張澤宇，王小東，史永剛，陳 方

（陜鋼集團(tuán)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院有限公司，陜西 漢中 723000）

鋼筋放置一段時間后，其力學(xué)性能會發(fā)生變化，即發(fā)生了時效。如果對時效性能控制不好，必然會引起嚴(yán)重的質(zhì)量問題，影響使用安全[1]。650 MPa超高強(qiáng)度抗震鋼筋的屈服強(qiáng)度大于650 MPa。650 MPa超高強(qiáng)度抗震鋼筋與HRB500E、HRB400E有著不同的成分配比，特別是加入了微合金元素Nb后，其時效性能有了較大的變化[1]。從生產(chǎn)安全角度分析，鋼筋的時效特點(diǎn)必須掌握，通過優(yōu)化成分或改變判定標(biāo)準(zhǔn)等方式，確保銷售的鋼材性能100%符合國家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)/企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，對650 MPa超高強(qiáng)度抗震鋼筋的自然時效性能進(jìn)行研究有著重要的實(shí)際意義。

1 試驗(yàn)方案

1.1 Φ22 mm規(guī)格試樣自然時效試驗(yàn)

從生產(chǎn)的7批Φ22 mm規(guī)格的650 MPa級超高強(qiáng)度抗震鋼筋中分別取7 d、15 d、30 d、60 d的時效樣各1組（2支），要求每批鋼材的不同時期時效樣品在同一根鋼筋上截取，以縮小樣品間的差距。將對應(yīng)的時效期試樣在同1臺試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能檢測，通過整理數(shù)據(jù)來分析不同自然時效期鋼材力學(xué)性能的變化情況。

1.2 Φ25 mm規(guī)格試樣自然時效試驗(yàn)

從生產(chǎn)的5批Φ25 mm規(guī)格的650 MPa級超高強(qiáng)度抗震鋼筋中分別取7 d、15 d、30 d、60 d的時效樣各1組（2支），要求每批鋼材的不同時期時效樣品在同一根鋼筋上截取，以縮小樣品間的差距。將對應(yīng)的時效期試樣在同1臺試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能檢測，通過整理數(shù)據(jù)來分析不同自然時效期鋼材力學(xué)性能的變化情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同時效期性能統(tǒng)計（11批平均值）

自然時效試驗(yàn)的檢測結(jié)果如表1和表2所示。下頁圖1和圖2分別為Φ22 mm、Φ25 mm兩種規(guī)格試樣的屈服強(qiáng)度（ReL）、抗拉強(qiáng)度（Rm）、最大力總延伸率（Agt）和強(qiáng)屈比（Rm/ReL）的變化趨勢。

圖1 Φ25 mm試樣力學(xué)性能隨時效變化

圖1 Φ22 mm試樣力學(xué)性能隨時效變化

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，兩種規(guī)格的試樣屈服強(qiáng)度變化趨勢一致，均隨著時效時間增長逐漸降低，Φ25 mm試樣由于起始屈服強(qiáng)度較低，時效處理后降低至內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)650 MPa以下。抗拉強(qiáng)度隨時效時間延長上下波動，均大于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)820 MPa。最大力總延伸率在7 d時呈現(xiàn)下降趨勢，隨后最大力總延伸率逐漸上升，在時效期內(nèi)均大于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)9%。由于試樣的屈服強(qiáng)度隨時效變化逐漸降低，Φ22 mm規(guī)格試樣抗拉強(qiáng)度變化不大，Φ25 mm規(guī)格試樣抗拉強(qiáng)度上升，導(dǎo)致強(qiáng)屈比總體呈現(xiàn)上升趨勢，在時效期內(nèi)強(qiáng)屈比均大于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)1.25。結(jié)果表明，經(jīng)過自然時效后的試樣，最大力下總延伸率先降低后升高，強(qiáng)屈比呈現(xiàn)上升的趨勢，對試樣的抗震性能有一定的提升作用。

2.2 不同時效期下屈服強(qiáng)度與初檢屈服強(qiáng)度差值對比

圖3與圖4（見下頁）反映了經(jīng)過時效后的試樣屈服強(qiáng)度的變化情況，Φ22 mm規(guī)格試樣在時效過程中屈服強(qiáng)度最大下降了15 MPa，Φ25 mm規(guī)格試樣在時效過程中屈服強(qiáng)度最大下降了15.8 MPa。因此需要將650 MPa超高強(qiáng)度抗震鋼筋Φ22 mm規(guī)格的初檢內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)提高15 MPa以上，將Φ25 mm規(guī)格的初檢內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)提高20 MPa以上，以保證試樣經(jīng)過自然時效期后鋼筋的屈服強(qiáng)度性能仍能滿足要求，從而減少下游廠家在使用過程中因屈服強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)而產(chǎn)生的質(zhì)量意見。同時應(yīng)注意到，因只有部分試樣的屈服強(qiáng)度在初檢或時效后低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，所以在后續(xù)的生產(chǎn)過程中還應(yīng)穩(wěn)定煉鋼、軋鋼工藝，以使鋼材通條性能均勻。

圖3 Φ22 mm規(guī)格試樣時效后屈服強(qiáng)度變化情況

圖4 Φ22 mm規(guī)格試樣時效后屈服強(qiáng)度變化情況

650 MPa超高強(qiáng)度抗震鋼筋采用釩氮微合金化強(qiáng)化，熱軋后游離的C、N元素在位錯處聚集形成“柯氏氣團(tuán)”，對鋼中的位錯產(chǎn)生釘扎作用，有效地阻塞位錯運(yùn)動，使鋼筋強(qiáng)度提升，韌塑性下降，導(dǎo)致伸長率降低。經(jīng)過自然時效，V元素與N元素大量結(jié)合，減少了游離在基體和位錯處的N元素[3]，使得屈服強(qiáng)度下降，抗拉強(qiáng)度變化波動不大，強(qiáng)屈比提升，同時N元素與V元素的結(jié)合，使得鋼筋脆性降低，表現(xiàn)為伸長率提升。由此看來，自然時效對鋼筋的抗震性能與塑性產(chǎn)生了積極的影響。

3 結(jié)論

1）650 MPa級超高強(qiáng)抗震鋼筋經(jīng)過自然時效后，最大力下總延伸率先降低后升高，強(qiáng)屈比呈現(xiàn)上升趨勢，對試樣的抗震性能有一定的提升作用。

2）650 MPa級超高強(qiáng)抗震鋼筋經(jīng)自然時效后屈服強(qiáng)度有可能低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，可將首檢屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)增加15~20 MPa。

3）實(shí)驗(yàn)中只有少部分試樣在初檢或時效后檢驗(yàn)的屈服強(qiáng)度低于650 MPa，通過工藝可改善鋼筋的通條性能，使鋼筋經(jīng)時效后的屈服強(qiáng)度滿足要求。