[理学]第2章建筑钢材课件.ppt

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1、土木工程材料----土木工程第2章建筑钢材2009年版2.1　钢的冶炼和分类2.1.1钢的冶炼1．炼铁2．炼钢3．脱氧4．轧钢问：与钢材相比含碳量高是铁，还是含碳量低是铁？11.钢材的分类按脱氧程度分类沸腾钢其代号为“F”。缺点：沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重，钢的致密程度较差。优点：成品率较高，故成本较低。镇静钢其代号为“Z”。优点：组织致密，气泡少，偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优越。半镇静钢其代号为“b”。特殊镇静钢22.1.2钢的分类按化学成份分类碳素钢：含碳量为0.02％～2.11％的铁碳合金碳素钢根据含碳量可分为：低碳钢（含碳小于0.25％）；

2、中碳钢（含碳0.25％～0.6％）；高碳钢（含碳大于0.6％）合金钢碳素钢中加入一定量的合金元素则称为合金钢。合金元素：硅（Si）、锰（Mn）等合金钢按合金元素的总含量可分为低合金钢（合金元素总含量小于5％）；中合金钢（合金元素总含量为5％～10％）；高合金钢（合金元素总含量大于10％）。32.1.2钢的分类按品质（杂质含量）分类普通钢优质钢高级优质钢特级优质钢。42.2.1钢的基本晶体结构及对钢材性能的影响1．纯铁的晶格类型2．钢的基本晶体组织（1）铁素体（2）渗碳体（3）珠光体52.2.2化学成分对钢性能的影响碳碳是决定钢材性质的主要元素。碳含量提高，强度和硬度相

3、应提高，而塑性和韧性则相应降低。碳是显著降低钢材可焊性元素之一，含碳量超过0.3％时钢的可焊性显著降低。含碳量增加还增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。62.2.2化学成分对钢性能的影响硅硅含量在2％以内，可提高钢材的强度、疲劳极限、耐腐蚀性及抗氧化性，对塑性和韧性影响不明显。硅是我国钢筋用钢的主加合金元素，主要用于提高钢材的强度。72.2.2化学成分对钢性能的影响锰锰对氧和硫的结合力大于铁对氧和硫的结合力，因此锰能使有害的FeO、FeS分别形成MnO、MnS而进入钢渣中，因而，锰能消减硫和氧所引起的热脆性，使钢材的热加工性质和可焊性改善。多余的锰溶于铁素体

4、中，可提高钢材的强度。锰是我国低合金结构钢的主加合金元素，锰含量一般在l％～2％范围内。82.2.2化学成分对钢性能的影响磷磷是碳素钢中的有害杂质。它可使钢材的强度提高，但塑性和韧性显著下降，同时使钢材冷脆性显著增大。磷在钢中的偏析倾向强烈，显著降低钢材的可焊性，焊接时焊缝容易产生裂纹。92.2.2化学成分对钢性能的影响硫硫是钢中很有害的元素。热脆性：硫往往形成低熔点硫化铁FeS，夹杂在钢材中。钢材在红热状态下进行加工或焊接时，FeS已熔化，使钢的内部产生裂纹，这种在高温下产生裂纹的特性称为热脆性。硫所引起的热脆性大大降低了钢材的热加工性和可焊性。硫偏析较严重，降低了

5、钢材的冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。102.2.2化学成分对钢性能的影响氧氧是钢中的有害杂质降低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变坏。112.2.2化学成分对钢性能的影响氮氮可使钢材的强度提高，但塑性特别是韧性显著下降。溶于铁素体中的氮，有向晶格的缺陷处移动、集中的倾向，故可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。12工程实例分析2.1钢的分类现象原因分析某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌。13原因分析首先是因为钢材的选用不当，中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差；其次是焊接性能较差，焊接时钢材局部

6、温度高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。2.1钢的分类142.3建筑钢材的主要力学性能本节介绍抗拉性能冷弯性能冲击韧性硬度耐疲劳性152.3.1抗拉性能拉伸性能是建筑钢材的重要性能。拉伸试验中的重要技术指标屈服点抗拉强度伸长率162.3.1抗拉性能弹性阶段弹性极限屈服阶段屈服点σS强化阶段极限抗拉强度σb颈缩阶段172.3.1抗拉性能18例题问题：低碳钢拉伸过程中屈服阶段的特点是。A、随荷载的增加应力和应变成比例增加B、荷载不增加情况下仍能继续伸长C、荷载增加，应变才相应增加

7、，但应力与应变不是直线关系D、应变迅速增加，应力反而下降，直至断裂答案：B192.3.1抗拉性能屈强比定义屈强比指钢材拉伸时的屈服强度和抗拉强度的比值，用σS／σb表示。屈强比的工程意义屈强比越小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性大，因而结构的安全性高。但屈强比太小，反映钢材不能有效地被利用。屈强比大，钢材的强度利用较为充分，但钢材受力超过屈服点工作时的可靠性差。20例题问题：下列关于钢材的屈强比的叙述中，合理的是。Ａ、屈强比越高，结构越安全，且钢材利用率也较高Ｂ、屈强比越高，结构越安全，但钢材利用率不高Ｃ、屈强比越高，结构越不安全，但钢材利用率