徐紹婷

（中交二公局第五工程有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

翔安機(jī)場快速路工程分南北2段，雙向6車道（高速公路并結(jié)合城市快速路標(biāo)準(zhǔn)），設(shè)計(jì)速度100km/h，全長17.5km，其中南段跨南港海峽至大嶝島，居廈漳泉閩南“金三角”中心地帶。主線護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式為混凝土底座加金屬梁柱式護(hù)欄的SS結(jié)構(gòu)形式，護(hù)欄立柱和底座采用地腳螺栓連接，原設(shè)計(jì)平均每千米使用12 000個(gè)10.9級(jí)高強(qiáng)地腳螺栓。

常用的高強(qiáng)地腳螺栓原材料由牌號(hào)分別為40Cr和35CrMo 2種材質(zhì)的鋼材經(jīng)過調(diào)質(zhì)后得到。翔安機(jī)場項(xiàng)目鋼材原材料廠家是某特鋼有限公司生產(chǎn)的熱軋圓鋼，熱處理廠為某調(diào)質(zhì)廠。在施工過程中需清楚認(rèn)識(shí)到，設(shè)計(jì)要求的高強(qiáng)地腳螺栓質(zhì)量要高于普通地腳螺栓，由于沒有高強(qiáng)地腳螺栓的現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范，加大了對(duì)10.9級(jí)高強(qiáng)地腳螺栓的質(zhì)量控制難度。考慮到高強(qiáng)地腳螺栓在防撞護(hù)欄傳力過程中的重要作用，同時(shí)為避免施工過程中出現(xiàn)不合格情況，需將其質(zhì)量控制作為施工控制的重點(diǎn)工作。本次研究通過對(duì)地腳螺栓原材及調(diào)質(zhì)工藝的分析，總結(jié)出高強(qiáng)地腳螺栓易出現(xiàn)問題的原因，并采取積極有效措施進(jìn)行質(zhì)量控制。

2 高強(qiáng)地腳螺栓調(diào)質(zhì)

高強(qiáng)螺栓調(diào)質(zhì)分為加熱、淬火、回火3個(gè)過程。

2.1 加熱

加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理中加熱方法很多，現(xiàn)在主要是電爐加熱，電的應(yīng)用使加熱易于控制。金屬加熱時(shí)，金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝等方法進(jìn)行保護(hù)加熱。加熱溫度的選擇和控制是保證熱處理質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，加熱溫度隨被處理的金屬材料的不同來選擇。熱處理的目的不同，則加熱的溫度也不同，任何情況下，要達(dá)到加熱處理效果一般都要加熱到相變溫度以上。另外，相變的轉(zhuǎn)變過程需要一定的時(shí)間，因此，當(dāng)工件表面加熱達(dá)到設(shè)定的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度均勻一致，使顯微組織相變轉(zhuǎn)變完全。

2.2 淬火

從狹義上說，淬火就是把鋼件加熱到臨界溫度以上后，保溫一定時(shí)間，使奧氏體完全轉(zhuǎn)化后再以大于臨界冷卻速度冷卻，從而獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其達(dá)到一定程度時(shí)工件便會(huì)發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此，必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體溫淬火4類。根據(jù)淬火介質(zhì)不同，主要有水冷淬火、油冷淬火、空氣冷淬火[1]。

鋼淬火的主要目的是提高鋼件的硬度、強(qiáng)度、耐磨性等，并與各種回火工藝配合提高鋼的強(qiáng)韌性或彈性等，以滿足各種機(jī)械零件和工件的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。淬火前要保證工件表面不能有直裂紋、碰傷、缺邊、銳邊、尖角、銹蝕，淬火前應(yīng)明確硬度要求，從而選擇合適夾具。正式淬火之前需試淬，試淬后的工件需進(jìn)行試驗(yàn)檢測合格，根據(jù)試淬所確定的淬火工藝方可批量生產(chǎn)，在生產(chǎn)中需經(jīng)常抽檢，防止質(zhì)量波動(dòng)和質(zhì)量不均勻。

對(duì)于截面承載均勻的重要構(gòu)件，如螺栓、連桿等要全部淬透，例如，35CrMo熱軋圓鋼淬透性好，經(jīng)淬火后抗拉強(qiáng)度顯著提高，試驗(yàn)結(jié)果如表1所以。

表1 35CrMo熱軋圓鋼淬火前后抗拉強(qiáng)度對(duì)比

2.3 回火

回火是指將淬火鋼加熱到低于臨界點(diǎn)某一溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后置于空氣或水中冷卻的工藝?；鼗鸬哪康挠?個(gè)：（1）減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形開裂；（2）獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高、脆性大，回火可調(diào)整其硬度、韌性。淬火后的馬氏體或殘余奧氏體常溫下為亞穩(wěn)定狀態(tài)，回火后可轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。

2.4 調(diào)質(zhì)過程中易出現(xiàn)的質(zhì)量問題

調(diào)質(zhì)是影響地腳螺栓質(zhì)量的最重要環(huán)節(jié)，翔安機(jī)場路項(xiàng)目使用的地腳螺栓是調(diào)質(zhì)廠加工的。調(diào)質(zhì)過程對(duì)每道工藝要求均非常嚴(yán)苛，加熱和冷卻過程均需嚴(yán)格控溫，保證調(diào)質(zhì)質(zhì)量和調(diào)質(zhì)的均勻性。

