（材料加工工程专业论文）高强度pc钢棒热处理工艺及延迟断裂性能研究.pdf

东北失学硕士学位论文摘要 i i 1r 1 i _ _ _ - _ i 高强度p c 钢棒热处理工艺及延迟断裂性能研究 摘要 p c 钢棒( s t e e l b a r f o r p r e s t r e s s e d c o n c r e t e ) 又称预应力混凝土用钢棒，因其强度商， 松弛率低、握裹力强，焊接性能和镦锻性能良好，广泛用于高强度预应力混凝土离心管 桩、高层建筑地基和高架桥墩混凝土管桩、电杆、铁路轨枕等预应力构件中。本课题针 对唐山钢铁公司生产的p c 钢棒用钢力学性能不稳，屈强比高，抗颈缩能力差，在运输、 存放及成品p c 钢捧的使用过程中发生延迟断裂问题进行展开研究的。本文从生产p c 钢棒的关键技术热处理着手，详细研究和探讨了不同热处理制度对3 0 m n s i p c 高强钢棒 力学性能和抗延迟断裂性能影响的基本规律，旨在找到最佳的热处理生产1 i 艺制度提离 p c 高强钢棒力学性能和抗延迟断裂性能。 本文采用中型电阻炉对3 0 m n s i 钢进行热处理工艺模拟。热处理后的试样进行力学 性能测试，并利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜进行了微观组织分机、断u 分析以 及碳化物析出分析。同时自行设计制造了恒载荷延迟断裂加速实验( f i p ) 设备，埘满 足力学性能标准要求的p c 钢棒按照f i p 标准试验方案进行了延迟断裂加速试验，测定 钢棒发生断裂所需的时间。得出如下结论： 1 淬火温度对3 0 m n s i 钢强度和塑性影响不大，而对屈强比和韧性有明显的影响。 淬火温度在9 1 0 。c 9 9 0 之间具有较高的强度且基本保持不变，淬火温度过低或过盎均 使强度降低。淬火温度低于9 9 0 时，随着淬火温度的升高位错型马氏体比例升高导致 屈强比减小，淬火温度高于9 9 0 时，晶粒粗大晶界偏析导致屈强比升高，9 9 0 淬火叫 屈强比达到最小值。在较高温度下奥氏体化时回火后钢棒韧性会由于晶粒粗大和高温匹【 火脆陛的影响而恶化。由此得出淬火温度在9 1 0 。c 9 9 0 。c 具有较好的强度和韧性， 2 在相同的淬火温度下，回火温度对3 0 m n s i 钢的强度和耀性有很大的影响，对铜 届强比基本无影响。随着回火温度的升高3 0 m n s i 钢强度明显f 降，而塑性旱明显二升 趋势。对于3 0 m n s i 钢回火温度确定在3 9 0 。c 4 3 0 能够满足p c 钢棒的力学性能标准 要求。 3 在较低的回火温度下，3 0 m n s i 钢延迟断裂时问随着淬火温度升高先增加后降低。 同火温度为3 9 0 时3 0 m n s i 钢在9 5 0 淬火时有较好的抗延迟断裂性能。9 5 0 以下淬 火时温度越低淬火后获得的孪晶马氏体比例越商，钢棒中易形成显微裂纹，抗延迟断裂 东北大学硕士学位论文摘要 性能也越低；当淬火温度超过9 5 0 时，随着淬火温度升高由于晶粒的粗化，钢棒中容 易形成显微裂纹，抗延迟断裂性能降低。 4 在保证强度达到标准要求的前提下，提高回火温度可以提高3 0 m n s i 钢抗延迟断 裂能力。并且提高回火温度可使获得较佳抗延迟断裂性能的淬火温度范围增大。4 3 0 。c 回火时淬火温度在9 1 0 。c 9 9 0 。c 均能达到较好值。因此回火温度在3 9 0 。c 4 3 0 。c 之州 3 0 m n s i 钢取得较好的抗延迟断裂性能。 5 在相同的热处理制度下3 0 m n s i v 和3 0 m n s i 均具有良好的塑性，并且由于v c 具有能使晶粒细化和使碳化物弥散分布的作用，从而导致3 0 m n s i v 具有更高的强度和 抗延迟断裂能力。另外v 能够提高钢的回火抗力，使得钢在更高的回火温度下达到强度 要求和具有更好的抗延迟断裂性能。 关键词：p c 钢棒：3 0 h 厦n s i ：热处理：力学性能：延迟断裂 一l l 卜一 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t s t u d yo nh e a tt r e a t m e n tr e g i m ea n dd e l a y e df r a c t u r ep r o p e r t yo fs t e e l b a rf o rp r e s t r m s e s dc o n c r e t w i t h 强曲m e c h a n i c a lp r o p e r t y a b s t r a c t p r e s t r e s s e dc o n c r e t es t e e lb a r sw i t hh i g hs t r e n g t ha n dh i g ht o u g h n e s s ，l o wr e l a x a t i o n ， h i g hb o n ds t r e s s ，e x c e l l e n tw e l d i n gc a p a c i t