1控轧控冷(TMCP)
控轧控冷是控制轧制和控制冷却相结合的技术。控制轧制是在调整钢材化学成本的基础上，通过控制轧制和加热、变形制度等参数，来改善棒材的组织形态，达到细化晶粒、提高钢筋性能的目的。轧制后再进行控制冷却，以避免冷却不均使得棒材出现不均匀变形。这种技术称为是控制轧制和控制冷却技术，该技术能发挥控轧和控冷两方面的优势，综合利用结晶强化、相变强化、形变强化和沉淀强化等多种强化机理，能够在提高钢材性能的同时，可以有效降低生产成本[6]。
2不同生产工艺高强钢筋的性能研究
2.1试验材料
VN微合金化和控轧控冷两种工艺的强化机理不相同，生产成本也不相同，本节研究二者在力学性能和疲劳性能的差异。在国内市场上选择VN微合金化和控轧控冷两种工艺生产的400MPa级的高强钢筋，直径均为16mm，对其进行性能研究。表1为两种钢筋的化学成分。
2.2力学性能研究
对于高强钢筋的力学性能的评价，根据GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》的要求，室温和普通气压条件下，使用万能试验机，以5mm/min的位移控制速率，对钢筋进行拉伸试验，得到材料的强度和塑性指标。表2为钢筋的力学性能测试结果。编号为1~5号钢筋为VN微合金化工艺生产，6~10号钢筋为TMCP工艺生产。可以看出，两种钢筋在各个力学指标上都能满足国家标准的要求。TMCP工艺钢筋的屈服强度和抗拉强度高于VN微合金化工艺。但是，VN钢筋的平均强屈比(Rm/Rel)为1.39，高于TMCP钢筋的1.30。对于实测屈服值与标准特征值的比(Rel/400)，VN钢筋的平均值为1.09，TMCP钢筋为1.18。TMCP工艺对钢筋的强化主要通过控制奥氏体组织的变化规律，使奥氏体中形成大量铁素体相交的晶格异质，并且能控制相变产物的组织形态，从而能够细化钢筋的晶粒，达到提高强度和韧性的目的，具有较高的抗拉强度和屈服强度。在众多强化机理中，细晶强化在提高钢筋强度的同时，也能够提高钢筋的韧性和塑性。但细晶强化对抗拉强度和屈服强度的提高率并不一样，对屈服强度的提高更为明显，这就造成强屈比降低。我国建筑钢筋对强屈比的要求为≥1.25，上述结果能够满足国家标准，但相比VN微合金化钢筋要低。VN微合金化钢筋主要通过沉淀强化机理来提高性能，VN也有细晶强化机理，其能够细化钢筋组织，但细化效果不明显。VN微合金化钢筋中，在铁素体的基体中VN呈弥散分布，成为阻碍位错运动的障碍物，这样可以有效提高塑性变形的抗力。一般情况，V含量越高，第二相分布越弥散，沉淀析出量越大，强化效果就越好。
2.3焊接性能研究
钢筋的可焊性通常是由钢筋中碳和各种合金元素的含量决定，一般以碳当量Ceq=C+1/6Mn+1/5(Cr+V+Mo)+1/15(Cu+Ni)来表达。两种钢筋的Ceq均小于0.55%，具有可焊性。对其焊接性能的考察是采用多层多道焊接方式，再对焊后钢筋进行力学性能试验。焊接时，主要金属对焊缝合金元素有稀释作用，为降低这种作用，采用V型坡口对接的焊接试板。先将坡口处的杂质清理干净，采用自动埋弧焊的方式焊接。焊后经无损探伤合格后，再进行力学性能测试。按照YB(T)10-81和GB/T228-2002标准，在万能试验机上对焊后钢筋进行拉伸试验，结果列于表3。可以看出，断裂部位是母材，两种钢筋的焊接接头强度和塑性都能够满足实际需要。按照GB/T232-1999，使用导向弯曲试验机，对两种钢筋进行弯曲试验，结果显示所测钢筋未见缺陷，这表明两种钢筋在焊接接头的全厚度方向上，都具有较好的弯曲塑性变形性能。
2.4疲劳性能研究
使用100kN电液伺服疲劳试验机(PLS)进行疲劳试验。钢筋的公称面积为201.06mm2，根据英标BS4449疲劳试验的要求，应力比为0.2，准16mm钢筋的最小应力为50MPa，最大应力为250MPa，可以计算出对于准16mm的钢筋所使用的最小力为10.055kN，最大力为50.275kN。试样钢筋在轴向拉伸力的作用下，用锥形夹具和一定的夹持介质下进行。试验循环至2×106次时，两种钢筋均未断裂，表明所用高强钢筋的疲劳性能均满足国家标准规定值，具有较好疲劳性能。
3结论
（1）TMCP钢筋的抗拉强度和屈服强度比VN钢筋高，而VN钢筋的强屈比更高，抗震性能更好，两种钢筋的强度和塑性指标均满足国家标准。（2）两种钢筋的焊接性能和疲劳性能均能满足国家标准要求，采用控轧控冷技术生产高强钢筋可以有效降低生产成本。
作者：申喆 薛素玲 单位：焦作大学 土木建筑工程学院
