玻璃钢与碳素钢Word文档格式.docx

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（2）玻璃钢（FRP）长期耐温性差

一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；

通用型环氧FRP在60℃以上，强度有明显下降。

但可以选择耐高温树脂，使长期工作温度在200~300℃是可能的。

（3）玻璃钢（FRP）老化现象

老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风纱雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。

（4）玻璃钢（FRP）层间剪切强度低

层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。

可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。

花岗岩脱硫塔

　　花岗岩砌筑的脱硫塔应用广泛，其利用水膜脱硫除尘原理，又名花岗岩水膜脱硫除尘器，或名麻石水膜脱硫除尘器。

优点是易维护，且可通过配制不同的除尘剂，同时达到除尘和脱硫（脱氮）的效果。

玻璃钢

百科名片

玻璃钢（FRP-FiberReinforcePlastic）亦称作GRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。

以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。

由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。

质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。

可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。

840型玻璃钢瓦图片

含义

　　[1]玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。

它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。

复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求，需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成另一种能满足人们要求的材料，即复合材料。

例如，单一种玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体。

如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。

这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。

由于其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，象玻璃那样，历史上形成了这个通俗易懂

玻璃钢椅子

的名称“玻璃钢”，这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958年提出的，由建材系统扩至全国，现在还普遍地采用着。

由此可见，玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。

随着我国玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，无疑地，这些新型纤维制成的增强塑料，是一些高性能的纤维增强复合材料，再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。

考虑到历史的由来和发展，通常采用玻璃钢复合材料，这样一个名称就较全面了。

编辑本段

理化性能

　　玻璃具有硬而易碎，具有很好的透明性以及耐高温、耐腐蚀等性能；

同时钢铁很硬并且不易碎，也具有耐高温的特点。

于是人们开始想，如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质，又具有钢铁一样坚硬不碎的特点，那这种材料一定会大有用途。

　　人们经过研究试验，终于制出了这样一种复合材料。

它，就是能与钢铁比肩而立的玻璃钢。

　　我们先来看一个试验，了解了解它的性能优良与否。

在一个群山环抱、绿树成荫的山谷里，一次试验正在进行。

远在二百米以外的掩体后的人们，眼睛都盯着山谷中央放着的一个氧气瓶。

空气压缩机有节奏地转动着，通过合金钢管道向那氧气瓶不断地充气。

压力表上的指针牵动着每个人的心。

读数从100—200—400—500渐渐上升，直到７００公斤1平方厘米时，只听得一声震天巨响，氧气瓶爆炸了！

周围的人们欢呼着跳起来：

“成功了！

”

　　氧气瓶是一种耐高压容器。

它所承受的工作压力是１５０公斤/平方厘米。

为了使用安全，制造时要求它能忍受三倍的工作压力，即４５０公斤/平方厘米。

不爆裂，才算合格。

上面试验的氧气瓶，远远超出了设计要求。

这是用什么钢材制成的呢？

是玻璃钢，更为确切的说，是玻璃与塑料复合在一起制成的。

　　玻璃是硬而脆的材料，一摔就碎，这带有玻璃名的玻璃钢经得起摔吗？

于是又进行了新的试验。

　　将另一只玻璃钢氧气瓶充气到１５０公斤/平方厘米，然后从山顶上滚下山谷。

它与嶙峋的

岩石碰撞着，一直滚到谷底仍然没有爆裂。

玻璃钢氧气瓶经过了质量鉴定考试。

　　一般玻璃的耐拉强度只有普通钢材的八分之一。

把玻璃融化，拉成只有头发直径的十几分之一那么细的玻璃纤维，原来又硬又易碎的玻璃就变成了又软又耐拉的玻璃纤维，其耐拉强度可增加十几倍。

　　大家都知道，水泥块耐压，钢材耐拉。

用钢材作筋骨，水泥砂石作肌肉，让它们凝为一体，互相取长补短，变得坚强无比——这就是钢筋混凝土。

　　同样，如我们用玻璃纤维作筋骨，用合成树脂（酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂）作肌肉，让它们凝为一体，制成的材料，其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢。

优点和不足

轻质高强

　　相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5，可是拉伸强度却接近，甚

至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。

部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。

耐腐蚀性能好

　　FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。

电性能好

　　是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。

热性能良好

　　FRP热导率低，室温下为1.25~1.67kJ/（m·

K），只有金属的1/100~1

玻璃钢安全帽

[2]

