为提高不锈钢在沿海桥梁中的耐久性,制造了三个不锈钢原型,并对不锈钢和普通钢筋进行了拉伸和弯曲试验,结果表明不锈钢具有优良的耐腐蚀性能、机械性能和力学性能。同时,通过对不锈钢棒材的焊接工艺试验,对不锈钢棒材进行了焊缝金相分析、晶间腐蚀、冲击、拉伸、弯曲等试验,发现焊接接头无明显的劣化,并显示出非常好的可焊性,不锈钢螺纹连接丝头和连接套管设计,接头拉压疲劳性能满足螺纹连接规范要求。
不锈钢板条,顾名思义就是用不锈钢棒子,能彻底解决钢条的腐蚀问题。不锈钢板具有优良的耐蚀性能和力学性能,可有效地提高结构的耐久性,降低维修成本,延长结构使用寿命,在国外桥梁港口及建筑工程中得到迅速发展和应用。1-5]不锈钢管的使用相对较少的一个重要原因是成本因素,目前不锈钢棒材的价格远远高于普通钢条,但随着冶炼、成熟度的发展和成熟。随着技术的进步,更高强度的不锈钢棒应运而生。已开发应用的低镍不锈钢棒材有很高的价格竞争力,并将减少其与普通棒材的成本差异[6].以不锈钢棒代替碳钢棒材,从成本上考虑,可以大大延长钢筋混凝土结构的使用寿命,并可大大延长100a以上[5]。当前,许多国家都制定了相关的标准,如英国BS6744:2001+A2:2009、美国材料测试协会标准ASTMA955/A955M-10。只是在2004年。混凝土结构耐久性设计和施工指南(CCES01-2004(2005修订本))9月发布,《特殊工程中可以使用不锈钢棒,使用寿命超过100年》。
为改善韩国沿海桥梁结构的耐久性,考虑到不锈钢品种的价格及耐腐蚀性能,我们选用了不锈钢钢筋022Cr22Ni5MO3N(2205)、06Cr17Ni12MO2(316L)和00Cr23Ni4N(2304)三种不锈钢钢筋。不锈钢[5,11-12]。通过力学和工艺试验,可以作为制定不锈钢棒材产品标准的依据。1不锈钢棒材力学性能试用022Cr22Ni5Mo3N(2205)、06Cr17Ni12Mo2(316L)和00Cr23Ni4N(2304)不锈钢坯料试制不同规格的不锈钢棒,其中螺纹棒超过12棒,其他为光面。由于不锈钢材料的热塑性,某些产品的初生性能比国外同类产品低,在轧制过程中不锈钢钢筋表面会产生裂纹。其它工艺创新,中试性能不低于国外同类产品不锈钢棒。选择了022Cr22Ni5Mo3N(2205)、06Cr17Ni12Mo2(316L)、00Cr23Ni4N(2304)不锈钢棒材,选用HPB235和HRB335棒材进行对比拉伸试验。表格1是测试结果的统计数字。不同钢筋的典型载荷-位移曲线。
由表1可知,三种不锈钢棒材的强度、屈强比和延伸率均高于碳钢,应用于混凝土结构,不但能提高耐久性,还能大大节省钢材,提高抗震性。性能。但由于不锈钢钢筋弹性模量较低,在大跨度混凝土结构中应用时,会产生较大的变形和裂缝。从图1中可以看出,普通钢筋的荷载-位移曲线被划分为4个阶段:弹性阶段、屈服阶段(不均匀塑性变形)、强化阶段(均匀塑性变形)和颈缩阶段(非均匀密集塑性)。不锈钢钢杆的载荷-位移曲线仅有三个阶段:弹性阶段、强化阶段(均匀塑性变形)和颈缩阶段(非均匀集中塑性变形)。不锈钢棒材具有非均匀屈服的塑性变形阶段,其受力-位移曲线呈现由弹性阶段向均匀塑性变形的直接阶段,表明不锈钢棒材较均匀。由表1可以看出,同一种不同直径钢筋的强度、伸长、模量的平均值接近,标准偏差较小,材料受应力影响不明显。外径不锈钢棒强度试验数据的实测值按《工程结构可靠性设计统一标准》(GB50153-2008)的规定,当检验显着水平为=0.05时,概率分布模型的优度(分布)检验为正态分布。这个值是fk=f-1.64f。(1)表2列出根据实际试验数据计算的标准值。由于不具备使用不锈钢棒材的经验,根据产品出厂检验标准对各项指标进行了适当缩减和舍入。
