1、穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)對(duì)PC鋼絞線性能的影響第28卷VoI.28第5期No.5金屬制品SteeIWimProducts20O2年10月Oetober20o2穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)對(duì)PC鋼絞線性能的影響王福新袁康(北京科技大學(xué)100083)秦術(shù)寶朱龍(天津市恒久預(yù)應(yīng)力材料有限公司3004130)(天津鋼線錒纜集團(tuán)有限公司300400)摘要通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線穩(wěn)定化處理及破斷應(yīng)力松弛試驗(yàn),分析了穩(wěn)定化處理前后強(qiáng)度,塑性,松弛率指標(biāo)的變化趨勢(shì):Pc鋼絞線的松弛率在穩(wěn)定化處理后1000h的松弛率比未處理的松弛率降低71.0l%84.84%,滿足強(qiáng)度,塑性及應(yīng)力松弛要求的最佳工藝參數(shù)為工藝溫度375,張應(yīng)力為0.

2、48.關(guān)鍵詞穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)性能影響Pc鋼絞線EffectofStabilizingTrealmentParametersonPropertiesofPCSteelStrandWangFuxinYuanKang(UreniOo/ScienceandTechnolog)Beiing100083)QinShubaoZhuLong(TianjinHengJiuPrestressedMaterialCo.,Lu/.3004O0)(TianjinSteelWireandCab/eGroupCo.,Ltd.3004O0)AbstractTomakeexperimentsonthestabilizingt

3、reatmentofPCsteelstrandandthebreakingstressrelaxation.Theclangetrendinstrength,plastici-andrelaxationrateofthePCsteelstrandbeforeandafterstabilizingtreatmentareanalyzed.The1(DOhourstressrelaxationrateofthestrandsdecrease71.0l%84.84%afterstabilizingtreatmentthanbefore.Theoptimumproeessparameterswhich

4、Canmeettheneedsofstrength,plasticity.andstressrelaxationarethatthestabilizingtemperatureisat375ccandthetensilestressis0.48h.Keywordsstabilizingtreatment;processparameter;property;effect;PCsteelstrand我國(guó)PC鋼絲的生產(chǎn),應(yīng)用起步較晚,產(chǎn)品同歐美國(guó)家的實(shí)物水平相比,存在較大差距,主要表現(xiàn)在:松弛值不穩(wěn);伸直性不良;產(chǎn)品通條均勻性差:因此,有必要系統(tǒng)地研究鋼絞線生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品性能起關(guān)鍵性作用的穩(wěn)定化處理工

5、藝,研究其工藝參數(shù)對(duì)PC鋼絞線性能影響的規(guī)律,進(jìn)而優(yōu)化出最佳工藝參數(shù)組合:1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)1.1方案設(shè)計(jì)的基本思想穩(wěn)定化處理工藝有溫度,施加的張力及加熱到一定溫度的保溫時(shí)間等3個(gè)主要參數(shù).在高強(qiáng)度,低松弛PC鋼絞線的生產(chǎn)中,穩(wěn)定化處理已與捻制工序有機(jī)連接,生產(chǎn)效率要求處理時(shí)間越短越好.處理的時(shí)間依靠溫度,張力的調(diào)節(jié)加以彌補(bǔ).為保證加熱溫度嚴(yán)格控制在設(shè)定溫度以下,試驗(yàn)擬采用電阻爐加熱.同時(shí),為使試驗(yàn)過(guò)程與生產(chǎn)實(shí)際吻合得更好,加熱時(shí)不設(shè)保溫時(shí)間.1.2試驗(yàn)方案試驗(yàn)選擇工藝溫度,張應(yīng)力兩因素變化作為研究對(duì)象,兩因素選擇的變化范圍:工藝溫度為345385oC;張應(yīng)力為(0.420.50)d:每個(gè)因素各取

6、5個(gè)水平,即工藝溫度每隔10cc為一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn);張應(yīng)力每隔0.02a為一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn):試驗(yàn)指標(biāo)以GB5224-85中性能指標(biāo)為基準(zhǔn),選取抗拉強(qiáng)度,屈服強(qiáng)度,屈強(qiáng)比,延伸率及應(yīng)力松弛值等5個(gè)指標(biāo):2試驗(yàn)過(guò)程2.1試樣制備試驗(yàn)所用鋼絞線為1×715.24m/n,材料為82B,其處理前力學(xué)性能見(jiàn)表1:表1未處理鋼絞線的力學(xué)性能實(shí)測(cè)直徑/實(shí)測(cè)捻距/抗拉強(qiáng)度/屈服強(qiáng)度/延伸率/millmillMPaMPa%l5.45229231l839.29l729.290.6?18?金屬制品第28卷2.2試驗(yàn)設(shè)備由于直徑為15.24IllII1,強(qiáng)度級(jí)別為1860MPa的鋼絞線.其理論破斷力在(2627)

