低碳鋼軋材是黑色冶金工業(yè)最普通的一種成品鋼材。其年產(chǎn)量以數(shù)千萬(wàn)噸計(jì)。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通低碳結(jié)構(gòu)用鋼材含有以下成分：≤0.22%C;≤1.5～2.0%的以置換固溶體形式存在的合金元素(Mn、Si、Ni、Cu和Cr);≤0.1%的以強(qiáng)碳化合物和強(qiáng)氮化物的形成元素(Al、Ti、Nb和V);還含有少于0.05%的有害雜質(zhì)(S和P)。

  十年來(lái)，這種在線強(qiáng)化工藝技術(shù)及其產(chǎn)品得到了不斷完善。盡管如此，經(jīng)熱軋后直接提供的低碳鋼材一般都存在強(qiáng)度指標(biāo)偏低和耐寒性較差的缺點(diǎn)。近二十年來(lái)的課題歸結(jié)為生產(chǎn)較高級(jí)強(qiáng)度級(jí)的低碳鋼材兩大課題。通過(guò)在軋制生產(chǎn)線上采用這樣或那樣的熱處理工藝來(lái)強(qiáng)化軋件性能，使這一課題成功地得到了解決。

  試驗(yàn)方法

  試驗(yàn)對(duì)象為鋼筋及異型材——后者為3鋼制成的角鋼、鋼梁、槽鋼。所有這些型材都在中、小型型材軋機(jī)生產(chǎn)線軋制與強(qiáng)化。在精軋機(jī)架后面設(shè)置淬水箱，冷卻水經(jīng)特制的高壓噴槍，用紊流水強(qiáng)化冷卻軋件表面。軋件以8～15m/s的速度經(jīng)過(guò)淬水箱。從1000～1050～終軋溫度降到中間溫度580～680"C(視供水強(qiáng)度而定)。然后將型材送到冷卻輥道上，在那里靠金屬中蓄存的熱量進(jìn)行自回火。

  研究軋件截面的金相組織，測(cè)定其硬度值。按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)。用中央工業(yè)建筑科學(xué)研究所提出的專用試件要求在-60～+20℃下進(jìn)行沖擊韌性試驗(yàn)，再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果判斷鋼的耐寒性能。采用靜態(tài)懸臂彎曲進(jìn)行應(yīng)力耐蝕性試驗(yàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試驗(yàn)在給定的恒負(fù)荷條件下，于氮化物沸水(約100℃)溶液中持續(xù)放置100小時(shí)(溶液含60%的硝酸鈣和5%的硝酸鋁)。再測(cè)試極限應(yīng)力值，若低于它，則不會(huì)出現(xiàn)腐蝕龜裂缺陷。

  試驗(yàn)結(jié)果及討論

  按上述工藝強(qiáng)化的型材存在截面金相組織不均勻，即金相組織的各向異性具有自然混合材料的特點(diǎn)。在型材表面有一薄的硬化層(每側(cè)約1.0～2.0mm);而型材中心較軟并有韌性。

  下面將討論鋼筋的抗脆性斷裂是如何隨直徑的變化而變化的。用中央工業(yè)建筑科學(xué)研究所擬定的專用試件作沖擊彎曲試驗(yàn)，以便研究強(qiáng)化鋼筋的耐寒性能。在這些試件上刻有側(cè)面鋒利的切口，從而出現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，后者易于引起材料斷裂。在這種情況下，作用在試件上的斷裂功將首先影響到材料的表層。鋼筋斷裂的臨界準(zhǔn)數(shù)Ap正常取Ap=49J。直徑為l6和25mm的鋼筋于-70℃冷處理后Ap>49J。直徑為10mm的鋼筋在這一溫度下出現(xiàn)不應(yīng)有的偏差，這就是說(shuō)直徑10mm的鋼筋的耐寒性很不佳。這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果與表面硬度變化相關(guān)。

  在評(píng)估鋼筋的抗應(yīng)力腐蝕時(shí)，這一情況更為明顯。可以看出，材料抗應(yīng)力腐蝕的能力隨鋼筋直徑減小而下降。如果鋼筋直徑d鋼筋≥16mm且其極限應(yīng)力值達(dá)到屈服點(diǎn)水平，則鋼筋實(shí)際上沒(méi)有腐蝕，而直徑10mm的鋼筋其極限應(yīng)力值達(dá)到250～300MPa水平，鋼筋出現(xiàn)腐蝕龜裂現(xiàn)象。在所試驗(yàn)的鋼筋中，我們?cè)缫杂^察到鋼筋龜裂的發(fā)展現(xiàn)象。本文得出的結(jié)果證明了被公認(rèn)的觀點(diǎn)，尤其是腐蝕斷裂更敏感。

  研究可以確認(rèn)：低碳鋼只能強(qiáng)化到表層硬度不超過(guò)320I-W的水平。在討論生產(chǎn)工藝時(shí)鋼筋強(qiáng)度保質(zhì)水平宜確定為：=500MPa。這樣，鋼筋使用廠 挑選高性能的鋼筋最簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法是測(cè)量強(qiáng)化鋼筋的表面硬度，即硬度值不應(yīng)超過(guò)320HV。

  結(jié)論

  1)在中小型型材軋制生產(chǎn)線上采用紊流水連續(xù)水淬處理辦法可以強(qiáng)化3型低碳鋼材，其屈服點(diǎn)可達(dá)500MPa。

  2)在限制鋼材表面硬度值≤320HV條件下，屈服點(diǎn)達(dá)≥500MPa的鋼材保證具備高的使用性能和工藝性能。