预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发.pdf

预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发 预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发 钢 筋 按 屈 服 强 度 分 为 P S B 7 8 5 、 P S B 8 3 5 、 P S B 9 3 0 、 纹的直条钢筋 ， 钢筋在任意截面处 ， 均可用带有匹配 一 P S B 1 0 8 0 4个级别 ，其特点是在整根钢筋上轧有外螺 形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。馥 纹的大直径、 高精度的直条钢筋。 在整根钢筋的任意截 2 ． 2 外形、 尺寸、 重量允许偏差要求 面都能旋 上带有螺纹的 连接器进行连结， 或旋上螺纹 2 ．2 ． 1 外形 髦 帽进行锚固。 具有连接、 锚固简便、 张拉锚固安全可靠、 钢筋外形采用螺纹状元纵肋且钢筋两侧螺纹在 鬈 粘着力强等 特点， 又因 省掉焊接工艺避免了由 于焊接 同 一条螺旋线上， 外形如图1 。黼 赫 鞫 霪 1 t 5 试验炉次z向钢的力学性能 性能 屈服强度 抗拉强度 伸长率 屈强比 冲击功 z向断面收缩率 R e ／ M P a R m P a R e ／ R m A k v ／ J ， ％ 嚣 范围 3 3 0 ～ 4 2 0 0 5 ～ 5 6 5 2 5 ～ 3 2 0 ． 6 4 ～ 0 - 7 4 l 4 7 ～ 2 2 0 4 2 ～ 7 平均值 3 6 8 ． 8 5 2 6 ． 2 2 8 ． 8 7 0 ． 7 1 2 1 9 6 ． 5 6 5 ． 8 罄 5 结论 参考文献 5 ． 1 该试验工艺下生产的Z向钢质量优 良，性能全 【 l 】刘晓美 Q 3 4 5 B 钢z 向断面收缩率的研究恻_ 沈阳： 蒯 E 大学硕 部满足 G B ／ T 5 3 1 3 — 1 9 8 5厚度方 向性能钢板标 准要 士学位论文， 2 0 0 ： 2 ‘ 警 ，其 中 z 向 断 面 收 缩 率 平 均 值 6 5 嬲，达 到 了 较 嚣 性 能 不 A 的 夹 杂 物 属 性 研 究 高 的水平。说明天钢的现有设备条件 ， 完全可以满足 [ 3 1 经涛 ，蔡庆伍， 莫德敏． 舞钢湿硫化氢环境用低合金高强度钢 z向钢开发和生产的需要。 叨 ． 宽厚板， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 1 3 2 0 ． 5 ． 2 生产 z向钢时 ， 重点是控制钢中塑性 M n S夹杂。 [ 4 1刘根来． 炼钢原理与工艺【 M 】 ． 北京： 冶金工业出版社， 2 0 0 4 ： 1 4 8 ． 首先应控制较低的 s 含量 ，减少钢中 Mn S夹杂的数 【 5 】王攀等， 范丽伟， 刘勇， 等． 安钢抗层状撕裂性能钢工艺实践叨． 量 ； 然后采用钙处理工艺， 实现塑性 Mn S夹杂的变性 河南冶 金， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 3 6 _ 3 8 处理 ， 使之变成球状不变形 C a S类夹杂 ， 提高钢的 z 璧 生 产 Z 向 钢 时 ，要 注 意 控 制 钢 中 的 氢 含 量 和 罗 卓 ，男 ，2oo7 年 毕 业 大 学 材 料 科 学 _与 工 程 学 院 冶 铸 坯 庾 量 。 