8.1 钢材的分类、钢材的化学成分对钢材性能的影响（课件）-高一《建筑材料》（高教版 第4版）

单元8 建筑钢材 钢材是以铁为主要元素，含碳量一般在2％以下，并含有其他元素的材料。 建筑钢材是指建筑工程中使用的各种钢材，包括钢结构用各种型材(如圆钢、角钢、工字钢、钢管、板材)和钢筋混凝土结构用钢筋、钢丝、钢绞线。 钢材的优点：材质均匀，性能可靠，强度高，具有一定的塑性和韧性，具有承受冲击和振动荷载的能力，可切割、焊接、铆接或螺栓连接，易于装配。 钢材的缺点：易锈蚀，维修费用高，耐火性差。 应用：大型建筑结构中的钢结构和钢筋混凝土结构，是最重要的建筑结构材料。由各种型钢组成的钢结构安全性大，自重较轻，适用于大跨度和高层结构。用钢筋制作的钢筋混凝土结构尽管存在着自重大等缺点，但用钢量大为减少，同时克服了钢材因锈蚀而维修费用高的缺点，因而在建筑工程中广泛采用钢筋混凝土结构，钢筋是最重要的建筑材料之一。 8.1 钢的分类、钢的化学成分对钢材性能的影响 一、钢材的分类 1.按化学成分 （1）碳素钢 主要化学成分铁，其次是碳，此外还有少量的硅、锰、硫、磷、氧、氮等微量元素。 根据含碳量的高低可分为 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 在碳素钢的基础上加入一种或多种改善钢材性能的合金元素，如锰、硅、钒、钛等。 根据合金元素的总含量可分为 低合金钢 合金元素总量＜5% 中合金钢 合金元素总量= 5%～10% 高合金钢 合金元素总量＞10% 2.按脱氧程度 冶炼后的钢水中含以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，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。 （1）沸腾钢（F） 一般用锰、铁脱氧，脱氧不完全，钢液冷却凝固时有大量的CO外溢，引起钢液沸腾，故此称作沸腾钢。 沸腾钢内部气泡和杂质较多，化学成分和力学性能不均匀，因此质量较差，但成本低，可用于一般的建筑结构。 （2）镇静钢（Z） 一般用硅脱氧，脱氧完全，钢液冷却时，基本无CO气泡产生。 镇静钢均匀密实，机械性能好，但成本高，可用于承受冲击荷载的结构。 合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。 3. 按品质（杂质含量）分类 根据钢材中硫、磷等有害杂质含量的不同，可分为 普通钢 含硫量≤0.055%～0.065% 含磷量≤ 0.045%～0.085% 优质钢 含硫量≤ 0.03%～0.045% 含磷量≤ 0.035%～0.04% 高级优质钢 含硫量≤ 0.02%～0.03% 含磷量≤ 0.027%～0.035% 4. 按用途分类 结构钢：主要用于工程构件及机械零件； 工具钢：主要用于各种刀具、量具及磨具； 特殊钢：具有特殊物理、化学或机械性能，如不腐钢、耐热钢、耐磨钢等，一般为合金钢。 建筑上常用的是普通碳素钢中的低碳钢和普通合金钢中的低合金钢。 钢是铁碳合金，除铁、碳外，由于原料、燃料、冶炼过程等因素使钢材中存在大量的其它元素，如硅、氧、硫、磷、氮等，合金钢是为了改性而有意加入一些元素，如锰、硅、钒、钛等，这些元素的存在，对钢的性能都要产生一定的影响。 1.碳 碳是决定钢材性能的主要元素。 （1）含碳量小于0.8%时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和冲击韧性下降。 （2）含碳量大于1.0%时，钢材的硬度提高，强度、韧性、塑性下降，耐腐蚀性、可焊性变差，冷脆和时效敏感性增大。 二、钢的化学成分对钢材性能的影响 2.硅、锰 脱氧剂，加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。 （1）硅 硅是我国钢材中的主加合金元素，