ya n dh e a d i n gc a p a c i t yh a v eb e e nu s e dw i d e l yi n h i g hs t r e n g t hp r e - s t r e s s e dc o n c r e t ec e n t r i f u g a lp i p ep i l e h i g h r i s eb u i l d i n gf o u n d a t i o na n d e l e v a t e db r i d g ep i e rc o n c r e t ep i p ep i l e ，e l e c t r i cp o l e ，r a i l r o a dt i ea n ds oo n f o c u s i n go n c o m m o np r o b l e m ss u c h 髂p o o rd e l a y e df r a c t u r er e s i s t a n c e m e c h a n i c a lp r o p e r t yi n s t a b i l i t y h i g hy i e l dr a t i oa n dp o o rd u c t i l e ，t h i st h e s i ss t u d i e sc a r e f u l l yt h ep r i n c i p l el a w so ft h eh e a t t r e a t m e n tr e g i m ee f f e c t i n go nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dt h ea b i l i t yo fr e s i s t a n c et od e l a y e d f r a c t u r e ，i no r d e rt oo b t a i no p t i m a lh e a tt r e a t m e n tr e g i m ea n de n h a n c ec o m b i n a t i o np r o p e r t i e s o f p cs t e e lb a r r e s i s t a n c ef u r n a c eh e a t i n ga r eu s e d0 n3 0 m n s is t e e lt os i m u l a t et h eh e a tt r e a t m e n t r e g i m e t h es t e e lb a r sh e a t - t r e a t e d a sa b o v ea r et e s t e dt om a k ek n o w nt h em e c h a n i c a l p r o p e r t y a n dt h em i c r o s t r u c t u r eo fs p e c i m e n sw a se x a m i n e dw i t ho p t i c a l m i c r o s c o p e s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p yw a s u s e dt oe x a m i n et h ef r a c t u r es u r f a c eo ft e n s i l es a m p l e sa n d t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p yw a gu s e dt oh a v ea na n a l y s i so fc a r b i d ep r e c i p i t a t i o ni n o r d e rt oe v a l u a t et h er e s i s t a n c et od e l a y e df r a c t u r e ，t h ed e v i c eo fs t r e s sc o r r o s i o nw a s d e s i g n e da n dm a d e d e l a y e df r a c t u r ep r o p e r t y t e s ti sc a r r i e do ns e l e c t e ds t e e lb a r s h e a t - t r e a t m e n ta c c o r d i n gf i pr e f e r e n c e c o n c l u s i o n sa l ea st h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) q u e n c h i n gt e m p e r a t u r eh a sl i t t l ee f f e c to ns t r e n g t ha n dp l a s t i c i t y o ft h es t e e lb a r w h i l ei th a so b v i o u se f f e c to ny i e l dr a t i oa n dd u c t i l i t y t h e3 0 m n s is t e e lb a r sh a v eh i g h e r s t r e n g t ha n dk e e pc o n s t a n tv a l u e a sq u e n c h e db e t w e e n9 1 0 c 9 9 0 。