高速铁路工程材料（旧） 高速铁路工程材料-教学课件 项目9-建筑用钢.ppt

主要内容 任务1 钢材生产与分类 任务2 钢材的主要技术性能 任务3 钢材的标准与选用 任务4 高铁用钢轨 任务5 钢材的腐蚀与防止 任务1 钢的生产与分类 1、钢的生产 2、钢的分类　 1 钢的生产 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。 1、按钢材的质量等级分类 按照钢材的质量等级，主要对硫、磷有害杂质的限制不同，钢材可分为： （1）普通碳素钢 含硫量≤0.055%～0.065%，含磷量≤0.045%～0.085%; （2）优质碳素钢 含硫量≤0.03%～0.055%，含磷量≤0.035%～0.04%; （3）高级优质碳素钢 含硫量≤0.02%～0.03%，含磷量≤0.027%～0.035%; 2.按化学成分分类 按化学成分，钢可分为碳素钢和合金钢。 （1）碳素钢，根据含碳量可分为： 低碳钢 含碳量＜0.25%； 中碳钢 含碳量0.25%～0.6%； 高碳钢 含碳量≥0.6%。 （2）合金钢，按掺入合金元素的总量可分为： 低合金钢 合金元素总含量＜5%； 中合金钢 合金元素总含量5%～10%； 高合金钢 合金元素总含量＞10%。 任务2 钢材的主要技术性能 1、钢材的力学性能 2、钢材的工艺性能 3、钢材的冷加工及时效 4、钢材的化学成分及其影响 1、钢材的力学性能 (1)抗拉性能 因为低碳钢在拉伸过程中所表现的荷载与变形的关系具有代表性，所以一般以低碳钢的拉伸试验为研究钢材的抗拉性质的典型的例证。 低碳钢的拉伸试件分二种，分别是细长试件和粗短试件，其中细长试件的标距长度L是试件直径d的10倍，粗短试件的标距长度L是试件直径d的5倍，低碳拉伸试件如图9-1所示。 由低碳钢在拉伸过程中形成的应力(σ)-应变(ε)关系图(图9-2)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。 钢材受力达屈服后，虽然尚未破坏，但变形发展迅速，已经不能满足使用要求，所以设计中一般以屈服强度作为钢材强度取值的依据。 对于外力作用下屈服现象不明显的钢材，如中、高碳钢，规定卸载后产生0.2%塑性应变时的应力值作为屈服强度，用 表示，如图中、高碳钢的应力—应变图(曲线) 。 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。 抗拉强度在工程中不能直接利用，但屈服强度与抗拉强度的比值（屈强比，用 表示）是评价钢材受力特征的一个参数，屈强比越小，表明材料的安全性和可靠性越高，材料越不容易发生危险的脆性破坏，但屈强比过小，钢材强度的利用率偏低，不够经济。 建筑钢材合理的屈强比一般为0.6～0.75。 4)颈缩阶段(C—D) 当应