李琳濤 周偉東

摘要：對高強度預應力鋼絲穩(wěn)定化處理的生產工藝進行研究，探索穩(wěn)定化處理鋼絲的特性，為實現溫度自動控制提供一定的理論依據。研究了穩(wěn)定化處理工藝對產品的力學性能尤其是抗應力松弛性能的影響。結果表明：制定的生產方法和工藝制度完全能滿足高強度低松弛預應力鋼絲的質量要求。

關鍵詞：低松弛；預應力鋼絲；穩(wěn)定化處理；力學性能

中圖分類號：F2文獻標識碼：A文章編號：16723198（2014）19019002

1前言

預應力鋼絲鋼鉸線屬于新一代先進結構材料，與傳統的鋼材相比，具有強度高、抗松馳性能好、節(jié)省鋼材、提高結構剛度及穩(wěn)定性等優(yōu)點，在建筑、現代裝備、軌道車輛、汽車、制造、水利水電工程、核電和風電設備等領域應用十分廣闊。然而，隨著各應用領域的發(fā)展，其對預應力鋼絲鋼鉸線的強度、抗松馳穩(wěn)定性和耐腐蝕性等綜合性能的要求也越來越高，特別是在一些高端應用領域，例如高速鐵路、核電工業(yè)等，我國現行業(yè)所提供的預應力鋼材已不能滿足市場需求。因此，為滿足我國高鐵、核電等尖端領域的重大需求和關鍵材料國產化問題，有必要制定合理的工藝，從而獲得穩(wěn)定的符合要求的預應力鋼絲鋼絞線。

2實驗方法及生產工藝

目前，我司生產的預應力鋼絲鋼絞線主要是：將常溫拉拔生產7684鋼絲鋼絞線，在公司改進的拉拔機組上完成一定量的拉拔變形（根據公司產品需要制定的工藝）的同時，采用中頻感應加熱對產品進行在線回火處理（穩(wěn)定化處理）。

材料的力學性能參照國家標準“GB/T228.1-2010金屬材料室溫拉伸試驗方法”進行拉伸試驗。產品組織結構由掃描電鏡（SEM）進行檢測。松弛試驗在YJR-300型拉伸應力松弛試驗機上進行。

2.1原料

所用原料82B（Φ13mm盤條），成品鋼絲公稱直徑為Φ9.00mm。原料的化學成分、力學性能等符合國標及客戶需求以。

2.2穩(wěn)定化處理工藝流程

與其他公司大體相同，工藝主要是：鋼絲鋼絞線拉拔開卷→多輥拉拔→中頻感應加熱回火→水冷、吹干→拉拔→分剪→取樣檢驗→卷取→包裝→入庫。

3穩(wěn)定化處理的工藝特性

鋼絲鋼絞線整體溫度與中頻感應爐加熱功率以及加熱時間有關。根據公司針對各個產品所制定的工藝，感應加熱時間約在1.2～2s之間，回火溫度選擇為350～400℃。因為鋼絲鋼絞線是在拉拔生產過程中且在相對較大的張力狀態(tài)下進行穩(wěn)定化處理，為了防止鋼絲鋼絞線因過熱造成拉斷，本公司穩(wěn)定化處理功率密度為0.15～0.25kW/cm2。

3.1穩(wěn)定化處理溫度與功率

在生產過程中，為了實現鋼絲鋼絞線穩(wěn)定化處理溫度的準確性，而且實現自動化處理及檢測，采用紅外測溫儀（測溫范圍300～600℃，測溫精度±1%）在線測溫。根據感應加熱爐的加熱原理，當外部電壓不穩(wěn)定，或者生產中鋼絲鋼絞線拉拔速度發(fā)生變化，均會導致鋼絲穩(wěn)定化處理溫度產生波動和變化。因此，在制定生產工藝時，根據各種規(guī)格的產品計算出加熱功率與溫度之間的關系，制定合適的穩(wěn)定化處理溫度。圖1為Φ9.0mm鋼絲鋼絞線在拉拔線速度為60m/min時的功率與溫度特性曲線。根據圖1，我們可看出，隨穩(wěn)定化處理溫度升高，所需的功率相對增加值在逐漸減小，功率與穩(wěn)定化處理溫度屬于單調遞增但非線性的關系。

3.2穩(wěn)定化處理速度與功率

在制定加工工藝的過程中，根據鋼絲鋼絞線的品種和規(guī)格的多樣性，采取不同的加工速度，據此，就需要了解鋼絲鋼絞線拉拔速度與中頻加熱爐的加熱功率的關系。圖2為Φ9.0mm鋼絲鋼絞線加工速度與功率特性曲線。根據圖2，我們可以看出，當穩(wěn)定化處理溫度一定，鋼絲鋼絞線回火時的功率隨著鋼絲的拉拔加工線速度增加而增加，幾乎是線性關系。本司不斷優(yōu)化生產工藝，在生產優(yōu)質產品的同時也能達到節(jié)能降耗的目的。

