建筑钢材基础知识幻灯片.ppt

8.1 钢的冶炼和分类 　　钢是由生铁冶炼而成的。钢和铁都是铁碳合金，钢的含碳量在2%以下，而生铁的含碳量大于2%。另外钢中的杂质含量也少于生铁。 　　生铁有炼钢生铁和铸造生铁之分。 　　钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到规定范围，其他杂质含量也降低到允许范围之内。 　　 　　根据炼钢设备所用炉种不同，炼钢方法主要可分为平炉炼钢、氧气转炉炼钢、电炉炼钢三种。 (1)平炉炼钢 　　它以熔融状或固体状生铁、铁矿石或废钢铁为原料，以煤气或重油为燃料。利用铁矿石中的氧或鼓入空气中的氧使杂质氧化。可用于炼制优质碳素钢和合金钢等。 (2)氧气转炉炼钢 　　以熔融的铁水为原料，由转炉顶部吹入高纯度氧气，能有效地去除有害杂质，并且冶炼时间短(20~40min)，生产效率高，所以氧气转炉钢质量好，成本低，应用广泛。 (3)电炉炼钢 　　以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化，并精炼成钢。电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣炉等。 　　冶炼后的钢水中含有以FeO形式存在的氧，FeO与碳作用生成CO气泡，并使某些元素产生偏析(分布不均匀)，影响钢的质量。所以必须进行脱氧处理，方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝等脱氧剂。 　　根据脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。 (1)沸腾钢 　　是脱氧不完全的钢。 (2)镇静钢 　　是脱氧充分的钢。 (3)半镇静钢 　　其脱氧程度和质量介于上述两者之间。 　　建筑钢材是将钢坯加热后经轧制而成的。 8.2 钢材的主要性能 　　由低碳钢在拉伸过程中形成的应力(σ)-应变(ε)关系图(图8.1)可知，低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。 　　(1)弹性阶段(O—A) 　　(2)屈服阶段(A—B) 　　(3)强化阶段(B—C) 　　(4)颈缩阶段(C—D) (1)弹性阶段(O—A) 　　在OA范围内应力与应变成正比例关系，如果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段称为弹性阶段。 　　弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹性极限σp。当应力稍低于A点时，应力与应变呈线性正比例关系，其斜率称为弹性模量，用E表示，E=σ/ε=tanα。 (2)屈服阶段(A—B) 　　当应力超过弹性极限σp后，应力和应变不再成正比关系，应力在B上至B下小范围内波动，而应变迅速增长。在σ-ε关系图上出现了一个接近水平的线段。如果卸去外力已出现塑性变形，AB称为屈服阶段。B下所对应的应力值称为屈服极限σs。 (3)强化阶段(B—C) 　　当应力超过屈服强度后，由于钢材内部组织产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高。在σ-ε关系图上形成BC段的上升曲线，这一过程称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用σb表示，它是钢材所能承受的最大应力。 (4)颈缩阶段(C—D) 　　当应力达到抗拉强度σb后，在试件薄弱处的断面将显著缩小，塑性变形急剧增加，产生“颈缩”现象并很快断裂。 　　将断裂后的试件拼合起来，量出标距两端点间的距离，按下式计算出伸长率δ： 　　(3)硫、磷 　　硫不溶于铁而以FeS的形式存在，FeS和Fe形成低熔点的共晶体。当钢材温度升至1000℃以上进行热加工时，共晶体熔化，晶粒分离，使钢材沿晶界破裂，这种现象叫做热脆性。 　　磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，这种现象叫做冷脆性。 　　(4)氧、氮 　　未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在，如FeO、Fe4N等。这些非金属化合物、夹杂物降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。 　　(5)钛、钒、铌　　是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。 8.3 建筑钢材的技术标准及选用 　　建筑工程中需要消耗大量的钢材，按用于不同的工程结构类型可分为：钢结构用钢，如各种型钢、钢板、钢管等；钢筋混凝土工程用钢，如各种钢筋和钢丝。 　　从材质上分主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢，也用到优质碳素结构钢。 　　碳素结构钢的化学成分、拉伸和冲击韧性、弯曲性能分别符合表8.2、表8.3、表8.4的要求。 　　碳素结构钢随牌号的增大，含碳量增加，其强度和硬度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。 　　Q195、Q215号钢强度低，塑性和韧性较好，易于冷加工，常用于轧制薄板和盘条，制造钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。 　　Q215号钢经冷加工后可代替Q235号钢使用。 　　Q235号钢是建筑工程中应用最广泛的钢，属低碳钢，具有较高的强度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好，能满足一般钢结构和