hrb335鋼筋力學性能和化學成分的回歸分析

hrb335鋼筋力學性能和化學成分的回歸分析

1降低生產(chǎn)成本1999年4月1日，國家發(fā)布了新的鋼筋混凝土用熱帶條的鋼筋標準（gb/t19-1998）。新標準中對化學成分只設定了上限,沒有規(guī)定下限,鼓勵生產(chǎn)廠在確保力學性能合格的前提下優(yōu)化成分控制,降低生產(chǎn)成本。為了分析我廠鋼筋的力學性能和化學成分之間的關(guān)系,尋找在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下最佳成分的控制范圍,我們以HRB335鋼筋為試驗材料,對其化學成分和力學性能進行了回歸分析,同時對2000年全年HRB335鋼筋及其它產(chǎn)品的成分和性能進行對照分析,得出了有參考意義的結(jié)論。2化學成分分析分別抽取不同規(guī)格、不同性能范圍的HRB335鋼筋共87組,試驗時分別測定負偏差率(以計算實際面積,消除負偏差大小不同對強度造成的影響),計算出樣品的實際強度,進行化學成分分析(分別測出碳、錳、硅、磷、硫、鉻、釩、鉬、銅和鈦等元素的含量),使力學性能與化學成分一一地應,計算碳當量Ceq。Ceq的計算公式為通過對強度與化學成分的分析,找出強度與化學成分及Ceq的回歸關(guān)系。3計算機的暴力分析為了尋找性能與成分的關(guān)系,把所測得的數(shù)據(jù)輸入計算機,分別對σs和σb與Ceq及各化學成分之間的關(guān)系進行回歸分析,得到各自的回歸函數(shù)及相關(guān)系數(shù)R2,結(jié)果列于表1。4提高強度、降低硅及錳含量的關(guān)系(1)根據(jù)鄭用熙的“概率統(tǒng)計基礎——概率統(tǒng)計方法”,在98%置信度下,當f=n-2=85時,相關(guān)系數(shù)R2≥0.2565,則認為這兩者之間的回歸關(guān)系是有意義的。從表1可以看出,硫、磷、鉻、鎳、銅、鈦和釩對σb的回歸函數(shù)無意義;錳、硫、磷、鉬、鎳、銅和鈦對σs的回歸函數(shù)無意義,其它的回歸函數(shù)都是有意義的。有些回歸函數(shù)雖無意義,但也反映了其對強度的作用,如鈦的回歸函數(shù)說明少量的鈦就會引起強度的較大變化。從有意義的回歸函數(shù)看,對σb的影響從大到小分別為鉬、碳、硅和錳;對σs的影響從大到小分別為釩、碳和硅。其中鉬和釩都是鋼中的微量元素,在此不予討論。由鋼中三種主要元素碳、錳和硅及Ceq的回歸函數(shù)可知:1)碳與σb和σs的相關(guān)性比硅、錳大很多,因此在一定范圍內(nèi)增加碳的含量就可顯著增加強度。從回歸函數(shù)分析,Ceq也有與碳基本相同的功效。2)硅與σb和σs的相關(guān)性比錳大,且硅與σs的相關(guān)系數(shù)R2>0.2565,而錳與σs的相關(guān)系數(shù)R2<0.2565,因此從提高強度的角度分析,硅的作用比錳大。(2)Ceq與實際抗拉強度和實際屈服強度的關(guān)系見圖1。由圖1可知,隨著Ceq增加,強度明顯升高。Ceq對強度的回歸函數(shù)這反映了碳與錳及微量元素對強度的綜合作用,因此鋼筋強度大小可用Ceq值大小,根據(jù)式(2)和式(3)來粗略計算,即在國標規(guī)定的化學成分范圍內(nèi),只要碳當量保持在一定的范圍,鋼筋的性能就可穩(wěn)定在一定范圍。(3)HRB335帶肋鋼中碳、硅和錳含量的理想值探討。碳在鋼中的主要作用是固溶于鐵素體中和增加珠光體的含量,從而提高強度。錳的主要作用是置換鐵素體中的鐵原子、生成碳化物可提高材料強度,與硫結(jié)合生成MnS則降低鋼的脆性。硅的主要作用是固溶于鐵素體中提高材料強度。當然,它們都有一定合適的含量,以使鋼材的力學性能符合要求,過少則材料強度不夠,過多將極大地降低鋼的韌性,引起脆性斷裂。為了尋找冶煉工藝條件下理想的元素含量范圍,在以上試驗分析的基礎上,對HRB335帶肋鋼化學成分的理想值作進一步探討。理想的成分范圍應是在確保材料性能合格的前提下,盡量降低冶煉成本。錳和硅的價格比碳高,而從上述的回歸分析知,碳對強度的貢獻比硅和錳高很多,這就提示我們可以通過提高碳含量,相對降低硅和錳含量來實現(xiàn)產(chǎn)品的性能,以降低成本。其實國外螺紋鋼的工藝性能和力學性能是通過“以碳代錳”來實現(xiàn)的。日本SD35牌號的鋼筋(相當于HRB335),其標準規(guī)定的錳含量上限雖較高(1.60%),但實際應用中控制得卻較低,最高為1.15%,最低為0.88%;硅含量實際控制也較低,最高為0.26%,最低為0.16%;而碳含量卻與國內(nèi)相反,平均比國內(nèi)高0.05%。我公司2000年開發(fā)的出口材料的化學成分也是硅和錳含量低,而碳含量較高,其化學成分和力學性能的平均值與我公司日常產(chǎn)品相比(見表2),出口材料碳含量的平均值比日常產(chǎn)品高出0.012%,硅和錳含量平均值分別低0.13%和0.5%,而兩者間的力學性能卻相差不大。另外經(jīng)統(tǒng)計2000年棒材廠產(chǎn)品中,Si含量≤0.35%的鋼筋有43根,占樣本總數(shù)的0.38%,錳含量平均值為1.38%,強度平均值為559MPa;Mn含量≤1.00%的鋼筋有3根,占樣本總數(shù)的0.03%,強度平均值為530MPa,性能全部合格。硅和錳較低的樣本雖不多,但偶然性中孕育著必然,這進一步證明我們的產(chǎn)品也可“以碳代錳”。根據(jù)上述回歸分析及以碳代錳情況,建議碳含量平均值由0.203%提高至0.22%左右,提高約0.015%;同時根據(jù)Ceq與強度的回歸關(guān)系及上述分析,保持Ceq一定值可保證鋼筋性能穩(wěn)定。由Ceq的計算公式(1)得出,若碳含量平均值提高0.015%,則錳含量可相應降低0.1%,結(jié)合鋼中錳硅比的要求,硅含量也可降低0.1%。綜上所述,建議現(xiàn)行(HRB335)廠標化學成分作一適當調(diào)整(見表3)。5節(jié)約硅鐵的成本若硅含量降低0.1%,則1t鋼就可節(jié)約含硅75%的硅鐵1.333×10-3t。按年產(chǎn)HRB335鋼坯100萬t計,年節(jié)約1333t硅鐵,每噸硅鐵按4000元計,可節(jié)約成本533萬元。同樣錳含量降低0.1%,1t鋼可節(jié)約含錳64%的錳鐵1.563×10-3,年節(jié)約1563t錳鐵,1t按3000元計,可節(jié)約成本468萬元。兩項合計1000萬元?？鄢渌M用,年總節(jié)約成本約800萬元。6經(jīng)濟效益分析從上