建筑材料-钢材

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土木工程材料第七章 建筑钢材 教学目标 本章内容 2.1 建筑钢材基本知识 课 通过本章的学习, 2.1.1 建筑钢材概述 堂(1)了解铁和钢的概念、钢的分类、 2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢 练钢的冶炼加工及其 材质量的影响 习对钢质量的影响; 2.1.3 钢的分类(2)掌握建筑钢材 2.1.4 钢材的加工的主要技术性质 2.2 建筑钢材的主要技术性能(力学性质、工艺 2.2.1 力学性能 复性能)及其对钢材 习性能的影响;(3) 2.2.2 工艺性能掌握主要建筑钢材 2.3 建筑钢材的技术标准及应用 思 考的性质及应用;(4) 2.3.1 碳素结构钢了解钢的锈蚀、钢 2.3.2 优质碳素结构钢 题材防锈的要点。 2.3.3 低合金高强度结构钢 2.4 常用建筑钢材 2 2.1 建筑钢材基本知识 2.1.1 建筑钢材概述l 定义:建筑钢材主要是指用于钢结构中各种型材(如角 钢、槽钢、工字钢、圆钢等)、钢板、钢管和用于钢筋 混凝土结构中的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。l 性能及应用:建筑钢材有较 高的强度,有良好的塑性和 韧性,能承受冲击和振动荷 载,易于加工和装配,可以 焊接或者铆接,便于装配广 泛应用于建筑工程中。l 缺点:易锈蚀,耐火性差。 3前言 1996年以来,我国钢 产量一直居世界第一 位。2006年中国粗钢 产量突破4亿吨,占世 界钢产量的34.4%, 相当于前六大钢铁生 产国日本、美国、俄 罗斯、韩国、德国、 印度的总和。 钢筋混凝土用热轧带 肋钢筋是重要的钢铁 产品,它应用范围广, 生产量大。据粗略的 统计:2006年我国钢 筋实际产量已达8792 万吨左右,约占我国 钢产量的20.8%。 4 近年来,伴随我国经济持续高 我国建筑用钢占钢材的消 速增长,建筑业作为我国国民 费比例约为53.3%,其中 经济支柱产业之一也得到了快 长材的消费占76%以上。 速的发展。由于目前我国建筑 钢筋占建筑用长材的61% 。 主要为钢筋混凝土结构形式,钢筋的生产与消费量增长很快 。 5678910111213141516172.1.2 钢的冶炼加工及其对钢材质量的影响 冶炼原理:将生铁在1700℃ l 生铁硬而脆,无塑 左右熔融,进行氧化,使碳 性和韧性,不能进行焊 的含量降低到一定的限度, 接、锻造、轧制等加工, 同时把其他杂质含量降低到 在建筑中很少应用。 允许范围内。 l 碳素钢——含碳量在0.02%~2.06%,含有害杂质较少 的铁碳合金。 炼钢方法:大规模的炼钢方法主要有转炉法、平炉炼 钢法和电弧炼钢法三种。 钢材交货时,必须对所用炉种以规定的代号做出标志, 脱氧状态也是钢质标志的内容之一。 181920顶吹氧气转炉 21222.1.3 钢的分类 l 按化学成分分类 ?碳素钢:低碳钢:含碳量< 0.25% 中碳钢:含碳量为0.25%~0.60%   高碳钢:含碳量> 0.60% ?合金钢:低合金钢:合金元素总含量< 5.0%   中合金钢:合金元素总含量为5.0%~10%   高合金钢:合金元素总含量> 10% l 按质量(杂质含量)分类 ?普通钢:含硫量≤0.055%~0.065%;含磷量≤0.045% ?优质钢:含硫量≤0.03% ~0.045%;含磷量≤0.035% ?高级优质钢:含硫量≤0.02% ~0.03%;含磷量≤0.027% l 按用途分类 ?结构钢:建筑工程用结构钢、机械制造用结构钢 ?工具钢:用于制作道具、量具、模具等 ?