建筑材料及检测(第28讲 钢材)

1,建筑材料及检测,第28讲：第5章建筑钢材及检测建筑钢材（一）杨松年,2,5.1概述,上海宝钢,3,5.1.1钢及其特性,1、钢的定义理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。,4,2、钢的特点优点：具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；缺点：钢材易锈蚀、耐火性差。,5.1.1钢及其特性,5,5.1.2建筑钢材的主要品种,1、型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。,6,2、线材如钢筋、钢丝等。,5.1.2建筑钢材的主要品种,7,3.管材无缝钢管、焊接钢管等。,5.1.2建筑钢材的主要品种,8,4、板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。,压型彩钢板,5.1.2建筑钢材的主要品种,9,5.1.3钢的冶炼方法简介,按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：1、空气转炉炼钢法一般炼制普通碳素钢。2、氧气转炉炼钢法炼制优质碳素钢和合金钢。3、平炉炼钢法用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。4、电炉炼钢法,白口铁,液态生铁,吹入空气或氧气,钢,浇注成钢锭,脱氧,10,5.1.4钢的分类,1、按冶炼方法分,钢,转炉钢,沸腾钢,电炉钢,平炉钢,按冶炼方法分,按脱氧程度分,半镇静钢,镇静钢,特殊镇静钢,按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢,11,2、按质量分按S（硫）和P（磷）元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。硫使钢材的热脆性增加；磷能使钢材的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。它们是炼钢中必须控制含量的成分。,5.1.4钢的分类,12,3.按化学成分分4.按用途分分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。,钢,中碳钢,低合金钢,高碳钢,低碳钢,碳素钢,合金钢,中合金钢,高合金钢,C0.25%,C=0.25%0.60,C0.60,合金总含量5%,5%10,10,5.1.4钢的分类,13,5.2建筑钢材的主要性能,14,标准试件,按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。,非标准试件,不经过加工，直接在线材上切取的试件。,5.2.1拉伸性能,1、低碳钢的拉伸性能,15,5.2.1拉伸性能,标准试件,16,0,钢材拉伸过程的-图,OB弹性阶段,BC屈服阶段,CD强化阶段,DE颈缩阶段,以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。,（1）拉伸试验过程,17,0,钢材拉伸弹性阶段示意图,p比例极限，MPa。,B弹性极限，MPa。,注：由于A、B两点相距较近，一般认为p=B。,18,0,钢材拉伸屈服阶段示意图,放大后,19,0,钢材拉伸强化阶段示意图,b抗拉强度或强度极限。,20,0,钢材拉伸颈缩阶段示意图,DE颈缩阶段,21,（2）拉伸过程的参数,强度指标屈服强度：抗拉强度：塑性指标伸长率：,22,2硬钢（高碳钢）的拉伸性能,硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。,0,oa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形0.2%。,23,5.2.2工艺性能,1.冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90或180）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。,24,2.可焊性可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。,5.2.2工艺性能,25,5.2.3冲击韧性,定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值k表示。k越大，则冲击韧性越好。k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。,26,5.2.3冲击韧性,27,5.2.4钢材的冷加工强化和时效,1.冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。,28,5.2.4钢材的冷加工强化和时效,2.时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。,29,5.2.5钢的化学成分对其性能的影响,碳素钢中除了铁和碳元素外，还有硅、锰、磷、硫、氮、氧等元素。它们的含量决定了钢材的质量和性能，在冶炼时应通过控制和调节以保证钢材的质量。,30,1、碳碳是决定钢材性能的主要元素，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0时，由于钢材变脆，强度反而下降。,5.2.5钢的化学成分对其性能的影响,31,2、硫、磷硫使钢材的热脆性增加；磷能使钢材的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。它们是炼钢中必须控制含量的成分。3、氧、氮它们降低了钢材的强度，