预应力钢丝稳定化处理工艺参数对性能的影响

周扬（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津031616）

预应力钢丝稳定化处理工艺参数对性能的影响

周扬
（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津031616）

以直径6.25 mm，强度级别为1 570 MPa螺旋肋钢丝的生产为例，研究了张力状态下回火温度对成品钢丝力学性能影响。指出在370～380℃范围内，随着稳定化处理回火温度的升高，钢丝的规定非比例延伸应力和抗拉强度下降，塑性变化不大，对屈强比影响尤为明显。370℃下回火，钢丝的各项性能均良好，是最佳回火温度。

螺旋肋钢丝；稳定化处理；力学性能；松弛

1 引言

螺旋肋钢丝是指表面沿着长度方向具有连续、规则的螺旋肋条的钢丝，是预应力混凝土用钢丝中的一种。凭借其高强度、良好的塑性、低松弛率以及对混凝土的握裹力，螺旋肋钢丝应用于预应力混凝土构件制造领域，已成为一种应用前景非常广泛的工程结构材料。

20世纪80年代，中国第一根预应力混凝土用螺旋肋钢丝在天津第一预应力钢丝有限公司研制成功，由此螺旋肋钢丝已成为预应力制品行业的热点研究对象，所生产钢丝的规格也在不断地扩大。2015年新版标准GB/T 5223-2014正式实施，在原有的标准GB/T 5223-2002的基础上完善了预应力钢丝的新规格，增加了钢丝最大力的最大值的要求。可见预应力钢丝的研发日趋成熟。

根据尺寸定型后连续处理的方式不同，预应力钢丝在松弛方面分为低松弛钢丝和普通松弛钢丝。生产低松弛钢丝所必需的一道工序就是在张力的作用下进行一定温度的回火，即稳定化处理。但如果稳定化处理工艺参数制定不当，则会严重影响钢丝的性能。笔者通过对Φ6.25 mm 1 570 MPa研制过程的跟踪，摸索出了回火温度对钢丝强度、屈强比以及松弛性能的影响。

2 生产工艺

2.1 工艺流程

盘条→酸洗磷化→拉丝→表面成型→稳定化处理→收线→包装→入库。

其中稳定化处理为最关键的一道工序。

2.2 原料

采用82B Φ11.0 mm热轧控冷盘条，其化学成分如表1所示。其抗拉强度为1 180 MPa，面缩率达到35%；金相组织为95%索氏体，均符合GB/T 699-1999以及企业内控标准的要求。

2.3 拉拔及表面成型

将酸洗磷化后的盘条在连续拉丝机上经过五道次的拉拔，得到Φ6.77 mm半成品钢丝；再经过螺旋肋模具，得到所需要的外形尺寸。

表1 82BΦ11.0 mm原料化学成分 /w%

拉拔流程：Φ11.0→Φ10.15→Φ9.11→Φ8.19→Φ7.38→Φ6.77（总压缩率为62.1%）。

2.4 稳定化处理

在经过拉拔及螺旋肋成型后，钢丝发生塑性变形，晶粒沿着轴向伸长，位错密度升高，渗碳体出现碎化现象，导致了钢丝内部形变储存能量高，组织处于极其不稳定的状态。此状态下的钢丝在受到载荷的作用后，储存的形变能将自发性地释放出来，出现较大的松弛现象，严重影响钢丝的使用寿命。

在一定的张力下进行回火稳定化处理后，钢丝内部的位错分布将发生显著的变化，渗碳体也随之分解，碳原子形成柯垂尔气团，对位错的移动起到充分的钉扎作用，使得钢丝的屈服强度提高，降低松弛率。

本次采用中频加热炉，额定输出功率为300 kW，输出频率为4～6 kHz，设有红外测温仪，可达到较高的精度。将稳定化处理的车速选择在125 m/ min；回火温度选择在360～380℃，以确定获得最佳性能的温度。

3 实验结果分析

3.1 强度和塑性

为了研究回火温度对钢丝屈服强度、抗拉强度和塑性的影响，将回火温度分别选择在380、375和370℃，从3个温度所生产的钢丝中各取4盘，测得的各项力学性能如表2所示。

