Page 90 - 理化检验-物理分册2023年第十期

孙善波: 30MnSi 预应力混凝土用钢棒延迟断裂原因

图7 PC钢棒原材料横截面裂纹及其周围微观形貌
到一定值时, 裂纹内氧化层开始处于亚稳状态, 对钢 收卷盘卷时, 在盘卷的外缘形成较高的拉应力,
基体的保护作用开始减弱, 钢基体中开始出现内氧 如果 PC钢棒外表面存在微裂纹、 结疤等缺陷, 则会
化原点层, 随着氧化时间的延长, 基体内的氧化原点 导致缺陷处应力集中, 此时氢会不断地向高应力处
层厚度也会增加 [ 2 ] 。综合以上判断, PC钢棒的细裂 聚集, 即向钢棒缺陷处聚集, 最终引起钢棒的氢脆断
纹应来自于原材料。 裂。当 PC钢棒的表面存在严重缺陷时, 在放置过
结疤翘起部分的组织与基体相近, 并非氧化铁 程中不需要氢的聚集腐蚀, PC钢棒在较小应力的作
皮, 结疤位置存在大量的氧化圆点。氧化圆点产生 用下, 就有可能发生延迟脆断。

的原因为: 在高温( 高于1000℃ ) 环境下, 金属材料

中的 Si 、 Mn元素经过高温氧化, 形成了圆点状氧化 3 结论和建设

物, 即氧化圆点。随着加热温度的升高, 保温时间的 ( 1 )控 制 铸 坯 的 拉 速, 使 其 保 持 在 2.0~

延长, 氧化圆点的数量也随之增加。当盘圆出现结 2.1m / min , 拉速波动应控制在不大于0.02m / min 。

疤缺陷时, 结疤与基体处于半脱离状态, 空气将结疤 ( 2 )设定冷却区出口铸坯的目标温度, 采用配
处包围, 结疤位置的氧势会比其他位置高, 在结疤处 水软件计算各冷却区的冷却水量, 保证结晶器及二
更容易产生氧化圆点并聚集。因此, 当在 PC 钢棒 冷段进水温度在合理范围。

结疤周围观察到大量氧化圆点时, 说明在母材上也 ( 3 )优化轧制生产过程控制, 提高盘条的表面
存在结疤缺陷。 质量, 消除表面裂纹、 结疤等缺陷, 提高出厂盘条的
PC 钢棒发生延迟断裂的实质是材料、 环境、 应 表面质量。

力相互作用而发生的一种环境脆化现象。断裂的主 ( 4 )在冬季寒冷气候条件下, 成品盘卷应放置
要原因是材料的各种内部缺陷, 诱因是氢。延迟断 在仓库内, 延长时效时间, 降低应力, 避免材料发生
裂理论认为, PC钢棒处于含有氢气的气体和可能生 脆断。
成氢原子的水溶液介质中, 这些氢气通过钢材表面
参考文献:
缺陷等侵入钢材内部后, 使材料发生氢致延迟断裂。
氢致延迟断裂的形成原理是原子氢在应力梯度的作 [ 1 ] 陈迦杉, 夏伟鹤. 预应力钢材 30MnSi延迟脆断分析
用下, 通过位错通道、 晶粒界面等扩散到裂纹尖端局 [ J ] . 特钢技术, 2021 , 27 ( 4 ): 51-53.
部区域并高度富集, 氢气富集区域的压力较大, 富集 [ 2 ] 邢立东. 含硫钢大方坯表面微裂纹的形成机理及控制
区域的氢浓度达到其临界值后, 裂纹开始形成并扩 研究[ D ] . 北京: 北京科技大学, 2021.
[ 3 ] 靳国兵, 赵鹏举, 孙彩凤.PC 钢棒延迟断裂原因探讨
散, 最终导致材料在外应力远低于断裂应力时发生
[ J ] . 河北冶金, 2013 ( 8 ): 14-16.
延迟断裂 [ 3 ] 。

7 4