特殊钢:不锈钢、耐酸钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等 l 建筑工程中常用的钢种是普通碳素结构钢和普通低合金 结构钢。 23 l 根据脱氧程度不同,浇铸的钢锭可分为:沸腾钢、镇静钢和 半镇静钢。 脱氧程度不同的三种钢锭的比较 名称 脱氧程度 质量 组织不够致密,气泡多,化学偏析 大,成分不均匀,硫、磷杂质较多 沸腾钢( ) 不完全 F 质量较差,成本较低。广泛用于一 般建筑工程。 组织致密,成分均匀,机械性能好, 镇静钢(Z) 充分 质量较好,成本较高。适用于预应 力混凝土等重要结构工程。半镇静钢(b) 均介于上二者之间 24? 建筑钢材的产品一般分为型材、板材、 线材和管材等几类。型材包括钢结构用的 角钢、工字钢、槽钢、方钢、轨道钢等。 线材包括钢筋混凝土和预应力混凝土用的 钢筋、钢丝和钢铰线等。板材包括用于水 利水电工程金属结构、房屋、桥梁及建筑 机械的中厚钢板;用于屋面、墙面、楼板 等的薄钢板。管材主要用于钢桁架和供水、 供气(汽)管线等。 25 2.1.4 钢材的加工? 冶炼生产的钢,除极少量直接用作铸件外,绝大 部分都是先浇铸成钢锭,然后再加工制成各种钢 材。? 将钢锭加热到1150~1300℃后进行热轧,所得的 产品为热轧钢材。将钢锭先热轧,经冷却至室温 后再进行冷轧的产品为冷轧钢材。一般建筑钢材 以热轧为主。钢管是用钢板加工焊制而成的。无 缝钢管是对实心钢坯进行穿孔,经热轧、挤压、 冷轧、冷拔等工艺而制得。 26? 钢材热轧具有良好的塑性,容易成型。成 型后钢材没有内应力,便于工序加工。如 建筑用的钢筋,用来进行冲压的钢板,要 进行机械加工和热处理的钢材。? 钢材冷轧具有冷加工硬化的特性,由于冷 轧具有较好的机械性能,很多直接使用的 钢材都使用冷轧钢材。如冷轧钢丝,冷轧 钢板,冷轧扭钢筋。 2728293031323334 观察与讨论­以下为沸腾钢(A)与镇静钢(B)两钢锭的纵剖 面,请观察其结构差别,讨论其性能差异。 (A)沸腾钢  (B)镇静钢 讨论 35讨论: Ä从图中可见,沸腾钢的气泡明显多于镇静钢,沸腾钢是 脱氧不完全的钢,浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体 外逸,引起钢液剧烈沸腾。沸腾钢内部杂质和夹杂物多,化 学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差, 但生产成本低,可用于一般地建筑结构。而镇静钢是指在浇 铸时,钢液平静地冷却凝固,基本无一氧化碳气泡产生,是脱 氧较完全的钢。钢质均匀密实,品质好,但成本高。镇静钢 可用于承受冲击荷载地重要结构。   此外,还有比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢,其质 量最好,称特殊镇静钢,其使用于特别重要的结构工程。脱 氧程度与质量介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,称为半镇静钢, 其质量较好。 36 案例分析钢结构屋架坍塌 ­某厂的钢结构屋 架用中碳钢焊接 而成,使用一段 时间后,屋架坍 塌,请分析事故 原因。 钢结构屋架 分析答案 37分析: Ä首先是因为钢材的选用不当,中碳钢 的塑性和韧性比低碳钢差;且其焊接性能 较差,焊接时钢材局部温度高,形成了热 影响区,其塑性及韧性下降较多,较易产 生裂纹。建筑上常用的主要钢种是普通碳 素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强 度结构钢。
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