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土木工程材料 Civil Engineering Materials 主讲：李庆录 蒋连接 李琳 5 金属材料 学习知识点： 1、钢材的分类；钢材牌号的表示方法； 2、钢材的化学组成与金相结构； 3、钢材的物理力学性能；钢材的加工； 4、建筑钢材的标准；常用钢材的质量要求； 5、钢材的腐蚀与防护。 教学要求： 1、了解钢材的分类方法；掌握钢材牌号的表示方法。 2、理解钢材的化学成分对钢材性能的影响，了解钢材的金相结构。 3、掌握钢材物理力学性能的测定方法。 4、了解钢材的热处理和冷加工对钢材性能的影响。 5、掌握常用建筑钢材的性能指标及其应用。 6、掌握钢材产生腐蚀的原因及其防止方法。 5.1 钢材的冶炼及分类 5.1 钢材的冶炼及分类 一、钢材的冶炼 1、钢与生铁 钢：铁碳合金，铁Fe为主要元素： 碳C含量≤2.11％， 杂质元素：Mn、Si、S、P、H、O、N等，含量少。 生铁：铁碳合金，C含量高，约为2.11％～6.69％，并含较多杂质的。 2、钢材冶炼 炼铁：把铁矿石、焦炭、石灰石（助溶剂）按比例装入高炉中，在高温条 件下，将铁矿石中的铁还原出来，得到的铁中含有较多的碳和其他杂质，性能脆且硬，称为生铁。 炼钢：把生铁在炼钢炉中进一步冶炼，降低碳及其他杂质含量，得到钢坯 轧制：将钢坯在轧机中轧制成钢材。 5.1 钢材的冶炼及分类 5.1 钢材的冶炼及分类 5.1 钢材的冶炼及分类 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 3、冲击韧性 钢材抵抗冲击荷载的能力。 冲击韧性值 M---摆锤质量，kg; g---重力加速度，9.81m/s2; H、h---摆锤冲击前后高度差，m； A---试件槽口处截面积，cm2。 ak （J/m2)值越大,表示冲断时吸收的功越多，钢材的冲击韧性越好。 5.2 建筑钢材的技术性能 影响钢材冲击韧性的因素 钢材的冲击韧性对钢材内部的各种缺陷和环境温度非常敏感， 因此，冲击韧性主要受下列因素影响： 钢中的S、P等有害杂质含量； 成分偏析程度； 轧制与焊接质量； 钢的加工硬化与时效； 环境温度等。 4、硬度 钢材抵抗其他物体压入的能力。 常用布氏硬度（HB）表示。 5.2 建筑钢材的技术性能 5、疲劳强度 （1）疲劳破坏：在交变荷载的反复作用下，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象称为疲劳破坏。 （2）疲劳强度：钢材在无数次交变荷载作用下（通常以2×106次应力循环为基准）不致引起脆性断裂的最大循环应力值称为疲劳强度极限，简称疲劳强度。 （3）钢材产生疲劳破坏的原因：由于钢材内部存在局部缺陷，在应力作用下形成细小的裂纹，裂纹尖端处应力集中，加速了裂纹的扩展，最终导致钢材的疲劳断裂。 （4）影响钢材疲劳强度的因素： 钢材品种、钢材质量、 组织结构、表面状态、 受力状态等。 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 5.2 建筑钢材的技术性能 2、有益元素 （1）硅（Si）钢筋钢中加入的主要合金元素，含量在2％以内时，大部分溶于铁素体中，能提高钢材的强度，对钢材的塑性、韧性影响不大。 （2）锰（Mn）低合金钢中加入的主要合金元素，含量在2％以内时，大部分溶于铁素体中，能提高钢材的强度，对钢材的塑性、韧性影响不大，还可以起到脱硫脱氧作用，改善钢材的热加工性能。锰含量较高时，将显著降低钢的可焊性。 3、有害元素 （1）磷（P）磷使钢材的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性提高，但塑性、韧性、可焊性降低。 （2）硫（S）硫在钢材中以FeS形式存在，是低熔点化合物，高温下在钢材内部产生裂纹，大大降低了可焊性和热加工性。 （3）氧（O）、氮（N） 氧和氮能部分溶于铁素体中，以化合物形式存在，降低钢材的韧性和可焊性。 5.2 建筑钢材的技术性能 5.3 钢材的冷加工与热处理 一