土木工程材料 第3章 建筑钢材

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1、第三章建筑钢材建筑钢材——用于土木工程的各种钢材，包括钢筋、钢丝、各种型钢、钢板、复合板、建筑五金等。优点：品质均匀；力学性能好（强度高，塑性和韧性好）；易于加工成板材、型材和线材；焊接和铆接性能良好。缺点：易锈蚀、维护费用高；耐火性差；生产能耗大。南京地铁公司大楼巴黎埃菲尔铁塔香港青马大桥(钢悬索桥)南京长江第三大桥（钢索塔、钢桥面）某钢筋混凝土结构施工现场第三章建筑钢材第一节概述第二节钢材的主要力学性能第三节钢材的工艺性能第四节土木工程中常用钢材的分类、性质与选用第五节钢材的锈蚀与防护第一节概述一、钢的冶炼钢和铁的主

2、要成分是铁和碳。含碳量大于2.06％的为生铁，含碳量小于2.06％的为钢。第一步：生铁的冶炼是将铁矿石、石灰石、焦碳和少量锰矿石在高炉内，在高温的作用下进行还原反应和其他的化学反应，铁矿石中的氧化铁形成金属铁，然后再吸收碳而成生铁。原料中的杂质则和石灰石等化合成熔渣。铁矿石铁水＋矿渣冶炼一、钢的冶炼第二步：钢的冶炼是以铁水或生铁作为主要原料，在转炉、平炉或电炉中冶炼。与生铁的冶炼相反，是用氧化的方法来除去铁中的碳及部分杂质。铁水或铁块、废钢钢水＋钢渣冶炼炼钢及钢材生产工艺示意图二、钢的分类1、按化学成分分类：碳素钢：按照

3、碳的含量分为：(1)低碳钢含碳量小于0.25％；(2)中碳钢含碳量为0.25％～0.6％；(3)高碳钢含碳量大于0.6％。合金钢：按照掺入合金元素(一种或多种)的总量分为：(1)低合金钢合金元素总含量小于5％；(2)中合金钢合金元素总含量为5％～10％；(3)高合金钢合金元素总含量大于10％。二、钢的分类2、按冶炼时的脱氧程度分:镇静钢、沸腾钢和半镇静钢镇静钢沸腾钢三、钢的化学成分对钢性能的影响1、碳（C）当含碳量大于1％后，强度下降。含碳量大于0.3％时钢的可焊性显著降低。此外，含碳量增加，钢的冷脆性和时效敏感性增大，

4、耐大气锈蚀性降低。三、钢的化学成分对钢性能的影响2、硅（Si）——有益元素硅含量在1％以内时，可提高钢的强度、疲劳极限、耐腐蚀性及抗氧化性，对塑性和韧性影响不大，但对可焊性和冷加工性能有所影响。硅可作为合金元素，用以提高合金钢的强度。3、锰（Mn）——有益元素锰可提高钢材的强度、硬度及耐磨性。能消减硫和氧引起的热脆性，改善钢材的热加工牲能。锰可作为合金元素，提高合金钢的强度。三、钢的化学成分对钢性能的影响4、硫（S）——有害元素硫会使钢材在焊接时，易产生脆裂现象，称为热脆性，显著降低可焊性。含硫过量还会降低钢的韧性、耐疲

5、劳性等机械性能及耐腐蚀性能。5、磷（P）——有害元素磷在常温下能提高钢的强度和硬度，但塑性和韧性显著下降，低温时更为显著，即引起所谓“冷脆性”。磷还会降低钢材的冷弯性能、可焊性等工艺性能，但磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性能。三、钢的化学成分对钢性能的影响6、氧（O）——有害元素氧是碳素钢中的有害杂质。含氧量增加，便钢的机械强度降低、塑性和韧性降低，促进时效作用，还能使热脆性增加，焊接性能变差。7、氮（N）——有害元素氮能使钢的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮还会加剧钢的时效敏感性和冷脆性，使可焊性变差。四、钢的晶体组织

6、及其对钢性能的影响1.钢的基本组织钢材是由无数微细晶粒所构成，而晶粒是由碳原子与铁原子结合而成的。钢中碳、铁原子相互结合形成三种形式的碳铁合金，它们在一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为钢的组织（有四种基本组织）：（1）固溶体微量的碳与铁在液态下相互作用形成液体溶液，凝固时碳溶入δ-Fe和γ-Fe的晶格间隙而形成的固态溶液，前者称为铁素体，后者称为奥氏体（只在高温下存在）；（2）化合物铁与碳结合成化合物Fe3C，称为渗碳体；（3）机械混合物固溶体（铁素体）与化合物（渗碳体）相互混合，形成一种层片状机械混合物，称为珠

7、光体。以上钢的四种基本组织及其特点见表3-2。由图可见，碳素钢的含碳量小于0.8%时，其基本组织为铁素体和珠光体，钢材的强度和硬度较低，但塑性和冲击韧性好；含碳量大于0.8%时，其基本组织为渗碳体和珠光体，因而钢材的强度和硬度高，但塑性和冲击韧性则相应降低。2、钢的晶体组织对钢性能的影响第二节钢材的主要力学性能一、强度二、塑性三、冲击韧性四、硬度一、强度四个阶段：Ⅰ弹性阶段Ⅱ屈服阶段Ⅲ强化阶段Ⅳ颈缩阶段图3-3低碳钢受拉的应力-应变图观看钢筋拉伸录像1、弹性极限与弹性模量弹性极限——弹性阶段的最大应力，用p表示。弹性阶

8、段的应力与应变成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示，/=E弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。常用低碳钢的弹性模量E=(2.0～2.1)105MPa，p=180～200MPa。2、屈服强度屈服阶段的应力与应变不再成比例，试件开始产生明显的塑性变形，而且应变增