/1000，是优良的绝热材料。

可设计性好

　　①可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。

　　②可以充分选择材料来满足产品的性能，如：

工艺性优良

　　①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。

　　②工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。

不足

弹性模量低

　　FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=2.1×

　　可以做成薄壳结构、夹层结构，也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。

长期耐温性差

　　一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；

老化现象

　　老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。

层间剪切强度低

　　层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。

FRP的生产方法

　　基本上分两大类，即湿法接触型和干法加压成型。

如按工艺特点来分，有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。

手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。

　　目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。

　　①手糊法：

主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。

　　②喷射法：

主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。

　　③模压法：

主要使用国家有德国等。

　　④RTM法（树脂传递模塑）：

主要使用国家有欧美各国、日本。

　　还有：

纤维缠绕成型法拉挤成型法和热压灌成型法等等

　　我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的，其他有模压法、缠绕法、层压法等（见第十一章）。

日本的手糊法仍占50%。

从世界各国来看，手糊法仍占相当比重，说明它仍有生命力。

手糊法的特点是用湿态树脂成型，设备简单，费用少，一次能糊10m以上的整体产品。

缺点是机械化程度低，生产周期长，质量不稳定。

近年来，我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备，随着FRP工业的发展，新的工艺方法将会不断出现。

用途

　　玻璃钢是近五十多年来发展迅速的一种复合材料。

玻璃纤维的产量的７０％都是用来制造玻璃钢。

玻璃钢硬度高，比钢材轻得多。

喷气式飞机上用它作油箱和管道，可减轻飞机的重量。

登上月球的宇航员们，他们身上背着的微型氧气瓶，也是用玻璃钢制成的。

玻璃钢加工容易，不锈不烂，不需油漆。

我国已广泛采用玻璃钢制造各种小型汽艇、救生艇、游艇，以及汽车制造业等，节约了不少钢材。

　　可制作玻璃钢瓦，又称透明瓦.是和钢结构配套使用的采光材料，其主要由高性能上膜、强化聚脂和玻璃纤维组成，其中上膜要起到很好的抗紫外线抗静电的作用，抗紫外线是为了保护FRP采光板的聚酯不发黄老化，过早失透光特性。

抗静电是为了保证表面的灰尘轻易被雨水冲走或被风吹走，维持清洁美观的表面。

由于其稳定的质量、经久耐用的特点，深受顾客的欢迎，产品可广泛使用在工业/商业/民用建筑额屋面和墙面

　　电影界用来做道具，既方便快捷，又省成本．可以仿制很多种材料效果．受到人们的欢迎．化工厂也采用酚醛树脂的玻璃钢代替不锈钢做各种耐腐蚀设备，大大延长了设备寿命。

玻璃钢无磁性，不阻挡电磁波通过。

用它来做导弹的雷达罩，就好比给导弹戴上了一副防护眼镜，既不阻挡雷达的“视线”，又起到防护作用。

现在，许多导弹和地面雷达站的雷达罩都是玻璃钢制造的。

进入21世纪，根据玻璃钢的良好的透波性，这个方面的性能，随着手机通讯的广泛流行，玻璃钢广泛被应用于制造2G和3G天线外罩，玻璃钢以其良好的可成形性能，外观的可美化性，起到了很好的小区美化作用，这方面的产品有方柱线罩，仿真石，野外应用的美化树等玻璃钢还为提高体育运动的水乎立下了汗马功劳。

自从有撑竿跳高这项运动以来，运动员使用木制撑竿创造的最高纪录是３．０５米。

后来使用了竹竿。

到一九四二年，把纪录提高到了４．７７米。

竹竿的优点是轻而富有弹性，欠缺之处是下端粗而上端细，再要提高记录有很大困难，于是人们又用铝合金竿代替竹竿，它虽然轻而牢固，但弹性不足。

这样，从一九四二年到一九五七年，十五年时间，撑竿跳高的最高纪录仅仅提高了１厘米。

但自从新的玻璃钢撑竿出现以后，由于它轻而富于弹性，纪录飞速上升，如今的撑杆跳高纪录已经超过了６米大关。

在今天，玻璃钢也被大量应用在人们的生活方面，人们亲切地把它叫“玻璃钢”，由于它的某些特殊品种仍能保留许多玻璃的优点，如透明性，于是人们用它作为窗户玻璃，既能遮挡阳光中的紫外线，又能使居室明亮。

人们还把它用来制作各种坚固耐用的生活日常用品。

如浴具、厨房用具、梳洗用具等。

市场应用

　　玻璃钢是复合材料的一种，玻璃钢材料因其独特的性能优势，已在航空航天、铁道铁路、装饰建筑、家居家具、广告展示、工艺礼品、建材卫浴、游艇泊船、体育用材、环卫工程等等相关十多个行业中广泛应用，并深受赞誉，成为材料行业中新时代商家的需求宠儿。

