钒微合金化与余热处理钢筋抗震性能比较(2)
4 试验材料和试验方法
(1) 试验材料
试验材料为强度等级为400MPa、规格为?20mm的热轧带肋钢筋。其中1号为V-Fe微合金化钢筋，2号为余热处理钢筋。
钒微合金化钢筋的轧制工艺基本参数为：
钢坯加热温度：1120℃±20℃；均热温度：1070℃±20℃；出炉温度：1000℃±20℃；进粗轧温度：950℃±20℃；进精轧温度：860℃±20℃；轧后空冷。
余热处理钢筋的轧制工艺参数为：
余热处理钢筋的轧制工艺参数为：
开轧温度：1050℃，轧后穿水；上冷床温度：740℃~760℃；轧制速度：13m/s；采用双切分轧制工艺。
钢筋的边缘可见由穿水冷却而形成的回火组织，其厚度为1mm~1.5mm。
(2) 试验方法
拉伸和应变时效试验按国家有关标准执行，试样为未加工的钢筋样品。应变时效采用人工时效的方法，对钢筋产生10%的预应变后，在100℃下时效3h。
腅和腢分别代表由于应变时效而产生的延性降低率和强度升高率。
对钢筋样品进行了闪光对焊试验。试验参照JGJ18-2003(钢筋焊接及验收规程)进行。所采用的焊机型号为UN100，额定容量为100 kVA，初级电压为380 V，级数为8。焊接时，调整伸长度、烧化留量、顶锻留量及变压器叠数等符合规程要求。
对钢筋样品进行了闪光对焊试验。试验参照JGJ18-2003(钢筋焊接及验收规程)进行。所采用的焊机型号为UN100，额定容量为100 kVA，初级电压为380 V，级数为8。焊接时，调整伸长度、烧化留量、顶锻留量及变压器叠数等符合规程要求。
将试验钢筋加工成标准的夏氏V形缺口试样，进行系列冲击试验，测定试验钢筋的韧脆转变温度DBTT。试验采用乙醇加液氮降温，达到设定的温度后，保温20min左右，使内外温度均匀。根据相关标准，冷却温度与设定温度之差（过冷度）取2℃~4℃。根据系列冲击试验结果，绘制冲击曲线。韧脆转变温度DBTT（J27）采用能量法从冲击曲线上获取（取冲击功AKV = 27J时所对应的温度）。
在Instron Model 1342液压伺服材料试验机上进行高应变低周疲劳试验。试验过程中采用12.5mm的轴向引伸计控制总应变范围△錿恒定，分别取为2%、3%、4%和5%，通过模拟-数字转换器，用计算机自动采集试验数据（应力响应），采样频率为每周100个点。试验在室温下进行。循环波型为正弦波，加载频率为0.1Hz~0.4Hz。考虑到数据的分散性，相同参数的试验点数≥3。
5 试验结果与讨论
钒微合金化钢筋的应变时效敏感性明显低于余热处理钢筋，特别是钢筋延性的减低率只有1.4%，而余热处理钢筋延性的减低率为12.8%。其原因主要是微合金元素钒的加入，吸收了钢中自由的间隙元素N和C，防止了间隙元素在位错线周围的钉扎，起到了净化基体的作用。钒微合金化钢筋中的V、N比为7.0，而余热处理钢筋中不含V，没有抑制应变时效的作用。可见较低的应变时效敏感性对于保证经一定时间使用后的钢筋仍然保持高的延性、提高钢筋的抗震性能具有十分重要的意义。
微合金化钢筋的常温、低温冲击韧性优于余热处理钢筋，特别是常温冲击韧性。两种钢筋的韧脆转变温度分别为＜-40℃和-36℃。这与微合金化钢筋具有较低的含C量和较细晶粒尺寸有关。
微合金化钢筋的常温、低温冲击韧性优于余热处理钢筋，特别是常温冲击韧性。两种钢筋的韧脆转变温度分别为＜-40℃和-36℃。这与微合金化钢筋具有较低的含C量和较细晶粒尺寸有关。
两种钢筋在应变控制模式下（腻t=4%）的应力-应变滞后环，曲线封闭、光滑，说明应变控制过程良好。根据应力-应变滞后环得到的应力响应特征曲线（应力幅值与循环周次的关系曲线）。
两种钢筋的应力循环响应特征类似，在应变恒定的条件下，应力幅值基本保持不变，属于循环稳定材料。
根据从半寿命应力-应变滞后环上所测得的弹性应变幅錯a、塑性应变幅錺a和应力幅骯，可以通过Hollomon公式对循环应力-应变关系进行数值拟合，无论是循环应变硬化系数还是循环应变硬化指数，钒微合金化钢筋都比余热处理钢筋高，说明钒微合金化钢筋的循环应变硬化能力比余热处理钢筋强。
循环韧度是代表钢筋抗震性能的主要指标。钒微合金化钢筋的循环韧度值是余热处理钢筋的1.27倍，即在余热处理钢筋循环韧度的基础上，提高了27%。微合金元素钒的加入，在铁素体中细弥散地析出钒的碳氮化物，使循环塑性变形均匀分布，推迟了疲劳的裂纹。同时细化了铁素体晶粒，增加了总的晶界面积，一方面可以通过晶界阻碍疲劳裂纹的扩展；另一方面使晶界上的有害元素偏聚程度降低。这些因素都对提高钢筋的高应变低周疲劳性能和循环韧度有利。
6 结论
在我国开发具有高抗震性能的钢筋，对于提高钢筋混凝土建筑的抗震能力、进一步减少地震所造成的人员和财产损失具有十分重要的意义。
钢筋在地震载荷下的失效模式为高应变低周疲劳。钢筋的抗震性能应是以高应变低周疲劳性能为主的指标体系，包括应变时效敏感性、低温脆性、可焊性和强度与塑性的配合。
钢筋在地震载荷下的失效模式为高应变低周疲劳。钢筋的抗震性能应是以高应变低周疲劳性能为主的指标体系，包括应变时效敏感性、低温脆性、可焊性和强度与塑性的配合。
试验所用的钒微合金化钢筋和余热处理钢筋均满足GB1499.2-2007中对抗震钢筋的性能要求，钒微合金化钢筋的最大力总延长率高于余热处理钢筋，但强屈比低于余热处理钢筋。
从以高应变低周疲劳性能为核心的抗震性能指标体系来看，试验所用的余热处理钢筋的抗震性能不如钒微合金化钢筋，特别是在应变时效敏感性、循环韧度和韧脆转变温度等方面差距较大。
（来源：钢铁产业）
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