摘 要摘 要预应力混凝土钢棒（简称PC钢棒）是一种技术含量很高适用范围很广的预应力钢材，主要被用于高强度预应力混凝土构件的骨架。PC钢棒以30MnSi 盘圆为原材料，主要通过淬火和回火等工序制成。在实际生产及使用过程中会出现抗拉强度低，易断裂，平直度不合格等问题，严重影响了PC钢棒的生产和使用。本实验是基于在常熟龙腾特钢公司的学习和调查研究的基础上，对各种钢材进行取样，通过对原材料金相组织，盘圆的夹杂物含量，断口的显微形貌分析，发生断裂的PC钢棒的表面形貌分析以及对各个时间段盘圆在存放过程中残余应力的测量进行具体的研究分析，找出PC钢棒发生断裂的主要原因以及提出相关的改进措施。主要使用到的实验设备有金相显微镜，3D显微镜，扫描电镜。检测残余应力的主要方法是金属磁记忆检测技术。从金相组织的对比分析来看，没有显著的差异。从夹杂物含量分析研究发现龙钢的原材料所含夹杂物种类居多，纵截面的夹杂物出现比例较大。对刚生产处的盘圆进行分时间段的残余应力检测，结果表明存放过程中生产出的原材料中的残余应力会随着时间的延长而有所降低。对断裂的PC钢棒表面进行显微分析，大部分可以观察到有明显的微裂纹和划痕，这些缺陷将直接导致断裂的发生。关键词预应力混凝土钢棒；30MnSi钢；延迟断裂Abstract
目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题的理论意义与实用价值 1
1.2 PC钢棒的原材料及生产工艺 2
1.3 PC钢棒的热处理 3
1.3.1淬火 3
1.3.2回火 3
1.4 PC钢棒的断裂机理及影响因素分析 4
1.4.1 延迟断裂 4
1.4.2 脆性断裂 4
1.5 钢中夹杂物含量的测定方法 5
1.6 金属磁记忆检测技术 6
1.7国内外研究现状 6
1.8本课题主要研究内容 7
第2章 实验方法 9
2.1 实验材料与设备 9
2.1.1实验材料 9
2.1.2实验仪器及设备 9
2.2 微观分析 10
2.2.1 金相的制备与分析 10
2.2.2 夹杂物分析及原理 10
2
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.2.3 扫描电镜与3D显微镜分析 12
2.3 力学性能分析 12
第3章 对PC钢棒原材料的研究分析 13
3.1 预应力混凝土钢棒的生产工艺 13
3.2原材料金相组织分析 14
3.3原材料中夹杂物检测分析 15
3.4原材料中残余应力检测结果及分析 18
3.4.1同一测量周期下四根钢棒的磁记忆信号分布规律及分析 18
3.4.2段磁记忆信号Hp(y)变化规律及分析 23
3.5本章小结 27
第4章 对PC钢棒成品的研究分析 28
4.1成品金相组织 28
4.2 钢材表面缺陷显微形貌 28
4.3 断口形貌分析 30
4.3.1 延迟断裂试样断口 30
4.3.2 拉伸试样断口 35
4.4 本章小结 37
结 论 39
致 谢 40
参 考 文 献 41
第1章 绪论
选题的理论意义与实用价值
预应力混凝土用钢棒(Steel Bar for Prestressed Concrete)简称PC钢棒。是用冷热轧盘条30MnSi经热处理加工后制成，通常被认为是一种技术含量很高适用范围很广的预应力钢材，主要被用于高强度预应力混凝土构件的骨架。是在20世纪60年代由日本高周波热炼株式会社开发的，1964在日本获得专利，它被归属于预应力钢材中强度很高的钢种。它的优点是强度级别特别高、韧性很好、松弛性比较低、与混凝土的握裹能力很强，焊接性性优良、良好的可镦锻性、一般使用时很节省材料，国内外对PC钢棒的使用大多集中在电杆铸型，高架桥墩搭建，铁路的修建，预应力混凝土中离心管桩的成型等各个方面。在国际上被广泛应用特别是在亚洲的应用更是有很大的发展空间。尽管，我们国家接触到PC钢棒的时间比较靠后，对它的应用相对而言也比较迟缓，在研究使用方面与其他国家相比相差了很多年，但是通过研究学者的不懈努力及时探究了相关理论知识并且引进拓展了PC钢棒的生产方式，从而PC钢棒在我国也逐渐的进入了工程建筑领域。但就目前发展形势来看，我国对PC钢棒的使用仍在初级阶段还需要不断地研究探索。国内生产的PC钢棒与从国外引进的相比较而来看，还有明显的差距存在。例如：钢棒的通条性和均匀性比较差；在加工过程中出现镦裂现象比较严重；挺直度达不到要求；松弛度高；外观及包装质量差等[1]。由于技术不成熟的原因，PC钢棒每年在我国的实际生产质量达标的并不是很多，只有一少部分满足要求。这样一来，在各个领域实际使用的PC钢棒主要还是以从国外引进来提供材料，而对国内成品的使用只有少数。进入21世纪以来，在国家经济快速发展人民收入稳步上升科学技术不断更新发展的时代背景下，基层建设已经变成了国家和人民最重视的经济提升点。在对PC钢棒关注的这一方面来讲，它的生产加工技术不断完善，成品质量不断提高，生产成本减低价格降低，再加上人们对这方面的了解越来越透彻，对工程材料的性能和使用价值越来越信赖，那在各个工程建筑行业对PC钢棒的使用就更加的广泛和便捷。另一方面，我国是发展中大国更是强国，综合我国在国际上的地位和实际国情来看，加强科技改革创新，开发研究，在达标的基础上追求高品质高标准高性价比更是关键所在。
混凝土在理论上是指一种用胶凝材料把零散的集料胶结成完整整体的工程复合材料。但是在实际应用中，由于抗拉强度太低的原因，往往会出现过早开裂等问题而造成极大的损失。为了使材料的使用寿命延长避免过早出现开裂现象，在材料投入使用（或是加载）之前，可以率先给混凝土构件增加一个预应力，就是在混凝土材料承受拉力的区域内，采用人工加工的方法，将构件进行拉伸。之后利用钢筋产生的回缩力，让混凝土受拉的区域优先受压力。这样一来，在混凝土构件中储存下来的预加应力，会在混凝土承受外来载荷的作用时预先和储存在混凝土中的预压力相抵消，之后随着载荷的逐渐增加，完全抵消后才会使构件承受到拉力。用这种方法就可以延缓混凝土受力变形，从而推迟或直接减少了裂纹的延伸扩展。从这个构思出发，引入了预应力混凝土。
预应力混凝土有以下几个优点 [2] ：
(1) 提高结构性能：当钢材在受拉或是受压的时候外加载荷，可以有效的降低裂纹出现的现象，减少施加预应力时外加载荷会导致的裂纹宽度甚至不出现裂纹，钢材的力学性功能会有显著的升高。
(2) 承受外加载荷能力增强：在承受外加载荷时可以减缓裂纹扩展的速度降低裂纹宽度，是材料有效性延长。
(3) 解除施加的外力后容易复原：因为有预应力存在，当施加的外力去除后，裂纹小可以合并，组织缺陷降低，构件得到复原，损失降低。

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