6.1 钢的冶炼及钢的分类、 6.2 钢材的主要技术性能（课件）- 《建筑材料（第二版）》同步教学（西安电子科大·2016）

第6章 金 属 材 料 6.1 钢的冶炼及钢的分类 6.2 钢材的主要技术性能 6.3 冷加工强化与时效对钢材性能的影响 6.4 钢材的化学性能 6.5 常用建筑钢材 6.6 建筑钢材的防火 6.7 金属材料的检测 本章小结 第6章 金 属 材 料 　　　　6.1 钢的冶炼及钢材的分类 6.1.1 钢的冶炼 　　钢是由生铁冶炼而成的。生铁是由铁矿石、熔剂、燃料(焦炭)在高炉中经过还原反应和造渣反应而得到的一种铁碳合金。其中碳、磷和硫等杂质的含量较高。生铁脆、强度低、塑性和韧性差，不能用焊接、锻造、轧制等方法加工。 　　炼钢的过程是把熔融的生铁进行氧化，使碳含量降低到预定的范围，其他杂质降低到允许范围。在理论上凡含碳量在2%以下，含有害杂质较少的铁、碳合金可称为钢。在炼钢的过程中，采用的炼钢方法不同，除掉杂质的速度就不同，所得钢的质量也有差别。目前国内主要有转炉炼钢、平炉炼钢和电炉炼钢三种炼钢方法。 第6章 金 属 材 料 　　转炉炼钢法以熔融的铁水为原料，不需燃料，由转炉底部或侧面吹入高压热空气，使铁水中的杂质在空气中氧化，从而除去杂质。空气转炉钢的缺点是吹炼时容易混入空气中的氮、氢等杂质，同时熔炼时间短，杂质含量不易控制，因此所炼钢的质量差，国内已不采用。采用以纯氧代替空气吹入炉内的纯氧顶吹转炉炼钢法，克服了空气转炉法的一些缺点，能有效地除去磷、硫等杂质，使钢的质量明显提高。 　　平炉炼钢法以固体或液体生铁、铁矿石或废钢为原料，用煤气或重油作燃料在平炉中进行冶炼，杂质是靠与铁矿石、废钢中的氧或吹入的氧作用而除去的。由于熔炼时间长，杂质含量控制精确，清除较彻底，钢材的质量好，化学成分稳定(偏析度小)，力学性能可靠，用途广泛。但其成本较转炉钢高，冶炼周期长。 第6章 金 属 材 料 　　电炉炼钢法以电为能源迅速加热生铁或废钢原料。此种方法熔炼温度高，温度可自由调节，清除杂质容易。因此，电炉钢的质量最好，但成本高，主要用于冶炼优质碳素钢及特殊合金钢。 　　在冶炼过程中，由于氧化作用时部分铁被氧化，钢在熔炼过程中不可避免有部分氧化铁残留在钢水中，降低了钢的质量。因此在炼钢后期精炼时，需在炉内或钢包中加入脱氧剂(锰(Mn)、硅(Si)、铝(Al)、钛(Ti))进行脱氧处理，使氧化铁还原为金属铁。钢水经脱氧后才能浇铸成钢锭，轧制成各种钢材。 　　根据脱氧方法和脱氧程度的不同，钢材可分为沸腾钢(F)、镇静钢(Z)、半镇静钢(b)和特殊镇静钢(TZ)。 第6章 金 属 材 料 　　沸腾钢是一种脱氧不完全的钢，一般在钢锭模中，钢水中的氧和碳作用生成一氧化碳，产生大量一氧化碳气体，引起钢水沸腾，故称沸腾钢。钢中加入锰铁和少量的铝作为脱氧剂，冷却快，有些有害气体来不及逸出，但钢的结构不均匀，晶粒粗细不一，质地差，偏析度大，钢表面平整清洁，生产效率高，成本低。 　　镇静钢除采用锰(Mn)脱氧外，再加入硅铁和铝进行完全脱氧，在浇注和凝固过程中，钢水呈静止状态，故称镇静钢。冷却较慢，当凝固时碳和氧之间不发生反应，各种有害物质易于逸出，品质较纯，结构均匀，晶粒组织紧密坚实，偏析度小，成本高，质量好，在相同的炼钢工艺条件下屈服强度比沸腾钢高。 第6章 金 属 材 料 　　半镇静钢系加入适量的锰铁、硅铁、铝作为脱氧剂，脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。 　　特殊镇静钢在钢中应含有足够的形成细晶粒结构的元素。 第6章 金 属 材 料 6.1.2 钢材的分类 　　钢的品种繁多，为了便于掌握和选用，现将钢的一般分类归纳如下： 第6章 金 属 材 料 　 第6章 金 属 材 料 　　　　6.2 钢材的主要技术性能 6.2.1 钢材的力学性能 　　1. 拉伸性能 　　钢材的强度可分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和剪切强度等几种。通常以拉伸强度作为最基本的强度值。 　　将低碳钢(软钢)制成一定规格的试件，放在材料机上进行拉伸试验，可以绘出如图6-1所示的应力-应变关系曲线。钢材的拉伸性能就可以通过该图来表示。从图中可以看出，低碳钢受拉至拉断，全过程可划分为四个阶段：弹性阶段(OA段)、屈服阶段(AB段)、强化阶段(BC段)和颈缩阶段(CD段)。 第6章 金 属 材 料 图6-1 低碳钢受拉的应力-应变图 第6章 金 属 材 料 　　(1) 弹性阶段。曲线中OA段是一条直线，即表示应力与应变成正比。如卸去外力，试件能恢复原来的形状，这种性质即为弹性。此阶段的变形为弹性变形。与A点对应的应力称为弹性极限，以σp表示。应力与应变的比值为常数，即弹性模量E=σ/ε，单位为MPa。弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。 　　(2) 屈服阶段。应力超过