第2章建筑钢材.ppt

1、第二章建筑用钢，河南理工大学土木工程学院道路与桥梁工程系，讲师：徐平，1，2，3，4，5，钢的化学成分，建筑用钢的主要力学性能，冷加工与时效强化，钢的热处理与焊接，钢的防火与防腐蚀，建筑用钢的品种与选择，内容，一、适用于铸造、锻造、切削、压制、冷加工或热处理；它也可以通过铆接和焊接来制造。钢的特性2。高强度和硬度。适用于制造各种大载荷的零部件和结构，以及钢轨和机械加工的刀具。1.钢的优点和特点。良好的可塑性和韧性。常温下可承受较大的塑性变形，便于冷拔、冷拔、冷轧等冷加工；钢具有良好的韧性，在常温下能承受较大的冲击，适用于制造承受动荷载的结构和构件，如吊车梁。1.钢的优点2。钢的缺点1。容易生锈

2、。2.维护成本高。3.耐火性差。钢材的特性，常用的建筑钢材类型，型钢(角钢、槽钢、工字钢等。)，钢结构工程用钢板和钢管。钢筋混凝土结构工程用钢筋和钢丝。常见类型的钢结构网格、槽钢、工字钢、建筑用钢、角钢、工字钢、钢管、建筑用钢、带肋钢筋、冷轧带肋钢筋、钢绞线和建筑用钢。第一部分是钢的化学成分，钢和生铁的区别在于碳含量。碳含量低于2.06的铁碳合金称为钢。碳含量大于2.06的铁碳合金称为生铁。1.钢的分类：根据化学成分，低碳钢(碳含量小于0.25)、碳钢、中碳钢(碳含量0.250.6)、高碳钢(碳含量大于0.6)、低合金钢(合金元素小于5)、合金钢中的合金钢(合金元素510)和高合金钢(合金元素

3、大于10)根据钢的化学成分进行分类。合金钢也有一些应用。根据钢的化学成分和质量(杂质含量)(1)普通钢：硫含量0.0450.050；磷含量为0.045。(2)优质钢：硫含量0.035；磷含量为0.035。(3)优质钢：硫含量为0.025，优质钢钢号后加“高”或“a”；磷含量为0.025。(4)超优质钢：硫含量为0.015，在超优质钢后加“E”；磷含量为0.025。根据钢的化学成分分类，钢的成分对性能的影响，在钢的冶炼过程中，除了铁和碳外，还会从原材料和燃料中引入一些其他元素。钢的成分对性能有重要影响。这些成分可分为两类：一类是能改善和优化钢性能的合金元素，主要包括硅、锰、钛、钒、铌等；另一种会

4、降低钢的性能，属于钢的杂质，主要包括氧、硫、氮、磷等。其中硅、锰、钛、钒和铌是合金元素。磷、氮、硫和氧是杂质。大多数硅和锰溶解在铁氧体中。当硅含量小于1时，钢的强度可以提高，但塑性和韧性受影响不大。锰的含量一般在12。除了强化之外，它还能削弱硫和氧引起的热脆性，改善钢的热加工性能。硅和锰是我国低合金钢的主要合金元素。钛是一种强脱氧剂，而钒和铌是碳化物和氮化物的形成元素，所有这些元素都能细化晶粒并提高强度。在建筑中常用的低合金钢中，它们是常用的合金元素。化学元素对钢的性能的影响，磷主要溶解在铁素体中进行强化，同时可以提高钢的耐磨性和耐蚀性，但塑性和韧性明显降低。当温度很低时，对后两者的影响较大，

5、磷的偏析倾向很强。氮溶解在铁素体中或以氮化物的形式存在，及其对钢性能的影响硫和氧主要存在于非金属夹杂物中，这会降低各种机械性能。硫化物引起的低熔点使钢在焊接过程中容易产生热裂纹，显著降低了焊接性，具有很强的偏析性。氧会促进时效倾向，氧化物引起的低熔点也使钢的焊接性变差。化学元素对钢的性能、机械性能、拉伸性能、冷弯性能、冲击性能、耐疲劳性和硬度的影响见第2，1节。拉伸性能1。主要测试指标：屈服强度、拉伸强度、伸长率(面积收缩率)等。2.钢(低碳钢)的拉伸过程主要包括：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段、第2、3节钢的力学性能。复习相关知识点(1)应力(2)应变(3)弹性和弹性变形(4)塑性和

