第2章+建筑金属材料

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1、第2章建筑金属材料本章学习指导2.1钢的分类2.2建筑钢材的力学与工艺性能2.3钢材的组成结构及对性能的影响2.4钢材的强化与加工2.5土木工程常用金属材料的性质及应用2.6钢材的腐蚀与防护本章学习指导本章共6个知识点。本章的教学目标是：⑴了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系；⑵熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素；⑶熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；⑷掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。难点:钢材的塑性、韧性、耐疲劳性，以及微量组分对钢材性能的影响。建议在学习中需联系钢材的组成结构分析其

2、性能，来理解其应用。还需说明的是，除钢材外，铝合金近年迅速发展，对其在土木工程中的应用亦应有所了解。历史回顾广州海珠桥的钢材广州海珠桥已经“年逾七旬”，但其使用的钢材预计已有百年历史。2004年，提供建造海珠桥钢材的英国企业向广州市政部门发来传真，提醒有关部门注意，这些钢材是从当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来的，所以就其寿命计算，海珠桥使用的钢材预计已有百年历史，已经进入疲劳期，继续使用则需进行疲劳强度的测试，并根据测试结果进行加固等。基础知识2.1钢的分类钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁碳合金称

3、为生铁。2.1.1按化学成分分类2.1.2按品质（杂质含量）分类2.1.3按冶炼时脱氧程度分类2.1.1按化学成分分类1.碳素钢低碳钢：含碳量<0.25％中碳钢：含碳量为0.25％～0.60％高碳钢：含碳量>0.60％2.合金钢低合金钢：合金元素总含量<5.0％中合金钢：合金元素总含量为5.0％～10％高合金钢：合金元素总含量>10％注意:建筑工程中的钢材——低碳钢及低合金钢。2.1.2按品质（杂质含量）分类1.普通钢：含硫量≤0.050％；含磷量≤0.045％2.优质钢：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％3.高级优质钢：含硫量≤0.025％；含磷

4、量≤0.025％4.特级优质钢：含硫量≤0.015％；含磷量≤0.025％2.1.3按冶炼时脱氧程度分类1.沸腾钢炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为“F”。其冲击韧性和可焊性较差。2.镇静钢炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为“Z”。3.半镇静钢介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为“b”。4.特殊镇静钢比镇静钢脱氧程度更彻底的钢。代号为“TZ”。特殊

5、镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。观察与讨论讨论AB2.1钢的分类钢材的冶炼脱氧程度与性能下图为沸腾钢（图A）与镇静钢（图B）两钢锭的纵剖面，请观察其结构差别，讨论其性能差异。讨论从图中可见，沸腾钢的气泡明显多于镇静钢，沸腾钢是脱氧不完全的钢，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体外逸，引起钢液剧烈沸腾。沸腾钢内部杂质和夹杂物多，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差，但生产成本低，可用于一般建筑结构。而镇静钢是指在浇铸时，钢液平静地冷却凝固，基本无一氧化碳气体产生,是脱氧较完全的钢。钢质均匀密实，品质好，但成本高。镇静钢可用于承受

6、冲击荷载的重要结构。此外，还有比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，其质量最好，称特殊镇静钢，其使用于特别重要的结构工程。脱氧程度与质量介于镇静钢和沸腾钢之间的半镇静钢，其质量较好。2.1钢的分类工程实例分析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。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钢的分类基础知识2.2建筑钢材的主

7、要技术性能2.2.1抗拉性能2.2.2冲击韧性2.2.3耐疲劳性2.2.4工艺性能2.2.1抗拉性能强度的概念：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。测定方法：拉伸试验。四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。2.2.1抗拉性能2.2.2冲击韧性概念：处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。试验：将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧，在试样中间开V形缺口。2.2.3耐疲劳性疲劳破坏：受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象。破坏原因：一般是由拉应力引起的，首先在局部开

8、始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突