Φ6.0mm高强度、低松弛预应力混凝士用螺旋肋钢丝研发

引言

高强度、低松弛预应力混凝土用钢材广泛应用于建筑领域中,在提升建筑施工整体质效,满足项目设计要求的同时,大大降低了成本投入,减少了不必要的费用支出,成为了现阶段主流的建筑材料。与传统的热轧钢筋相比,高强度、低松弛预应力混凝土用钢材的抗拉强度是其3倍,通过大规模使用预应力钢丝,施工企业能够减少50%的混凝土需求量,同时提升混凝土的浇筑质量,有效缩短工期,保证施工企业的经济效益。

随着旧电网的进一步改造,长电杆中大多使用Φ6.0mm螺旋肋钢丝,此钢丝强度大于1570MPa。研究发现,Φ6.0mm螺旋肋钢丝的强度、延展性及锚固性能均较好。目前高质量的长水泥电杆的Φ6.0mm螺旋肋钢丝均按强度在1570MPa以上的强度级钢丝进行设计。

1标准要求

标准《预应力混凝土用钢丝》(GB/T5223—2014）对Φ6.0mm、1570MPa级螺旋肋钢丝的要求如下:

1.1外形尺寸要求

Φ6.0mm螺旋肋钢丝的外形尺寸如表1所示。

1.2力学性能要求

Φ6.0mm螺旋肋钢丝的力学性能要求如表2所示。

从标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224—2014）中可以了解到,螺旋肋钢丝的表面沿着长度方向具有规则间隔的肋条,本次研究的钢丝肋数量是4条,呈对称分布。该标准对基圆直径偏差控制比较严格,基圆直径偏差为士0.05mm,对外轮廓直径的控制稍松,在大于7.0mm直径的螺旋肋钢丝的外轮廓直径偏差为士0.10mm,但本次开发的Φ6.0mm螺旋肋钢丝的外轮廓直径偏差为士0.05mm,对单肋宽度和螺旋肋导程的控制范围则更松。Φ6.0mm螺旋肋钢丝的横截面积相当于Φ6.0mm光面钢丝的横截面积,表面选择为螺旋肋,是为了提高钢丝的握裹力。螺旋肋钢丝与同公称直径的光面钢丝及刻痕钢丝比较,握裹力比光面钢丝要好,而强度损失低于刻痕钢丝,不会像刻痕钢丝那样在工艺控制不良的情况下出现应力集中现象。

从该标准中还可以发现,Φ6.0mm螺旋肋钢丝的力学性能与Φ6.0mm消除应力光圆钢丝的力学性能相同。

2工艺设计

任何一个产品的生产工艺都会影响其生产质量。为保证Φ6.0mm螺旋肋钢丝的生产质量,需从生产材料、钢丝拉拔、稳定化处理等环节加以控制,在这些生产环节中应以力学性能为基础控制生产质量。依据相关规定可知,Φ6.0mm螺旋肋钢丝与低松弛消除应力光圆钢丝的机械性能相差无几,因此在生产Φ6.0mm螺旋肋钢丝时应选择以下生产流程:

制作盘条一进行酸洗、处理盘条表面一进行拉丝一将盘条穿过螺旋模具一对钢丝进行矫直操作一将加工后的钢丝放置在中频炉进行加热一利用水冷却加热后的钢丝一对冷却钢丝进行张拉一夹送钢丝一剪切钢丝一收线一验收一合格产品进行包装一置于成品库。

2.1原料的选择

由于目前高速线材生产中的控轧控冷工艺水平较高,热轧后的盘条组织均能达到高比例的索氏体化率,因而国内外生产用于预应力混凝土的钢丝生产厂家大多直接使用钢丝制作产品(未对钢丝进行加热处理）,为保证产品质量,对钢丝力学性能、金相组织的要求较高,其各项性能需符合标准《预应力钢丝及钢绞线用热轧盘条》(GBT24238—2009）中的要求。

