预应力钢丝用盘条质量的改进建议

    随着预应力钢材向高强度、大规格、大变形量的方向发展，要求钢丝拉拔总压缩率达85%以上，抗拉强度达到2000MPa，同时有良好的塑性（δ₁₀₀≥3.5%），这就要求盘条具有合适的化学成分、高的纯净度和均匀性，并具有尽可能细化且达到一定含量的索氏体组织，从而满足更大的塑性加大要求。天津预一自生产高强度预应力钢材以来，盘条的质量波动始终是制约其性能的主要因素。本文就此进行初步探讨。

    1  化学成分
    化学成分是决定盘条性能和组织状态的决定因素。现盘条生产厂家使用标准较乱，有的使用JIS标准，有的使用GB热轧盘条标准，有的使用预应力钢材专用GB标准。大多数生产厂家为适应自身状态选用相应的标准，对其共同存在的问题讨论如下。
    GB/T146-18预应力钢丝及预应力钢绞线用热轧盘条标准达到了国际水平，其中碳含量等同于ISO8457/2和JIS3502，但低于EN10016/4标准规定的要求。据有关资料介绍，在一定条件下，当碳的质量分数波动0.01%时，盘条抗拉强度将发生10MPa的波动，而按85%的总压缩率计算，其最终将波动20MPa。盘条含碳量的范围越大，钢材抗拉强度的波动就越大，这是预应力钢材所忌之处，因此应尽可能缩小碳含量波动范围。
    讨论碳和锰的含量不仅从盘条强度和塑性是否适应拉拔的角度来考虑，还应综合分析其直径变化的影响、控冷转变点影响等，不能孤立地看待某一因素。在冷加工用盘条上，在碳含量一定的条件下，w(Mn)应控制在0.80%以下为宜。因此，用户要求盘条生产厂家尽可能缩小其碳含量范围，并减少有害元素S、P的影响。国外不少标准规定S、P含量较高，但实物中S、P含量较低。据外国专家介绍，当S、P的质量分数超过0.025%时，高强度、大直径的预应力钢材用盘条极易产生中心偏析和网状组织，对后加工和钢材最终性能都产生不利影响。因此，预应力钢材用盘条在炼钢过程中应“精炼”，这是提高纯净度的一个手段。
    一些微量元素也应给予足够的重视，微量元素的多少不同程度地给加工带来不同的结果。例如，在大直径预应力钢材用钢中加入Cr，有利于形成更多的索氏体组织，改善加工性能；还有V，它的微量添加可使晶粒细化，提高预应力钢材强度和韧性等。这些元素有时单独添加，有时几种微量元素一起添加，考虑其综合影响。另一些微量元素应加以限制，如Cu，它的标准规定很宽，但其含量达到标准某些临界值时，对预应力钢材的制作和施工会带来一定危害。因此，建议其质量分数应控制在0.15%以下，最好不要超过0.1%；应限制Al的含量，因为它会生成氧化铝，是极为不利的元素。另外，还要注意H、O、N气体的含量，它们均会残留在钢中形成有害元素。表1是国内外盘条标准及意大利实物质量的化学成分质量分数对比。

表1  国内外盘条化学成分对比         w/%

    2  盘条的金相组织
    盘条的深加工一般以拉拔为主要加工手段。当变形条件一定时，抗拉强度和延展性能与钢的组织状态有密切关系，为了获得充分延展条件下高强度和高韧性，就需要盘条的金相组织和成分为合理均匀状态，同时注意钢中的有害物质和随加工不断的硬化及一些物质在转变后的影响，轧制中的氧化脱碳及过热都会带来不利于加工和影响最终性能。因此，首要的是盘条在控冷时获得较多而均匀的索氏体组织。对于盘条中索氏体含量的判定很关键，国内某一公司生产控冷盘条后在质量保证书中明确写出“索氏体含量达98%、99%”，我们认为这不全面或不客观，索氏体含量的判定本文不细述，但不能以某一视野中的含量断定其总含量，这会影响使用。因为盘条中的某一处（很可能是边缘）达到99%时，中心部位极易产生粗大组织和异常的网状组织，这就造成拉拔时金属表层容易流动，中心变形困难，甚至断裂后仍存在部分未变形的异常区域，即杯锥状断口，此类断口对预应力钢材应用危害极大。因此，索氏体组织一是要均匀，二是要看整个盘条断面的含量，我们一般分9个点分析，加权平均来判定其含量，这更能准确地反映实际状态。同时又引伸一个问题――如何使盘条中心的索氏体组织含量更高，与添加的化学元素Cr有着密切的关系，也与轧制及随后的控冷工艺有关，因此要达到索氏体组织充分均匀化，应适量增加Cr的含量。进口意大利盘条的w(Cr)一般在0.23%-0.27%之间，以预应力高强度钢绞线为例，应以0.18%-0.22%为好，其它品种预应力钢材应视其用途和轧后盘条直径而定。还应强调的就是盘条金相组织中的晶粒大小与均匀性，进口盘条索氏体化程度一般在83%-88%之间，而国产盘条只有75%-85%之间，进口盘条晶粒度在7-9级，而国产盘条在5-8级。说明国产盘条的金相组织均匀程度较差。
    许多钢丝的使用寿命与钢丝的表面脱碳有关。预应力钢丝的表层脱碳主要产生于盘条。现在，国家标准有有确规定，大多数高线生产厂家都能达到标准。脱碳层的深度直接影响着钢丝拉拔，也会对成品性能产生不良影响，特别是疲劳性能还会给应用带来危害，应当加以控制。国家标准中Ø10mm以上的盘条其脱碳层深度的规定比国外标准要低，就预应力钢绞线用盘条来看，标准允许脱碳层深度≤0.195mm（不少国外标准规定脱碳层深度≤0.15mm），这就给加工带来一定的影响。
    关于夹杂物，现在通过提高钢的纯净度这方面有了较大的改善。夹杂物的存在破坏了金属的连续性，在拉拔中容易引起应力集中，特别是钢绞线生产中，如夹杂物破碎，其碎片成线状分布，形成带状组织，破坏了金属的连续性，导致钢丝断裂。现夹杂物种类以硫化物、氧化物、硅酸盐等为主，因此应加以严格控制。

    3  结语
    （1）提高盘条的通条性、改善不均匀性，应注重化学成分偏析、组织、夹杂物等影响因素，还应减少炉别之间差异，确保深加工成品不存在隐患。这些问题的改进应兼顾考虑，不能顾此失彼。
    （2）应注意盘条的表面质量和尺寸精度，随着高速轧制孔型尺寸的精度不断提高，部分厂家忽视了质量，切头部分较少，给下道工序带来一定的麻烦；轧孔中粘有异物或缺损，也会影响盘条的加工质量。
    （3）不同用途的预应力钢材产品对盘条应有相应的技术指标，不能统一套用。
    （4）要尽可能消除产生有害网状和脆性组织的因素，使有利于加工的均匀索氏体组织达到一定含量
    （5）严格控制有害元素和物质的含量，进一步完善精炼手段，提高钢水纯净度。
    （6）时效问题是存在客观事实，生产厂家应注明轧制时间和时效期，一般20天为宜，随季节温度变化有所增减。