金工程专业， 现在天津钢铁集团有限公司技术中心炼钢研究室从事 ( 收稿2 0 1 1 - 0 7 — 1 3 责编赵实鸣) (新 品 研 制 开 发 > 一 7一 硎 尉 制 擀 徘 斛 ～ 一 一 一 一 ～ 一 ～ 酬 一 一 ～ 一 点 一 一 一 一 ～ 一 一 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 ～ 一 一 一一 一 ～ 一 ～ 一 一 一 一 一 黼 凝 一 一 ～ 天啐 琢 分 2 ． 2 ． 2 尺寸 见表 1 。 图 1 钢筋表面及截面 表 1 钢筋尺寸要求 规格 基圆直径／ m m 横肋 ， m m 底宽 ／ n u n 螺距 ／ m m导角 mm d h d v h b I a 3 2 3 20 ． 5 3 2 +0 ． 4 20．4 7 ．00．5 1 60 ． 3 80 ． 3 一 1 ． 2 2 ． 2 ． 3 重量偏差 精轧螺纹钢筋的重量允许偏差与国标热轧带肋 钢筋相比， 不按规格来分。钢筋按实际重量或理论重 量交货 ， 钢筋实际重量与理论重量的允许偏差应不大 于规定的理论重量的 4 ％。 2 ． 3 性能要求 钢筋的力学性能要求见表 2 。 表 2 P S B 8 3 5力学性能 精轧螺纹钢筋筋与国标螺纹钢筋相比， 具有如下 特点： ( 1 ) 截面面积变大， 成品孔型基圆及横肋形状( 等高 肋) 都需要改动； 剪切头尾— + 4 架中轧一 剪切头尾— + 4架精轧 水箱 冷却一3 剪切倍尺一冷床冷却_ + 4 剪切定尺一 打 捆一挂牌一收集一堆垛一拆包 锯切一倒 棱一 打 捆一称重—挂牌 入库 3 ． 2 化学成分 精轧螺纹钢筋，国家标准中未给定化学成分 ， 结 合我厂棒材生产线工艺装备的能力 ，设计化学成分。 采用微合金化技术 ， 在钢中加钒合金 ， 利用钒与碳化 物、 氮化物形成的碳氮化矾的细晶粒化和沉淀强化的 作用[1 】 ， 提高钢的屈服强度 、 抗拉强度 ， 使钢获得 良好 的性能 。采用 的钢种 为 4 0 S i 2 M n ，设计 V量为 ： ≤ 0 ． 1 5 ％； S i ： 1 ． 2 ％ 2 ． 0 ％； Mn ： 0 ． 5 ％ 1 ． 5 ％。C ：控制 在 0 ． 5 0 ％以下 ， S 、 P ： ≤0 ．0 4 5 ％。 3 ． 3 轧 制工艺 3 ． 3 ． 1 孔型设计圆 ( 1 ) 成品孔型基圆设计 见图 2 。 图 2 ~ 3 2 哪 精轧螺纹成品孔型示意图 精轧螺纹钢筋与国标螺纹钢筋相比， 横截面积稍 大 ， 以 ~ 3 2 m m规格为例 ， 理论截面面积 比公称截面 面积大 4 2 ．3 m m 2 ，可以认为这部分是由于内径造成 的， 因为肋的面积只占总面积的7 ％左右。 轧槽高度： H k 取内径高度 3 2 mm； 即半径 R为 1 6 m m。 轧槽宽度： B k ： ( d + ( O ． 5 — 1 ． O ) a ) ( 1 ． 0 1 1 — 1 ． 0 1 5 ) = r 3 2 + 0 ． 5 2 x 0 ． 5 ) x 1 ． 0 1 3 = 3 2 ． 6 8 m m 式中： _ 公 称直径； 一 8一 (新 品 研 制 开 发 ) 预应力混凝土用螺纹钢筋的研制开发 6 + ——正公差 。 由于标准中对无纵肋要求严格， 为避免在轧制过 程中的钢温及张力影响使得尺寸超差， 成品孔设计成 带 3 0 o 扩张角的圆弧连接。设计辊缝值为 3 mi l l 。 p = a r cp = a r c t a n ( 1 ) “ 式中： p - —_ 俱 4 角； B 一轧槽宽度 ； 基圆半径； 张角； S 一辊缝值。 将数据带人( 1 ) 式中， 求得侧角 p为 2 0 ． 9 1 。 ， 此值 小于 3 0 。 扩张角， 按( 2 ) 式确定扩张半径值 m 。 R 1 = 2 R c o s 0 - S ( 2 ) 将数据带人 ( 2 ) 式中， 求得扩张圆弧半径为 2 2 m m o ( 2 ) 成品横肋及横肋间距设计 横肋为等高肋 ， 考虑到负公差 、 旋入螺母以及轧 槽的使用寿命等问题 ， 选横肋高度尺寸为 2 ． 