第8章鋼鐵材料的用途8.2鋼鐵材料在建筑行業(yè)的應(yīng)用課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)

8.1鋼鐵材料在交通領(lǐng)域的應(yīng)用8.3鋼鐵材料在通信行業(yè)的應(yīng)用8.4鋼鐵材料在國防領(lǐng)域的應(yīng)用8.1鋼鐵材料在交通領(lǐng)域的應(yīng)用 鋼材的應(yīng)用廣泛，生活中隨地可以見到鋼材，同時隨地也都能用到鋼材。建筑工地上離不開鋼材，學(xué)校里也缺少不了鋼材，鋼材在家庭里也是必不可少。在機(jī)械、船舶、航天航空、水利、五金等方面鋼材也有著重要地位。8.1.1汽車行業(yè)通常，一輛汽車約由三萬個零部件組裝而成，汽車上每個汽車零件的生產(chǎn)制造都涉及到材料問題。據(jù)統(tǒng)計，汽車上的零部件采用了四千余種不同的材料加工制造。從汽車的設(shè)計、選材、加工、制造，到汽車的使用、維修與養(yǎng)護(hù)無一不涉及到材料。汽車材料分為制造汽車的材料和工廠為生產(chǎn)零部件或維修作業(yè)所必須的輔助材料，其中又可分為金屬材料和非金屬材料兩大類。構(gòu)成汽車的零件約有三萬多個，在這些零件中，使用了各種各樣的材料，其中86%是金屬材料，而在金屬材料中，鋼鐵材料占了80%。就鋼鐵材料來說，有普通材料與優(yōu)質(zhì)材料之分，汽車則用優(yōu)質(zhì)材料制造。所謂優(yōu)質(zhì)材料是指具有一定切削性能、鑄造性能、鍛造性能和熱處理性能等，特別是能保證產(chǎn)品加工質(zhì)量性能的材料。8.1.2軌道交通鐵軌也裝有線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w。它與列車上的電磁體相互作用，使列車前進(jìn)。列車頭的電磁體（N極）被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體（S極）所吸引，同時被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排斥——結(jié)果是一推一拉。磁懸浮列車（如圖8-10所示）運(yùn)行時與軌道保持一定的間隙（一般為1～10cm），因此運(yùn)行安全、平穩(wěn)舒適、無噪聲，可以實現(xiàn)全自動化運(yùn)行。磁懸浮列車的使用壽命可達(dá)35年，而普通輪軌列車只有20～25年。磁懸浮列車路軌的壽命是80年，普通路軌只有60年。此外，磁懸浮列車啟動后39秒內(nèi)即達(dá)到最高速度。目前的最高時速是日本磁浮火車在2003年達(dá)到的581公里/小時。據(jù)德國科學(xué)家預(yù)測，到2014年，磁懸浮列車采用新技術(shù)后，時速將達(dá)1000公里。而目前中國的輪軌列車運(yùn)營速度最高時速為486公里。8.1.3航空航天 2016年6月16日18時37分，中國“長征二號F”運(yùn)載火箭（如圖8-11所示）在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射，將“神舟九號”飛船成功送入預(yù)定軌道。重鋼、太鋼、包鋼稀土等國內(nèi)企業(yè)均有產(chǎn)品運(yùn)用于“神舟九號”飛船及其運(yùn)載火箭——改進(jìn)型“長征二號F”組合體上。8.1.4船舶 造船用的材料品種多，數(shù)量大，其中以鋼材的使用量為最大。例如，制造一艘裝載量為1萬噸的貨船需要鋼材3000～4000噸。船體結(jié)構(gòu)用的材料主要是碳素鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。采用高強(qiáng)度鋼可以減輕船體自重，降低推進(jìn)功率，達(dá)到多裝客貨，增加裝備或提高航速的目的。小型艦艇還采用鋁合金，玻璃鋼或鈦合金作為船體材料。船舶需要在嚴(yán)酷的環(huán)境下營運(yùn)，對于船用材料，除保證冶煉方法，化學(xué)成分和機(jī)械性能外，在可焊性能和耐蝕性能等方面都有較高的要求。8.2鋼鐵材料在建筑行業(yè)的應(yīng)用國家體育場工程為特級體育建筑，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100年，耐火等級為一級，抗震設(shè)防烈度8度，地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、東西寬294米，高69米。主體鋼結(jié)構(gòu)形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”（圖8-20）結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結(jié)構(gòu)為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎(chǔ)則坐在一個相連的基礎(chǔ)底板上。國家體育場屋頂鋼結(jié)構(gòu)上覆蓋了雙層膜結(jié)構(gòu)，即固定于鋼結(jié)構(gòu)上弦之間的透明的上層膜和固ETFE定于鋼結(jié)構(gòu)下弦之下及內(nèi)環(huán)側(cè)壁的半透明的下層PTFE聲學(xué)吊頂。8.3鋼鐵材料在通信行業(yè)的應(yīng)用通信塔的設(shè)計按材料來分，有三種：以角鋼作為主要受力構(gòu)件的角鋼塔；以無縫鋼管作為主要受力構(gòu)件的鋼管塔；使用大直徑焊接圓鋼管或近似圓多邊形焊接鋼管為主要受力構(gòu)件的單管塔。從受力性能來分，也有三種：空間桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件為角鋼及鋼管；懸臂結(jié)構(gòu)，以單根受彎構(gòu)件作為主要受力構(gòu)件；桅桿結(jié)構(gòu)，以一組拉線及桿身作為受力系統(tǒng)，桿身可以采用空間桁架結(jié)構(gòu)或單桿結(jié)構(gòu)。國內(nèi)常用的通信塔基本上有以下幾種形式：四邊形角鋼塔，四邊形鋼管塔，三邊形鋼管塔，單管塔，桅桿。這五種形式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，也各有適用場合。8.4鋼鐵材料在國防領(lǐng)域的應(yīng)用為滿足快速發(fā)展的航空工業(yè)對材料的需要，人們分析了航空構(gòu)件的結(jié)構(gòu)重量效率和對材料斷裂韌性的要求，提出了開發(fā)新型二次硬化高強(qiáng)度合金鋼來代替低合金超高強(qiáng)度鋼的目標(biāo)。有資料顯示，美國ARDEC公司曾將AF1410制成120mm火炮（如圖8-26）身管前端3m長的套管，以減輕火炮前部的質(zhì)量，另外美國將此合金用于空間發(fā)射空間器材或作為攔截導(dǎo)彈的彈丸發(fā)射器使用。二次硬化鋼Aermet100是綜合性能最高的材料之一，也是目前國際上超高強(qiáng)度鋼研究的熱點(diǎn)，第四代戰(zhàn)斗機(jī)和航母艦載機(jī)起落架之首選材料。美國已成功地將其應(yīng)用在最先進(jìn)的F-22隱形戰(zhàn)斗機(jī)（如圖8-27）起落架上和F-18艦載機(jī)的起落架上。Aermet100