Φ25 mm预应力混凝土用螺纹钢筋生产实践

刘思洋，丁宁，卜俊男，李洋

（鞍钢股份有限公司大型厂，辽宁 鞍山114021）

预应力混凝土用螺纹钢筋简称精轧螺纹钢，是在整条钢筋上轧有不连续的外螺纹的高强度、大直径、高精度直条钢筋［1］，广泛应用于高速公路、高速铁路的大型桥梁及边坡锚固工程，具有连接、锚固简便、安全可靠、施工方便等优点［2］，市场前景广阔。在预应力混凝土用螺纹钢筋生产过程中，要求其两侧螺纹必须在同一螺旋线上，即通常所说的钢筋两面螺纹“相位”一致，以保证连接器或锚具的内螺纹能够与钢筋外螺纹直接有效配合。

鞍钢股份有限公司大型厂（以下简称大型厂）在进行Φ25 mm预应力混凝土用螺纹钢筋试制过程中，发现了横肋错牙和力学性能不符合标准的问题。为了解决上述问题，保证螺纹钢筋顺利生产，对问题进行了分析，并提出了改进措施。

1 存在的问题及分析

1.1 横肋错牙

《预应力混凝土用螺纹钢筋》GB/T 20065-2016标准要求螺纹钢筋外形呈螺纹状无纵肋且钢筋两侧螺纹在同一螺旋线上。大型厂首次试制出的Φ25 mm预应力混凝土用螺纹钢筋轧件如图1所示，从图中可以看出，轧件横肋出现错牙，即钢筋上下横肋的起始点错开距离较大，且不能形成连续的螺旋线，外形不符合标准，使用时出现钢筋与套筒或连接器无法配合的问题。

图1 轧件实物图

针对轧件出现的横肋错牙问题，分别从以下方面进行分析。

（1）对成品的孔型设计图和轧辊实际车削情况进行对比分析，发现轧辊横肋车削角度与设计要求不符，设计横肋角度为81°，而实测横肋角度为80.6°，即轧槽精度出现偏差，导致横肋无法连接成一条连续的螺旋线。

（2）查看试制过程中轧制参数设置情况，发现轧辊的上下辊横肋起始点未对齐，导致轧件上下横肋的起始点错开距离较大，最终出现横肋错牙。

1.2 力学性能不符合标准

根据国标GB/T 20065-2016要求，预应力混凝土用螺纹钢筋力学性能及首次试制成品力学性能对比如表1所示。对比数据可以看出，各牌号成品屈服强度及抗拉强度均不符合标准要求。

表1 预应力混凝土用螺纹钢筋标准力学性能要求及首次试制成品性能对比

大型厂预应力混凝土用螺纹钢筋试制采用控轧控冷工艺生产，首次试制的工艺参数见表2。

表2 首次试制控轧控冷工艺参数

成品性能不符合标准的原因为：

（1）性能不符合标准的主要原因为控冷能力不足，钢筋外表面未形成回火马氏体，导致成品的力学性能较低；同时控冷能力不足会导致轧件出穿水冷却装置后的温度过高，轧件上冷床后其自回火过程将会使成品表面通过淬火形成的回火索氏体组织消除，降低了成品的强度。

（2）性能不符合标准的次要原因为预穿水冷却装置未投入，大型厂小型分厂穿水冷却装置的能力有限，其冷却能力无法保证轧件上冷床的温度低于600℃，成品外表面无法形成马氏体组织，因此造成了成品力学性能不足。

2 改进措施

2.1 提高轧槽加工精度

预应力混凝土用螺纹钢筋开发的难点在于轧制出的钢筋能够直接套上套筒，因此对轧槽加工精度要求极高。为了解决首次试制出现的横肋错牙问题，采取措施以提高轧槽的加工精度。

轧制时，对首次车削的轧槽横肋角度进行测量，方法如下：

（1）预先试制好标准横肋角度样板。

（2）将样板与轧槽横肋任意一个起始点对齐，测量另一起始点与样板的偏移距离。

（3）通过偏移距离计算出实际横肋角度以及与目标横肋角度的差值，再根据差值修改铣床数控程序参数，从而得到目标横肋角度。

国标GB/T 20065-2016钢筋外形尺寸偏差要求如表3所示，其中螺纹高、螺纹底宽、螺距、导角的加工精度决定了套筒能否顺畅与钢筋配合。

表3 钢筋外形尺寸偏差要求

2.2 优化调整办法

《预应力混凝土用螺纹钢筋》GB/T 20065-2016标准要求钢筋外形采用螺纹状无纵肋且钢筋两侧螺纹在同一螺旋线上，其外形如图2所示。因此在保证轧槽加工精度的前提下，轧制过程中的调整制度也起到了关键的作用。

图2 钢筋表面与截面形状

大型厂采用试小样的方法检验上下辊横肋是否出现错牙现象，再根据实际情况，通过轧机相位调整装置顺时针或逆时针调整，使上下辊横肋起始点对齐，然后再次采用试小样的办法检验，看套筒或连接器是否可以顺畅的与小样配合，直至可以顺利旋入，调整完毕后，锁定相位调节装置后可进行生产。

2.3 改进控轧控冷工艺

由于试制生产的轧件力学性能不符合标准，决定对控轧控冷工艺进行改进。改进后的控轧控冷工艺参数见表4.

表4 改进后控轧控冷工艺参数

由表4可以看出改进后的控轧控冷工艺，增加了预穿水冷却装置，控制轧件在各关键控制点的温度，从而确保成品性能达到标准要求。与表3前期试制参数对比，投入预穿水冷却装置后，控冷能力提高，轧件在进入精轧机组前能够快速冷却，增加了轧件的过冷度，确保轧件进入精轧机组的温度低于850℃；穿水冷却装置水量由423 m3/h提高到600 m3/h，水压由0.5 MPa提高到1.6 MPa，成品上冷床温度大幅度降低，轧件出穿水冷却装置的温度低于400℃，上冷床的回火温度在600℃左右，成品外表面为回火马氏体组织，芯部为铁素体和珠光体组织，力学性能得到提升。

3 改进效果

在提高轧槽加工精度、规范调整制度并改进控制控冷工艺措施后，再次进行了Φ25 mm预应力混凝土用螺纹钢筋的轧制生产，并对成品的外形尺寸和力学性能进行校验。轧制后的成品没有出现横肋错牙问题，并可与套筒顺利配合，如图3所示。

图3 实物与套筒配合图

对轧件的力学性能进行检验，成品性能检验结果见表5。

表5 成品性能检验结果

由表5可以看出，改进后的成品性能均符合标准要求，且采用控轧控冷工艺生产的PSB785、PSB830 Φ25 mm预应力混凝土用螺纹钢筋性能稳定性较高，轧件的头中尾部位的屈服强度波动范围在30 MPa以内，性能富余量较大。

综上所述，鞍钢大型厂轧制的预应力混泥土用螺纹钢筋的外形尺寸和力学性能均符合标准要求，可以进行生产。

4 结语

鞍钢股份有限公司大型总厂在经过修改轧辊数控车削程序后，轧槽加工精度满足设计要求；优化调整办法解决了经轧螺纹钢“错牙”情况；调整控轧控冷工艺使成品力学性能满足标准要求并提高了产品性能的稳定性，使产品达到了高效和优质的设计目标。