第2章建筑钢材.ppt

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1、第二章 建筑钢材一.钢材的化学成分及晶体组织二.钢材的分类三.建筑钢材的主要力学性能四.钢材的冷加工强化及时效强化、热处理和焊接五.钢材的防火和腐蚀六.建筑钢材的品种与选用学习目的和要求熟练掌握建筑钢材的主要力学性能；熟悉建筑钢材的冷加工强化及时效强化、热处理和焊接方法；熟悉建筑钢材的防火和防腐蚀；掌握土木工程中常用建筑钢材的分类及其选用原则。第一节钢材的化学成分及晶体组织一.钢的晶体组织铁-碳合金晶体金属键—钢材的强度和塑性1.铁和碳三种结合形式固溶体——铁（Fe）中固溶着微量的碳(C)；化合物——铁和碳结合成化合物Fe3Ｃ；机械混合物——固

2、溶体和化合物的混合2.钢的显微组织铁素体Ｃ在α一Fe中，溶碳能力较差（小于0.02％），塑性、韧性很好，强度、硬度很低。奥氏体723℃以上，Ｃ在γ一Fe中的固溶体，溶碳能力较强。其强度、硬度不高，但塑性好，在高温下易于轧制成型。渗碳体化合物Fe3C，含Ｃ量高（达6.67％），塑性差，性硬脆，抗拉强度低。珠光体铁素体和渗碳体的机械混合物，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。3.晶体缺陷（1）点缺陷空位：强度间隙原子：晶面滑移力强度（弥散强化）（2）线缺陷位错：塑性点缺陷线缺陷（3）面缺陷晶界处原子排列混乱晶界滑移阻力强度塑性晶粒细，晶界多，强度高

3、，韧性好。（细晶强化）二.钢材的化学组成1.碳（C）（）强度塑性、韧性可焊性冷脆性、时效敏感性抗大气敏感性2.硅(Si)：Si<1%时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。3.锰（Mn)：含量在1%～２％范围内，细晶强化，强度提高，减硫脱氧，改善热加工性质。4.硫（S）氧(O)磷(P)氮(N)S、O强烈的偏析作用，降低各种力学性能低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。P偏析富集，低温冷脆，并显著降低钢材的可焊性。提高耐磨性和耐腐蚀性（低合金钢中配合其他元素使用）N塑性、韧性，可焊性，时效敏感性和冷脆性。5.钛（Ti）、钒(V

4、)Ti强脱氧剂,细晶强化（显著提高强度，改善韧性和可焊性，减少时效倾向）。V与C、N、O形成化合物，细晶强化（能有效提高强度，并能减少时效倾向)，焊接淬硬。一.按化学成分分1.碳素钢低碳钢（含碳量小于0.25％）、中碳钢（含碳量为0.25％～0.60％）高碳钢（含碳量大于0.60％）2.低合金钢（合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等）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％）。第二节钢材的分类二.按冶炼方法分1.氧气转炉钢时间短（20～40min）,不需燃料。建筑用钢的主流2.

5、平炉钢时间长（2～3h），质量好，设备投资大，燃料效率低，成本高。3.电炉钢利用电流的热效应产生的高温炼钢，可在短时间达到预定高温，能充分除去P和S，得到高纯度的优质钢，适用于冶炼优质或特殊质量的特种钢。三.按冶炼时脱氧程度分类1.沸腾钢以锰铁为脱氧剂，则脱氧不完全。钢水入锭时，会有大量的ＣＯ气体外逸，呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“Ｆ”。特点：塑性好、利于冲压，但化学成分不匀，P和S偏析严重，沸腾钢组织不够致密，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。2.镇静钢以锰铁、硅铁和铝锭为脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢

6、水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“Ｚ”。特点：组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。成本较高，适用于承受冲击振动荷载、预应力混凝土等重要的结构工程。3.半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“ｂ”。4.特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。四.按有害杂质含量分类按钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类：1.普通钢P≤0.045％；S≤0.050%。2.优质钢P≤0.035%；S≤0.035%。3.特级优质钢P

7、≤0.025%；S≤0.015%。五.按用途分类1.结构钢主要用于工程结构构件及机械零件的钢，一般为低碳钢或中碳钢。2.工具钢主要用于各种工具、量具及模具的钢，一般为高碳钢。3.特殊钢具有特殊物理化学或机械性能的钢，如：不锈钢、耐热钢、耐酸钢等，一般为合金钢。第三节建筑钢材的主要技术性能钢材的优点：强度高、品质均匀、具有一定弹性和塑性变形能力，能承受冲击和振动荷载。可加工性能好、可铸造成各种形状、装配性强。缺点：易锈蚀、维修费用大、耐火性差一.抗拉性能1.弹性极限σpOA段为弹性阶段，应力应变成正比，A点对应的应力值为σp2.屈服点σs屈服下限

8、Ｃ下所对应的应力为屈服强度或屈服点，记做σs。设计时一般以σs作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，规定以0.2％残余变形时的应力σ0.2作为屈