馬永存　劉保權　秦雪花

預應力混凝土用鋼棒（簡稱PC鋼棒）是由日本高周波熱煉株式會社于20世紀60年代開發(fā)的一種技術含量很高的預應力鋼材，屬于預應力強度級別中的中間強度級。它具有高強度韌性、低松弛性、與混凝土握裹力強，良好的可焊接性、鐓鍛性、節(jié)省材料等特點，在國外已被廣泛應用。而在我國起步較晚，于80年代末期開始和引進該產品。PC鋼棒的主要原材料是無扭控冷熱軋盤條，早期的鋼種主要牌號為30MnSi，原材料帶狀組織嚴重，主要原因是連鑄連軋過程中控溫不足。生產高質量的PC鋼棒，不僅需要滿足表面質量好、夾雜物含量低、純凈度高、通條成分偏析及波動小的盤條；更需要材料成份優(yōu)異，機械性能穩(wěn)定的盤條。后來經過多次技術創(chuàng)新與改進，成功開發(fā)出增加了V、B等微量合金的35Si2Mn、35Si2Cr等材質。

試驗

PC鋼棒不同成分含量方案。

方案1：Si和Mn方案。代表鋼種30MnSi、30Si2Mn、35Si2Mn

我們選擇30MnSi、35Si2Mn、35Si2Cr三種材質進行熱處理性能對比。淬火溫度選擇區(qū)間920～960℃，回火溫度選擇450～520℃，感應淬火加熱方式，高壓水冷工藝。

結果與討論

碳在鋼鐵中呈化合狀態(tài)和液離狀態(tài)，碳含量直接影響鋼的性能，高時硬度和強度增加，但其熔點塑性和延展性降低。硅在鋼中是有益元素，能增加鋼的抗張力、彈性、耐酸性和耐熱性，耐腐蝕性，主要以硅化鐵形式存在。含Si量控制在1.50～1.90%之間，Si的耐熱性強，熱處理后組織較細?；鼗饻囟瓤梢蕴岣撸S著回火溫度的提高，氫導致的延遲斷裂的敏感度減小。當回火溫度高于500度，基本不產生氫導致的延遲斷裂。錳在鋼中通常以固液體化合態(tài)形態(tài)存在是良好的脫氧劑和脫硫劑，能降低鋼中硫所引起的熱脆性，以改善鋼的熱加工性能，提高鋼的可鍛性，增加錳的含量，可提高鋼的強度和硬度，但若含錳量大于0.90%，淬火時組織（晶粒）易粗化傾向。因此含Mn量控制在0.60～0.90%之間，可以改善鋼的熱加工性能，降低鋼材加熱的熱滯后現(xiàn)象。硫在通常情況下也是有害元素，使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。硫對焊接性能也不利，降低耐腐蝕性。因此在中低碳合金鋼中含硫量小于0.020%。在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，在冷拔過程會脆斷，引起鋼棒的延遲斷裂，因此通常要求鋼中含磷量小于0.015%。添加Cr、Mo、V等合金化元素，促使鋼棒淬火時奧氏體化完全，組織均勻。

目前國內大多PC鋼棒生產廠家選擇材質30MnSi。

材料特點：生產成本低、焊接性能好，致命的缺點是抗延遲斷裂能力弱。

材料缺陷：Mn含量高，淬火時，組織（晶粒）易粗化、容易產生回火二次脆性。

30Si2Mn降低了Mn的含量，消除淬火脆性，但淬透性不足，需要提高淬火溫度，造成二次加工浪費。

35Si2Mn提高了碳的含量補足30Si2Mn熱加工缺陷，這是國際通用做法。國際上PC鋼棒大多選用此材質。

35Si2Cr進一步降低Mn含量，降低淬火時組織（晶粒）易粗化傾向，添加Cr提高熱強性，細化組織，提高材質致密度。

由上表可見，選擇相同的淬火溫度和回火溫度，材質為30MnSi的PC鋼棒由于Mn含量過高等缺陷力學性能最差；材質為35Si2Mn的PC鋼棒提高了C含量，補足Mn含量過高的缺陷，力學性能居中；材質為35Si2Cr的PC鋼棒進一步降低了Mn的含量，添加Cr提高了熱強性并細化了組織，力學性能最好，更容易滿足生產要求。

提高Si的含量，不僅提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，還提高回火溫度，使回火工藝達到500℃左右索氏體轉變最佳溫度。降低S、P的含量，減少S、P夾雜物沿奧氏體晶界的偏析。添加Cr、Mo、V等合金化元素，促使鋼棒淬火時奧氏體化完全，組織均勻。在煉鋼時，可以添加V、Nb等元素，細化晶粒，提高鋼材強度，含量控制在0.05～0.15%。

總之，PC鋼棒選材原則遵循“三低一高”的原則，低Mn、P、S高Si。使得PC鋼棒綜合機械性能更穩(wěn)定。