摘 要：对大规格PC钢棒冬季容易脆断的原因进行了可能性分析。结果表明：可能是由于表面缺陷造成的局部应力集中，促进了淬火裂纹的产生，最终导致钢棒发生氢致延迟断裂。另外，热处理工艺和环境温度等也对脆断有一定影响。

　　关键词：PC钢棒 脆断 原因

　　1.前言

　　混凝土用预应力钢棒(PC钢棒)自引进以来，由于其具有高的强韧性、与混凝土的握裹力大、良好的点焊性和端头加工性，便于机械化施工等优点，因此在国内得到了普遍应用。

　　我公司高速线材厂于2007年开始生产PC钢棒用30MnSi热轧盘条，每年冬季期间，下游用户总有质量异议提出，反映PC钢棒尤其是大规格PC钢棒在放置过程中出现脆断现象。据了解，国内其他生产厂家也均有类似现象发生，不少专家也对其产生原因进行过分析研究，提出了氢致延迟断裂等相关理论。为找到我公司的产品产生此现象的确切原因，公司技术人员协同下游PC钢棒加工企业一起，对盘条及钢棒的化学成分、夹杂物状况、表面质量、热处理工艺等进行了分析研究。

　　2.检测结果

　　从PC钢棒生产厂现场取来延迟断裂样品，分别对其进行低倍酸洗、金相组织、夹杂、断口电镜扫描及化学成分检验，以寻找断裂原因。

　　2.1低倍检测

　　对所取样品做低倍检测，其断口形貌均与图1类似，断裂源位于表面。对钢棒酸洗后发现，表面存在横裂和不规则裂纹两种不同的缺陷(图2)，断裂源正位于裂纹处。

　　图1 PC钢棒断口形貌 图3裂纹形貌

　　(1) (2)

　　图2表面裂纹

　　2.2金相组织及夹杂物

　　沿钢棒纵向剖开，做金相检验，发现裂纹形貌如图3所示，裂纹方向与表面呈45°左右。裂纹周围组织与基体相同，均为回火索氏体。未出现脱碳现象且裂纹周围有淬火裂纹出现。对多个试样断口做电镜扫描，断裂源处均未发现有夹杂物存在。

　　2.3化学成分

　　该公司的30MnSi按下表内控成分生产，本次检验结果各化学成分均在内控标准范围内。 C Si Mn S P 内控成分范围 0.28～0.33 0.70～0.85 0.90～1.25 ≤0.025 ≤0.025 实际波动范围 0.28～0.32 0.73～0.84 0.92～1.23 ≤0.020 ≤0.023

　　3.PC钢棒脆断原因分析

　　3.1脆断形成机理

　　这种脆性断裂现象实质是材料 —环境 —应力相互作用而发生的一种环境脆化现象，这种断裂的诱因是环境中的氢，所以又称为氢致延迟断裂。在钢材冶炼、轧制及热处理等过程中侵入钢中且未能完全释放的“内氢”和环境中的“外氢”通过钢材表面的缺陷侵入钢材内部均能导致延迟断裂。氢致延迟断裂的另一个重要条件是应力的作用，特别是拉伸应力的作用，拉伸应力分量越大，导致断裂的几率就越大，时间越短。【1】延迟断裂中关键因素温度能加快材料缺陷中氢气的快速逸出以及缩短钢中氢气存在的时间，能够显著降低氢致延迟断裂的敏感性。 而生产中较低的环境温度以及较低的后续加工温度对钢中氢气的逸出以及存在的时间是不利的,增加了PC钢棒氢致延迟断裂的敏感性。【2】

　　3.2表面质量的影响

　　从本次检验结果可以看出，表面裂纹是发生脆断的直接原因。PC钢棒淬火产生的淬火应力以组织应力为主，组织应力占主导地位的作用结果是钢棒表面受拉应力而心部受压应力。【3】在此情况下，由于轧制产生的耳子或运输、堆放及拉拔过程中产生的刮伤、擦伤等缺陷造成的局部应力集中，促进了淬火裂纹的产生。裂纹的存在给氢的进入提供了便利条件，促进了裂纹的扩展，最终导致钢棒在外应力远小于断裂应力的情况下发生断裂。

　　3.3热处理工艺

　　该PC钢棒生产厂采用930℃淬火和440℃回火的热处理工艺，屈服强度控制在1470～1500MPa。为保证足够的强度，因而回火温度控制的较低，使得应力消除不够充分，这也对钢棒的延迟断裂造成了一定影响。

　　3.4盘径

　　在大小规格采用同样盘径的情况下，大规格钢棒的外表面的变形量要大于小规格，相应的其所承受的拉应力也要大于小规格，因此其断裂的几率要高于小规格。

　　3.4环境温度的影响

　　冬季较低的环境温度不仅降低了氢气的逸出速度，而且使得钢棒热处理后空冷的速度相对增大，从而加大了热应力，增加了脆断的几率。

　　4.结语

　　(1)我公司PC钢棒脆断的主要原因是淬火过程中产生的淬火裂纹。加强对表面质量的控制可以减少淬火裂纹的产生。

　　(2)热处理工艺中较低的回火温度增加了断裂倾向。提高硅含量可以在保证强度的同时适当提高回火温度，更好的消除残余应力。

　　(3)环境温度和外表面应力大小的不同是冬季大规格钢棒断裂相对较多的原因。

　　参考文献：

　　[1]　朱伏先 ,李艳梅 ,吴颖.PC钢棒的延迟断裂及其对策 [J]. 金属制品 ,2003,29(1): 6–9。

　　[2] 黄锐 , 钟凡 , 孙建平 , 刘金源.PC钢棒的延迟断裂及其原因分析 [J].南方金属，2006，06：35-38

　　[3] 崔忠圻.金属学与热处理 [M]. 机械工业出版社，1988