6、塑性变形，其次低碳钢的拉伸过程可分为四个阶段：弹性阶段O，A，屈服阶段AB，强化阶段BC，颈缩阶段CD，低碳钢的拉伸应力-应变图，第二节钢的力学性能，低碳钢的拉伸应力-应变图。可持续的拉力增加很少，而塑性变形迅速增加，仿佛钢不能承受外力屈服。对应于屈服强度的应力(也称为屈服点)。低碳钢的拉伸应力-应变图，第二节钢的力学性能，第三节钢在强化阶段的上升曲线。抵抗塑性变形的能力再次提高了抗拉强度，图的特征：试件的特征：计算的指标：0，A，低碳钢在拉伸中的应力-应变图，以及对应于点的应力。加强。颈缩阶段镉的下降曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷的地方，横截面急剧收缩，直至断裂。延伸率、图形特征、试件特

7、征、计算指标、缩颈、第2节钢材力学性能三个重要指标屈服强度是结构设计中钢材强度的基础抗拉强度b钢材的最大应力屈服比、屈服比、利用率、安全性和可靠性一般不小于1.2，抗震结构一般不小于1.25。伸长率是衡量钢塑性的一个指标。它越大，钢的塑性就越好。O，A，C，D，B，4，A0和AN前后的横截面积，大于5或10，第2节，钢的机械性能。第二节钢的机械性能2冷弯性能1定义：冷弯性能是钢在常温下承受弯曲变形的能力，是钢的工艺性能指标。2.弯曲试验：弯曲中心直径D与试样直径(或厚度)A的比值d/a越小，弯曲角度越大，表明试样的弯曲程度越高，对应不同钢材的标准要求，试样弯曲部分无裂纹、断裂或分层，即冷弯性能

8、合格。第2节钢的机械性能，第2节钢的机械性能，第2、3节钢的机械性能。冷弯的意义：钢的冷弯和延伸率是塑性变形能力的反映，但延伸率是在试样轴向变形均匀的条件下测量的，而冷弯是在更严格的条件下钢的局部变形能力，它能揭示钢的内部结构是否均匀，是否存在内应力和夹杂物等缺陷。第2节：钢的机械性能；第3节：冲击韧性；第1节：定义：指钢抵抗冲击载荷的能力。2.冲击韧性指数：通过标准试样的弯曲冲击韧性试验确定。用钟摆撞击样品，并在缺口处折断。试样单位截面积消耗的功是钢的冲击韧性指数，用冲击韧性ak(/cm2)表示。ak值越大，冲击韧性越好。第2节钢的机械性能，冲击试验，冲击试验，第2节钢的机械性能，第3节。冷

9、脆性：钢的化学成分、显微组织、内部缺陷和环境温度都会影响钢的冲击韧性。试验表明，冲击韧性随温度的降低而降低，规律是冲击韧性开始降低和软化。当它达到一定的温度范围时，它会突然降低很多并变脆，这被称为钢的冷脆性。发生冷脆的温度称为临界温度，该值越低，钢的低温冲击性能越好。因此，在负温度下使用的结构应该由脆性临界温度低于工作温度的钢制成。第2节钢的机械性能，第2节钢的机械性能，第4节抗疲劳性，1。定义：在交变载荷的反复作用下，钢在最大应力远低于屈服强度的情况下会突然失效，这称为疲劳失效。最大值越大，n的次数越少。第二部分是关于钢的机械性能。2.疲劳失效的原因：钢的疲劳失效是由拉应力引起的。首先，微裂

10、纹开始局部形成，然后裂纹逐渐扩展，直到由于裂纹尖端的应力集中而疲劳断裂。晶体结构、成分偏析和最大应力下的表面光滑度等因素会明显影响疲劳强度。第2节钢的机械性能，5。硬度，1。定义：它指的是抵抗外来物体在其表面局部体积中引起的塑性变形的能力。测定硬度常用的方法有布氏法和洛氏法。在第二节中，钢的机械性能和材料的硬度通常与材料的其他性能相关，例如，钢的血红蛋白值和抗拉强度之间有很好的相关性。随着时间的延长，强度增加，塑性和冲击韧性下降，这就是所谓的时效。时效变化的过程可以完成几十年，但是如果钢在使用中经受冷变形或振动以及重复载荷，时效会迅速发展。老化引起的性能变化程度称为老化敏感性，对于承受动态载荷

