土木工程材料第7章 钢材课件.ppt

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1、第七章钢材各类钢材第七章钢材定义：建筑工程中使用的各种钢材，包括钢结构用的型钢、钢板和钢筋混凝土用的钢筋、钢丝等以及钢门窗和各种建筑五金等。优点：强度高易于加工成板材、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（冶炼1T钢耗煤1.66T，水48.6m3)主要内容钢的冶炼和分类建筑钢材的主要力学性能钢的化学成分对钢材性能的影响钢材的加工与焊接建筑钢材的品种与选用钢材的防火和防腐蚀7.1钢材的冶炼和分类1、钢的冶炼钢：含碳量在0.06%~2.0%，并含有某些元素的铁碳合金。生铁：含碳量为2.11~6.67%，且杂质含量较多的铁碳合金

2、。（性脆硬，建筑上难以应用）工业纯铁：含碳量小于0.04%的铁碳合金。2、钢的生产过程：（1）炼铁：将铁矿石内氧化铁还原成铁的过程。（2）炼钢：将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到2.0％以下，同时把磷、硫等其它杂质的含量也降低到容许的范围内。主要炼钢方法：转炉炼钢法（氧气、空气）平炉炼钢法电炉炼钢法3.钢材的分类Ⅰ按化学成分分：低碳钢（含C量<0.25％）碳素钢中碳钢（含C量0.25％～0.60%）高碳钢（含C量>0.60%）低合金钢（合金元素总量<5%）合金钢中合金钢（合金元素总量5～10％）高合金钢（合金元素总量>10%）Ⅱ按质量分：普通碳素钢（含硫

3、量≤0.055％～0.065％，含磷量≤0.045％～0.085％）优质碳素钢（含硫量≤0.03％～0.045％，含磷量≤0.035％～0.04％）高级优质钢（含硫量≤0.02％～0.03％，含磷量≤0.027％～0.035％）Ⅲ按用途分：结构钢/工具钢/特殊钢Ⅳ依据脱氧程度：沸腾钢（F）半镇静钢（b）镇静钢(Z)特殊镇静钢(TZ)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。7.2建筑钢材的主要力学性质内容提纲：拉伸性能冲击韧性冷弯性能疲劳强度硬度一、拉伸性能四个阶段：Ⅰ弹性阶段Ⅱ屈服阶段Ⅲ强化阶段Ⅳ颈缩阶段Ⅰ弹性阶段（OA段）

4、弹性极限，用p表示。此阶段应力与应变成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示，/=E。弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。常用低碳钢的弹性模量E=(2.0~2.1)105MPa，p=180~200MPa。Ⅱ屈服阶段（AB段）应力超过p后，应变增加很快，而应力基本保持不变。这种现象称为屈服。此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性变形。－曲线上开始发生屈服的点Ｂ，称为屈服点，这时的应力称为屈服极限，用s表示。钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以

5、屈服点作为强度取值的依据。常用低碳钢的s为185~235Mpa。Ⅲ强化阶段（BC段）当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，－曲线又开始上升，称为强化阶段。曲线最高点Ｃ所对应的应力称为抗拉强度，用b表示。常用低碳钢的b为375-500MPa。屈强比（s/b）——屈强比越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢屈强比为0.58~0.63，合金钢为0.65~0.75。Ⅳ颈缩阶段（CD段）应力超过b后，试件的变形开始集中于某一小段内，使

6、该段的横截面面积显著减小，出现图所示的颈缩现象，－曲线开始下降，直至Ｄ点，试件被拉断。塑性指标A、伸长率（）B、截面收缩率（）与值越大，说明材料的塑性越好硬钢的屈服点预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点：抗拉强度高，无明显的屈服阶段，伸长率小。这类钢材由于没有明显的屈服阶段，不能测定屈服点，故常用发生残余变形0.2%l0时的应力作为规定的屈服极限，用0.2表示。二、冲击韧性冲击韧性——指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲击韧性用冲断试样时缺口处单位面积上所消耗的功——冲击功钢材的冲击韧性值用K来表示，K的单位为J/cm2。K越

7、大表示钢材抗冲击的能力越强。冲击韧性试验示意图影响冲击韧性的因素化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量如钢中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。K值还与试验温度有关。某些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，K突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性。K剧烈改变的温度区间称为脆性转变温度。承受动荷载、负温结构等需检验钢材的冷脆性。钢材的冲击韧性与温度的关系三、耐疲劳性钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏，

8、这种现象称为钢材的疲劳破坏。实验证明，钢材承受的交变