在加熱過程中靠里面爐內(nèi)壁和接近爐口的溫度有差異，會(huì)導(dǎo)致加熱不均勻。靠里面的地腳螺栓相變比較徹底，而靠近爐口處相變不充分，從而導(dǎo)致調(diào)質(zhì)質(zhì)量不均勻性。

冷卻過程中，有時(shí)爐口不能保證絕對(duì)的致密性，工件與空氣接觸，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。

介于上述情況的存在，地腳螺栓的加工質(zhì)量存在質(zhì)量波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，這也是一些地腳螺栓熱處理廠簽訂訂貨合同的時(shí)候只將硬度作為交貨技術(shù)要求，而未將抗拉強(qiáng)度作為交貨指標(biāo)的原因。對(duì)于一直對(duì)鋼筋混凝土比較熟悉的施工單位而言，其對(duì)于鋼材熱處理原理不甚知悉，對(duì)熱加工工藝流程也不了解，故在實(shí)際使用過程中容易出現(xiàn)高強(qiáng)地腳螺栓的質(zhì)量問題。施工控制檢測中，高強(qiáng)地腳螺栓沒有具體的規(guī)范對(duì)其檢測頻率提出明確要求，這加大了質(zhì)量控制的風(fēng)險(xiǎn)，其抗拉強(qiáng)度只能按照檢測單位推薦的GB/T 3077—2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》進(jìn)行控制，要求檢測頻率按金屬原材每批次≤60t[2]。項(xiàng)目按照每批次實(shí)際進(jìn)場量≤5 000根地腳螺栓，實(shí)際鋼材用量為22t控制。前期對(duì)未安裝使用的地腳螺栓共進(jìn)行了6次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 高強(qiáng)地腳螺栓強(qiáng)度實(shí)測值

從表2可以看出，高強(qiáng)地腳螺栓存在質(zhì)量波動(dòng)，按每批次5 000根抽檢雖然滿足規(guī)范要求，但由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該抽檢頻率不能保證有效控制螺栓質(zhì)量。經(jīng)過對(duì)廠家實(shí)際生產(chǎn)情況深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該調(diào)質(zhì)廠每爐調(diào)質(zhì)數(shù)量大約為1 000根，由于爐口溫度不均和氧化現(xiàn)象的發(fā)生，每爐抗拉強(qiáng)度合格率＜90%，無法滿足過程合格率100%要求。由此可見，為保證高強(qiáng)地腳螺栓的質(zhì)量，需特別重視高強(qiáng)地腳螺栓的試驗(yàn)檢測工作，尤其應(yīng)加大拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)檢測頻率，根據(jù)廠家每爐批次實(shí)際加工數(shù)量進(jìn)行檢測，安裝使用過程中也需隨機(jī)取樣。若按照5 000根抽檢2根試樣每組樣品代表性不足，無法客觀反映進(jìn)貨產(chǎn)品質(zhì)量。

3 高強(qiáng)地腳螺栓原材

高強(qiáng)地腳螺栓原材是影響其質(zhì)量的關(guān)鍵因素，翔安機(jī)場快速路所使用高強(qiáng)螺栓調(diào)質(zhì)原材有2種，牌號(hào)分別是40Cr和35CrMo熱軋圓鋼，其性能特性比較見表3。

表3 40Cr和35CrMo鋼材性能對(duì)比表

由表3可知，鋼材材質(zhì)不同所具有的熱加工特性不同，牌號(hào)為35CrMo熱軋圓鋼比40Cr圓鋼整體性能更好，強(qiáng)度更有保證，韌性更好，更適合10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓的調(diào)質(zhì)。故項(xiàng)目后期均使用35CrMo熱軋圓鋼加工高強(qiáng)地腳螺栓。

4 結(jié)語

結(jié)合高強(qiáng)地腳螺栓原材和調(diào)質(zhì)實(shí)際情況，10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，其中，原材和熱加工是出現(xiàn)質(zhì)量問題的主要環(huán)節(jié)，需對(duì)其質(zhì)量控制高度重視，加大抽檢頻率，加強(qiáng)調(diào)質(zhì)廠質(zhì)量約束。同時(shí)注意合同質(zhì)量約束條款需要有針對(duì)性，迫使加工廠改進(jìn)調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，提供真正滿足項(xiàng)目質(zhì)量要求的高強(qiáng)地腳螺栓。隨著當(dāng)下工程項(xiàng)目類型的多元化，質(zhì)量要求不斷提高，要求施工人員需掌握的專業(yè)知識(shí)也不斷擴(kuò)充，對(duì)于專業(yè)分包不能以包代管，不能完全相信所謂的專業(yè)人員。在質(zhì)量抽檢中要延伸試驗(yàn)檢測的深度，對(duì)用于結(jié)構(gòu)物的材料，質(zhì)量控制不能流于形式，不能僅僅滿足規(guī)范對(duì)檢測頻率的要求，更要查閱各種相關(guān)規(guī)范，了解與該產(chǎn)品相關(guān)的信息、質(zhì)量控制點(diǎn)以及如何控制好這些控制點(diǎn)。要擴(kuò)展試驗(yàn)檢測的廣度，對(duì)于產(chǎn)品的加工工藝、廠家規(guī)模和廠家資質(zhì)必須進(jìn)行綜合了解，以便有的放矢地進(jìn)行質(zhì)量控制。