项目七 建筑钢材(课件)—《建筑材料》同步教学(高教版）

建 筑 材 料 项目7 建筑钢材 钢材概述 钢材的力学性能和工艺性能 建筑工程用钢 钢材的耐久性 7.1 7.2 7.3 7.4 钢材的验收、运输与储存 7.5 项目7 建筑钢材 学习目标 了解钢材的分类、优缺点和工程应用。 掌握钢材的力学性能，掌握冷加工强化和时效对钢材性能的影响。 掌握钢材各种钢的品种与选用。 了解钢材的防火与防腐蚀措施。 7.1 钢 材 概 述 7.1.1 钢材的化学成分及影响 钢是铁碳合金，碳元素是钢材中除铁以外的主要元素。碳元素的含量在一定程度上决定着钢材的性能。当含碳量低于0.8% 时，随含碳量的增加，钢的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低；当含碳量高于0.8%时，钢的冷脆性和时效敏感性增加，抗大气腐蚀性和可焊性降低。 主要元素 1. 7.1 钢 材 概 述 合金元素是为了使钢材满足实际使用和可加工性能的要求，人为地加入到钢材中的一些有益元素。 （1）锰。锰是低合金钢的主加合金元素，主要起着脱氧去硫的作用。 （2）硅。硅是合金钢的主加合金元素，主要起着脱氧的作用。 （3）钒、铌、钛。钒、铌、钛都是合金钢的合金元素，在炼钢时做脱氧剂，可改善钢材的组织结构，提高钢的强度，增加钢材的韧性。 合金元素 2. 7.1 钢 材 概 述 钢材中的有害因素是指炼钢时由原料和燃料引入的能导致钢材性能劣化的元素。 （1）硫、磷。硫是炼钢时残留在钢水中的有害元素，硫与铁生成熔点很低的FeS，当在较高温度下加工或焊接钢材时，FeS很容易熔化，使钢内部出现裂纹，这种在高温下产生裂纹的特性称为钢材的热脆性。热脆性大大降低了钢的热加工性能和可焊性能，并会导致碳素钢的冲击韧性、疲劳强度、可焊性及耐蚀性等性能下降。 （2）氧、氮。氧、氮都是炼钢时残留在钢水中的有害元素，它们能显著降低钢材的塑性、韧性、冷弯性能和可焊性能。 有害元素 3. 7.1 钢 材 概 述 7.1.2 钢材的特点 优点 1. （1） （2） （3） 材质均匀，性能可靠。 强度高。 塑性和冷加工性能好。 （4） 比强度较大。 （5） 施工方便。 7.1 钢 材 概 述 建筑钢材生产能耗大，成本较高；使用和储存不利时极易生锈，维护和维修费用大；耐火能力较差。 缺点 2. 7.1 钢 材 概 述 7.1.3 钢材的冶炼加工及热处理 钢材的冶炼加工 1. 钢是用生铁冶炼而成的。生铁的冶炼过程是将铁矿石、燃料（焦炭）和溶剂（石灰石）等置于高炉中熔炼，约在1 750 ℃高温下，石灰石与铁矿石中的硅、锰、硫、磷等经过化学反应，生成铁渣，浮于铁水表面，铁渣和铁水分别从出渣口和出铁口放出。铁渣排出时用水急冷得水淬矿渣，排出的铁水即为生铁。生铁的主要成分是铁，但含有较多的碳以及硫、磷、硅、锰等杂质，使得生铁的性质硬而脆，塑性很差，抗拉强度很低，不能焊接、锻造、轧制，使用受到很大限制。 7.1 钢 材 概 述 若将钢加热到临界温度以上，并保持一定时间后，以不同的速度冷却，则会形成完全不同的晶体组织。这种对钢进行加热、保温和冷却的综合操作工艺称为热处理，其目的在于通过不同的工艺改变钢的晶体组织从而改变钢的性质。钢的热处理有退火、正火、淬火、回火等形式。 （1）退火。退火是将钢加热到上临界温度（相变温度）以上30～50 ℃，保温一定时间，然后极缓慢地冷却（随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。 （2）正火。正火是将钢加热到上临界温度以上30～50 ℃，保温一定时间，然后在空气中冷却的一种热处理工艺。 钢材的热处理 2. 7.1 钢 材 概 述 （3）淬火。淬火是把钢加热到上临界温度以上30～50 ℃，保持一定时间，然后把它放到适当的介质（水或油）中进行急速冷却的一种热处理工艺。淬火能显著提高钢的硬度和耐磨性，但却使其塑性和韧性显著降低，且有很大的内应力，脆性很高。可在淬火后进行回火处理，以消除部分脆性。 （4）回火。回火是把钢加热到下临界温度（727 ℃）以下某一适当的温度，保持一定时间，然后在空气中冷却的一种热处理工艺。根据加热温度的高低，分低温（150～250 ℃）、中温（350～500 ℃）和高温（500～650 ℃）三种回火制度。 7.2 钢材的力学性能和工艺性能 7.2.1 钢材的力学性能 拉伸性能 1. 拉伸是建筑钢材的主要受力形式，拉伸性能是评价钢材力学性能和选用钢材的重要指标。图7-1所示为低碳钢（软钢）拉伸试验的应力-应变关系图。从图中可以看出，低碳钢从受拉至拉断，共经历了弹