热处理工艺对预应力混凝土钢棒组织与性能的影响

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1、热处理工艺对预应力混凝土钢棒组织与性能的影响王刚成都理工大学工程技术学院资源勘查与土木工程系通过微观组织观察、力学性能测试等方法，研宂了淬回火工艺对预应力混凝土钢棒组织及性能的影响，并优选出淬回火工艺参数。研允表明：对于20MnSi钢，感应加热淬火的理想温度为940°C。淬火处理后，在400610°C温度区间回火。随着回火温度的升高，钢棒的强度平稳下降，伸长率逐渐提高;经对比分析确定，最佳回火温度区间为400450°C。经940°C淬火、400450°C回火,20MnSi热乳钢筋试样屈服强度达到800MPa级，是生产预应

2、力混凝土钢棒较为经济的原料。关键词：预应力混凝土钢棒;浮火;回火;性能;其具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，可焊接性良好等特点1±1。我国在上个世纪80年代末期引进预应力混凝土钢棒，经过近30年的发展，其应用越来越普遍。广东哲逑设厅早在2000年就出台文件要求，凡建造楼房必须打管桩（管桩必须要用预应力混凝土钢棒），因此预应力混凝土钢棒的需求量也tl益增长。当前我国自主生产的建筑用预应力混凝土钢棒受到科技水平的限制，还与国际先进水平有一定差距，存在着强度较低，初性有待提高等问题。热处理制度是预应力混凝土钢棒生产过

3、程屮的重要环节，决定了其最终的性能。本研究以热轧态盘条钢筋20MnSi为研究对象，对其淬火及回火工艺进行对比试验，通过试验与分析，确定淬火与回火热处理工艺参数与性能的关系，优选出理想工艺参数，得到合理的强度与塑性组合。1试验材料与方法1.1试验材料试验原料采用强度等级HRB400、直径准10mm的热轧钢筋20MnSi。具体20MnSi化学成分如表i所示m。表120MnSi化学成分(质量分数，％)Tab.1Chemicalcompositionsof20MnSisteel(wt%)卜载原表1.2热处理制度(1)淬火工艺:淬

4、火选择感应加热和电阻加热两种方式位1。感应回火采用感应电炉对钢筋试样进行加热，通过红外测温仪测量钢筋温度，当钢筋达到0标淬火温度后(860、900、940、980°C)迅速放入冷却水槽淬火。电阻加热通过管状炉腔的电阻加热炉完成，加热炉加热功率4400W,试验中将电阻炉加热至目标淬火温度(860、900、940、980°C)后放入钢棒，lOmin后取出迅速放入冷却水槽淬火。(2)冋火工艺:为了避免中温冋火脆性，得到强度高、韧性好的冋火索氏体，试验选取40(T61(rC为回火温度区间，加热方式为感应加热。1.3试验方法材料经

5、过热处理后取长为l(hnm的试样，通过预磨机进行80、400、1200、2000金相砂纸打磨后，使用抛光机加金刚石研磨膏抛光，再通过4%硝酸酒精溶液腐蚀。采用VERSAMET金相显微镜观察金相组织;采用SSX-550扫描电镜观察试样碳化物析出形态。常温力学性能测试按照GB238标准要求，对热处理后的材料取样，加工成直径准5mm的标准棒材试样;采用WE-300KN万能拉力试验机进行常温拉伸测试;每组测试进行3次，取均值为结果。2试验结果与分析2.1淬火方式对钢棒组织的影响试样经电阻炉加热与感应加热进行940°C淬火处理，得

6、到组织如图1所示。从图1(a)可见，经传统电阻炉加热试样组织为大块不均匀马氏体，晶粒度为6级；图1(b)所示的感应加热淬火试样组织为细小板条马氏体，晶粒度8.5级。对比两种淬火方式后试样组织可知，感应加热方式淬火可以得到更加细化的组织，其原因是感应加热升温速度快，奥氏体相变在较高温度下进行，将使奥氏体晶核生长速度超过晶粒的长大速度。另外，快速升温使钢中渗碳体未全部固溶，在一定程度上也阻碍了晶粒长大，所以组织更加细化。图1不同淬火方式试样组织Fig.1Microstructuresofsampleunderdifferen

7、tquenchingmethods2.2淬火温度对钢棒组织的影响感应加热不同温度(860、900、940、980°C)淬火后试样金相组织如阁2所示。从图2(a)可见，经860°C淬火后，试样组织为部分马氏体以及铁素体和珠光体,说明奥氏体转化程度较低;经900°C淬火后，试样组织中明显有偏细针状马氐体出现，同时组织中有少量铁素体(见图2(b));淬火温度达到940°C时，试样组织已基本为板条状马氏体，为理想的淬火组织(见图2(c)):淬火温度达到980°C时，组织中马氏体已明显变得粗大(见图2(d))。图2不淬火温度下的金

8、相组织Fig.2Microstructuresunderdifferentquenchingtemperatures2.3回火温度对钢棒的影响⑴对性能的影响经不同温度淬火试验对比，确定940°C为理想的淬火温度。研究中对此温度下淬火试样继续进行了40(f610°C区间内不同温度的冋火处理，并对冋火后的试样进行丫常温拉