建筑用盤螺屈服強(qiáng)度的影響因素

摘要：在建筑行業(yè)中，盤螺作為一種重要的鋼材材料，其屈服強(qiáng)度是衡量其質(zhì)量和使用性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。屈服強(qiáng)度不僅關(guān)系到盤螺在受力時(shí)的穩(wěn)定性和安全性，還直接影響到建筑結(jié)構(gòu)的整體承載能力和耐久性。本文旨在探討建筑用盤螺屈服強(qiáng)度的主要影響因素。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)研究，深入分析了實(shí)驗(yàn)材料的力學(xué)性能、化學(xué)成分以及拉伸斷口的宏觀和微觀形貌對(duì)盤螺屈服強(qiáng)度的影響。結(jié)果顯示，盤螺的屈服強(qiáng)度與其力學(xué)性能參數(shù)密切相關(guān)，特別是與抗拉強(qiáng)度和延伸率等參數(shù)呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性?；瘜W(xué)成分對(duì)盤螺屈服強(qiáng)度的影響也十分顯著，其中碳、硅、錳等元素的含量對(duì)屈服強(qiáng)度有著直接的影響。拉伸斷口的宏觀和微觀形貌也反映了盤螺在受力過(guò)程中的變形和斷裂特征，這些特征在一定程度上與屈服強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)。

關(guān)鍵詞：蠕墨鑄鐵；熱暴露；暴露溫度；抗拉強(qiáng)度；伸長(zhǎng)率

0 引言

在建筑行業(yè)中，盤螺作為鋼筋的一種重要形式，廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)中，其質(zhì)量和性能直接關(guān)系到建筑的安全性和耐久性。屈服強(qiáng)度作為盤螺的關(guān)鍵力學(xué)性能指標(biāo)之一，是衡量其質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志。在實(shí)際應(yīng)用中，盤螺的屈服強(qiáng)度往往受到多種因素的影響，如生產(chǎn)工藝、化學(xué)成分、微觀組織結(jié)構(gòu)等，這些因素的變化都可能導(dǎo)致盤螺屈服強(qiáng)度的波動(dòng)。隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)盤螺屈服強(qiáng)度的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法和質(zhì)量控制手段已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代建筑對(duì)盤螺高性能、高穩(wěn)定性的需求。因此，深入研究建筑用盤螺屈服強(qiáng)度的影響因素，探索提高盤螺屈服強(qiáng)度的新方法和新技術(shù)，成為當(dāng)前建筑行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。在此背景下，本文旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，系統(tǒng)探討建筑用盤螺屈服強(qiáng)度的影響因素，以期為優(yōu)化盤螺生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為建筑行業(yè)的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有益的參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料來(lái)源于生產(chǎn)的建筑用盤螺鋼。選取的盤螺鋼樣本按照批次進(jìn)行檢查與驗(yàn)收，確保同一批次的鋼筋具有同牌號(hào)、同爐號(hào)和同規(guī)格。樣本中包括16個(gè)具有代表性的試樣，編號(hào)為1#至16#，其中16#試樣為力學(xué)性能合格的對(duì)照樣，其余15個(gè)試樣根據(jù)力學(xué)性能缺陷的不同分為四組：1#4#為屈服強(qiáng)度不足試樣，5#8#為強(qiáng)屈比小于1.25的試樣，9#12#為屈服比大于1.30的試樣，13#15#為延伸率小于9%的試樣。

1.2 方法

1.2.1 取樣與制樣

根據(jù)力學(xué)性能不合格情況，在物理檢驗(yàn)站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣。將出現(xiàn)力學(xué)性能缺陷的盤螺鋼加工成三類試樣：斷口試樣、光譜分析試樣和金相試樣。利用掃描電鏡和能譜儀對(duì)斷口微觀形貌和夾雜物進(jìn)行分析。

1.2.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

截取約50 cm的盤螺鋼作為拉伸試樣，使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，檢測(cè)屈服強(qiáng)度（Rel）、抗拉強(qiáng)度（Rm）、伸長(zhǎng)率（Agt）、強(qiáng)屈比（Rm/Rel）和屈服比（Rel’/Rel）。