4穩(wěn)定化處理工藝對力學性能的影響

4.1穩(wěn)定化處理工藝對強度及彎曲性能的影響

根據用戶的需求以及目前市場需要，鋼絲鋼絞線要具有較高的屈服強度、較高的抗拉強度以及良好的塑性。產品性能主要滿足：屈服強度RL≥1330MPa，抗拉強度Rm≥1570Mpa，斷后延伸率A≥3.0%，1000h應力松弛率≤25%。經過拉拔成形為Φ9.0mm的鋼絲鋼絞線，經過不同的穩(wěn)定化處理工藝，再經過水冷并吹干，根據國標要求截取試樣（每種工藝取3個樣，數據取平均值），在拉伸試驗機上進行拉伸試驗以及180°反復彎曲試驗（反彎R=20mm），試驗結果如表1所示。由表1可知，屈服強度、抗拉強度隨回火溫度提高而下降，延伸率和反復彎曲次數均隨回火溫度提高而增加。根據樣品試驗及計算結果，穩(wěn)定化處理溫度由350℃增加到390℃，其σ0.2下降了約48MPa（3.07%），σb下降了59.9MPa（3.4%）。根據試驗結果可知，鋼絲鋼絞線經穩(wěn)定化處理工藝后綜合性能都得到明顯的改善，而且每種規(guī)格的鋼絲鋼絞線抗拉強度均增加100MPa以上。分析其原因，主要是因為預應力鋼絲鋼絞線經過高于70%的冷變形后，鋼絲鋼絞線組織發(fā)生變化，特別是位錯密度急劇增加。而且根據掃描電鏡分析其組織結構以及晶粒尺寸，發(fā)現鋼絲鋼絞線經過拉拔后出現了加工織構，其晶粒取向改變并沿加工方向拉長。鋼絲鋼絞線經過穩(wěn)定化處理后，位錯密度及存在形式、滲碳體的組織狀態(tài)發(fā)生了明顯的變化。根據理論分析可知，由于微觀結構內柯氏氣團的形成，位錯被釘扎，導致晶體內可動位錯數量顯著降低，位錯從溶質氣團中脫釘出來所需應力大大增加，因此大大提高了鋼絲鋼絞線的強度。

4.2穩(wěn)定化處理回火溫度對應力松弛率的影響

經過成形拉拔的鋼絲，穩(wěn)定化處理的張力可從自動化生產設備的控制PC機獲取。表2為生產Φ9.0mm鋼絲在不同溫度穩(wěn)定化處理10h的應力松弛結果。根據表2，我們發(fā)現，隨回火溫度升高，應力松弛率開始有所下降后又慢慢增加。根據試驗結果數據顯示，本試驗條件下所取規(guī)格的鋼絲鋼絞線在380℃溫度穩(wěn)定化處理工藝條件下具有最好的應力松弛結果：在380℃穩(wěn)定化處理時，Φ9.0mm鋼絲10h應力松弛率R為0.78。表2Φ9.0mm鋼絲在不同回火溫度下的應力松弛率

序號回火溫度（℃）應力松弛率/%（10h試驗值）13601.0823700.933800.7843900.78554000.788根據本試驗制定的穩(wěn)定化處理工藝，各試驗數據結果顯示鋼絲鋼絞線的力學性能（小量塑性變形抗力、松弛穩(wěn)定性、疲勞強度等）可大大提高。經過各個試驗數據比對后，制定出合適的穩(wěn)定化處理工藝，得到合格的產品，特別是經過穩(wěn)定化處理后的鋼絲鋼絞線在短時、長時（松弛穩(wěn)定性）以及循環(huán)載荷作用條件下，小量塑性變形抗力都增加。根據理論分析，對于含高碳鋼，冷拉后經過穩(wěn)定化處理，因為鋼中含有極少量的氮元素，使得鋼絲鋼絞線在經過穩(wěn)定化處理時，缺陷密度和分布發(fā)生了改變，最細密的有缺陷的Fe3C片發(fā)生局部溶解，位錯被碳氮原子釘扎，析出物從不穩(wěn)定狀態(tài)轉變?yōu)榉€(wěn)定的狀態(tài)（相當于形變時效）。拉拔時受到拉伸應力，造成很強的溶質定向溶解，從而提高了組織的穩(wěn)定性，鋼絲抗應力松弛的能力顯著提高，松弛穩(wěn)定性相應也增加。

5結論

（1）在一定勻速拉拔工藝條件下，鋼絲鋼絞線穩(wěn)定化處理溫度與中頻加熱功率緊密相關，其關系呈非線性關系；穩(wěn)定化處理溫度一定，鋼絲的拉拔速度與中頻加熱功率呈近線性關系。

（2）鋼絲經過穩(wěn)定化處理后，隨加熱溫度增加，強度有所下降，但塑性增加。與未回火相比，經過穩(wěn)定化處理后的鋼絲鋼絞線綜合性能得到明顯改善。

（3）經過穩(wěn)定化處理，鋼絲鋼絞線的抗應力松弛能力得到提高，而且滿足低松弛要求。本試驗在380℃左右穩(wěn)定化處理效果最佳。

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