c ，t h es a m p l e sh a v e t h e l o w e s ty i e l dr a t i ow h e nq u e n c h e da t9 9 0 。c n l ey i e l dr a t i oo f3 0 m n s is t e e lb a rr e d u c e sw i t h t h ei n c r e a s i n go fq u e n c h i n gt e m p e r a t u r eu n d e r9 9 0 。cd u et ot h ei n c r e a s eo l l a t h m a r t e n s i t e a b o v e9 9 0 y i e l dr a t i oo fs t e e lb a ra s c e n dw i t hq u e n c h i n gt e m p e r a t u r e i n c r e a s i n gd u et ot h ed e c l i n i n go ft e n s i l es t r e n g t hr e s u l t i n gf r o md e c r e a s i n go fg r a i n b o u n d a r yc o h e s i o nb e c a u s eo fh e i g h t e n i n go fs e g r e g a t i o nc o n c e n t r a t i o na l o n gi n i t i a l a u s t e n i t eg r a i n t h e r e i s a l l o p t i m a lq u e n c h i n g t e m p e r a t u r ea t 9 1 0 * c 9 9 0 。c i v 东北大学硕士学位论史a b s t r a c t ( 2 ) t e m p e r i n gt e m p e r a t u r eh a ss i g n i f i c a n te f f e c to ns t r e n g t ha tt h es a l n e q u e n c h i n g t e m p e r a t u r e n l es t r e n g t ho f3 0 m n s is t e e lb a rd e c r e a s e sa n dt h ep l a s i t i c i t yo fs t e e lb a r a s c e n d sa st h et e m p e r i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s e s 3 0 m n s is t e e lb a rm e e t st h em e c h a n i c a l p r o p e r t yr e q u i r e m e n to n l yw h e nt e m p e r e db e t w e e n3 9 0 ca n d4 3 0 。c t e m p e r i n gt e m p e r a t u r e h a ss l i g h te f f e c to nt h ey i e l dr a t i oo f t h e3 0 m n s is t e e lb a r ( 3 ) t h ed e l a y e df r a c t u r ep r o p e r t yo f s t e e lb a r sr i s e sw i t hq u e n c h i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s e s u n d e rl o w e rt e m p e r i n gt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s t h es t e e lb a r sq u e n c h e da t9 5 0 。