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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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