建筑金属材料.ppt

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1、土木工程材料第二章 土木工程用钢材。各类钢材建筑钢材金属材料包括：黑色金属：以铁为主要成分的金属及其合金，如铁，钢，合金钢等有色金属：以其他金属元素为主要成分的金属及其合金，如铜，锌，铅等建筑钢材可用作主要的结构材料（钢筋混凝土，建筑钢结构，桥梁、铁路工程）、也可以用作连接材料、围护材料和饰面材料等如门窗和建筑五金等。优点：高的抗拉强度易于加工成板材、型材和线材良好的焊接和铆接性能缺点：易锈蚀、维护费用高耐火性差生产能耗大第一节钢材的冶炼和分类炼钢的原理——将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到一定限度，同时把其它杂质的含量也降低

2、到容许的范围内。即：含碳量在2％以下，有害杂质含量较少的Fe—C合金称为钢主要炼钢方法：空气转炉炼钢法氧气转炉炼钢法平炉炼钢法电炉炼钢法依据脱氧程度：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢第一节钢材的冶炼和分类第一节钢材的冶炼和分类依据脱氧程度：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢沸腾钢：脱氧不充分，铸锭时有大量CO气体外逸，引起钢水剧烈沸腾，称沸腾钢。镇静钢：镇静钢的脱氧充分，铸锭时钢水平静地凝固，故称为镇静钢。非镇静钢：介于沸腾钢和镇静钢之间。钢材生产示意图第一节钢材的冶炼和分类1.按化学成分分类（１）碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称

3、铁一碳合金。其含碳量为0.02％～2.06％。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为：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）合金钢。是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为低合金钢（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％）。2.按冶炼时脱氧程度分类（１）沸腾钢

4、。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的ＣＯ气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“Ｆ“。沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，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。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢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”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于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

5、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”。3.按有害杂质含量分类接钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类：（１）普通钢。磷含量不大于0.045％；硫含量不大于0.050%。（２）优质钢。磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。（３）高级优质钢。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。（４）特级优质钢。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。第二节钢材的化学成分

6、及对性能的影响钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。（1）碳：土木工程用钢材含碳量不大于0.8％。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。（2）硅：当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。（３）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1%～２％范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性

7、质改善。（４）硫：硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，（热脆性）显著降低可焊性。（５）磷：为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。（６）氧：为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造

8、成的低熔点亦使钢的可焊形变差。（７）氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。（８）钛：钛是强脱氧剂。它能显