ca n d t e m p e r e da t3 9 0 h a v e t h el o n g e s tt i m et od e l a y e df r a c t u r ew h i c hi n d i c a t e st h a t9 5 0 i s t h eo p t i m i s t i cr e s i s t a n c et od e l a y e df r a c t u r ep r o p e r t y t h ea b i l i t yo fr e s i s t a n c et od e l a y e d f r a c t u r ed e c r e a s e sw i t ht h eq u e n c h i n gt e m p e r a t u r er e d u c e sw h e nt h eq u e n c h i n gt e m p e r a t u r e i sl o w e rt h a n9 5 0 c d u et ot h en e g a t i v ee f f e c to ft w i n n e dm a r t e n s i t e t h eh i g h e rq u e n c h i n g t e m p e r a t u r ei s ，t h ep o o r e rr e s i s t a n c et od e l a y e df r a c t u r ep r o p e r t yi sw h e nt h eq u e n c h i n g t e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a n9 5 0 c d u et ot h ed e c l i n i n go fc o h e s i o no fg r a i nb o u n d a r y ( 4 ) t h ea b i l i t yo fr e s i s t a n c et od e l a y e df r a c t u r ea s c e n d s 、v i t lq u e n c h i n gt e m p e r a t u r e i n c r e a s i n gu n d e rt h ec o n d i t i o no fm e e t i n gm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sr e q u i r e m e n t 3 0 m n s is t e e l b a r sc a l lo b t a i no p t i m a lr e s i s t a n c et od e l a y e df r a c t u r ew h e nt h et e m p e r i n gt e m p e r a t u r ei s b e t w e e n3 9 0 a n d4 3 0 ( 5 ) b o t h3 0 m n s i vs t e e la n d3 0 m n s is t e e lh a v eg o o dp l a s t i c i t yu n d e rt h es a r n eh e a t t r e a m a e n tr e g i m e 3 0 m s i vs t e e lb a r sh a v eh i g h e rs t r e n g t ha n dr e s i s t a n c et od e l a y e d f r a c t u r ep r o p e r t yd u et ov cl e a d i n gt og r a i nr e f l i l i n ga n dd i f f u s e dd i s t r i b u t i o no fc a r b i d e i n a d d i t i o nt ot h e s e ，vc a l li n c r e a s er e s i s t a n c et ot e m p e r i n go fs t e e lb a r , w h i c hm a k e s3 0 m n s i v s t e e lb a r sh a v eh i g h e rs t r e n g t ha n dr e s i s t a n c et od e l a y e df r a c t u r ep r o p e r t yu n d e rh i g h e r t e m p e r i n gt e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：p cs t e e lb a r ；3 0 m n s i ；h e a tt r e a t m e n t ；m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ；d e l a y e df r a c t u r e v 一 声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我同1 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者躲离桎捉 e t 期：函易；卫一 