玻璃钢制品也不同于传统材料制品，在性能、用途、寿命属性上大大优于传统制品。

其易造型、可定制、色彩随意调配的特点，深受商家和销售者的青睐，占有越来越大的市场比分，前景广阔！

　　具体有如下这些行业：

黑色冶金业、有色冶金业、电力行业、煤炭业、石油化工、化学工业、机电工业、纺织工业、汽车及摩托车制造业、铁路业、船舶工业、建筑业、轻工业、食品工业、电子工业、邮电业、文化、体育及娱乐业、农业、商业、医药卫生业，及军工及民用应用等各个方面的应用领域。

　　涉及这些产业部门应用的主要玻璃钢产品类别，有：

矿山通风设备、炼焦及相关设备、稀土冶炼及铁合金冶炼相关设备、冷轧及电镀设备，输变电设备、风力发电设备、火力发电用水管、冷却水设备、电力管理及维修工器具，煤矿凤筒、隔爆水袋、防爆装置，石油开采相关部件及设备、石油化工设备，化工设备、化工建筑用材、矿山通风设备，电动机部件、零配件、电镀设备、风力发电机及部件，纺织印染设备、设施及部件，汽车制造用材及部件、汽车维修用材、摩托车制造用材及部件，铁路机车车辆用材及相关设施、铁路信号系统用材及相关部件，各种各类江河湖海船艇、大型钢船艇配套零部件及附属设施，建筑设施及用材、卫生间、厨房、门窗、波形瓦、冷却塔、建筑通风空调设施、建筑模板等，轻工日用化学及造纸业用的相关设施、家用电器、酒类、制革、家俱用材，食品贮罐用途，电子工业用设备、生活消费品用材及电子设备配件，邮电电信器材配套设施，体育器械、游乐器材及相关设施，农业喷灌设备、暖房温室、农机具配件、冷库、水产养殖，商业柜台、商业包装箱、商用冷藏库，医药工业设施及医疗卫生用途等等。

碳素钢

碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。

世界各工业国家，在努力增加低合金高强度钢和合金钢产量的同时,也非常注意改进碳素钢质量,扩大品种和使用范围。

目前碳素钢的产量在各国钢总产量中的比重,约保持在80％左右,它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造工业，而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用。

简介

　　含碳量小于1.35％，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂

质外，不含其他合金元素的钢。

碳素钢的性能主要取决于含碳量。

含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。

与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。

适用于公称压力PN≤32.0MPa，温度为-30-425℃的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。

常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn

分类

1.按化学成分分类

　　碳素钢按化学成分（即以含碳量）可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。

（1）低碳钢

　　又称软钢,含碳量从0.10％至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造,焊接和切削,常用於制造链条,铆钉,螺栓,轴等。

（2）中碳钢

　　碳量0.25％～0.60％的碳素钢。

有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。

除碳外还可含有少量锰（0.70％～1.20％）。

按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。

热加工及切削性能良好，焊接性能较差。

强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。

可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。

淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。

能够达到的最高硬度约为HRC55（HB538），σb为600～1100MPa。

所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。

　　（3）高碳钢

　　常称工具钢,含碳量从0.60%至1.70%,可以淬硬和回火。

锤,撬棍等由含碳量0.75%的钢制造;

切削工具如钻头,丝攻,铰刀等由含碳量0.90%至1.00%的钢制造。

2.按钢的品质分类

　　按钢的品质可分为普通碳素钢和优质碳素钢。

（1）普通碳素结构钢又称普通碳素钢，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。

在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类：

甲类钢（A类钢）是保证力学性能的钢。

乙类钢（B类钢）是保证化学成分的钢。

特类钢（C类钢）是既保证力学性能又保证化学成分的钢，常用于制造较重要的结构件。

中国目前生产和使用最多的是含碳量在0.20％左右的A3钢（甲类3号钢），主要用于工程结构。

　　有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒长大，使钢强化，节约钢材。

在中国和某些国家，为适应专业用钢的特殊要求，对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整，从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢（如桥梁、建筑、钢筋、压力容器用钢等）。

（2）优质碳素结构钢和普通碳素结构钢相比,硫、磷及其他非金属夹杂物的含量较低。

根据含碳量和用途的不同,这类钢大致又分为三类:

①小于0.25％C为低碳钢,其中尤以含碳低于0.10%的08F,08Al等,由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐……等。

20G则是制造普通锅炉的主要材料。

此外,低碳钢也广泛地作为渗碳钢，用于机械制造业。

②0.25～0.60％C为中碳钢,多在调质状态下使用,制作机械制造工业的零件。

③大于0.6％C为高碳钢,多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等。

根据含锰量的不同,又可分为普通含锰量（0.25～0.8％）和较高含锰量（0.7～1.0％和0.9～1.2％）两钢组。

锰能改善钢的淬透性，强化铁素体，提高钢的屈服强度、抗拉强度和耐磨性。

通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”，如15Mn、20Mn以区别于正常含锰量的碳素钢。

3.按用途分类

　　按用途则又可分为碳素结构钢、碳素工具钢。

　　碳素工具钢含碳量在0.65～1.35％之间，经热处理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各种工具、刃具、模具和量具（见工具钢）。

