CN105483550A - 预应力混凝土钢绞线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预应力混凝土钢绞线。这种预应力混凝土钢绞线是在一个中心线上绞结六个外层线而形成的预应力混凝土钢绞线，所述中心线及所述外层线由包含碳：0.9～1.2重量％、锰：0.4～0.7重量％、硅：1.0～1.5重量％、铬：0.4～0.7重量％、磺：0.01重量％以下且不包含0％、磷：0.01重量％以下且不包含0％、与剩余部为铁及不可避免的杂质的高碳钢构成，且从所述钢绞线的表面到至少10μm的深度具有球化组织层。本发明的预应力混凝土钢绞线提供高强度且对应力腐蚀龟裂及氢脆性的抵抗性优异。

Description

预应力混凝土钢绞线
技术领域
本发明涉及一种预应力混凝土(Pre-stressedConcrete，PC)钢绞线，特别是涉及一种高强度且耐应力腐蚀特性与对氢脆性的抵抗性优异的高强度PC钢绞线。
背景技术
在当今建筑物或结构物中使用的必不可少的混凝土(concrete)大致可分为钢筋混凝土(ReinforcedConcrete，RC)与PC(Pre-stressedConcrete)，近年来开始逐渐出现利用PC的土木建筑。RC是在建立结构物的过程中将钢筋排列在结构物的形态内并使用铁线连接后，向其上方倾倒混凝土后进行养护而成，PC是在对钢丝或钢绞线赋予拉伸应力的状态下倾倒水泥(cement)混合物后进行养护而成。所述钢筋、钢丝等的共同点在于，发挥对具有抗冲击性较弱的特性的混凝土赋予韧性的作用。
另外，PC通过由钢绞线产生的压缩应力来抵消因内外压产生的拉伸应力，因此PC钢绞线应可跨及使用年限而赋予固定的压缩应力，以便足以承受非常大的压力。
但是，在构成PC钢绞线的混凝土的水泥中含有作为混合剂之一的引气(AE)减水剂，因此存在如下问题：在水泥内含有1000～3000ppm的硫氰酸(thiocyanicacid)离子(ion)(SCN-)，所述硫氰酸离子在应力下引发钢丝的氢脆性及应力腐蚀龟裂，由此导致钢丝早期损坏，最终缩短PC钢绞线的寿命。即便如此，最近的PC钢绞线进一步要求高压化、轻量化及长寿命化，提高PC钢绞线对氢脆性及应力腐蚀龟裂的抵抗性成为有待解决的非常重要的课题。
以往作为降低对应力腐蚀龟裂及氢脆性的敏感度的方法，在韩国公开专利第1999-0055216号中提出有在钢丝表面形成高防蚀合成树脂覆膜的方法等，但在覆膜的厚度为50μm以下的情况下，不仅无法实现高防锈效果，而且存在因外部冲击而覆膜易于损伤的可能性。
另外，在韩国公开专利第2004-0107786号中提出有添加硼(boron)与钛(titanium)来形成硼、钛-碳氮化物而抑制氢的扩散，从而提高应力腐蚀龟裂抵抗性的技术，但具有因添加合金而产生额外费用的缺点。
另一方面，在韩国公开专利第2003-0045827号中提出有通过对钢丝实施喷丸加工(shotpeening)处理而对表面导入压缩残留应力，从而可改善氢脆性及应力腐蚀特性。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献1)韩国公开专利第1999-0055216号
(专利文献2)韩国公开专利第2004-0107786号
(专利文献3)韩国公开专利第2003-0045827号
发明内容
[发明欲解决的课题]
本发明的目的在于提供一种高强度且耐应力腐蚀特性与对氢脆性的抵抗性优异的高强度PC钢绞线。
[解决课题的手段]
本发明的PC钢绞线是在一个中心线上绞结六个外层线而形成的PC钢绞线，所述中心线及所述外层线由包含碳(C)：0.9～1.2重量％、锰(Mn)：0.4～0.7重量％、硅(Si)：1.0～1.5重量％、铬(Cr)：0.4～0.7重量％、磺(S)：0.01重量％以下(不包含0％)、磷(P)：0.01重量％以下(不包含0％)、与剩余部为铁(Fe)及不可避免的杂质的高碳钢构成，且从所述钢绞线的表面到至少10μm的深度为止具有球化组织层。
优选为在绞结所述中心线与所述外层线而进行绞线后，以摄氏温度410度至500度的温度执行应力缓和热处理，通过所述应力缓和热处理而氢含量为10ppm以下。
另外，优选为在对所述中心线与所述外层线进行伸线时，以14％至23％的伸线加工率进行加工。
另外，优选为在对所述中心线与所述外层线执行多次伸线制程的情况下，每次的伸线加工率为14％至23％。
[发明的效果]
本发明的PC钢绞线提供高强度且对应力腐蚀龟裂及氢脆性的抵抗性优异的效果。
附图说明
图1是本发明的实施例的PC钢绞线的剖面图。
图2是本发明的实施例与比较例的实验结果比较表。
[符号的说明]
10：中心线
20：外层线