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和惜阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字e t 期： 东北大学硕士学位论文高强度p c 钢棒热处理工艺及延迟断裂性能研究 | 一i 1 i 1 高 1 绪论 1 1p c 钢棒的特点、用途及性畿要求 p c 钢棒( s t e e lb a rf o rp r e s t r e s s e dc o n c r e t e ) 又称预应力混凝土用钢棒，西欧称之为 h i b o n dw i r e ，日本俗称乌龙捧( u l b o n ) ，通常所说的预应力钢材有两大类【1j ：一一类 是用冷变形方法生产的，包括冷拔或冷轧成型、加工硬化状态或去应力稳定化状态使用 的预应力钢材。这种预应力钢筋采用高碳钢制作，可以达到很高的强度，其主要问题是 耐腐蚀性能很差，塑性低，拉断断口全部是脆性的。第二类是经过热处理强韧化的高强 度预应力钢筋。它是以中低碳低合金钢热轧盘圆为原材料( 原始组织为珠光体十铁索 体) ，经少许冷拔或冷轧加工后进行调质处理得到的一种高强度低合金结构钢。这种钢 棒具有强度高，松弛率低，外形为连续螺旋沟槽，与混凝土握裹力强，具有7 股钢绞线 相同的粘接性，综合力学性能好，耐曲折寿命长的特点，由于采用的是低碳钢其有良好 的焊接性能，非常适合于点焊编笼，成型制造管桩，产品可成卷交货，卷熏可达一吨以 上，因成品卷取在弹性范围内，松卷后会自动伸直而无蒿再矫直，镦锻性能好，现场施 工可以端部镦头，滚丝预张拉，锚困方便。p c 钢棒在国外已被广泛应用于高强度预应 力混凝土离心管桩、高层建筑地基混凝管桩、高架桥墩混凝土管桩、电杆、铁路轨枕 等预应力构件中。国产预应力锶材的应用领域已从铁路、公路拓展为建筑、水利、能源 及岩土锚固等工程领域。典型工程有同济大学图书馆、上海电视塔、北京西客站、世博 园展馆、沈大高速公路、郑州黄河大桥、虎门大桥、江阴大桥、三峡水利工程、黄河小 浪底水利工程、秦山核电站二期工程等。国产预应力钢材在上述预应力混凝土工程施工 中均作为主筋约承受其公称抗拉强度的7 0 以上的载荷。据调查港口、桥梁建设采用预 应力混凝土离心管桩可以用管桩机直接打入海底、江底、河底等，与我国现有方法相比， 照著提高了施工速度，降低了施工难度，提高并保证了越工质量，大幅度降低了施工费 用。预应力混凝士管桩应用于高层建筑地基与现有建筑地基相比，节约钢材6 0 ，提高 了建筑速度，改进了建筑质量。 目前p c 钢棒成品规格在6 m m 1 3 m m 之间，有三头至六头凹螺纹、带直肋、螺旋 肋的阳螺纹及月牙痕等系列的产品。我国制订了冶金行业标准t b g r l l l - 1 9 9 7 预应力混 凝土钢棒，该标准基本上借鉴日本工业标准j i s g 3 1 3 7 1 9 9 4 细径异型p c 钢棒。p c 钢棒的主要技术指标：抗拉强度 1 4 2 0 m p a ，屈服强度 1 2 7 5 m p a ，伸长率 5 ，松弛率 1 2 8 0 m p a ，焊点抗拉强度和屈服强 1 绪论 强度不得低于该材料强度的9 5 ，即 11 3 5 0m p a ；外观不得有裂纹、折迭、结疤、弯曲、 粗细不均( 公差o 0 5 r a m ) 、油污等1 2 。 1 2p c 钢棒国内外发展状况 p c 钢棒最早于1 9 5 6 年由日本高周波热炼株式会社研制成功，1 9 6 2 年解决了镦头技 术，1 9 6 4 年用于预应力混凝士管桩生产中并申请了专利。1 9 7 7 年日本制定了p c 钢棒的 标准，标准号为j i s g 3 1 0 9 。由于该公司技术保密，不卖设备，只卖产品。我国从日本引 进p h c 高强度预应力管桩生产线时，必须进口p c 钢棒才能生产管桩。2 0 世纪7 0 年代 专利保护到期之后，日本相继将产品延伸至韩国、台湾等地，工业发达国家开始试制和 试用，并产生国际标准。近几年，英国r a d y a e 公司和法国o t t 公司联手合作，推出了 生产这种p c 钢棒的连续线，专供亚洲市场，其设备已销往泰国、韩国、马来西贬、中 囡，德国s k e t 公司也推出了自己的p c 钢棒连续生产线，供亚洲市场。但是在1 9 8 5 年国际预应力混凝土联合会提出的建议当中指出f 3 l ，最好不要采用热处理方式生产高抗 拉强度钢丝线，主要考虑其使用中有发生应力时效断裂的趋向，且热处理过程中易出现 软点，所以在欧洲和美洲一般不用热处理的方式生产预应力钢棒，而采用应力松弛预应 力钢筋和冷拉预应力钢筋，直到现在也是如此。 中国预应力钢材的生产起步于2 0 世纪6 0 年代初期，因受计划经济影响，到2 0 世纪 8 0 年代中期生产能力只有4 5 万吨，主要品种为普通松弛级预应力钢丝、钢绞线和调质 热处理钢筋，属低档产品，预应力钢棒2 0 世纪8 0 年代中期引入我国。由于当时国内生 产设备自动化程度比较低、工序不连续，使得早期开发出的国产预应力钢棒产品的生产 效率很低、成本较高、难以形成规模生产。随着我潮改革开放和经济建设的不断深入，“八 五”期间，国内几家企业相继与科研院所一同研制出了自动化程度较高的连续化预应力钢 棒生产线，但由于控制系统的协调性和设计的欠缺而难以实现预期效果。