工艺技术_拉丝用低温快速磷化工艺及机理探讨

东南大学 硕士学位论文 拉丝用低温快速磷化工艺及机理研究 姓名：曹文奎 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：蒋建清;于金 20060601 摘要 摘要 高强度低松弛预应力钢绞线作为第三代高档建筑材料，被广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁等 现代化大型建筑。其中1 8 6 0 M P a 级P c 钢绞线是已商业化的钢绞线中强度级别最高，用量最大的品 种其生产过程是高碳盘条经7 l O 道次的连续冷拉拔形变而成。由于现代化大生产的连续性要求， 通常采用电阻对焊的方法将不同盘卷连接起来，在生产过程中盘条电阻对焊区域常发生拉丝和绞线 断裂。 绞线断口分析的结果表明，焊接区表面润滑不良产生的表面缺陷，是导致发生绞线断裂现象的 主要原因。采用磷化处理的方法来改善表面润滑性能，是减少表面缺陷产生的有效方法。 研究了促进剂( 羟胺( H A S ) 和L a ( N 0 3 ) 3 ) 对磷化过程的女一t 曲线的影响，及磷化膜的生长规 律。结果表明，羟胺有明显的加速磷化腐蚀反应的作用，使磷化膜晶粒的沉积速度加快，成膜阶段 的时间缩短，磷化膜晶粒细小致密；L a ( N 0 3 ) 3 参与磷化膜晶粒的形核，降低磷化膜晶粒的形核势垒， 加速磷化膜晶粒的生成，使膜晶粒细小致密；当羟胺和L a ( N 0 3 ) 3 共同作用时，能综合二者的促进作 用，起到良好的效果。 研究了磷化工艺对磷化膜形貌的影响规律，并对其摩擦学性能进行了研究，结果表明，膜重大、 晶粒细小致密的磷化膜具有较好的减摩效果，其摩擦系数为0 2 左右，而相同条件下未磷化处理样 品的摩擦系数约为O 7 ；磷化膜皂化处理后，其摩擦性能更佳，摩擦系数均在O 2 以下。 磷化工艺的生产试用结果表明，采用本低温快速磷化工艺对盘条焊接区进行磷化处理，能有效 减轻表面裂纹的产生。 关键词：P C 钢绞线；焊接区；绞线断丝；磷化机理；促进剂 东南大学硕I 学位论文 A B S T R A C T A sh i g h - g r a d es 仃I I c t u r em a t e r i a l ，1 8 6 0 M P ap r e s t r e s s e dc o n c r e t e ( P C ) s t e e ls t r a n di sw i d e l y u s e di nm o d e r nc o n s t r u c t i o n ，s u c h 私s k y s c r a p e r s ，l a r g es p a nb r i d g e s ，a n dS Oo n I tW a sm a d eo f h i g h - c a r t 时ns t e e lw i r e sa f t e rd r a w i n gd e f o r m a t i o n T h eb a rt ob a ra r ec o n n e c t e db yb u nr e s i s t a n c e w e l d i n gi no r d e rt ok e e pc o n t i n u o u sd r a w i n g F r a c t u r eo f t e nO C C U L T Si nt h ew e l dj o i n to f t h ew i r e d u r i n gd r a w i n ga n dt w i s t i n g A c c o r d i n gt of r a c t u r ea n a l y s i s ，i ti sf o u n dt h a tt h ef r a c t u r e so f t h es t a n d sa r em a i n l yc a u s e d b y t h es u r f a c ed e f i c i e n c yi nw e l dj o i n t sw h e r ei sb a d l yl u b r i c a t e d P h o s p h a t et r e a t m e n tC a n i m p r o v es u r f a c el u b r i c a t i n gp r o p e r t y T h i si sa l s oa ne f f e c t i v ew a yt or e d u c es u r f a c ef l a w s T h i sp a p e rs t u d i e st h ei n f l u e n c eo f a c c e l e r a t o r s ( H A S 形 变前的珠光体团为随机取向,Fe3C片很平直;随着形变量的增加,Fe3C片逐渐转到与拉丝轴平行的方向上,基本与拉丝轴方向一致。