【土木工程材料】 第8章 建筑钢材

蓝色论文答辩PPT模板答辩学生：易宸指导老师：易老师蓝色论文答辩PPT模板土木工程材料主讲人：单位：CHAPTEREIGHT建筑钢材08人类使用金属材料始于青铜时代，随后进入铁器时代。我国是世界上最早研究和生产合金的国家之一，在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达；公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑(钢制品)。我国钢铁工业的发展史

汉阳铁厂是中国近代最早的官办钢铁企业。1890年由湖广总督张之洞主持在湖北大别山下动工兴建，1893年9月建成投产。1890年诞生的汉阳铁厂，是当时中国第一家，也是最大的钢铁联合企业，创办经费最初定为246余万两白银，1892年清政府增拨42万两，到建成时，实际支出500万两左右。金属材料的发展史08CHAPTEREIGHT黑色金属：铁、钢、合金钢主要成分是Fe元素有色金属：以其他元素为主要成分的金属，铝、铜、锌、铅土木工程中应用的金属材料主要有钢材、铝合金。金属材料的分类08CHAPTEREIGHT08建筑钢材CHAPTEREIGHT建筑钢材指建筑工程中所用的各种钢材（型钢、钢板、钢筋、建筑五金）建筑钢材是最重要的建筑材料之一。建筑钢材特点：强度高，材性好，比强度高，施工便利，缺点是易锈蚀。生铁的冶炼铁矿石、石灰石、焦碳和少量锰矿石在高炉内进行还原反应，由氧化铁形成金属铁，再吸收碳而成生铁。铁渣排出时用水急冷，形成水淬矿渣。关键字生铁钢的冶炼生铁在转炉（最常用）、平炉或电炉中进行高温氧化反应，含碳量降至2%以下，除去杂质而成钢。关键字钢1.钢的冶炼CHAPTEREIGHT第一节钢的冶炼与分类第一节钢的冶炼与分类碳素钢低碳钢＜0.25%C中碳钢

0.25~0.6%C高碳钢＞0.6%C关键字根据碳含量划分合金钢低合金钢合金元素总量＜5%中合金钢

合金元素总量5~10%高合金钢

合金元素总量＞10%关键字2.钢的分类按化学成分CHAPTEREIGHT根据合金元素总量划分以磷硫的含量划分分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。2.钢的分类

按质量分CHAPTEREIGHT第一节钢的冶炼与分类钢类碳素钢合金钢PSPS普通质量钢≤0.045≤0.050≤0.045≤0.045优质钢≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高级优质钢≤0.085≤0.085≤0.085≤0.085特级优质钢≤0.085≤0.015≤0.085≤0.015第一节钢的冶炼与分类按炉别分平炉钢转炉钢电炉钢按脱氧程度分沸腾钢：脱氧不充分，浇注时C与O反应发生沸腾。这种钢成材率高，但不致密。镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。半镇静钢：介于前两者之间。特殊镇静钢：TZ用于特别重要的结构工程。2.钢的分类按冶炼方法CHAPTEREIGHT第二节钢材的技术性质一.抗拉性能低碳钢的拉伸应力-应变曲线反映了材料的许多重要技术性能：（1）弹性阶段：OA段，呈直线，应力与应变成正比，其比值即弹性模量（E=σ/ε），产生弹性变形，A点对应的应力为弹性极限（σP）。（2）屈服阶段：AB段，呈锯齿状，应力在不大的范围内波动，应变急剧增大，开始产生塑性变形，出现屈服现象。B下点对应的应力为屈服点或屈服强度（σS）。钢材受力达到屈服点后，由于变形迅速发展，尽管尚未破坏，但已不能满足使用要求，故设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。CHAPTEREIGHT第二节钢材的技术性质一.抗拉性能（3）强化阶段：BC段，呈平缓上升曲线，应力持续上升，应变快速发展，C点对应的应力为极限强度或抗拉强度（σb）。工程上，不能直接利用抗拉强度，而是用屈强比（σS/σb）反映材料的安全可靠程度和利用率（常用碳素钢的屈强比0.58~0.63，低合金钢0.65~0.75）。（4）颈缩阶段：CD段，呈快速下降曲线，应力持续下降，应变快速增加，变形不再是均匀分布，在试件的薄弱处产生颈缩现象，直至在D点断裂。CHAPTEREIGHT第二节钢材的技术性质二.冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧性指标，用冲击韧性ak（Ｊ/cm2）表示。ak值愈大，冲击韧性愈好。CHAPTEREIGHT081三.钢材的冷弯性能CHAPTEREIGHT冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷驾性能是以试验时的弯曲角度（a）和弯心直径（d）为指标表示。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径愈小，则表示其冷弯性能愈好。钢材的冷弯性能也表明钢材在静载下的塑性，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。在工程中，冷弯试验还用于对钢材焊接质量进行严格检验的一种手段。081四.钢材的焊接性能CHAPTEREIGHT焊接时采用加热或加热同时加压的方法将两个金属件连接在一起。焊接后焊缝部位的性能变化程度称为焊接性。在焊接中，由于高温作用和焊接后急剧冷却作用，会使焊缝及附近的过热区发生晶体组织及结构变化，产生局部变形及内应力，使焊缝周围的钢材产生硬脆倾向，降低焊接质量。钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25%时，可焊性明显降低：硫含量较多时，焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。208620852084208220832081碳(C)土木工程用钢材含碳量不大于0.8％。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。硅(SI)当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。第三节钢材的化学成分对

钢材性能的影响锰(Mn)锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1%～２％范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。硫(S)硫是有害元素。呈非金属硫化物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。磷(P)为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。氧(O)为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。氮(N)氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。CHAPTEREIGHT08优质碳素结构钢优质碳素结构钢的可以按冶金质量等级和使用方法分类。根据国家标准，优质碳素结构钢共有31个牌号。低合金高强度结构钢：是在碳素结构钢的基础上，加入少量的一种或几种合金元素制成的一种结构钢。合金结构钢根据国家标准，合金结构钢共有77个牌号，合金结构钢牌号的表示按顺序由两位数字、合金元素符号、合金元素平均含量、冶金质量等级等四部分组成。合金结构钢与碳素结构钢相比，具有较高的强度和较好的综合性能。08第四节建筑钢材的技术标准及选用CHAPTEREIGHT碳素结构钢碳素结构钢具有5个牌号及其表示方法。是由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧程度（F、b、Z、TZ）等4个部分按顺序组成；碳素结构钢的技术要求主要由化学成分和力学性能组成。碳素结构钢的应用主要根据其使用目的和要求选用不同的品种。建筑钢材主要钢种08第四节建筑钢材的技术标准及选用CHAPTEREIGHT热轧钢筋性能08第五节钢材的锈蚀与防止CHAPTEREIGHT钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）,主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种。均匀锈蚀使钢材有效截面积减小，局部锈蚀不仅使钢材有效截面积减小，且引起应力集中，另外钢的强度、塑性、韧性降低。电化学腐蚀钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液（如水）存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。其过程如下