“九五”期间，围 内对建筑用钢材的质量标准有了一定的认识，逐步引进预应力钢棒生产线。1 9 9 4 年唐山 钢铁公司引进了国内第一条p c 钢棒生产线，短短数年问国内几家企业相继从国外引进了 1 0 条预应力钢棒生产线，加上新上马的和整修后的2 0 余条国产线，年产量达2 0 余万吨。 我国高速线材生产的飞速发展，促进了预应力混凝土结构工程领域设计、旋工与用料的 技术进步和更新换代。但形成了严重的供大于求局面，从而使预应力钢棒产品销售价格 一路下滑，货款回收期不断加长，使得许多企业处于停产或半停产的局面。自1 9 9 9 年 以来，由于南方沿海一带经济建设的加速，建筑业迅猛发展，使预应力钢棒的市场活跃 起来，使得原停产或半停产的生产线被重新启动，随着p c 钢棒生产质量的不断提高和 一2 一 东北大学硕士学位论文 高强度p c 钢棒热处理工艺及延迟峨裂性能研究 人们对建筑钢材高性能价格比带来的一系列好处的深入认识，其应用越来越普遍，r “：量 也在稳步地增长。2 0 0 0 年广东省建设厅出台强制性文件规定，凡建造楼房必须打管桩( 管 桩必须要用p c 钢棒) 。据统计，目前中国p c 钢棒生产能力已达1 0 0 万吨以上。 1 3 生产工艺介绍 1 3 1p c 钢棒用钢的生产工艺 生产p c 钢棒原料盘条工艺技术路线为：转炉冶炼一l f 精炼一连铸浇注方坯一商速 线材轧制。对p c 钢棒线材的冶炼可以采用转炉及电炉平炉早已弃用。冶炼过程中 t 意高品质原料的选用，合会化的方式、方法，m n 、s i 的控制等。p c 钢棒用线材须应炉 外精炼，糖炼全程吹氩，精炼时间不得少于3 0 m i n ，并在精炼过程中加强脱氯、脱硫、 搅拌操作，合理控制钢水的开浇温度和过热度。目前，p c 线材用钢锭采用模铸和连铸 两种方式生产。模铸是传统的生产方式，采用模铸时要注意选用合适锥度的铸模并合理 切头。连铸生产不仅能提高锅的表面质量，而且能大大提高钢材的均匀性。采用连铸方 式时，要实行全保护浇注，结晶器使用电磁搅拌，注意控制过热度、二冷制度及拉速。 铸坯可采用加缓冷罩方式冷却，确保缓冷时间大于8 h ，取得怠好的铸态组织。 坯料表面是直接影响线材表面质量的关键因索。表面缺陷为1 0 m m 长的1 8 0 m m 方 坯轧成直径1 3 r a m 线材时，缺陷长度约为2 4 0 0 m m 。美国u s s k o b e 轧制坯料四周要 磨光。而在国内，方坯修磨对方坯表面质量的影晌尚未弓l 起足够重视，有必要强调其重 要性和完善坯料表面缺陷的检测手段。 轧制过程中，为了得到较佳的拉拔性能，必须使钢坯加热均匀温度减少钢坯头尾温 差，对粗轧开轧温度、精轧入口温度、终轧温度、吐丝温度轧制速度等进行控制。 线材在相变区内进行缓慢冷却，以利于得到均匀的金相组织，是线材获得优异拉拔 性能的关键。控制冷却不仅是冷却，更重要的是轧后余热热处理的重要手段。这一点已 逐步被线材生产厂所重视。新日铁君津制铁所已开发了轧后盐浴索氏体化处理的d l p 线材f 4 】0 国内已有企业采用斯太尔摩控冷生产线，并证实能保证钢材合适的组织结构。 通过标准型斯太尔摩冷却，使商碳钢线材索氏体化。以形成最佳的冷拉组织。满足钢丝 生产直接拉拔的需要，高线控冷线材索氏体化率大于9 2 后。其断面收缩率v 值则大幅 提斑。 线材的外观及表面质量也会影响p c 钢棒的性能，钢棒的展开弹直性受线材的椭网 度等因素的影响。为保证p c 钢棒性能的稳定性，应高度重视线材的规格误差，线捌上i 东北大学硕士学住论文 高强度p c 钢棒热处理工艺及延迟断裂性能研究 _ _ 皇嗣_ ii 鼍薯i 高 人们对建筑钢材高性能价格比带来的一系列好处的深入认识，其应用越来越普遍，产量 也在稳步地增长。2 0 0 0 年广东省建设厅出台强制性文件规定，凡建造楼房必颁扣管桩( 管 桩必须要用p c 钢棒) 。据统计，f j 前中国p c 钢棒生产能力已达l 0 0 万吨以上。 1 3 生产工艺介绍 1 1 3 1p c 钢棒用钢的生产工艺 生产p c 钢棒原料盘条工艺技术路线为：转炉冶炼一l f 精炼一连铸浇注方坯一高速 线衬轧制。对p c 钢棒线材的冶炼可以采用转炉及电炉，平炉早已弃用。冶炼过程中注 意高品质原料的选用，合金化的方式、方法，m n 、s i 的控制等。p c 钢棒用线材须应炉 外精炼，糟炼全程吹氩，精炼时间不得少于3 0 r a i n ，并在精炼过程中加强脱氧、脱硫、 揽摔操作，合理控制钢水的开浇温度和过热度。n 前。p c 线材用钢锭采用模铸和连铸 两种方式生产。模铸是传统的生产方式，采用模铸时要注意选用台适锥度的铸模并合理 切头。连铸生产不仅能提高钢的表面质量，丽且能大大提高钢材的均匀性。采用连铸方 式时，要实行全保护浇注，结晶器使用电磁搅拌，注意控制过热度、二冷制度及拉速。 铸坯可采用加缓冷罩方式冷却，确保缓冷时间大于8 h ，取得良好的铸态组织。 坯料表面是直接影响线材表面质量的关键因素。表面缺陷为l o m m 长的1 8 0 r a m 方 坏轧成直径1 3 n u n 线材时，缺陷长度约为2 4 0 0 n u n 。