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建筑材料8建筑钢材.pdf

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8 建筑钢材 本章提要 本章概述了钢材的冶炼、加工及分类方法。 重点介绍了钢材的力学性能、工艺性能及现行国 家标准或规范对钢材的性能及技术要求。阐述了 钢的化学成分及所含合金元素等对钢材性能的影 响。介绍了碳素结构钢和低合金结构钢的牌号表 示方法、技术要求及各类牌号钢材的性能和用 途。论述了钢结构和钢筋混凝土结构采用的主要 钢材品种及特点、如何正确地选材、合理地用材 及钢材的锈蚀成因及防护方法。 本章内容 8.1 钢的冶炼和分类 8.2 钢材的主要性能 8.3 建筑钢材的技术标准及 选用 8.1 钢的冶炼和分类 8.1.1 钢的冶炼 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。 8.1.2 钢的分类 8.2 钢材的主要性能 8.2.1 抗拉性能 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σ 。当应力稍低于A点时,应力与应变呈 p 线性正比例关系,其斜率称为弹性模量,用E表 示,E= σ/ ε=tan α。 (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σ表示,它是钢材所能承受的最 b 大应力。 (4)颈缩阶段(C—D)  当应力达到抗拉强度σ后,在试件薄弱处

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