【摘 要】
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随着建筑用钢结构向大型化、轻量化发展,高强度、高韧性和低松弛性预应力混凝土钢棒（PC钢棒）被广泛用于预应力混凝土结构件中,这对30MnSi热轧材和PC钢棒质量提出了更高要求。通过对生产现场调查,发现个别PC钢棒在刚离开生产线或存放一段时间后会发生脆断。该类脆断事故不但影响产品质量,也影响用户对生产企业的信任度,目前国内外文献还未见对该问题的细致研究。本文通过对比分析热轧材、冷拔材及PC钢棒的微观组
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随着建筑用钢结构向大型化、轻量化发展,高强度、高韧性和低松弛性预应力混凝土钢棒（PC钢棒）被广泛用于预应力混凝土结构件中,这对30MnSi热轧材和PC钢棒质量提出了更高要求。通过对生产现场调查,发现个别PC钢棒在刚离开生产线或存放一段时间后会发生脆断。该类脆断事故不但影响产品质量,也影响用户对生产企业的信任度,目前国内外文献还未见对该问题的细致研究。本文通过对比分析热轧材、冷拔材及PC钢棒的微观组织和力学性能,探讨引发PC钢棒失效的原因;通过对比不同热处理工艺的30MnSi钢棒组织和力学性能,优选热处理工艺参数;系统研究回火动力学,建立回火方程,为生产企业优化工艺提供技术数据。主要研究结论如下:（1）根据微观组织、力学性能和断口特征等结果,得出30MnSi钢棒最佳热处理制度为920℃保温15min淬火,接着400℃保温20min空冷回火。该工艺淬火得到马氏体组织,回火后转变为回火屈氏体,钢棒力学性能满足相关国标要求。（2）PC钢棒成品心部存在少量沿轧向的带状铁素体,与840℃奥氏体化处理的钢棒组织类似。带状铁素体出现的原因是,840℃恰好处于30MnSi钢Ac3温度以下,该温度加热时原冷拔组织未完全奥氏体化;同样,PC钢棒感应加热时心部输入的热能不足,其加热温度处于y/α两相区温度内,未完全奥氏体化的铁素体在淬火和回火后被保留在最终组织中。为避免异常铁素体带出现,应适当提高奥氏体化温度或感应加热强度。（3）PC钢棒心部的带状铁素体导致了钢棒心部抗拉强度和断后伸长率低于边部。由于铁素体与回火屈氏体两相性能差异较大,形变时应力会通过回火屈氏体传递到铁素体,裂纹易在铁素体/回火屈氏体界面形成,并在强度相对低的铁素体内扩展。组织中存在较大尺寸硫化物、球状MnO-SiO2、端部呈锐角的CaO-Al2O3-SiO2夹杂和块状CaO-SiO2夹杂等缺陷,这几类缺陷均可引发PC钢棒断裂失效。（4）根据30MnSi钢回火工艺参数对应的P参数、λ参数与回火30MnSi钢维氏硬度H,构建了 P参数回火方程:H=991.49-0.043T（19.56+logt）;λ参数回火方程:H=-42.07lot+378669.75/T-154.61,硬度计算值与实际测量值的线性相关系数分别为0.9765和0.9750,两者线性相关度高,表明所建立的硬度、回火温度和时间关系式可以预测钢棒力学性能,该关系式也可用于感应回火工艺优化提供参考。
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