美国u s s k o b e 女l 制坯料四周星 磨光。而在国内，方坯修磨对方坯表面质量的影响尚未引起足够重视，有必要强调其重 要性和完善坯料表面缺陷的检测手段。 轧制过程中，为了得到较佳的拉拔性能，必须使钢坯加热均匀温度减少钢坯头尾温 差，对耜轧开轧温度、精轧入口温度、终轧温度、吐丝温度轧制速度等进行控制。 线材在相变区内进行缓慢冷却，以利于得到均匀的金相组织，是线材获得优异拉拔 性能的关键。控制冷却不仅是冷却，更重要的是轧后余热热处理的重要手段。这一点已 逐步被线材生产厂所熏视。新日铁君津制铁所已开发了轧后盐浴索氏体化处理的d i p 线材【4 】。国内已有企业采用斯太尔摩控冷生产线，并证实能保证钢材合适的组织结构。 通过标准型斯太尔摩冷却，使高碳钢线材索氏体化以形成最佳的冷拉组织，满足钢丝 生产直接拉拔的需要，高线控冷线材索氏体化率大于9 2 后，其断面收缩率v 值则大幅 提高。 线材的外观及表面质量也会影响p c 钢棒的性能，钢棒的展开弹直性受线村豹椭恻 度等因素的影响。为保证p c 铡棒性能的稳定性，应高度重视线材的规格误尊，线材r j 度等因素的影响。为保证p c 铡棒性能的稳定性，应高度重视线材的规格误差。线材r t 绪论 i 一i - 存在的划伤、耳子、突起、飞边等在拉拔时发生较大变形不仅增大模具磨损，处理过 程中会与其它部分有不同的性能，因而影响其展开弹直能力。 p c 钢棒线材只能以定尺直条供应或成盘供应，f 1 本u l b o n 线材盘重约i t 左右， 韩国浦项制铁的产品盘重可达2 t 。为便于用户使用p c 钢棒线材在松开包紧后会自动 调直。因此，成盘的p c 线材处于弹性弯曲状态，其弹性应力与钢筋直径、线材直径有 关，建议线材盘重以1 2 t 为直。 1 3 2p c 钢棒生产工艺 p c 钢捧就其生产工艺丽言，目前国内都采用热轧盘条一冷拔一旋螺纹一调质处理这 一方式；就其技术路线而言，都采用化学成分加热处理的途径提商钢棒强度，而化学成 分又都采用低碳低合金钢加微合金化的配方。虽然从大的方面看，各生产厂家都差不多， 但各厂家在具体的生产技术问题上又各有特点。 目前p c 钢棒生产采用两种工艺流程，间断式和连续式吼 1 ) 褥断式生产工艺流程 ( 1 ) 成型机组：放线一机械除鳞一砂磨一涂层一定径一成型一收线 ( 2 ) 成品调质处理机组：放线一奥氏体化加热一淬火一回火一冷却一收线一检验一 包装入库 p c 钢棒成型工艺 线材经机械除鳞，涂层后直接进入拉丝机完成定径( 适当减径) 和成型( 凹螺纹成型) 过程。机械除鳞可采用弯曲式，配以表面砂磨和钢刷清洗，也可以采用在线喷丸处理， 均可保证除鳞质量。拉丝机可采用立式、倒立式，钢棒成型的同时即可收线，收线盘重 较大，有利于成品调质处理。 成品调质处理 钢棒成型后，即可进行成品调质处理，加热至奥氏体化温度，然后淬火，淬火介质 采用水淬。回火控制在3 5 0 ( 2 以上，一般选3 5 0 5 0 0 之间为宜，低于3 5 0 。c ，得不列 合适的松弛值，超过5 0 0 ，则不能获得所需的抗拉强度。间断式生产_ 亡艺的热处理过 程可以由一般管式炉完成，走线6 8 根，回火采用铅回火。也可以采用感应加热，单 根走线，快速舰热。 2 ) 连续式生产工艺流程 放线一机械除鳞一钢刷清洗一矫直一定径一成型一夹送辊l 一奥氏体化加热一淬火 一回火一冷却一夹送辊2 一飞剪一收线( 2 组) 一检验一包装入库 - 4 - 东北大学硕士学位论文高强度p c 钢棒热处理工艺及延迟断裂性能研究 连续式就是将成型和成品热处理两道工序连在一起，形成连续式生产线，是目前较 为先进的一种生产工艺。线材经机械除鳞，矫直后钢棒经央送辊送入感应加热奥氏体化 炉。采用中频、高频两次加热。然后经水淬火。中频感应炉回火后，经冷却后由夹送辊 送卧式收线机( 2 组) 。两组轮流工作，带有在线飞翦保证了连续生产。整条线采用p l c 控制，在夹送辊之间形成微张力，保证全线高速、稳定化生产。 3 ) 两种工艺对比 间断式生产灵活性强，对不同产量规模，可采用不同的组合。如条成型机组配 一条热处理机组，也可配两条热处理机组，较为灵活。两个主要工序之间无干扰，假工 序复杂，单位产量占地面积大。周期长。生产过程消耗增加，劳动生产率低。连续，也 产自动化程度高，产品性能均匀。生产周期短，消耗少，劳动生产率高，单位产量占地 少。因而单位产量和人均产量均高于间断式。但两个主要工序在一起，易产生相互干扰， 无法灵活分工序组织生产。 1 4p c 钢棒用钢成分设计与选择 1 4 1 国内外p c 钢棒用钢化学成分 根据p c 钢棒的使用条件和场合，要求其产品要同时具有高强度、低松弛、可焊性 和可镦性等综合力学性能。目前国内外生产p c 钢棒一般都用s i m n 系低碳低合会钢， 加微量的v 、n b 、b 等元素，其合会成分的具体设计应着碾于p c 钢捧各项链能要求以 及所采用的冷拔及热处理工艺装备的配合情况。然而不论国内还是国外，不同厂p c 钢 棒在具体的化学成分设计上又各有特点。 含碳量对钢棒线材的工艺性能及综合性能有显著的影响，设计时要考虑力学性能要 求、合金元素含量、钢棒淬火时的冷却方式等因素。