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Civil Engineering Material 主 讲：王丽 院 系：泰山学院建筑与机械工程系 第2章 建筑钢材 教学要求： 了解钢材的分类； 掌握建筑钢材的力学性质：拉伸性能，冷弯性能、冲击韧性和硬度； 掌握建筑钢材的化学成分对钢材性能的影响； 了解钢材的冷加工、热处理和焊接； 教学重点、难点： 建筑钢材的的标准及选用 概 述 （1）钢材的定义： 钢材是一种以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素（磷P、硫S、氧O、氮N、硅Si和锰Mn)的材料； （2）钢材的优点以及缺点（与非金属材料相比）： 优点： （1）品质均匀稳定、抗拉、抗压、抗冲击性能好； （2）可加工性能好，可切割、可焊接和铆接，装配方便； 缺点：易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大。 （3）建筑钢材： 建筑钢材是指建筑工程中用的各种钢材。 建筑钢材主要包括： 用于钢结构的各种型材（如工字钢、角钢、方钢、圆钢、扁钢等）； 板材（如钢板等）； 用于钢筋混凝土的用各种钢筋、钢丝和钢绞线等。 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。 管材 ——无缝钢管、焊接钢管等。 2.1 钢材的分类 钢一般是由生铁在炼钢炉中熔炼而成的； 将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的范围，其他杂质含量降低到允许的范围，经浇铸即得到钢锭，再经过加工工艺处理后得到钢材。 2.1 钢材的分类 钢与生铁的区别：含碳量的大小 生铁中含有较多的碳（通常为2%～4.5%）和其他的杂质； 含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。 炼钢的实质： 就是把熔融的生铁进行氧化，使含碳量降低到2%以下，并且使其他杂质降低到容许的范围即成为钢。 2.1.1 按冶炼方式分为三大类（1）转炉钢；（2）平炉钢；（3）电炉钢 （1）转炉钢： 以熔融的铁水为原料、由转炉的底部或侧面向转炉中吹入高压热空气（或氧气）进行冶炼而得到的钢，叫做转炉钢； 转炉钢的缺点： 吹炼时易混入空气中的氮、氢等杂质，故建筑中常用的是氧气转炉钢； 熔炼时间短，杂质含量不易控制，因此质量差； 2.1.1 按冶炼方式分为三大类（1）转炉钢；（2）平炉钢；（3）电炉钢 （2）平炉钢： 以固态或液态的生铁、铁矿石或废钢为原料、用煤气或重油为燃料在平炉中冶炼而得到的钢，叫做平炉钢； 平炉钢的特点： 熔炼时间长，易控制质量，因此质量好，但成本较转炉钢高； 2.1.1 按冶炼方式分为三大类（1）转炉钢；（2）平炉钢；（3）电炉钢 （3）电炉钢： 用电热进行高温冶炼而得到的钢； 一般用高压电弧作为热源，故熔炼的温度高，且温度可以自由调节，清除杂质则容易得多，故电炉钢的质量最好； 电炉钢的特点： 熔炼温度可自由调节，清除杂质彻底，因此质量最好，但成本最高； 2.1.2 按脱氧的方式分为三大类（1）沸腾钢；（2）镇静钢；（3）半镇静钢 沸腾钢——仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧，脱氧很不完全的钢 名称的由来： 由于钢水中残留的 FeO与C化合生成CO气体，在浇注钢水的时候，大量的CO气体从钢水中往外冒出，引起钢水沸腾，因此叫做沸腾钢； 沸腾钢的特点： 含杂质较多，质量较差，致密性差，但成本低； （2）镇静钢： 定义： 用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻底脱氧而得到的钢； 名称的由来： 由于钢水脱氧充分，在浇注钢水的时候钢水能够平静凝固，因此叫做镇静钢； 镇静钢的特点： 结构致密，成分均匀，性能稳定，是质量较好的钢种，但是产品率低，且成本较高； （3）半镇静钢： 半镇静钢的特点： 脱氧程度以及钢的质量介于沸腾钢和半镇静钢之间； 2.1.4 按化学成分分为两大类 一般钢：碳、磷、硫、氧、氮等； 合金钢：为改善钢材的某些性质，特意加入的元素，如锰、硅、钒、钛等。 2.1.4 按化学成分分为两大类（1）碳素钢；（2）合金钢 （1）碳素钢（碳钢） ： 指含碳量小于2%的钢，一般又分为以下三种： 低碳钢：含碳量小于0.25%的碳素钢； 中碳钢：含碳量在0.25%～0.6%之间； 高碳钢：含碳量在0.6%～2%之间； （2）合金钢——专门加入合金元素： 为改善钢的某些性质而特意加入的一定量的一种或几种合金元素；如硅、锰和镍等； 合金钢分为三类： 低合金钢：合金元素总量小于5%的钢； 中合金钢：合金元素总量在5%~10%之间的钢； 高合金钢：合金元素总量大于10%的钢； 2.1.5 按主要质量等级分为三大类：（1）普通质量钢；（2）优质钢；（3）高级优质钢； （1）结构钢：建筑结构工程中最常用的钢种是碳素结构钢和低合金高强度结构钢； （2）工具