另外,生产厂家应合理选择盘条,只有保证其规格、强度符合要求才可使用。若厂家选择规格过大的盘条,将导致盘条总压缩率过高,虽然选择此类盘条可提升钢丝的抗拉强度,但是钢丝塑性、韧性不符合标准:若厂家选用规格过小的盘条,对于盘条强度的要求将提升,必须选用高碳量钢种,将影响钢丝生产成本,因而生产厂家需合理确定盘条规格及其强度。

生产厂家为保证钢丝冷拉加工操作的顺利进行,需保证所选原材料符合以下生产要求,主要包括:

(1）盘条内部组织方面的要求:盘条内部晶粒度需在6～9级,索氏体组织可达到70%,且盘条中不可存在淬火组织。

(2）盘条脱碳层方面的要求:盘条脱碳层深度应保持在公称直径的1.5%。

(3）盘条表面质量方面的要求:生产厂家应选择盘条表面光滑的盘条。

生产厂家在选择盘条时,应考虑其是否符合以上标准,只有符合上述标准的盘条才可顺利完成拉拔施工及保证钢丝生产质量。生产厂家在计算成品钢丝强度时可依据下式进行计算:

式中,rb为成品钢丝强度(MPa）:rb原为原料强度(MPa）:K为系数,在此取l.05:d0为成品钢丝直径(mm）:dK为原料直径(mm）。

如果选择原料的直径和原始强度分别为12.0mm和l0.0MPa时,以67.0mm为计算钢丝产品的直径,可以获得成品的强度为1566MPa。

参考上述公式,在生产过程中选择612.0mm、超过10.0MPa强度的盘条材料便可为超过15.0MPa强度的钢丝成品提供保障。但是盘条中常用规格达到612.0mm要求的较少,因此也可选择湘钢产612.5mm的..8盘条,不过其可能具有相对更高的强度。

湘钢产612.5mm的..8热轧盘条的理化性能检测结果如表B、表4所示。

2.2生产工艺设计

我公司在稳定化处理过程中的张力由最后钢丝经过一个拉丝模所需要的拉拔力产生,为使稳定化处理中其拥有充分的张拉力,应选择约7.45mm直径的半成品,并控制其拉拔的配模直径是:l2.5mm二ll.4Bmm二l0.02mm二6.60mm二..60mm二7.95mm二7.45mm。

在对其进行稳定化处理时,需按照图l中所示以带肋槽的螺旋模替代定径的成品拉丝模。

G8/T522B—2014规定的单肋宽度便为其肋槽的宽度:1.70～2.0mm,肋的斜率(即8角的斜率）为基圆周长与螺旋肋导程的比值,67.0mm钢丝肋的斜率为:(5.6×B.l4）/B4=0.5B7。

四根肋槽分布比较均匀,为了方便安装,选择锥角度109的锥形模套。同时为保证其肋痕稳定连续,相关人员通过设计制作出如图2的螺旋模盒,使螺旋模可以自由旋转。

螺旋模盒的轴承起到旋转螺旋模的作用,在实际生产中应保证其添加的润滑剂充足,才能为螺旋模旋转得更加平稳和高速奠定基础。安装螺旋模时应该保证其锥度和螺旋模套相同,使螺旋模的安装更加稳定。另外需有效控制其稳定化处理的回火温度为(B60±l0）℃,且收线速度≤l20m/min。

3成品检验结果

根据相应的工艺标准对l5.0MPa级67.0mm螺旋肋钢丝进行设计和批量生产后,检测其物理性能结果如表5所示。

该检测结果选自20l5年7月26日的检测报告,样品编号为:2l5-l9ll,2l5-l9l2,2l5-l9lB,2l5-l9l4,2l5-l9l5。经检测,其外形尺寸也完全符合G8/T522B一20l4标准要求。其应力松弛值为l.225%。

4结语

我公司对l5.0MPa级67.0mm螺旋肋钢丝完成研制之后,将该类钢丝提供给贵阳、株洲电杆厂使用,获得了良好的反响。