4 m m。与 国标螺纹钢筋不同，精轧螺纹钢筋给出底宽的要求 ， 对顶宽无要求 ，原则上底宽太大容易造成横肋充不 满 ， 太小造成横肋瘦不能保证与连接器连接后的锚固 力。底宽根据标准选择 6 ． 7 m m， 横肋斜角根据标准强 制选择 4 5 ~ ， 螺纹根弧根据标准取 2 ra m( 减小应力集 中) 。 横肋 间距参数 ： 精轧螺纹钢筋偏差( 0 ． 3 m m) 比 国标螺纹钢筋偏差( 1 mm) 标准要求更加严格， 因为 精轧螺纹钢筋要旋入锚具或连接器 ， 且于之配合间隙 均匀。 国标螺纹钢筋横肋间距范围大 ， 可大可小 ， 精轧 螺纹钢筋横肋间距范围小。 根据国标螺纹钢筋的生产 经验 ， 以及对前滑的考虑 ， 按前滑率为 6 ． 2 5 ％计算 间 距为 1 5 m m。 或者按以下公式计算 ： N= Dx ~／ L 式中： _ 横肋个数 ； —— 轧辊外径； E 一轧辊外圆间距 ( 既考虑前滑又考虑 横肋间距不能超标准， 取 L为 1 6 ． 2 6 mm) 。 当 D最大为 3 8 0 m m时，求得 Ⅳ等于 7 3 ．4 2 个 ； 将 Ⅳ取整为 7 2时， 求得轧辊外径 D为 3 7 2 ． 6 5 m m。 根 据深为 1 4 ． 5 m m， 求得轧槽底部内间距为 1 4 ． 9 9 6 mm， 与经验值 l 5 m m相吻合。 故将横肋均匀分布在轧辊上。 分布在轧辊上得出 初次使用的轧辊直径为 3 7 2 ． 6 5 m m，共 7 2 条横肋 ， 铣 肋间距为 1 5 m m。 ( 3 ) 成品前孔的设计 由于精轧螺纹钢筋 的成品孔面积比国标螺纹钢 筋的成品孔大 4 2 ． 3 m m 2 ， 故应该对精轧螺纹钢筋的成 品前架孔型( 1 7 ) 进行调整 ， 以保证精轧螺纹钢筋的成 ～ 品架次有足够的压下量及充满度 ，但还不能出纵肋。 所以， 仍然采用双椭孔型 ， 但是面积要加大。 主要变化 ∥ 如下 ： 将原来的槽 口宽度加大 5 ． 2 3 m m， 孔型高度缩 小 0 ． 3 m m。最终使得红坯面积比国标螺纹红坯面积 大2 3 m m 2 ， 对 1 6 # 与 1 架次红坯尺寸起到衔接过度 誊 的作用。孔型见图 3 。 ． 图 3 ~ 3 2咖 精轧螺纹成 品前孔型示意图 ( 4 ) 延伸孔型的选择 延伸孔型基本上与国标螺纹共用， 第 1 4架选择 箱形孔型系统 ，第 5 1 6架采用椭圆一 圆孔型系统 ， 轧 机采用平一 立交替布置， 使轧制过程实现无扭轧制。 1 6 架采用微张力轧制， 1 0 1 8 架采用活套无张力轧制。 3 ． 3 ． 2 现场成品架次的调整 精轧螺纹钢筋轧制的最大难点是对成品架次调 整 ，因为既要保证所轧出的成品的外形符合 国标要 求 ， 又要使成品能顺利旋人锚具和连接器 ， 这就要求 钢筋两面既不能“ 错辊” ， 又不能“ 错牙” 。 错辊可以和调整圆钢一样 ， 通过测量小样或成品 的左右双肩尺寸， 通过轧机的轴向调整螺丝来向上或 向下调整。 错牙则通过调整成品轧机外侧的连接轴实现。 外 侧的连接轴采用无级变速液压锁紧轴 ，成品过小样 后， 测量成品小样左右牙相互错动的距离 ， 根据此距 离 ， 顺时针或逆时针调整外侧轴位置， 使左右牙首尾 相连， 以便使所轧成品能顺利旋入连接器或锚具。具 体有两种方法： 一是凭借调整工经验， 在调整轴时看 里外轧辊的横肋牙位置来调整； 二是借助工具， 测量 左右牙错动的距离根据以下公式推算 出外轴所需要 调整的尺寸。 f a ／ D ) x X 一9一 鬟 羹 誊 天．i牵 春 分 式中： ￡ 轴旋转的距离 ； D 一轧辊直径； d 一轴刻度处直径 ； X -_一成品小样左右错动距离 。 