7、5;104N之間,因此,張直力的施加及處理后破斷時(shí)如何防止應(yīng)力集中,并記錄真實(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變曲線是試驗(yàn)過(guò)程中的最大難點(diǎn)一為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖1所示的專用夾具,使處理后的破斷試驗(yàn)得以順利進(jìn)行=a災(zāi)頭b.夾頭外套圖1專用夾頭示意圖穩(wěn)定化處理所用加熱爐為自行設(shè)計(jì)及制作的管式電阻爐,配以P1D控溫儀構(gòu)成自動(dòng)升溫一控溫系統(tǒng).張應(yīng)力施加設(shè)備為MTS(809)拉扭試驗(yàn)機(jī)(該機(jī)同時(shí)擔(dān)負(fù)松弛試驗(yàn)),處理后破斷試驗(yàn)用設(shè)備為INSTRON1255型電液壓伺服試驗(yàn)機(jī)2.3試驗(yàn)結(jié)果及討論2.3.1穩(wěn)定化處理試驗(yàn)按1.2節(jié)設(shè)計(jì)的方案在5個(gè)溫度點(diǎn)分別配合5個(gè)張應(yīng)力進(jìn)行穩(wěn)定化處理試驗(yàn).為研究工藝參數(shù)對(duì)性能指標(biāo)的影響情況,首先進(jìn)

8、行了試驗(yàn)結(jié)果的方差分析,表2列出了計(jì)算結(jié)果:由方差分析計(jì)算結(jié)果得出了工藝溫度與張應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度,塑性指標(biāo)的影響情況為了使計(jì)算結(jié)果的分析更加直觀,給出了工藝參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系曲線,如圖2,圖3,圖4所示:表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析指標(biāo)離差平方和自由度計(jì)算F約定F約定F顯著性抗拉強(qiáng)度總離差平方和()=246251020.6因子溫度()=15046192.2因子張應(yīng)力=205455232.9誤差()=75241595.44屈服強(qiáng)度總離差平方和=3154320因子溫度p=l317260.8因子張應(yīng)力()489180.2誤差()=l347879屈強(qiáng)比總離差平方和()=3308因子溫度()=883.2因子張應(yīng)力

9、=528.4誤差()=l896.4延伸率總離平方和()=l190.16因子溫度Q=664.56因子張應(yīng)力=21.76誤差(),=440.64=24=4=4:16t:24=4:4=16=24:44=16=24=4:4=16=8.00Fo05=3.01F00l=4.77*Fb=1.09Fo=3.01Fo)l=4.77=3.9lFb=1.45=1.86Fb=1.11Fo=3.0lFo05=3.01Fo05=3.01Fo05=3.010l=4.77Fo【l】=4.77Fo【l】=4.77Fonl=4.77Fo=5.28F0=3.01o1=4.77Fb=0.20Fo05=3.01fo【l】=4.77*由

10、圖2(a)中可以看出,隨著溫度的提高,抗拉強(qiáng)度基本呈下降趨勢(shì),只有365附近由于”藍(lán)脆”現(xiàn)象使強(qiáng)度變化有所不同.而圖2(b)中的曲線說(shuō)明,抗拉強(qiáng)度在張應(yīng)力從0.42cr提高到0.46cr時(shí),抗拉強(qiáng)度呈稍下降趨勢(shì),但當(dāng)張應(yīng)力繼續(xù)升高時(shí)抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)回升,這一現(xiàn)象反映了穩(wěn)定化處理過(guò)程中塑性變形對(duì)該性能指標(biāo)的影響.由圖3(a)中曲線變化可以看出,在365385溫度區(qū)間內(nèi),屈強(qiáng)比保持在較高水平上稍有變化,而355附近出現(xiàn)低谷,這是由于在此溫度附近C,N間隙原子擴(kuò)散速度與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度基本趨于一致,間隙原子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的能力相對(duì)較弱所致=相對(duì)于張應(yīng)力的變化,屈服比曲線變化明顯,這是由于抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度隨張

