SWRH82B 自然时效力学性能变化规律的探讨

杨 凯

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西 勉县724200）

大规格钢条产品主要用于制作高强度低松弛预应力钢丝和绞线。采用连铸连轧，斯太尔摩高速线材生产的SWRH82B盘条，其力学性能指标受到时效影响较大，本文正对此问题进行研究。

1 研究的背景及意义

82B盘条钢是生产高强度、低松弛预应力混凝土结构用钢丝和钢绞线的主要原材料。由于82B盘条要经过多道次冷拔深加工后，才能应用于铁路、公路、跨海大桥、大型建筑、水利等领域，所以要求原始盘条必须有良好的塑性[1]。

对于生产SWRH82B企业来说，生产出的SWRH82B需要自然时效一段时间后才可以检验，时效时间的长短对企业有很大的影响。一方面，时效时间过短82B钢中的残余应力还没有消除，断面收缩率还不能符合国家标准,另一方面时效时间过长，对SWRH82B盘条的存放和交货期造不便，使得生产周期变长，影响企业产量，增加生产成本，最终影响企业效益。

2 实验设备

微机控制电液伺服万能试验机，型号：WAW-300，试验机精度等级0.5，生产厂家：上海三四纵横机械制造有限公司。游标卡尺（0—300）mm。

3 试验方法

（1）在Φ12.5，SWRH82B截取10圈，每一圈截取10支试样共100支试样。将100支试样分为5组，每组20支。

（2）将每组样品按照基准试样、7天试样、15天试样、20天试样、30天试样分为5部分，并将样品进行标识。

（3）基准样品标识后直接试验，记录数据。其他试样放在备样架上进行自然时效，按时间节点完成试样的力学性能检测，记录实验数据。

4 试样的化学成分

表1 SWRH82B化学成分分析

5 试验数据

SWRH82B钢种的试验数据，其中每一组试验数据是由20支试样检测结果的平均值, 如表2所示。

表2 SWRH82B试验数据

从表2中可以看出：断面收缩率15天后大幅度升高，平均升高11.97%，20天后已基本趋于稳定状态，抗拉强度15天后的强度值有所升高，平均升高7.6MPa，20天后已基本趋于稳定状态。

图1 SWRH82B力学性能变化图

从图1中可以看出：SWRH82B在自然时效后15天变化比较明显：断面收缩率平均升高11.97%，抗拉强度有所升高。对于之后的20天时效、30天时效、各项指标有所波动但变化不大。

6 理论分析

82B热轧盘条的光学显微组织，由索氏体+珠光体组成。索氏体组织属于细片状珠光体，铁素体相和渗碳体相高度弥散，片层间距小，当盘条拉拔变形时，片层多而薄的铁素体相可以使位错运动均匀而分散，抑制位错塞积的提前发生，同时索氏体中薄片形态的渗碳体，在拉拔变形时可以发生弯曲，也可以产生塑性变形而不易折断，所以索氏体具有高的冷拉极限值[2]。

82B时效后断面收缩率明显增高，主要因为钢筋在轧制冷却时各相的转变是不平衡的，各种微量原子并没有处于平衡位置，从而导致了晶格畸变，另一方面在轧制冷却过程中会产生残余应力，残余应力的存在也会使晶格产生畸变，在拉伸过程中使得试样中位错没有充分滑移而过早断裂，但是随着时间的推移，各微量原子也通过扩散达到稳定位置，残余应力也逐渐被释放并最终达到稳定，这时原子间距也基本达到平衡位置，因此，在拉伸过程中试样中的位错可以充分滑移产生较大的塑性变形量，宏观上表现出来断面收缩率大幅度增加。

82B时效后抗拉强度略微升高，主要因为基准样中存在残余应力产生的畸变能和不平衡转变产生的畸变能。试样在塑性变形过程中其实是位错在滑移的过程，位错滑移需要能量，对于基准样来说位错滑移畸变能可以适当补充一点，而对于时效后的试样来说位错滑移畸变能补充的就相对少一点，其剩余的能量全部由外力来承担。随着时间的推移畸变能逐步减少最后消失，位错的滑移全部由外力来承担。但由于畸变能相对于外力来说是很小的，所以畸变能的消失在宏观上表现为抗拉强度略微升高。其关系式为：位错滑移所需能量=力提供的能量+畸变能。

7 结论

对大规格SWRH82B高碳钢盘条自然时效后的力学性能变化规律进行了较为系统的研究;借助OM、SEM、EDS和XRD等对其显微组织、夹杂物成分与分布、宏观与微观断口形貌、物相结构和残余应力等进行测试与分析。结果表明,82B盘条的断面收缩率随时效时间延长明显升高。满足盘条力学性能所需的时效时间与初始性能和环境温度有关;盘条中的夹杂物分布不均,且存在尺寸较大的复合脆性夹杂物,导致出现＂黑心＋白点＂特征的断口形貌;时效后残余应力的释放和晶格畸变的减小是引起盘条断面收缩率提高的主要原因。试验表明：①自然时效15天后SWRH82B的各项力学性能指标变化最快，20天后各项指标趋于稳定。②企业可以在生产15天后进行SWRH82B检验。