道路与桥梁工程材料教学课件作者芦国超第七章.ppt

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1、第七章建筑钢材第一节钢材的冶炼与分类第二节建筑钢材的技术性能第三节建筑钢材的标准与选用返回第一节钢材的冶炼与分类一、钢材的冶炼钢铁又称铁碳合金，其主要化学成分是铁和碳。此外，还有少量的硅、锰、磷、硫、氧和氮等。含碳量为２％～６％的铁碳合金称为生铁或铸铁；含碳量小于２％的铁碳合金称为钢。生铁的冶炼是铁矿石内氧化铁还原成生铁（含碳量２％～６％）的过程，而钢的冶炼是把生铁中的杂质氧化，把含碳量降低到２％以下，使硫（Ｓ）、磷（Ｐ）等其他杂质减少到某一程度的过程。炼钢过程中，由于采用的熔炼设备和方法不同，所得钢材质量差

2、别很大，在土木工程中的用途也不同。目前，我国建筑用钢可采用转炉法、平炉法和电炉法冶炼，其中主要冶炼方法为氧气转炉法和平炉法。下一页返回第一节钢材的冶炼与分类１．氧气转炉法氧气转炉法是以熔融的铁液为原料，从炉的顶部向炉内吹入高压氧气制得钢。向转炉中吹入氧气能有效地除去Ｓ、Ｐ等杂质，还可避免由空气带入钢中杂质。氧气转炉钢质量较好，成本比平炉钢低，用于炼制优质碳素钢、普通碳素钢和合金钢，是目前我国炼钢的主要方法之一。２．平炉法平炉法是以固态或液态铁、铁矿石或废钢铁为原料，以煤气或重油为燃料，在平炉中炼制。平炉法炼制

3、的周期长、炉温高，能够更精确地控制钢液的化学成分，钢的质量较好。上一页下一页返回第一节钢材的冶炼与分类但是其设备投资大，热效率不高，冶炼时间长，故其成本较高。３．电炉法电炉法是以生铁和废钢为原料，用电加热进行冶炼的方法。其热效率高、除杂质充分，适合冶炼优质钢和特种钢，但成本最高。二、钢的分类１．按化学成分分类（１）碳素钢。通常其含碳量为０．０２％～０．６０％。（２）合金钢。合金钢是在钢材冶炼过程中，为改善钢性能或使其获得某些特殊性能，加入不同含量的合金元素而制得的钢种。上一页下一页返回第一节钢材的冶炼与分类按

4、合金元素总含量不同，合金钢可分为低合金钢（合金元素总含量＜５％）、中合金钢（合金元素总含量为５％～１０％）和高合金钢（合金元素总含量＞１０％）。２．按脱氧程度分类（１）沸腾钢。仅加入锰铁进行脱氧，脱氧不完全，脱氧后钢液中还有大量的ＣＯ气体逸出，钢液呈沸腾状态，故称沸腾钢，代号为“Ｆ”。这种钢材内部无空隙、轧制性能好、易于加工，其成本较低。但其内部组织不够致密、成分不均匀、易偏析，故其耐蚀性、抗冲击韧性和可焊性较差，尤其在低温时其冲击韧性显著下降。（２）镇静钢。采用锰铁、硅铁和铝锭作为脱氧剂，脱氧完全。上一页下

5、一页返回第一节钢材的冶炼与分类这种钢当钢液浇铸后在铸锭内呈静止状态，故称镇静钢，代号为“Ｚ”。镇静钢组织致密，成分均匀，偏析程度小，机械性能稳定，多用于承受冲击荷载及其他重要工程结构中。（３）半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢，并兼有两者的优点，代号为“Ｂ”。（４）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度更充分的钢，代号为“ＴＺ”。特殊镇静钢的质量优良，适用于特别重要的结构工程中。３．按用途分类（１）结构钢。结构钢按照其用途又可分为工程结构钢（建筑工程、桥梁、船舶、车辆等）和机械制造用结构钢（轴、齿轮、各种连接

6、件等）。其中用于制造工程结构的钢又称为工程用钢或构件用钢。上一页下一页返回第一节钢材的冶炼与分类（２）工具钢。工具钢用于制造各种加工工具，可分为刃具钢、模具钢、量具钢等。（３）特殊性能钢。它具有某种特殊物理或化学性能的钢种，包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。上一页返回第二节　建筑钢材的技术性能一、力学性能１．抗拉性能低碳钢轴向拉伸的应力（σ）-应变（ε）曲线如图７-１所示。从图中可以看出，低碳钢拉伸过程分为以下四个阶段。（１）弹性阶段。试样在受力时发生变形，卸除拉力后变形能完全恢复，该过程为弹性变形阶段。应力和应

7、变保持直线关系的最大应力称为材料的比例极限σＰ，低碳钢σＰ＝２００ＭＰａ。在弹性范围内，应力和应变成正比，比例系数为弹性模量犈。弹性模量是衡量材料刚度的重要指标，表征金属材料抵抗弹性变形的能力。其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。下一页返回第二节　建筑钢材的技术性能（２）屈服阶段。应力、应变不再成正比，应力基本不变，但变形增加较快，试件表面可观察到４５°滑移线，开始出现塑性变形；曲线呈现摆动，摆动的最大应力和最小应力分别称为屈服上限和屈服下限。由于屈服下限数值较为稳定，其被定义为材料屈服极限σｓ。钢

8、材受力大于屈服点的外力后，会出现较大的塑性变形，已不能满足使用要求。因此，屈服强度是设计中钢材强度取值的依据，是工程结构计算中非常重要的一个参数。（３）强化阶段。当荷载卸到零时，试件不能恢复到原长，产生了塑性变形，钢材抵抗塑性变形的能力重新得到提高，称为强化阶段。当钢材受拉力时所能承受的最大应力值，称为抗拉强度σｂ。上一页下一页返回第二节　建筑钢材的技术性能屈服极限和抗拉强度之比，称为屈强比（σｓ／