线材含碳量与抗拉强度问有良好的 线性关系i 6 】。是影响p c 钢棒力学性能的主要因素。目前常用的s i m n 系线材含碳量一 般在o 2 5 0 一0 3 5 之间，当s i m n 含量设计较高时，c 含量取中下限。此外，为了满足 p c 钢棒滚焊编笼性能及镦锻性要求，应尽可能用较低的碳含量。不过碳含量小于0 1 2 5 时，即使用喷水方式淬火，成品强度也不易达到要求，如果将回火温度降到3 5 0 。c 以下，成 品强度可勉强合格，但延伸率显著下降，且影响松豫值。有研究表明，降低碳含量后， 可以通过加入微量v 、t i 元索细化钢材晶粒，在钢中形成微细碳氮化物，提高钢的强 韧性。后续调质生产中当淬火方式为水槽穿水时，因淬火冷却速度比较低，故碳含量墩 中上限。但含碳量大于0 3 5 后，对成品的可焊性、延伸率影响较明显。某钢厂曾设计 1 绪论 曩一i i _ 葺 生产的3 5 s i p c 钢棒，因s i m n 含量较低，其含碳量选用比较高的o 3 2 0 。4 0 ，试生 产的线材组织性能稳定，脱碳层薄，晶粒细小，夹杂物含量低，表面质量良好，但是发 现钢中c 、p 元素分布偏析比较严重1 7j 。化学成分的不均匀将直接造成成品钢棒性能的 波动；当含碳量存在明显波动时，经常出现在相同生产工艺参数下，钢棒性能指标出现 较大波动的现象。 日本标准j i s j 3 1 0 9 - 8 8 中对p c 钢捧的化学成分没有具体规定，但限定了n 关键元素c 、 p 、s 及c u 含量。台湾u l b o n 产品钢种虽不确定，但基本上属s i m n 、s i c r 低合会钢 系列。目前，南韩浦项公司已批量生产这种p c 钢棒用线材，盘重2 t ，有3 0 b 、3 2 b 、 3 5 8 3 个牌号，且线材规格已系列化。从国外材料情况来看，对p c 钢棒用钢基本没做具 体的钢号限制，而只对杂质和性能作了规定，这是非常科学的。我国生产p c 钢棒时使 用过或正在使用的钢种有：2 5 s i m n v 、2 7 s i m n b 、2 0 s i 2 c r 、2 5 s i 2 c r 、3 0 s i m n n b 、 3 7 s i m n m o v 、3 0 s i m n 、3 0 s i m n v 、4 0 s i m n 、4 5 s i 2 c r 等钢种。经过多年的实践检验及 逐步筛选和淘汰，现在我国p c 钢棒用钢基本上以3 0 s i m n 为主。综上所述各国p c 钢 棒用钢有所不同，但大致相近，要采用炉外精炼控制p 、s 含量及央杂物含量。表1 1 和表1 2 分别是国内外p c 钢棒用盘条的化学成分博】。 表1 1 国内p c 钢棒用盘条的化学成分 t a b l e l 1c h e m i c a lc o m p o n e n t so f d o m e s t i c a l l ym a d ep cs t e e lb a r 序号 cs i m nsp 韩国( 1 ) 韩国( 2 ) 日本( i ) 日本( 2 ) 美国 0 2 9 0 。3 4l 。1 5 1 3 5o 6 0 o 9 0o ，0 3 50 ，0 3 5 0 2 7 0 3 21 6 0 1 9 00 7 0 0 9 00 0 3 50 0 3 5 0 2 7 o 3 30 15 o 3 50 6 0 o9 00 0 3 50 0 3 0 0 3 2 o 3 80 1 5 o 3 50 6 0 0 ，9 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 2 8 o 3 80 1 5 o 3 50 6 0 o ，9 00 0 4 00 0 4 0 其它 微鞋1 3 微诺1 3 目前硅锰两元素的配合情况在国内有三种方案s i 、m n 含量都大于1 ：s i 大于 1 ，m n 小于l ；s i 小于l ，m n 大于1 。 采用第一种方案时，由于硅含量高的钢有热滞后现象，在热处理时加热速度不能太 快，加热炉温不能过高，钢丝在高温段的加热时间不能过长，但回火时的热稳定性较好， 东北大学硕士学位论文高强廑p c 钢棒热处理工艺及延迟断裂性能研究 即同样的成品强度可以在较高的回火温度下取得，这有利于成品塑性的提高；而锰含量 尚的钢高温下晶粒易粗化，回火温度应在5 0 0 。c 以下，另外，含锰较高的钢有增加回火 脆性的倾向，尤其当硅含量也较高时。这种倾向更甚。但倾向性不等于非发生不可，只 要回火后加速冷却是可以避免的。实践中，产生延滞断裂的原因，从回火工序看，不是 钢号本身的回火脆性问题，而往往是回火不透，淬火应力未消除完全造成的。这种配方 的钢号淬火工序稍有不慎，就出现淬火裂纹，尤其当c 0 3 时更为敏感。有时不得j i 用p a g 淬火剂，又增加了生产成本。同时，s i 、m n 含量都大于1 的这钢号盘条 的强度高，高速线材控冷速度即使降到2 。c s ，盘条的吼仍达9 0 01 0 0 0 m p a ，拉丝操作 困难，模耗及能耗高，一个模子平均拉拔量只有2 3 吨，这种钢丝可焊性也较差。因 此从合金化原理上分析，第二种方案也许更合理些。在硅和锰的