30：PC钢绞线
具体实施方式
以下，参照附图，详细地对本发明的优选实施例进行说明。
图1是本发明的实施例的PC钢绞线的剖面图，图2是本发明的实施例与比较例的实验结果比较表。
本发明的应力腐蚀特性优异的PC钢绞线30是在一个中心线10上绞结六个外层线20而形成的PC钢绞线，通过使用于所述中心线10与外层线20的线材的组合物来提高强度，较深地确保球化组织而发挥以不使氢渗透到内部的方式锁定在表面的截留(Trapping)作用，从而明显地提高对应力腐蚀龟裂及氢脆性的抵抗性。
另外，涉及一种PC钢绞线30，其通过提高应力缓和热处理的温度条件来限制氢含量而提高应力腐蚀特性，在对中心线10及外层线20进行伸线制程时，将伸线加工量限定于固定范围内，从而扭曲特性优异，不会产生螺旋龟裂。
具体而言，所述中心线10及所述外层线20由包含碳(C)：0.9～1.2重量％、锰(Mn)：0.4～0.7重量％、硅(Si)：1.0～1.5重量％、铬(Cr)：0.4～0.7重量％、磺(S)：0.01重量％以下(不包含0％)、磷(P)：0.01重量％以下(不包含0％)、与剩余部为铁(Fe)及不可避免的杂质的高碳钢构成，且从所述钢绞线的表面到至少10μm的深度具有球化组织层。
所述碳(C)是提高钢的强度的最为有效且最为经济性的元素，且是形成钢的珠光体(pearlite)组织中的渗碳体(cementite)的元素。碳含量越增加，则高强度的渗碳体的比率越增加，从而珠光体片层(lamellar)间距变微细而强度增加。
根据本发明的实施例，将碳含量设为0.9重量％以上而确保2160MPa以上的高拉伸强度。在碳含量超过1.2重量％的情况下，担忧析出先共析渗碳体(proeutectoidcementite)而伸线中所需的延展性急剧下降，因此将碳的含量范围设为0.9重量％至1.2重量％。
锰(Mn)是在珠光体组织中增加钢的强度且增加淬火性而延迟珠光体***的元素，为了在稍微缓慢的冷却速度下也可容易地确保微细珠光体组织而添加0.4重量％以上的锰，过量的锰会导致在钢丝中心发生偏析而在中心部产生马氏体(martensite)组织，从而降低伸线性，因此将锰的上限设为0.7重量％。
硅(Si)作为使珠光体中的铁素体(ferrite)固溶强化的元素而对高强度化有效，在进行锌或锌-铝(aluminum)合金镀敷时，发挥抑制渗碳体分解而防止强度下降的作用。因此，为了实现高强度化，需添加1.0重量％以上，在超过1.5重量％的情况下，铁素体的延展性急剧减小，可诱发表面组织缺陷，因此将硅的上限设为1.5重量％。
铬(Cr)具有使珠光体片层间距微细化而提高强度与延展性的同时抑制渗碳体分解的效果，在铬的含量小于0.4重量％的情况下，无法获得充分的强度，在超过0.7重量％时，恒温***结束时间变长而生产性下降，且产生马氏体组织的可能性变高。因此，以0.4～0.7重量％的范围添加铬。
在磺(S)超过0.01重量％的情况下，以低熔点析出物的形态析出到结晶粒界而诱发热脆化，因此优选为添加0.01重量％以下。
在磷(P)超过0.01重量％的情况下，会在柱状晶之间偏析而诱发热脆化，且在冷却伸线过程中诱发龟裂，因此优选为添加0.01重量％以下。
构成本发明的PC钢绞线30的中心线10及外层线20除所述组合物以外，剩余部由铁(Fe)及其他不可避免地添加的杂质构成。
利用由如上所述的成分制造的中心线10及外层线20来制造钢绞线。在一个中心线10上绞结六个外层线20并进行绞线来制造钢绞线，本实施例的应力腐蚀特性优异的PC钢绞线30以从表面到10μm为止具有球化组织层的方式形成。
所述球化组织层在中心线10上绞结外层线20并进行绞线后执行应力缓和(stressrelieving)热处理的过程中形成，将表面组织球化而形成的粒状渗碳体碳化物防止氢渗透而提高应力腐蚀特性。根据本发明，PC钢绞线以从表面到10tm为止具有球化组织层的方式形成。
另外，本发明的实施例的PC钢绞线30在对构成钢绞线的中心线10与外层线20进行伸线时，以14％至23％的伸线加工率进行加工。
通过将伸线加工率设为所述范围内，可制造拉伸强度为2160Mpa以上的中心线10与外层线20。优选为执行多次伸线，每次以14％至23％的伸线加工率(每次合格(pass)时的伸线加工率)进行加工。在每次合格时的伸线加工率为14％以上的情况下，可确保2160Mpa的拉伸强度。另一方面，在每次合格时的伸线加工率超过23％的情况下，素线的扭曲特性下降，产生螺旋龟裂，从而在制造成钢绞线的情况下，疲劳特性与延伸率下降。因此，在对中心线10与外层线20进行伸线时，将伸线加工率设为14％至23％。
