2.4.1 冷加工强化
将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形,从而提高屈服强度,降低塑性韧性,这个过程称为冷加工强化处理。
(1) 冷拉
冷拉是将钢筋拉至其σ-ε曲线的强化阶段内任一点K处,然后缓慢卸去荷载,则当再度加载时,其屈服极限将有所提高,而其塑性变形能力都有所降低的冷加工强化。冷拉一般可控制冷拉率,预应力混凝土的预应力筋则宜采用控制应力法。钢筋经冷拉后,一般屈服点可提高20%~25%。
(2) 冷拨
冷拔是将直径为 6.5~8 mm的碳素结构钢的Q235(或Q215)盘条,通过拔丝机中钨合金做成的比钢筋直径小 0.5~1.0 mm的冷拔模孔,冷拔成比原直径小的钢丝,称为冷拔低碳钢丝。如果经过多次冷拔,可得规格更小的钢丝。冷拔作用比纯拉伸的作用强烈,钢筋不仅受拉,而且同时受到挤压作用。经过一次或多次冷拔后得到的冷拔低碳钢丝,其屈服点可提高40%~60%,但失去软钢的塑性和韧性,而具有硬质钢材的特点。
(3) 冷轧
冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成断面形状规则的钢筋,可以提高其强度及与混凝土的粘接力。钢筋在冷轧时,纵向与横向同时产生变形,因而能较好地保持其塑性和内部结构的均匀性。
建筑工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有明显的经济效益。冷拔钢丝的屈服点可提高40%~60%。由此可适当减小钢筋混凝土结构设计截面,或减小混凝土中配筋数量,从而达到节约钢材的目的。冷拔作用比纯拉伸的作用强烈,钢筋不仅受拉,而且同时受到挤压作用。
2.4.2 时效处理
将冷加工处理后的钢筋,在常温下存放15~20 d,或加热至100~200 ℃后保持一定时间(2~3 h),其屈服强度进一步提高,且抗拉强度也提高,同时塑性和韧性也进一步降低,弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。
时效处理方法有两种:在常温下存放15~20 d,称为自然时效,适合用于低强度钢筋;加热至100~200 ℃后保持一定时间(2~3 h),称人工时效,适合于高强钢筋。
2.4.3 热处理
热处理是将钢材按规定的温度制度,进行加热、保温和冷却处理,以改变其组织,得到所需要的性能的一种工艺。
热处理包括淬火、回火、退火和正火。
⑴ 淬火
将钢材加热至基本组织改变温度以上,保温使基本组织转变为奥氏体,然后投入水或矿物油中急冷,使晶粒细化,碳的固溶量增加,强度和硬度增加,塑性和韧性明显下降。
⑵ 回火
将比较硬脆、存在内应力的钢,再加热至基本组织改变温度以下(150~650 ℃),保温后按一定制度冷却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材,内应力消除,硬度降低,塑性和韧性得到改善。
⑶ 退火
将钢材加热至基本组织转变温度以下(低温退火)或以上(完全退火),适当保温后缓慢冷却,以消除内应力,减少缺陷和晶格畸变,使钢的塑性和韧性得到改善。
⑷ 正火
将钢件加热至基本组织改变温度以上,然后在空气中冷却,使晶格细化,钢的强度提高而塑性有所降低。
对于含碳量高的高强度钢筋和焊接时形成的硬脆组织的焊件,适合以退火方式来消除内应力和降低脆性,保证焊接质量。