土木工程材料 教学课件 作者 程云虹 陈四利 主编 丛树民 副主编第6章 土木工程用钢.ppt

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1、第六章建筑钢材土木工程用钢材是指用于钢结构的各种型材（如圆钢、角钢、槽钢和工字钢等）、钢板和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。2011-091一、钢的冶炼与分类1.钢的冶炼钢的冶炼是将熔融的生铁进行氧化，使碳和其他杂质的含量降低到允许的范围内。常用的钢的冶炼方法有三种：转炉法，平炉法，电炉法。2011-0922.钢的分类按脱氧程度分类：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。按化学成分分类：碳素钢（低碳钢，中碳钢，高碳钢），合金钢（低合金钢，中合金钢，高合金钢）。按有害杂质含量分类：普通钢，优质钢，高级优质钢，特级优质钢。

2、按用途分类：结构钢，工具钢，特殊钢。土木工程中常用的钢种有普通碳素结构钢中的低碳钢和普通合金结构钢中的低合金钢。2011-093二、钢的晶体组织和化学成分1.钢的晶体组织由于铁和碳结合方式的不同，碳素钢在常温下的基本晶体组织有三种。铁素体：铁素体是碳溶于α-Fe晶格（铁在常温下形成的体心立方晶格）中的固溶体。渗碳体：渗碳体是铁和碳的化合物（Fe3C）。珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物。2011-094图6.1碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系图6.2含碳量对热轧碳素钢性质的影响σb—抗拉强度；αk—冲击韧性

3、；HB—硬度；δ—伸长率；ψ—断面收缩率。2011-0952.钢的化学成分钢中主要化学成分是铁和碳元素，此外，还有少量的硅、锰、硫、磷、氮、氧、钛、钒等元素。硅、锰：炼钢时为脱氧去硫而加入的。硫、磷、氮：钢中有害元素。氮：主要嵌溶于铁素体中，对钢性质的影响与碳、磷相似。钛：强脱氧剂。钒：弱脱氧剂。2011-096三、钢材的主要技术性能1.力学性能（1）抗拉性能弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段弹性极限屈服极限抗拉强度弹性模量强屈比图6.3低碳钢受拉时的应力-应变图2011-097试件拉断后，标距的伸长与原始标距长度的百分率，

4、称为断后伸长率。图6.4伸长率的测量2011-098式中，ψ——断面收缩率；A0——试件原始横截面积，mm2；A1——试件断后颈缩处横截面积，mm2。试件拉断后，颈缩处横截面积的最大缩减量占试件原始横截面积的百分率，称为钢材的断面收缩率。2011-099以残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服强度，称为条件屈服点，用σ0.2表示。图6.5硬钢的屈服点σ0.22011-0910（2）冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。图6.6钢材的冲击试验1—摆锤；2—试件2011-0911以试件打断时单位截面积上所消耗的

5、功作为钢材的冲击韧性指标。式中，αk——冲击韧性指标；Ak——冲断试件所消耗的功（Ak=GH1-GH2，G为摆锤质量，见图6.6）；F——试件断口处的截面积。2011-0912试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降，开始时下降平缓，当达到某一温度范围时，突然下降很多而呈脆性。这种现象称为钢材的冷脆性，此时的温度称为脆性临界温度。图6.7含锰低碳钢αk值与温度的关系2011-0913（3）耐疲劳性在交变荷载反复作用下，钢材在应力低于其抗拉强度时发生突然破坏，这种现象称为疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳强度或疲劳极限表示，它是

6、指钢材在交变荷载作用下于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。2011-0914试验表明，钢材承受的交变应力越大，则断裂时的交变循环次数越少，相反，交变应力越小，则交变循环次数越多；当交变应力低于某一值时，交变循环次数达无限次也不会产生疲劳破坏。图6.8疲劳曲线示意图2011-0915（4）硬度硬度是指钢材表面局部体积内抵抗硬物压入而产生的塑性变形的能力，亦即指抵抗其他更硬的物体压入钢材表面的能力，是衡量钢材软硬程度的一个重要指标。测定钢材硬度的方法有布氏法、洛氏法和维氏法，较常用的为布氏法和洛氏法。2011-09

7、162.工艺性能工艺性能是指钢材是否易于加工，能否满足各种成型工艺的性能。（1）冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。2011-0917钢材的冷弯性能用弯曲角度和弯心直径与试件厚度或直径的比值来表示。图6.9冷弯试验示意图（d=a，180°）1—弯心；2—试件；3—支座冷弯试验是将钢材按规定的弯心直径弯曲到规定的角度，弯曲处若无裂纹、断裂及起层等现象，则认为冷弯性能合格。2011-0918（2）焊接性能钢材的焊接性能是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能与原钢

8、材尽可能相同，特别是强度应不低于原有钢材的强度。焊接性能的好坏主要与钢的化学成分和含量有关。2011-0919四、钢材的冷加工与热处理1.冷加工强化冷加工是指将钢材在常温下进行的加工。（1）冷拉钢材通过张拉，其屈服点提高而抗拉强度基本不变，塑性和韧性相应降低。图6.10钢筋冷拉与时效前后应力-应变图的变