7.1认识钢材（课件）-《建筑材料》同步教学（航空工业出版社）

项目七 建筑钢材 1 钢材是指以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。钢材具有材质均匀、性能可靠、强度高、塑性好、力学性能好等优点，可焊接、铆接或螺栓连接，装配方便，因而广泛应用于建筑工程中。 项目导读 2 建筑钢材包括钢结构用各种型钢和钢筋混凝土结构用钢筋、钢丝、钢绞线。各种型钢组成的钢结构强度大、质量轻、安全可靠，适用于大跨度结构、高层结构、受动力荷载结构等。钢筋混凝土结构虽然质量大，但用钢量少，同时可克服钢材因锈蚀而导致维修费用高的缺点，因此，钢筋以及钢筋混凝土结构也广泛用于建筑工程中。 项目导读 3 了解钢材的分类。 掌握钢材的技术性能及其影响因素。 掌握冷弯实验测定钢筋变形性能的方法。 了解建筑钢材的钢种。 熟悉建筑钢材的分类及其应用。 掌握拉伸实验测定钢筋的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率的方法。 知识目标 4 能实际测定钢筋的冷弯变形以及拉伸时钢筋的屈服 强度、抗拉强度及断后伸长率。 技能目标 5 目 录/CONTENTS 一 二 任务一 认识钢材 任务二 认识建筑钢材 6 一 任务一 认识钢材 7 认识钢材 钢铁除铁和碳这两种主要化学成分外，还含有少量的硅、锰、硫、磷、氧、氮等。在钢铁中，含碳量为2%～6%的钢铁称为生铁或铸铁，含碳量小于2%的钢铁称为钢。 钢是由生铁冶炼而成的，冶炼使生铁中的杂质氧化，含碳量降低到2%以下，硫、磷等其他杂质减少到某一程度，从而得到钢。常用的炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电弧炉炼钢法，不同炼钢方法制得的钢材质量差异较大。 8 认识钢材 读一读 转炉炼钢法又分为空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法。空气转炉炼钢法能有效除去铁水中的碳、硫、磷等杂质，但同时也带入了氮、氢等有害气体。氧气转炉炼钢法不仅能有效除去铁水中的碳、硫、磷等杂质，而且不会带入有害气体，因此成为现代炼钢的主要方法，常用来炼制优质碳素钢和合金钢。 9 认识钢材 一、钢材的分类 按化学成分分类 1 根据国家标准《钢分类第1部分：按化学成分分类》（GB/T 13304.1—2008）规定，按化学成分不同，钢可分为非合金钢、低合金钢和合金钢三类。 非合金钢 低合金钢 合金钢 钢 10 认识钢材 按冶炼时的脱氧程度分类 2 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢 特殊镇静钢 钢 按脱氧程度不同 11 认识钢材 沸腾钢 代号为F，用锰铁脱氧，脱氧不完全，硫、磷等杂质偏析较严重，质量较差，但成本低，产量高，可用于一般建筑工程，重要工程应限制使用。 镇静钢 代号为Z，用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时去硫。镇静钢成分均匀、性能稳定、质量好、成本高，适用于预应力混凝土、承受冲击荷载等重要结构工程。 12 认识钢材 半镇静钢 特殊镇静钢 代号为B，脱氧程度和质量介于沸腾钢和镇静钢之间。 代号为TZ，比镇静钢脱氧更彻底，质量最好，适用于特别重要的结构工程。 13 认识钢材 按品质分类 3 按钢材中硫、磷等有害杂质的含量不同，钢可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。 按用途分类 4 按用途不同，钢可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。 14 认识钢材 15 结构钢 主要用于工程结构和机器零件。结构钢又细分为工程结构用钢和机械制造用钢。 工具钢 主要用于制造刀具、模具等各种工具，含碳量一般较高。工具钢又细分为刃具钢、模具钢和量具钢。 特殊性能钢 具有特殊的物理、化学或力学性能的钢，包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢、耐酸钢等。 认识钢材 二、建筑钢材的主要技术性能 拉伸性能 1 钢材的技术性能主要有力学性能和工艺性能。其中，力学性能包括拉伸性能、塑性、冲击韧性等；工艺性能包括冷弯性、可焊性等。 拉伸是建筑钢材的主要受力形式，反映拉伸性能的指标有屈服强度、抗拉强度和断后伸长率。低碳钢受拉伸作用时，应力与延伸率的关系比较典型，分为弹性阶段（OA）、屈服阶段（AB）、强化阶段（BC）和颈缩阶段（CD），如图7-1-1所示。 图7-1-1 低碳钢受拉时的应力—延伸率曲线 16 认识钢材 钢材受拉初期，荷载较小，应力与延伸率成正比，OA是一条直线，其斜率用mE表示，此阶段产生的变形是弹性变形，若卸除拉力，变形能完全恢复。 （1）弹性阶段（OA） 在AB范围内，应力超过弹性极限后，应力与延伸率不再成正比关系，当应力达到B上时，即使不增大应力，塑性变形仍明显增长，钢材出现“屈服”现象。B下点对应的应力值称为屈服极限，用ReL表示。钢材受力达到屈服点以后，变形发展迅速，虽未破坏，但已不能满足使用要求。因此，在设计时，一般以下屈服强度作为强度取值依据。 （2）屈服阶段（AB） 17 认识钢材 在BC阶段，钢材抵抗变形的能力又重新得到提高，故称为强化阶段。C点对应的应力值称为极限强度，又称抗拉强度，用Rm表示。 （3）