Fe3C片越接近平行于拉 丝方向排列,越有利于拉丝形变的进行。 由于热轧高碳盘条在拉拔生产中的断丝率偏高,无法满足拉丝生产的现象,分析了导致其断丝的可能原因。研究结果表明：导致热轧高碳盘条拉拔断 丝的主要原因是盘条的表面缺陷(裂纹、折叠、表面夹渣等)和芯部缺陷(夹杂物、成分偏析引起的异常组织等)。结合盘条生产工艺可知：结晶器的内壁 磨损、结晶器液面波动,以及未采用专用保护渣等是造成热轧高碳盘条表面缺陷的主要原因；钢的纯净度,未能充分排除各类夹杂物,以及连铸过程中发生 严重的中心偏析是导致芯部缺陷产生的主要因素。 通过拉丝断口的形貌和力学分析,提出了“笔尖状断口”新概念,深化了对拉丝断口的认识。长期以来,一直将该类断口归于杯锥状断口。由于杯锥状 断口与拉丝断口在受力状态上存在着显著的差异：杯锥状断口在单向拉伸状态下发生颈缩,在材料心部受力状态为三向张应力；而拉丝断口的受力状态为 轴向拉应力、径向压应力；断口形貌上也存在着显著的差异。因此,该拉丝断口不应归于杯锥状断口,而应称为“笔尖状断口”。其形貌不仅受到材料性 能参数的影响,还受到拉丝模具及拉丝工艺参数的影响。模拟计算表明,拉丝模具顶角越大,笔尖变得更细长；拉丝模具与盘条之间的摩擦系数越大,笔尖 越短。 针对微裂纹、夹杂物等显微缺陷在材料中客观存在的现实,研究了这些缺陷存在的安全性问题。通过表面缺陷试验和芯部缺陷的有限元计算模拟,确 定了其临界尺寸。研究结果表明,1860MPa级PC钢绞线用热轧高碳盘条JIC=0.0148MPam,KIC=57.6MPam1/2;热轧高碳盘条的最佳拉拔角约为8；对于 相同尺寸的裂纹,J积分值随着模具顶角的增大而增加：当模具顶角小于8后,J积分值变化较小,趋于一定值；J积分值随着摩擦系数的增大而增大；最终 提出了“盘条的表面缺陷临界尺寸约为0.18mm,芯部缺陷临界尺寸为30m-40m左右”的判据,这一结果为小方坯连铸连轧生产1860MPa级PC钢绞线用热 轧盘条成套工艺的开发提供了重要的理论依据。 据此,在江苏沙钢集团的小方坯连铸连轧生产线进行了设备改造和工艺优化试验,取得了良好的效果。结果表明,通过对成分、表面缺陷、夹杂物、成 分偏析、显微组织等的控制,采用小方坯连铸连轧高速线材生产线,可以生产出满足现代化拉丝生产装备要求的1860MPa级PC钢绞线用热轧高碳盘条。其抗 拉强度超过1150MPa,断面收缩率为3840,拉拔断丝率为1.01.5次/100吨。用户使用结果表明,其实物质量与日本产品相当。截止2003年10月,江苏 沙钢集团已生产销售1860MPa级PC钢绞线用热轧盘条约49万吨,全部用于替代进口,实现销售收入14亿余元,销售利润3.6亿余元。 7.期刊论文 赵旭军.孙顺起.Zhao Xujun.Sun Shunqi PC钢丝钢绞线使用中出现的质量问题分析 -金属制品 2000,26(3) PC钢丝、钢绞线在使用中常出现PC钢绞线在施工方的检验中破断负荷达不到标准要求和在施工中75%Fb张拉时断线,PC钢丝在施工前按JGJ 85-92检验 时强度达不到要求,及PC钢丝、钢绞线在张拉时伸长量达不到施工方理想张拉量等问题.通过复检、分析和研究,认为产生这些现象的主要原因是由于检验 时拉伸试验机使用非专用钳口和选用标准不当等造成的. 8.会议论文 段建华 我国PC钢绞线用线材质量和需求状况 2005 本文从满足加工性能和最终产品性能两方面概括PC钢绞线用线材的质量要求,从力学性能、断线类型及频率、表面缺陷几方面总结了几种国产PC线材 的实物质量.国产PC线材可以满足国内PC绞线的数量需求,但其中高品质线材的数量并不够. 9.期刊论文 徐伟.Xu Wei 多丝大直径PC钢绞线的生产及工艺设计 -金属制品2007,33(1) 预应力混凝土工程的快速发展对预应力混凝土用产品的性能提出了更高的要求,钢绞线正向着大直径、高强度、低松弛、防腐蚀方向发展.对119W- 28.6 mm-1 860 MPa多丝大直径、高强度、低松弛预应力混凝土用钢绞线的生产工艺进行设计、探索. 10.会议论文 徐伟 多丝大直径PC钢绞线的生产及工艺设计探索 2