11、的结构，应选择老化敏感性低的钢材。第2节钢的机械性能，第3节钢的强化、热处理和焊接，钢的冷加工1钢的冷加工和时效冷加工的主要目的是提高屈服强度和节约钢材，但它经常导致塑性、韧性和弹性模量的降低。形式：冷拔、冷拔和冷轧。在第三部分，钢的强化、热处理和焊接中，冷拉是一种减少碳钢丝从孔略小于钢丝直径的拉丝模中强力拔出的工艺过程，以此来减小横截面和延长长度。冷轧是将低碳钢丝通过硬质杂辊，在钢丝表面轧出一定规则分布的砸痕。冷拔和冷轧后，钢丝的强度和硬度明显提高，塑性和韧性明显下降。第三节钢的强化、热处理和焊接、冷加工强化原理：钢的晶格缺陷在塑性变形中增加，晶格缺陷严重扭曲，这将阻碍晶格的进一步滑移，因此

12、钢的屈服点增加，塑性和韧性降低。钢的弹性模量由于塑性变形产生的内应力而降低。第三节钢筋的强化、热处理和焊接，第二节冷加工在工程中的应用(1)冷加工具有明显的经济效益，(2)简化施工工艺，使盘条钢筋的开口、矫直和冷拉三个工序合二为一，直钢筋的矫直、除锈和冷拉合二为一。(3)一般同时采用冷加工和时效，通过实验确定冷拉和时效的控制参数。第四部分是钢筋的强化和连接，第三部分是时效处理：将冷拉钢筋在室温下存放1520，或加热到100200一段时间，称为时效处理。前者是第三部分，钢的强化、热处理和焊接，钢老化的主要原因是：溶解在铁中的碳和氮原子向晶格缺陷大量移动和集中，这将使滑移面缺陷处的碳和氮原子富集，

13、加剧晶格畸变，使滑移和变形更加困难，强度进一步提高，塑性和韧性进一步降低，弹性模量基本恢复。在第三部分，钢的强化、热处理和焊接中，按照一定的制度，将钢加热到一定的温度，在该温度下保持一定的时间，然后以一定的速度和方式冷却，从而使钢的内部晶体结构和显微组织可以根据需要改变，或者消除钢中的内应力，从而获得人们所需的力学性能。这个过程叫做钢热处理。第3节钢的强化、热处理和焊接、涂钢的热处理工艺、涂钢的热处理工艺、热处理的几种基本方法： ()淬火。将钢加热到723以上(相变温度)，保持一定时间，然后在水中或机油中快速冷却。这个过程叫做钢的淬火处理。淬火后，钢的强度和硬度增加，脆性增加，塑性和韧性明显下

14、降。第三节钢筋的强化、热处理和焊接、()回火。将淬火后的钢再加热至低于723的某一温度范围，保持一定时间，然后缓慢或快速冷却至室温。这个过程叫做回火处理。回火可以消除钢在淬火过程中的内应力，降低钢的硬度，恢复钢的塑性和韧性。回火温度越高，钢的硬度降低越多，塑性和韧性等性能得到改善。如果钢在淬火后立即进行高温回火，则称为淬火和回火，其目的是提高钢的强度、塑性和韧性。第三节、钢筋强化、热处理和焊接、()退火。退火是指将钢加热到723以上的某一温度，保持一段时间，然后在退火炉中缓慢冷却。退火可以消除钢中的内应力，细化晶粒，使组织均匀，降低硬度，提高钢的塑性和韧性。()正常化。将钢长时间加热到723以

15、上的一定温度，然后在空气中缓慢冷却，可以获得均匀细小的显微组织。正火后，钢的强度和硬度提高，塑性小于退火后。第三节钢的强化、热处理和焊接；第三节钢结构的主要连接方式钢的焊接。类型：电弧焊；电渣压力焊的检验方法：取原始试件和现场无损检验，第3节钢筋的热处理和焊接，手工电弧焊，第3节钢筋的热处理和焊接，第4节钢筋的防火和防腐，第4节钢筋的防火和防腐，第2.4.1节钢筋的防火2.4.2钢筋的防腐1。钢腐蚀的原因化学腐蚀和电化学腐蚀2。钢材防腐蚀耐火试验和火灾案例表明，钢柱和钢屋架无保护层的耐火极限仅为0.25 h，而外露钢梁的耐火极限为0.15 h，当温度在200以内时，可以认为钢材的性能基本不变；超过300后，弹性模量、屈服点和极限强度开始显著下降，应变急剧增加。当它达到600时，它就失去了它的承载能力。因此，没有防火层的钢结构是不耐火的。第4节钢的防火和防腐蚀。钢结构防火的基本原则是用隔热或吸热材料来阻隔火焰和热量，延缓钢结构的升温速度。主要的防火方法是涂料法，即在钢构件上涂防火涂料、不燃板或混凝土和砂浆。美国纽约世界贸易中心是一座钢结构建筑，20