注意调整外轴的顺序是先松开液压锁紧螺丝卸 压， 然后对外轴进行调整， 最后打压锁紧螺丝。 一定要 使外轴的上部分与下部分同时转动，不能相互窜动， 否则要从新调整。调整时未必一次就调好 ， 有时需要 反复去调整。 在过钢的过程中， 一定要调整好各架次的堆拉关 系， 最大限度地减少成品钢筋前后通条的尺寸偏差。 3 ． 3 ． 3 控冷工艺调整 为了提高精轧螺纹钢筋的钢筋的强度， 改善钢的 塑性和韧性 ， 得到 良好的综合力学性能， 达到国家标 准要求， 除调整化学成分之外， 轧后余热淬火处理也 可以使之提高。其原理为钢筋出成品架次后， 在奥氏 体状态下通过进入水箱穿水 ， 进行表面淬火， 表层淬 成马氏体， 在随后的冷却过程中由心部传出余热， 使 表面进行回火， 形成 回火马氏体， 而心部转变为铁素 体和珠光体13 ] 。将终轧温度控制在 9 8 0 — 1 0 4 0℃， 水箱 出口温度控制在 5 2 0 5 6 0℃， 水箱参数为 ： 入 口压力 ： 1 ． 2 — 1 ． 4 M P a ， 水量 ： 9 0 0 — 1 1 0 0 m 3 ／ h 。 4 轧制结果 4 ． 1 表 面尺寸 见表 3 。 表 3 表面尺寸 ， mm 从测量的表面尺寸可以看出， 对于 d h ， 成品尺寸 均在国标控制范围内； 对于 d v ， 成品尺寸的中部和尾 部 国 标 钢 富 袭4 钢筋力学性能 号E e l R m A 姆重量偏差 备注 隧 Pa| ％| ％ ’ ( 2 ) 一次检验中伸长率指标低于或等于 P S B 7 8 5的 下限 7 ％； ( 3 ) 一次检验中屈服强度和总伸长指标均合格。 由于精轧螺纹钢筋的钢种属于中碳钢， 性能需经 过时效后逐步趋于稳定， 经过 1 O天的时效后， 屈服强 度、抗拉强度、伸长率、总伸长各指标均达到国标 P S B 7 8 5的标准要求。 4 ． 3 成品的金相组 织 采用高倍显微镜对螺纹钢钢筋的横断面进行观 察 ： 边部组织为回火索氏体+ 回火马氏体( 少量 ) ， 过渡 层为珠光体+ 贝氏体+ 铁素体组织， 芯部为珠光体和铁 素体组织。 5 结束语 采用微合金化和轧后余热控制冷却工艺相结合 的生产方式生产 3 2 m m精轧螺纹钢筋，性能达到 P S B 7 8 5 级别要求。 ~ 3 2 m m精轧螺纹钢筋的外形尺寸 也达到标准要求。通过进一步对化学成分的调整( 适 当增加 C 、 S i 、 M n的含量 ) 和控制冷却工艺参数的优化 ( 通过对水压、 水量的调节， 降低水箱出口温度， 使水 箱出口温度控制在 4 9 0 — 5 1 5 o C 之间) ，可以轧出性能 合格的钢材， 甚至可以轧制出 P S B 8 3 0级别的钢材。 从 2 0 1 0 年 5 月至 2 0 1 1 年 4月份 ，棒材厂轧制 5次 ~ 3 2 咖 精轧螺纹钢筋，共生产 2 8炉，其中符合 P S B 7 8 5 级别的有 9炉， 符合 P S B 8 3 0 级别的有 l 9炉。 ( 收稿2 0 1 1 -- ．0 7 — 1 3 责编赵实鸣) 参考文献 【 1 】 王绍荣．澳标 5 0 0 N钢筋的试制叨． 轧钢， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 6 ) ： 7 1 ． [ 2 】 白光润．孔型设计【 M 】 ．沈阳： 东北工学院出版社， 1 9 9 1 ： 9 4 - 9 5 ． [ 3 】 沈茂盛． 型钢生产知识问答[ M 】 ． 北京： 冶金工业出版社， 2 0 0 3 ： 3 0 1 - 3 0 3 ． 作者简介 刘宝超， 男 ， 工程师， 2 0 0 4年毕业于鞍山科技大学， 现在在天津 钢铁集团有限公司棒材厂生产技术科从事技术工作。 一1 O 一 鼢(新 品 研 制 开 发 ) 效 时 后 天 m 一 如 5 D 5 7 7 咖 9 1 1 啪 啪