11、應(yīng)力變化而變化的結(jié)果:由圖4(a),(b)曲線變化可知,在345385溫度區(qū)間內(nèi),延伸率隨溫度的升高,基本呈上升的趨勢(shì).相對(duì)于張應(yīng)力的變化,在0.48cr延伸率出現(xiàn)最大值,這與在較高的張應(yīng)力作用下(配合溫度的作用),滑移系取向變化和塑性變形的程度有關(guān):2.3.2應(yīng)力松弛試驗(yàn)第5期土福新等:穩(wěn)定化處理工藝參數(shù)對(duì)Pc鋼絞線性能的影響l9?婪罩目2000莖1900翠l850l800溫度/(a)強(qiáng)度指標(biāo)與工盛度的關(guān)系,./一o.42o.44o.46o.48o.50張應(yīng)力航拉強(qiáng)度(b)強(qiáng)度指標(biāo)與張應(yīng)的關(guān)系圖2強(qiáng)度指標(biāo)與工藝參數(shù)的關(guān)系將未處理與經(jīng)不同參數(shù)穩(wěn)定化處理的鋼絞線依美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTMA

12、41693中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行應(yīng)力松弛試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.篁嘣唾嘣噬表3應(yīng)力松弛試驗(yàn)結(jié)果溫度,(a)屈強(qiáng)比與工藝溫度的關(guān)系張應(yīng)力/抗拉強(qiáng)度(b)屈強(qiáng)比與張應(yīng)力的關(guān)系圖3屈強(qiáng)比與工藝參數(shù)的關(guān)系按表3中的數(shù)據(jù),給出了10h應(yīng)力松弛與時(shí)間關(guān)系回歸曲線,如圖5所示.由圖5中各曲線的變化趨勢(shì)可以看出,未處理鋼絞線抗松弛性能極差.以10h松弛值為對(duì)比點(diǎn),未處理試樣的應(yīng)力松弛值與經(jīng)穩(wěn)定化處理試樣中松弛性能最差的4號(hào)試樣(工藝參數(shù)為溫度365cI=,張應(yīng)力0.50a)之比為表4松弛試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸計(jì)算表?20?金屬制品第28卷垂6.5/誨圣溫度/la)延伸率與工藝溫度的關(guān)系6矍4jl2O張應(yīng)力/抗拉強(qiáng)度(b)延伸率

13、與張應(yīng)力的關(guān)系圖4延伸率與工藝參數(shù)的關(guān)系1號(hào)./一6一一6/,6/o4/:2,一“.一.o5.時(shí)間,h6810圖5應(yīng)力松弛與時(shí)間關(guān)系回歸曲線2.73:1.表4給出了各曲線回歸公式及R值.圖5為應(yīng)力松弛與時(shí)間關(guān)系的回歸曲線,查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表可得:0.6021,r001=0.7348.由此知,試樣均在0.O1水平上可信,回歸方程均有實(shí)用價(jià)值.1O00h的應(yīng)力松弛率預(yù)測(cè)有意義.由表3數(shù)據(jù)可知,穩(wěn)定化處理可大幅度降低鋼絞線的應(yīng)力松弛率,最多可降低84.84%.為更清晰地了解工藝參數(shù)對(duì)松弛性能的影響,圖6給出10h松弛率與工藝參數(shù)的關(guān)系.,簪裂圖6松弛率與工藝爹數(shù)的關(guān)系其屈服應(yīng)力.此時(shí),材料發(fā)生塑性變形

14、,從穩(wěn)定化處理開(kāi)始升溫到升溫終止,試樣相對(duì)伸長(zhǎng)接近2%.伴隨著材料的塑性變形,將發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效.對(duì)于碳含量較高的82B材料,不僅形成了柯氏氣團(tuán),而且張應(yīng)力還促使在該狀態(tài)下滲碳體的分解,使位錯(cuò)釘扎更有利(且塑性變形還會(huì)使位錯(cuò)保持高密度),同時(shí)使位錯(cuò)的排列相對(duì)于拉伸方向變得更加穩(wěn)定,因而提高了鋼的抗松弛性能.由此可見(jiàn),張應(yīng)力在穩(wěn)定化處理過(guò)程中可顯著提高鋼絞線抗松弛能力.4結(jié)論(1)溫度對(duì)鋼絞線強(qiáng)度和塑性指標(biāo)具有顯著影響;溫度和張應(yīng)力共同決定了鋼絞線的抗應(yīng)力松弛能力.(2)穩(wěn)定化處理可大幅度降低PC鋼絞線的應(yīng)力松弛值,處理后1000h的松弛率比未處理的松弛率降低71.0l%84.84%.(3)綜合強(qiáng)度,塑性及抗應(yīng)力松弛三項(xiàng)性能指標(biāo)的要求,PC鋼絞線穩(wěn)定化處理最佳工藝參數(shù)為:工藝溫度375c【=,張應(yīng)力0.48a.參考文獻(xiàn)1王式安.數(shù)理統(tǒng)計(jì).北京:北京理工大學(xué)出版社,1995.2哈寬富.金屬力學(xué)性質(zhì)的微觀理論.北