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预应力混凝土用钢棒制备工艺优化研究

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1 绪论

1.1 预应力混凝土用钢棒简介

1.2 预应力钢棒发展状况

1.3 预应力钢棒制备过程介绍

1.4 合金元素及夹杂物对预应力钢棒的影响

1.5 预应力钢棒断裂原因及解决措施

1.6 时效处理对预应力用钢棒的影响

1.7 课题研究内容及目的意义

2 试验材料及试验方案

2.1 试验材料与试验设备

2.2 试验方案

2.3 本章小结

3 PC钢棒缺陷分析及对策

3.1 原材料缺陷

3.2 PC钢棒断裂行为研究

3.3 本章小结

4 PC钢棒热处理制度优化及时效处理的影响

4.1 淬火温度对钢棒强度、塑性的影响

4.2 回火温度对钢棒强度、塑性的影响

4.3 淬火温度和回火温度对PC钢棒屈强比的影响

4.4 时效处理对钢棒屈强比的作用

4.5 本章小结

5 合金元素V对预应力钢棒性能的影响

5.1 钒对预应力钢棒用母材力学性能的影响

5.2 钒对预应力钢棒力学性能的影响

5.3 不同淬火温度下钒对预应力钢棒断裂性能的影响

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

硕士研究生阶段研究成果

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摘要

预应力混凝土用钢棒英文全称为Steel Bar for Prestressed Concrete,故又称PC钢棒。其优点显著,主要在强度、焊接性能、镦锻性能以及与水泥的握裹力等方面表现卓著,在预应力构件中应用较多。与国外相比我国部分企业生产的PC钢棒在综合性能上均有较大的差距,部分产品的强度、屈强比、韧性等指标不达标,同时力学性能不集中、波动较大的现象比较严重。
  本课题针对国产PC钢棒存在的上述问题以及钢棒的断裂现象,从母材的生产以及钢棒的深加工过程着手,采用正交实验对热处理制度进行优化,分析钢棒发生断裂现象的原因并提出解决措施、研究了合金元素V在钢棒制备过程中的作用以及时效处理对钢棒屈强比的影响,并取得了以下成果。
  (1)优化后的热处理制度为900℃淬火、保温14min、室温水冷却+430℃回火、保温6min、空冷。
  (2)钢棒的墩头断裂是由于非金属夹杂物和异常组织造成的,延迟断裂是由于氢的存在和非金属夹杂物(特别是MnS)共同作用造成的,解决钢棒的断裂问题除了要使用清洁原料,加强脱硫操作,控制夹杂物之外,还需要对钢棒的储运条件提出严格要求。
  (3)两种母材进行比较,30MnSiV的抗拉强度高出30MnSi约40MPa,而断后伸长率较低,但仍然满足国标要求。热处理后,30MnSiV比30MnSi的抗拉强度平均高出42MPa,屈服强度高出约78MPa,造成钢棒的屈强比升高。
  (4)钒在钢棒中主要起到细化晶粒的作用,并且这种提升作用随着淬火温度的升高越来越明显,同时钒的存在还可改善钢棒的抗延迟断裂性能。
  (5)两种时效处理均可降低钢棒的屈服强度,降低屈强比,但对钢棒的抗拉强度影响不是很大。人工时效比自然时效对钢棒的力学性能影响更大,这是由于人工时效提供的原子驱动力较大的缘故。

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