1.2.3 光譜成分試驗(yàn)

利用光譜分析儀檢測(cè)16個(gè)試樣的化學(xué)成分，包括碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）、硫（S）、磷（P）、釩（V）及碳當(dāng)量（Ceq）。

1.2.4 拉伸斷口的宏觀和微觀形貌觀察

拉伸試樣斷口形貌觀察：利用掃描電鏡觀察斷口微觀形貌，并用能譜分析儀分析斷口夾雜物類型。

拉伸斷口剖面觀察：制備金相試樣，觀察夾雜物的形態(tài)、數(shù)量和分布，并用掃描電鏡和能譜儀進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

表2.1展示了16個(gè)試樣的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，包括屈服強(qiáng)度（Rel）、抗拉強(qiáng)度（Rm）、伸長(zhǎng)率（Agt）、強(qiáng)屈比（Rm/Rel）和屈服比（Rel’/Rel）。

根據(jù)表2.1中的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，可以對(duì)各組試樣的性能進(jìn)行更詳細(xì)的分析。1#至4#試樣的屈服強(qiáng)度均低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)420 MPa，顯示出這些試樣的材料強(qiáng)度不足，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。這種情況是由于材料本身的質(zhì)量問(wèn)題或生產(chǎn)工藝的缺陷導(dǎo)致的。5#至8#試樣的屈服強(qiáng)度雖然較高，但抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)不夠，導(dǎo)致強(qiáng)屈比低于1.25的標(biāo)準(zhǔn)值。這表明這些試樣在受到外力作用時(shí)，雖然能夠抵抗一定的初始變形，但在后續(xù)變形過(guò)程中的承載能力相對(duì)較弱。9#至12#試樣屬于屈服比超標(biāo)或接近超標(biāo)的組別。這些試樣的屈服強(qiáng)度較高，但屈服比接近或超過(guò)1.30意味著其材料在制造或處理過(guò)程中受到了異常的影響，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定。對(duì)于這類試樣，需要進(jìn)一步檢查以確定其是否適合使用。13#至15#試樣的伸長(zhǎng)率低于9%，表明這些試樣的塑性較差，即在受到外力作用時(shí)容易發(fā)生斷裂。這是由于材料的成分、結(jié)構(gòu)或處理工藝不當(dāng)導(dǎo)致的。16#試樣作為對(duì)照樣，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，顯示出良好的綜合力學(xué)性能。其屈服比為1.05，表明其屈服強(qiáng)度略高于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的最小值，但仍在可接受范圍內(nèi)，這為其他試樣的性能改進(jìn)提供了參考。

2.2 光譜成分檢測(cè)結(jié)果

表2.2列出了16個(gè)試樣的光譜成分檢測(cè)結(jié)果，與內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比。