　　碳素结构钢按照钢材屈服强度分为5个牌号：

　　Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

　　每个牌号由于质量不同分为A、B、C、D等级，最多的有四种，有的只有一；

另外还有钢材冶炼的脱氧方法区别。

　　脱氧方法符号：

　　F——沸腾钢

　　b——半镇静钢

　　Z——镇静钢

　　TZ——特殊镇静钢

生产制造方法

　　碳素钢的冶炼通常在转炉、平炉中进行。

转炉一般冶炼普通碳素钢，而平炉可以冶炼各种优质钢。

近年来氧气顶吹转炉炼钢技术发展很快，有趋势可代替平炉炼钢。

将炼好的钢液注入钢锭模，就得到各种钢锭。

钢锭经过锻压或轧制后便加工成各种形状的钢材和锻件。

钢锭经过压力加工后，能够改善钢的内部组织和夹杂物分布，所以同样成分的钢材要比钢锭的性能优越一些。

主要生产及输往国家、地区

　　我国的鞍钢、宝钢、上海钢厂、太原钢厂、重庆钢厂、天津钢厂、保定普瑞商贸（钢材）有限公司等是出口碳素钢的主要产地。

一般碳素钢多加工成型材，如角钢、扁钢、工字钢等输往日本、香港、东南亚、中东等国家和地区。

主要进口生产国家

　　我国主要从日本、俄罗斯、德国、东欧等国家进口。

与其他钢类相比，碳素钢进口数量最多。

进口到货后缺重问题较为突出。

收用货部门要加强到货后重量的验收。

规格及外观质量

　　碳素钢的品种主要有圆钢、扁钢、方钢等。

经冷、热加工后钢材的表面不得有裂缝、结疤、夹杂、折叠和发纹等缺陷。

尺寸和允许公差必须符合相应品种国家标准的要求。

化学成分的影响

　　碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。

在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降（见图）。

焊接性和冷弯性变差。

所以工程结构用钢，常限制含碳量。

碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等，对碳素钢的性能也有影响。

这和影响有时互相加强，有时互相抵销。

例如：

①硫、氧、氮都能增加钢的热脆性，而适量的锰可减少或部分抵销其热脆性。

②残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性，增加冷脆性。

③除硫和氧降低强度外，其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。

④几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。

　　氢在钢中能造成很多严重缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆、表面鼓泡和焊缝热影响区内的裂缝等。

为保证钢的质量，必须尽可能降低钢中氢的含量（见应力腐蚀断裂和氢脆）。

脱氧带入的残余元素如铝，可减小低碳钢的时效倾向，还可以细化晶粒，提高钢在低温下的韧性，但余量不宜过多。

由炉料中带入的残余元素如镍、铬、钼、铜等，含量高时可提高钢的淬透性，但对要求具有高塑性的专用钢，如深冲用钢板，则是不利的。

加工性能

　　碳素钢目前大都采用氧气转炉和平炉冶炼，优质碳素钢也采用电弧炉生产。

根据炼钢过程脱氧程度的不同，碳素钢可分为镇静钢、沸腾钢和介于两者之间的半镇静钢。

冶炼方法对钢的性能影响，主要是通过钢的纯净度而起作用的。

近年来人们通过真空处理、炉外精炼和喷吹技术等，都可获得更高纯净度的钢，从而显著改善了碳素钢的品质。

　　碳素钢的塑性加工工艺通常分热加工和冷加工。

经过热加工,钢锭中的小气泡、疏松等缺陷被焊合起来,使钢的组织致密。

同时，热加工可破坏铸态组织、细化晶粒。

使锻轧的钢材比铸态具有更好的力学性能。

经冷加工的钢,随着冷塑性变形程度增大，强度和硬度增加,塑性和韧性降低。

为提高成材率，广泛应用连续铸钢工艺。

时效处理

　　低碳钢的时效通常有淬火时效和应变时效两种，都是由间隙元素作用引起的，主要是由于碳、氮、氧的重新分布所造成。

　　淬火时效即钢由高温快速冷却后性能随时间而变化的现象。

钢中含碳量、脱氧程度和含氮量对淬火时效都有很大影响。

低碳钢、脱氧不充分的沸腾钢和含氮量较高的钢发生淬火时效最显著。

含碳约0.3％的中碳钢，由淬火时效所引起的性能变化已大为减弱。

含碳约0.6％的高碳钢，实际上不起时效硬化作用（见金属热处理）。

　　应变时效经冷加