土木工程材料-第2章-建筑钢材课件.ppt

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1、土木工程材料第2章建筑钢材第2章建筑钢材钢材与混凝土相比的优点：1.抗拉强度高2.塑性好3.韧性好4.性能稳定5.比强度高土木工程材料第2章建筑钢材钢材与混凝土相比的缺点：1.易生锈2.防火性能差3.自重大土木工程材料第2章建筑钢材建筑钢材是指用于钢结构的各种型材、板材、钢管和用于混凝土结构的钢筋、钢丝、钢绞线等土木工程材料第2章建筑钢材§2.1金属的微观结构及钢材的化学组成2.1.1金属的微观结构钢材是金属晶体什么是晶体？钢材有晶体的特性吗？原子→晶胞→晶粒→晶体→金属固体在热力学上最稳定的状态是处于0K时的状态。此时，其内部能量最低，晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。实际的真实晶体中，在高

2、于0K的任何温度下，都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。钢材也非完美，其中的缺陷类型主要有三种。土木工程材料第2章建筑钢材土木工程材料第2章建筑钢材在金属晶体中，位错及其它类型的缺陷是大量存在的。位错的存在使金属的实际屈服强度远低于在无缺陷理想状态下的理论强度。空位使位错的阻力减小，钢材强度减小。而间隙原子、杂质原子和晶界面使位错的阻力增大，钢材的强度增大而塑性降低。土木工程材料第2章建筑钢材2.1.1钢材的化学组成钢的基本成分是铁和碳，此外还有某些合金元素和杂质元素。钢材与铁的区别在于碳含量，钢材的碳含量在2%以下。按化学成分钢材可分为碳素钢和合金钢两类。碳素钢按碳含量

3、可分为：土木工程材料第2章建筑钢材合金钢按合金元素的总含量可分为：钢材中各元素对钢材的性能有不同的影响。现对钢材中主要合金元素和杂质元素的存在形态及其对钢材性能的影响作简要介绍。土木工程材料第2章建筑钢材◈碳碳是钢材中最重要的合金元素，故钢材也被称为铁-碳合金。钢材中碳原子与铁原子的结合有三种基本方式：固溶体、化合物和机械混合物。与此相对应，碳素钢在常温下形成的基本组织也有三种：铁素体、渗碳体和珠光体。结合方式基本组织固溶体铁素体化合物渗碳体机械混合物珠光体铁素体:钢材中的铁素体系碳在α-Fe中的固溶体，由于α-Fe体心立方晶格的原子间的空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少，由缺陷对钢材性

4、能的影响可知其塑性、韧性好；但强度、硬度低。渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8％)，层状结构，性能介于铁素体与渗碳体之间。土木工程材料第2章建筑钢材碳素钢中上述基本组织含量与含碳量的关系如下图：基本组织的相对含量（%）00.82.0含碳量（%）土木工程材料第2章建筑钢材土木工程材料第2章建筑钢材图2-8可见，随碳含量增大，σb抗拉强度先增大后减小，HB硬度增大，αk冲击韧性减小，δ伸长率减小，ψ面积缩减率减小，即塑性降低。除此之外，碳含量增大还会降低钢材的可焊性

5、和抗大气锈蚀性，增加冷脆性和时效敏感性。◈硅、锰硅和锰是两种重要的合金元素，通常在炼钢后期作为脱氧剂加入。可提高钢材的强度，而且对塑性和韧性的影响不明显。土木工程材料第2章建筑钢材◈钛、钒、铌钛、钒和铌是我国钢材中常见的合金元素。其作用是作为晶种细化晶粒，都可以提高强度。◈磷、硫、氧、氮是杂质元素。磷会加剧钢材的冷脆性，即在低温下脆性增大，塑性和韧性显著降低，可焊性降低，强度提高。氮的影响与磷类似。硫会加剧钢材的热脆性，即在高温下脆性增大，故显著降低可焊性，还使强度降低。氧的影响与硫类似。化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）<1%↑↑↑↓↓↓冷脆、时效↑抗大气锈蚀↓硅（Si）<1%↑↑

6、↓↓↓脱氧剂锰（Mn）↑↑↑↑脱氧剂钛（Ti）　↑↑↑↓↑↑强脱氧剂钒（V)　　↑↑时效↓铌（Nb）↑↑磷（P）　↑↑↓↓↓↓↓↓冷脆性↑↑硫（S）　↑↓↓↓热脆性↑氧（O）↑↓↓↓冷脆性↑氮（N）↑↑↓↓↓↓↓冷脆、时效↑土木工程材料第2章建筑钢材化学元素对钢材性能的影响土木工程材料第2章建筑钢材炼钢时脱氧程度不同，钢的质量差别很大，通常可分为以下三种：沸腾钢脱氧不完全，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

7、一般建筑工程。镇静钢脱氧完全，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结构工程。土木工程材料第2章建筑钢材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”。土木工程材料第2章建筑钢材§2.2建筑钢材的主要力学性能2.2.1抗拉性能是钢材最重