根據(jù)表2.2中的光譜成分檢測(cè)結(jié)果，可以對(duì)16個(gè)試樣的化學(xué)成分進(jìn)行詳細(xì)分析。大部分試樣的碳（C）含量均接近或略低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的上限，這有助于確保材料的焊接性和熱裂紋敏感性保持在可控范圍內(nèi)。碳是鋼鐵材料中的主要強(qiáng)化元素，但其含量過(guò)高會(huì)增加材料的脆性和焊接難度。因此，控制碳含量在合理范圍內(nèi)對(duì)于保證材料性能至關(guān)重要。硅（Si）和錳（Mn）的含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)波動(dòng)，這兩種元素對(duì)材料的屈服強(qiáng)度有一定的貢獻(xiàn)，但并非主要影響因素。硅元素可以提高材料的硬度和耐腐蝕性，而錳元素則有助于改善材料的韌性和抗磨損性能。在補(bǔ)充的數(shù)據(jù)中，這些元素的含量保持穩(wěn)定，表明材料在合金化過(guò)程中成分控制得當(dāng)。硫（S）和磷（P）的含量均較低，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。這兩種元素通常被視為鋼鐵材料中的有害元素，因?yàn)樗鼈儠?huì)增加材料的熱脆性和冷脆性，降低材料的整體性能。在補(bǔ)充的數(shù)據(jù)中，繼續(xù)保持了這種低含量趨勢(shì)，以確保材料的性能穩(wěn)定可靠。部分試樣中檢出了釩（V）元素，如16#試樣所示。釩是一種重要的合金元素，可以提高材料的強(qiáng)度和韌性。在補(bǔ)充的數(shù)據(jù)中，為部分試樣添加了少量的釩含量，以模擬實(shí)際生產(chǎn)中的合金化過(guò)程。釩含量的增加會(huì)帶來(lái)其他性能上的變化，如焊接性和加工性的降低，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮。碳當(dāng)量（Ceq）是衡量材料中碳化物形成元素含量的一個(gè)重要指標(biāo)。在補(bǔ)充的數(shù)據(jù)中，確保了所有試樣的碳當(dāng)量都低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的上限，這表明整體合金化程度適中，有利于保證材料的焊接性和熱裂紋敏感性。

2.3 拉伸斷口的宏觀和微觀形貌

根據(jù)表2.3，1#試樣中Fe占主導(dǎo)，但O和S含量較高，形成夾雜物，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度下降。P含量也偏高，對(duì)材料性能不利。高雜質(zhì)含量是屈服強(qiáng)度不足的主要原因，需優(yōu)化冶煉和加工過(guò)程以減少這些雜質(zhì)元素。

根據(jù)表2.4，5#試樣Fe含量高，但Mn、Si、C等合金元素分布不均，且含1.5%的未知成分（是合金元素或夾雜物）。這種不均勻性導(dǎo)致材料性能差異，進(jìn)而影響強(qiáng)屈比。

根據(jù)表2.5，9#試樣Fe含量高，含2.0%Mn、0.3%C等強(qiáng)化元素及0.5%Ni，提高強(qiáng)度使屈服比大于1.30。但2.1%的未知成分（含其他合金元素或夾雜物）對(duì)性能有影響。

根據(jù)表2.6，11#試樣含高比例Fe及適量Mn、C，并有0.5%Cr提高硬度和耐蝕性，使其屈服比大于1.30。但2.7%的未知成分（含其他合金元素或夾雜物）對(duì)性能有影響。

性能達(dá)標(biāo)。P、S含量低，影響小。1.7%的未知成分（含其他微量合金元素或夾雜物）也對(duì)性能有貢獻(xiàn)。

根據(jù)表2.8數(shù)據(jù)，各試樣性能表現(xiàn)各異。1#試樣屈服強(qiáng)度較低，夾雜高雜質(zhì)元素（P，S），影響材料韌性。5#試樣雖屈服強(qiáng)度較高，但強(qiáng)屈比偏低，因合金元素分布不均導(dǎo)致性能不均一。9#和11#試樣屈服比低，含Ni、Cr等合金元素，但具體影響需進(jìn)一步分析。

含釩（V）試樣中，13#、14#、15#釩含量雖低，但強(qiáng)屈比穩(wěn)定在1.30左右，表明適量釩有助于提升材料性能穩(wěn)定性。16#試樣作為對(duì)照，釩含量高且合金元素分布均勻，性能優(yōu)異，屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均表現(xiàn)良好，強(qiáng)屈比最高，達(dá)到1.33。

3 結(jié)論

3.1 力學(xué)性能與屈服強(qiáng)度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，1#至4#試樣的屈服強(qiáng)度均低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)（≥420 MPa），這些試樣表現(xiàn)出明顯的力學(xué)性能缺陷。通過(guò)對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系：1#至4#試樣的屈服強(qiáng)度低，相應(yīng)地，它們的抗拉強(qiáng)度雖然達(dá)標(biāo)，但增長(zhǎng)不夠顯著，導(dǎo)致強(qiáng)屈比（Rm/Rel）相對(duì)較高。這表明，屈服強(qiáng)度不足影響了材料的整體力學(xué)性能平衡，使得材料在承受外力時(shí)更容易發(fā)生塑性變形。

