钢材土木工程材料课件.ppt

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1、建筑材料ConstructionMaterials第二章土木工程用钢材前言建筑钢材的类型建筑钢材的应用建筑钢材的特点一、建筑钢材的类型建筑钢材前言型材板材线材管材结构用的角钢I字钢（基础支撑）槽钢方钢吊车轨钢板桩薄板厚板钢筋钢丝钢绞线供水、供气（汽）管线等。二、建筑钢材的应用建筑钢材前言重型工业厂的屋架、吊车梁；大跨度房屋结构；大跨度桥梁；多层、高层房屋的梁架；移动式结构；轻型结构；在抗震要求比较高的地方。三、建筑钢材的特点建筑钢材前言优点缺点承载力高而重量较轻；材质均匀、致密，可靠性高；钢材的塑性和韧性好；加工性能好，便于安装；耐热性较好。易锈蚀；耐火性差；能耗大、成本高

2、；特点建筑钢材钢的冶炼与分类第一节钢的冶炼与分类钢的冶炼钢的分类建筑钢材钢的冶炼与分类一、钢的冶炼钢的冶炼钢的铸锭钢的压力加工钢的冶炼过程钢的冶炼方法铸锭脱氧处理化学偏析热加工冷加工氧气转炉法空气转炉法平炉炼钢法电炉炼钢法炼钢——生铁+氧建筑钢材钢的冶炼与分类二、钢的分类按化学成分按脱氧程度按有害物质含量按冶炼方法按用途碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢沸腾钢F——一般工程镇静钢Z——预应力砼半镇静钢B特殊镇静钢TZ——特别重要工程普通钢优质钢高级优质钢特级优质钢平炉、转炉、电炉结构钢、工具钢、特殊钢0.02%

3、铁矿生铁FeO、Fe2O3钢Fe2O3高炉中高温、加C（燃料）、石灰石等溶剂Fe，含C、S、P等有害元素，硬而脆、塑性差、抗拉强度差。C+O2CO2S+O2SO2P+O2P2O5加氧脱氧C、S、P等元素含量减少，技术性能及质量比生铁好的多。钢的冶炼过程示意图比重较大，生成矿渣加Mn,Si第二节化学成分对钢材性能的影响一、钢材的组织钢材中铁和碳原子结合有三种基本形式：固溶体、化合物和机械混合物。1、固溶体是以铁为溶剂，碳为溶质所形成的固体溶液，铁保持原来的晶格，碳溶解其中；2、化合物是Fe、C化合成化合物(Fe3C)，其晶格与原来的晶格不同；3、机械混合物是由上述固溶体与化合

4、物混合而成。二、化学成分1、钢中的主要成分是铁，由于原料、燃料、冶炼过程等因素使钢材中存在少量的其他元素，如碳、硅、硫、磷、氧、氮等。2、合金钢是为了改性而有意加入一些元素，如锰、硅、矾、钛等，这些元素对钢铁有不同的影响。1．碳碳是决定钢材性质的主要元素。对钢材力学性质影响如图。当含碳量低于0.8％时，随着含碳量的增加，钢的抗拉强度和硬度提高，而塑性、断面收缩率及韧性降低。同时，还将使钢的冷弯、焊接及抗腐蚀等性能降低，并增加钢的冷脆性和时效敏感性。图：碳含量对热轧碳素钢性能的影响p212．磷、硫磷与碳相似，能使钢的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降，显著增加钢的冷脆性，磷

5、的偏析较严重，焊接时焊缝容易产生冷裂纹，所以磷是降低钢材可焊性的元素之一。但磷可使钢材的强度、耐蚀性提高。硫在钢材中以FeS形式存在，在钢的热加工时易引起钢的脆裂，称为热脆性。硫的存在还使钢的冲击韧度、疲劳强度、可焊性及耐蚀性降低。因此，硫的含量要严格控制。3．氧、氢、氮氧、氢、氮也是钢中的有害元素，显著降低钢的塑性和韧性，以及冷弯性能和可焊性。5．铝、钛、钒、铌以上元素均是炼钢时的强脱氧剂。适量加入钢内，可改善钢的组织，细化晶粒，显著提高强度和改善韧性。4．硅、锰硅和锰是在炼钢时为了脱氧去硫而有意加入的元素。硅是钢的主要合金元素，含量在1％以内，可提高强度，对塑性和韧性没

6、有明显影响。但含硅量超过1％时，冷脆性增加，可焊性变差。锰能消除钢的热脆性，改善热加工性能。能使有害物质形成MnO、MnS而进入钢渣中，其余的锰溶于铁素体中，显著提高钢的强度。但其含量不得大于1％，否则可降低塑性及韧性，可焊性变差。第三节钢材的技术性能钢的主要技术性能力学性能加工工艺性能抗拉性能冲击韧性耐疲劳性硬度冷弯性能冷加工性能时效强化焊接性能抗拉性能软钢（中低碳钢）的抗拉性能钢材的拉伸实验分四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段(1)弹性阶段a.弹性变形b.弹性极限，以σp表示。c.应力与应变的比值为常数，即弹性模量(E)，E

7、=σ/ε，单位MPa。弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。建筑常用碳素结构钢Q235的弹性模量E=(2.0～2.1)×105MPa。(2)屈服阶段a.塑性变形b.上屈服点、下屈服点c.ab段称为屈服阶段、屈服现象d.屈服强度：与b下点(此点较稳定，易测定)对应的应力称为屈服点(屈服强度)，用σs表示。钢材受力大于屈服点后，会出现较大的塑性变形，已不能满足使用要求，因此屈服强度是设计中钢材强度取值的依据，是工程结构计算中非常重要的一个参数。(3)强化阶段a.b-c呈上升曲线，