hrb335钢筋力学性能和化学成分的回归分析

hrb335钢筋力学性能和化学成分的回归分析

1降低生产成本1999年4月1日，国家发布了新的钢筋混凝土用热带条的钢筋标准（gb/t19-1998）。新标准中对化学成分只设定了上限,没有规定下限,鼓励生产厂在确保力学性能合格的前提下优化成分控制,降低生产成本。为了分析我厂钢筋的力学性能和化学成分之间的关系,寻找在现有生产条件下最佳成分的控制范围,我们以HRB335钢筋为试验材料,对其化学成分和力学性能进行了回归分析,同时对2000年全年HRB335钢筋及其它产品的成分和性能进行对照分析,得出了有参考意义的结论。2化学成分分析分别抽取不同规格、不同性能范围的HRB335钢筋共87组,试验时分别测定负偏差率(以计算实际面积,消除负偏差大小不同对强度造成的影响),计算出样品的实际强度,进行化学成分分析(分别测出碳、锰、硅、磷、硫、铬、钒、钼、铜和钛等元素的含量),使力学性能与化学成分一一地应,计算碳当量Ceq。Ceq的计算公式为通过对强度与化学成分的分析,找出强度与化学成分及Ceq的回归关系。3计算机的暴力分析为了寻找性能与成分的关系,把所测得的数据输入计算机,分别对σs和σb与Ceq及各化学成分之间的关系进行回归分析,得到各自的回归函数及相关系数R2,结果列于表1。4提高强度、降低硅及锰含量的关系(1)根据郑用熙的“概率统计基础——概率统计方法”,在98%置信度下,当f=n-2=85时,相关系数R2≥0.2565,则认为这两者之间的回归关系是有意义的。从表1可以看出,硫、磷、铬、镍、铜、钛和钒对σb的回归函数无意义;锰、硫、磷、钼、镍、铜和钛对σs的回归函数无意义,其它的回归函数都是有意义的。有些回归函数虽无意义,但也反映了其对强度的作用,如钛的回归函数说明少量的钛就会引起强度的较大变化。从有意义的回归函数看,对σb的影响从大到小分别为钼、碳、硅和锰;对σs的影响从大到小分别为钒、碳和硅。其中钼和钒都是钢中的微量元素,在此不予讨论。由钢中三种主要元素碳、锰和硅及Ceq的回归函数可知:1)碳与σb和σs的相关性比硅、锰大很多,因此在一定范围内增加碳的含量就可显著增加强度。从回归函数分析,Ceq也有与碳基本相同的功效。2)硅与σb和σs的相关性比锰大,且硅与σs的相关系数R2>0.2565,而锰与σs的相关系数R2<0.2565,因此从提高强度的角度分析,硅的作用比锰大。(2)Ceq与实际抗拉强度和实际屈服强度的关系见图1。由图1可知,随着Ceq增加,强度明显升高。Ceq对强度的回归函数这反映了碳与锰及微量元素对强度的综合作用,因此钢筋强度大小可用Ceq值大小,根据式(2)和式(3)来粗略计算,即在国标规定的化学成分范围内,只要碳当量保持在一定的范围,钢筋的性能就可稳定在一定范围。(3)HRB335带肋钢中碳、硅和锰含量的理想值探讨。碳在钢中的主要作用是固溶于铁素体中和增加珠光体的含量,从而提高强度。锰的主要作用是置换铁素体中的铁原子、生成碳化物可提高材料强度,与硫结合生成MnS则降低钢的脆性。硅的主要作用是固溶于铁素体中提高材料强度。当然,它们都有一定合适的含量,以使钢材的力学性能符合要求,过少则材料强度不够,过多将极大地降低钢的韧性,引起脆性断裂。为了寻找冶炼工艺条件下理想的元素含量范围,在以上试验分析的基础上,对HRB335带肋钢化学成分的理想值作进一步探讨。理想的成分范围应是在确保材料性能合格的前提下,尽量降低冶炼成本。锰和硅的价格比碳高,而从上述的回归分析知,碳对强度的贡献比硅和锰高很多,这就提示我们可以通过提高碳含量,相对降低硅和锰含量来实现产品的性能,以降低成本。其实国外螺纹钢的工艺性能和力学性能是通过“以碳代锰”来实现的。日本SD35牌号的钢筋(相当于HRB335),其标准规定的锰含量上限虽较高(1.60%),但实际应用中控制得却较低,最高为1.15%,最低为0.88%;硅含量实际控制也较低,最高为0.26%,最低为0.16%;而碳含量却与国内相反,平均比国内高0.05%。我公司2000年开发的出口材料的化学成分也是硅和锰含量低,而碳含量较高,其化学成分和力学性能的平均值与我公司日常产品相比(见表2),出口材料碳含量的平均值比日常产品高出0.012%,硅和锰含量平均值分别低0.13%和0.5%,而两者间的力学性能却相差不大。另外经统计2000年棒材厂产品中,Si含量≤0.35%的钢筋有43根,占样本总数的0.38%,锰含量平均值为1.38%,强度平均值为559MPa;Mn含量≤1.00%的钢筋有3根,占样本总数的0.03%,强度平均值为530MPa,性能全部合格。硅和锰较低的样本虽不多,但偶然性中孕育着必然,这进一步证明我们的产品也可“以碳代锰”。根据上述回归分析及以碳代锰情况,建议碳含量平均值由0.203%提高至0.22%左右,提高约0.015%;同时根据Ceq与强度的回归关系及上述分析,保持Ceq一定值可保证钢筋性能稳定。由Ceq的计算公式(1)得出,若碳含量平均值提高0.015%,则锰含量可相应降低0.1%,结合钢中锰硅比的要求,硅含量也可降低0.1%。综上所述,建议现行(HRB335)厂标化学成分作一适当调整(见表3)。5节约硅铁的成本若硅含量降低0.1%,则1t钢就可节约含硅75%的硅铁1.333×10-3t。按年产HRB335钢坯100万t计,年节约1333t硅铁,每吨硅铁按4000元计,可节约成本533万元。同样锰含量降低0.1%,1t钢可节约含锰64%的锰铁1.563×10-3,年节约1563t锰铁,1t按3000元计,可节约成本468万元。两项合计1000万元。扣除其它费用,年总节约成本约800万元。6经济效益分析从上