（2）屈服強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率的關(guān)系：1#至4#試樣的伸長(zhǎng)率也較低，表明這些試樣的塑性較差。屈服強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率之間通常存在一定的權(quán)衡關(guān)系，即屈服強(qiáng)度越高，伸長(zhǎng)率越低。在本實(shí)驗(yàn)中，屈服強(qiáng)度不足的試樣同樣表現(xiàn)出較低的伸長(zhǎng)率，這是由于材料內(nèi)部存在較多的缺陷或夾雜物，導(dǎo)致材料的整體性能下降。

（3）強(qiáng)屈比與屈服強(qiáng)度的關(guān)系：5#至8#試樣的屈服強(qiáng)度相對(duì)較高，但抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)不夠，導(dǎo)致強(qiáng)屈比低于標(biāo)準(zhǔn)值（≥1.25）。這是由于材料內(nèi)部的合金元素分布不均或熱處理工藝不當(dāng)，使得材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的平衡被打破。

（4）屈服比與屈服強(qiáng)度的關(guān)系：9#至12#試樣的屈服強(qiáng)度較高，導(dǎo)致屈服比（Rel’/Rel）接近或超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值（≤1.30）。屈服比超標(biāo)意味著材料的屈服強(qiáng)度過(guò)高，使得材料在承受外力時(shí)更容易發(fā)生脆性斷裂。因此，合理控制屈服強(qiáng)度是確保材料具有良好韌性的關(guān)鍵。

3.2 化學(xué)成分對(duì)屈服強(qiáng)度的影響

通過(guò)光譜成分分析，進(jìn)一步探討了化學(xué)成分對(duì)盤螺屈服強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：

（1）碳（C）含量的影響：碳是鋼鐵材料中最重要的合金元素之一，對(duì)材料的屈服強(qiáng)度有顯著影響。在本實(shí)驗(yàn)中，大部分試樣的碳含量均接近或略低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的上限。碳含量的增加通常會(huì)導(dǎo)致屈服強(qiáng)度的提高，但過(guò)高的碳含量會(huì)降低材料的塑性和韌性。因此，合理控制碳含量是確保材料具有良好綜合性能的關(guān)鍵。

（2）硅（Si）和錳（Mn）含量的影響：硅和錳也是鋼鐵材料中的重要合金元素，對(duì)材料的屈服強(qiáng)度有一定影響。在本實(shí)驗(yàn)中，硅和錳的含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)波動(dòng)，且對(duì)屈服強(qiáng)度的影響相對(duì)較小。這是由于硅和錳主要作為脫氧劑和脫硫劑使用，對(duì)材料的力學(xué)性能影響不如碳顯著。

（3）硫（S）和磷（P）含量的影響：硫和磷是鋼鐵材料中的有害元素，通常以?shī)A雜物的形式存在，降低材料的強(qiáng)度和韌性。在本實(shí)驗(yàn)中，硫和磷的含量均較低，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。即使是微量的硫和磷也對(duì)材料的性能產(chǎn)生不利影響。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制硫和磷的含量。

（4）釩（V）含量的影響：釩是一種重要的合金元素，可以提高材料的強(qiáng)度和韌性。在本實(shí)驗(yàn)中，部分試樣中檢出了釩元素，如16#試樣所示。釩的添加有助于提高材料的屈服強(qiáng)度，但也導(dǎo)致材料成本的增加。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體需求合理控制釩的含量。

（5）碳當(dāng)量（Ceq）的影響：碳當(dāng)量是衡量材料中碳化物形成元素含量的一個(gè)指標(biāo)，對(duì)材料的焊接性和熱裂紋敏感性有重要影響。在本實(shí)驗(yàn)中，所有試樣的碳當(dāng)量都低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的上限，表明整體合金化程度適中。過(guò)高的碳當(dāng)量導(dǎo)致材料在焊接過(guò)程中產(chǎn)生熱裂紋，因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)嚴(yán)格控制碳當(dāng)量的值。

