減小是引起盤條斷面收縮率提高的主要原因。試驗表明：①自然時效15天后SWRH82B的各項力學性能指標變化最快，20天后各項指標趨于穩定。②企業可以在生產15天后進行SWRH82B檢驗。