表2 不同温度下测得钢丝力学性能

从表2的数据可以看出，在三个不同的回火温度下钢丝的规定非比例伸长应力、抗拉强度、总伸长率和弯曲能性能均达到标准的要求。所有钢丝的抗拉强度均达到1 680 MPa以上，在保证1 570 MPa强度级别的前提下可以考虑使用更小的规格或是含碳量更低的原料。

随着回火温度的升高，钢丝的强度指标呈明显的下降趋势，塑性指标无明显变化。这是由于随着回火温度的升高，钢丝中溶质原子的热扩散作用加强，对位错的钉扎作用减弱而导致强度的降低。

3 个回火温度下钢丝的屈强比，即规定非比例伸长应力和抗拉强度的比值，也随着回火温度的升高而降低：380℃回火钢丝的屈强比仅为0.85～0.87，未达到标准的要求0.88；375℃回火钢丝的屈强比为0.881～0.886，勉强达到标准；当回火温度下降到370℃时，屈强比数值明显升高，均达到了0.905以上。回火温度对规定非比例伸长应力的影响要大于对抗拉强度的影响。370℃下钢丝的各项性能均良好，从而确定为该规格钢丝稳定化处理的最佳回火温度。

3.2 应力松弛性能

应力松弛是指材料收到载荷的作用时，在形变量保持不变的前提下随着时间的推移而出现的应力值下降的现象。标准规定对于低松弛预应力钢丝，在初始力为实测破断拉力的70%时，1 000 h的松弛率不超过2.5%。

为了验证回火温度对松弛性能的影响，从表2 中380、375和370℃回火温度下的钢丝中各选一根，在20℃的温度下，添加破断力的70%作为初始载荷，120 h测得的松弛率以及推算出的1 000 h松弛率如表3所示。

表3 不同回火温度下钢丝的应力松弛率

通过表3的数据可知，钢丝的松弛性能是和强度水平，特别是屈强比息息相关的，随着回火温度的升高，松弛性能下降。380℃回火的试样推算1 000 h的松弛率已趋近2.5%，而370℃回火的试样不仅强度和塑性好，应力松弛性能也达标。

其机理为当钢丝受到轴向载荷作用后，而随着回火温度的升高，位错的能量提高，在应力的作用下沿着滑移面移动，使得钢丝中的一部分弹性变形转化成塑性变形，在形变量不变的情况下受到的应力下降，从而导致松弛性能的降低。回火温度越高，弹性变形向塑性变形转化的趋势越大。

4 结论

使用82B Φ11.0 mm热轧控冷盘条制得的Φ6.25 mm螺旋肋钢丝强度水平能够达到1 670 MPa以上，延伸率达到5%以上。

在370～380℃范围内，随着稳定化处理回火温度的升高，钢丝的规定非比例延伸应力和抗拉强度下降，塑性变化不大，对屈强比影响尤为明显。

钢丝的应力松弛性能随着回火温度的下降而提高，最终370℃确定为最佳的回火温度。

［1］姜洪森.高强度预应力钢丝稳定化处理工艺对产品性能的影响［J］.湖南冶金，2004，32（5）：31-34.

［2］周和敏.高强度预应力螺旋肋、螺旋槽钢丝的研制［J］.北京工业大学学报，2000，26（2）：30-34.

［3］张秀凤.预应力钢材松弛性能的研究与探讨［J］.上海钢研，2005 （2）：48-54.

［4］毛爱菊.螺旋肋钢丝生产现状及改进 ［J］.天津冶金，1999（6）：8-10.

［5］GB/T 5223-2014，预应力混凝土用钢丝［S］.

Influence of Process Parameter of Stabilizing Treatment of Pre-stressed Steel Wire on Properties

ZHOU Yang
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

Taking the production of 6.25 mm 1 570 MPa spiral ribbed steel wire as an example，the paper studies the influence of tempering temperature under tension state on the mechanical properties of finish product of steel wire.within the range of 370～380℃ and with the increase of tempering temperature at stabilizing treatment，the stipulated non-proportional tensile stress and tensile strength of steel wire decreases with small change in plasticity and prominent influence on yield ratio.The best tempering temperature is 370 ℃with good properties.

spiral ribbed steel wire；stabilizing treatment；mechanical property；relaxation

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.012

2015-11-10

2015-11-06

周扬（1990—），男，本科，主要从事预应力钢丝和钢丝绳相关的工艺技术工作。