另外，本发明的实施例的PC钢绞线30在按照上述方式制造的中心线10上绞结外层线20并进行绞线后，以摄氏温度410度至500度的温度执行应力缓和热处理，通过所述应力缓和热处理而使氢含量成为10ppm以下。
以往，在大致摄氏温度300度至400度的范围内执行应力缓和热处理，与此相比，本发明的实施例的PC钢绞线30是通过提高应力缓和热处理温度而将氢含量限制在10ppm以下，从而提高应力腐蚀特性。
以下，参考下述比较例，详细地对上述PC钢绞线30的作用及效果进行说明。
作为在本发明的实施例及比较例1、比较例2、比较例3中使用的中心线10及外层线20，使用如下的钢：以重量％计包含碳(C)：0.98％、锰(Mn)：0.5％、硅(Si)：1.3％、铬(Cr)：0.6％、磷(P)：0.009％、磺(S)：0.01％，且剩余部由铁(Fe)及其他不可避免的杂质构成。对由所述成分构成的线材实施恒温***热处理，并实施冷却伸线。在进行冷却伸线后，通过将一个中心线10与六个外层线20绞结的绞线制程而赋予适当的成形率、间距(pitch)、负荷。
在以往制造PC钢绞线时的热处理温度即摄氏300度至400度的范围内选择比较例1、比较例2、比较例3的应力缓和热处理温度，关于本发明的实施例的应力缓和热处理温度，在高于以往制造PC钢绞线时的应力缓和热处理温度的摄氏410度至500度的条件下执行热处理。
另外，将本发明的实施例的线材的伸线加工量设为23％以下，在执行绞线制程时，将应力缓和热处理的温度设为摄氏410度～500度来进行处理而测定拉伸负荷、延伸率、适合度试验(FITTest)结果。另外，与本发明的实施例相似地将比较例1、比较例2、比较例3的伸线加工量设为23％以下。
图2是记录实施例与比较例1、比较例2、比较例3的测定结果的图，使用Instron的50ton拉伸试验机测定钢绞线的拉伸负荷(kN)、延伸率(％)，利用Leco的RH-402定氢仪(hydrogenDeterminator)而以ppm为单位测定氢含量。另外，使用场发射扫描式电子显微镜(FieldEmissionScanningElectronMicroscope，FE-SEM)(Hitachi的S-4800)观察表面组织。
并且，作为在使用钢绞线的过程中评估钢绞线对在整个寿命期间内所承受的氢脆性及应力腐蚀龟裂环境的抵抗性的试验方法，广泛使用国际预应力混凝土协会(FederationInternationaledelaPrecontrainte，FIP)的试验方法。FIP试验为如下试验：参考国际标准化组织(InternationalStandardOrganization，ISO)15630-3及prEN10138-3，将保持为50±1℃的钢绞线浸渍到20％NH4SCN(硫氰酸(thiocyanicacid))溶液后，保持赋予相当于极限抗拉强度(UTS)的80％的拉伸负荷的状态，并以直至钢绞线断裂的时间(最少2小时)评估对氢脆性及应力腐蚀龟裂的抵抗性。
如图2所示，可确认到与比较例1、比较例2、比较例3相比，实施例表现出较高的延伸率，球化组织的深度深于比较例1、比较例2、比较例3，且氢含量为10ppm以下。较少的氢含量及较深地形成的球化组织提供提高对氢脆性及应力腐蚀龟裂的抵抗性而延长FIP试验的最短断裂时间的效果。另外，较高的延伸率表现出较高的韧性，从而提供扭曲度优异的效果。
以上，列举优选实施例而详细地对本发明进行了说明，但本发明并不限定于所述实施例，可在不脱离本发明的范畴的范围内提供多种变形。

Claims (4)

1.一种预应力混凝土钢绞线，其是在一个中心线(10)上绞结六个外层线(20)而形成的预应力混凝土钢绞线，其特征在于：
所述中心线(10)及所述外层线(20)由包含碳：O.9～1.2重量％、锰：0.4～0.7重量％、硅：1.0～1.5重量％、铬：0.4～0.7重量％、磺：0.01重量％以下且不包含0％、磷：0.01重量％以下且不包含0％、与剩余部为铁及不可避免的杂质的高碳钢构成，且
从所述钢绞线的表面到至少10μm的深度具有球化组织层。
2.根据权利要求1所述的预应力混凝土钢绞线，其特征在于：绞结所述中心线(10)与所述外层线(20)而进行绞线后，以摄氏温度410度至500度的温度执行应力缓和热处理，通过所述应力缓和热处理而氢含量为10ppm以下。
3.根据权利要求1所述的预应力混凝土钢绞线，其特征在于：对所述中心线(10)与所述外层线(20)进行伸线时，以14％至23％的伸线加工率进行加工。
4.根据权利要求1所述的预应力混凝土钢绞线，其特征在于：在对所述中心线(10)与所述外层线(20)执行多次伸线制程的情况下，每次的伸线加工率为14％至23％。
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