2不锈钢杆弯曲。
用同一设备对022Cr22Ni5Mo3N(2205)、00Cr23Ni4N(2304)和HRB335钢筋进行弯曲试验,钢筋的部分弯曲性能见图2。钢棒弯曲后,表面无裂纹、裂纹和断裂,说明钢棒晶体结构均匀,内应力、夹杂、未熔合、微裂纹等缺陷在合理范围内。试验结果表明,不锈钢棒材与普通钢棒相似,其冷弯性能满足不锈钢棒材混凝土构件成型时的弯曲加工要求。
不锈钢管焊接。
用022Cr22Ni5Mo3N(2205)不锈钢棒材为例,焊接材料为00Cr23Ni9Mo3N(2205)不锈钢棒材,直径32mm,直径32mm。手动直流弧焊有搭接和对焊两种。焊接试件的焊缝组织如图3(a)所示,图中左下分为焊缝区,右上为母材区。接触面是融合线。结果表明,焊缝热影响区较窄,金属晶粒的粗化不明显。图3(b)为焊接热影响区放大金相组织,母材为典型的奥氏体+铁素体双相组织,暗部为奥氏体,亮部为铁素体。而奥氏体与铁素体晶界处无相析出现象。图4显示了母材和焊缝区金属组织,其中金属组织为结晶器枝晶组织,金属组织如图3所示。铁素体比但是仍然有近50%的焊接接头为双相焊接结构,不影响受力和工艺性能。
对焊试件的拉伸试验结果是,所有试样都从母材断裂,其强度和伸长率均与母材相当。采用V形缺口冲击试验方法,在焊缝和热影响区与熔接线之间距离为1mm的焊接试件是比轧制两相组织差的铸造组织。把不锈钢条焊接试件的接合部磨平后,进行弯曲试验,弯曲直径与不锈钢条相同,弯曲角度为180。开裂说明焊接接头具有良好的工艺性能。对不锈钢棒进行晶间腐蚀后的焊缝对接,试样5mm20mm80mm,用不锈钢硫酸盐-硫酸铜试验进行晶间腐蚀试验,表明抗晶间腐蚀能力强。通过焊接试验,022Cr22Ni5Mo3N(2205)不锈钢焊条的焊接性能没有明显的劣化,焊接性能良好。
不锈钢丝螺钉连接。
以022Cr22Ni5Mo3N(2205)不锈钢棒材为例,不锈钢棒材螺纹连接采用镦粗直螺纹联接,不锈钢套筒材质为同种钢的不锈钢,按010310(JCJl07-2003),不锈钢棒锻粗成直线滚压,螺钉头和连接套尺寸见表
4。连接件的单向拉伸、高应力接头的循环拉压、接头的大变形、环拉压试验都是在母材断裂,符合规范的型式检验要求。用不锈钢棒进行疲劳试验,疲劳试验最大应力为230MPa,应力幅为100MPa,循环次数200多万次,满足疲劳试验要求。
5.结论
样机022Cr22Ni5Mo3N(2205)、06Cr17Ni12Mo2(316L)和00Cr23Ni4N(2304)与普通碳钢棒材相比,强度高、屈强比大、延伸率大、无裂纹。曲面弯了。焊接试样抗点蚀、晶间腐蚀等缺陷,抗拉强度全部在基体上断裂,焊接接头抗点蚀、晶间腐蚀性能好。结果表明,不锈钢杆、直丝接头单向拉伸性能、接头高应力循环拉压性能、接头大变形循环拉压性能、疲劳性能等性能均能满足螺纹连接规范的要求。不锈钢钢筋的力学性能和技术性能也能满足混凝土构件成型和结构使用的要求。在混凝土结构中采用不锈钢棒材,既可提高耐久性,又可节省钢材,提高抗震性能。通过维修,减少对运输的中断或限制,显著地延长了混凝土结构的使用寿命,提供了巨大的经济和社会效益。