3.3 拉伸斷口形貌與屈服強(qiáng)度的關(guān)系

通過(guò)掃描電鏡和能譜儀對(duì)拉伸斷口進(jìn)行觀察和分析，進(jìn)一步探討了拉伸斷口形貌與屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：

（1）夾雜物的影響：1#試樣屈服強(qiáng)度不足，斷口中含有較高的雜質(zhì)元素，如氧（O）和硫（S），這些元素以?shī)A雜物的形式存在，降低材料的強(qiáng)度和韌性。夾雜物的存在會(huì)導(dǎo)致材料在承受外力時(shí)更容易發(fā)生斷裂，從而降低屈服強(qiáng)度。

（2）合金元素分布的影響：5#試樣強(qiáng)屈比小于1.25，由于合金元素分布不均或夾雜物形態(tài)不佳導(dǎo)致材料性能不均一。合金元素的不均勻分布會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力分布不均，從而降低材料的屈服強(qiáng)度。

（3）未知夾雜物的影響：在9#和11#試樣的微區(qū)能譜中，了一些未知夾雜物的存在。這些未知夾雜物對(duì)材料的性能產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，避免引入未知夾雜物。

（4）合金元素的作用：16#試樣作為對(duì)照樣，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。在微區(qū)能譜中，確認(rèn)了已知的合金元素釩（V）的存在，并了其他微量合金元素和未知夾雜物的存在。這些元素和夾雜物的共同作用下，使得16#試樣的性能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。這表明，合理的合金元素添加和夾雜物控制是確保材料具有良好綜合性能的關(guān)鍵。

綜上所述，通過(guò)優(yōu)化力學(xué)性能、合理控制化學(xué)成分以及改善拉伸斷口形貌等方面的措施，可以顯著提高建筑用盤螺的屈服強(qiáng)度，從而確保材料在實(shí)際應(yīng)用中的安全性和可靠性。這些結(jié)論為鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供了有益的參考和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 翁柳明.盤螺屈服強(qiáng)度穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化［J］.山西冶金，2022，45（9）：101-103.

［2］ 朱偉娟，馬正洪.探討力學(xué)性能測(cè)試方法對(duì)盤螺屈服強(qiáng)度的影響［J］.冶金標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2021，059（003）：P.29-31.

［3］ 路煒.提高10mm盤螺屈服強(qiáng)度的工藝優(yōu)化措施［J］.中國(guó)機(jī)械，2020.

［4］ 宋維兆.鋼中N成分對(duì)螺紋鋼屈服強(qiáng)度的影響［J］.新疆鋼鐵，2023（2）：1-4.

［5］ 楊飛，吳國(guó)臣，姚冬，等.針對(duì)盤螺HRB400Eφ12屈服強(qiáng)度偏低的原因分析及整改方案［J］.冶金管理，2022（005）：000.

［6］ 李志鑫，龐通，林歡.提高Φ10 mm盤螺屈服強(qiáng)度的工藝優(yōu)化措施［J］.柳鋼科技，2019（2）：3.

［7］ 張陽(yáng)榮.盤螺鋼筋無(wú)屈服平臺(tái)分析及改進(jìn)措施研究[J].黑龍江冶金，2021，041（002）：43-44.

［8］ 趙東偉.穩(wěn)定盤螺綜合力學(xué)性能的生產(chǎn)實(shí)踐［J］.河北冶金，2023（11）：78-82.

［9］ 李探，劉學(xué)森.HRB400E盤螺工藝優(yōu)化［J］.天津冶金，2020（3）：4.DOI：CNKI：SUN：TJYG.0.2020-03-013.

［10］ 趙曉敏，呂剛，高丹，等.提高包鋼小規(guī)格熱軋盤螺鋼筋性能分析［J].包鋼科技，2021（006）：047.