第七章 建筑钢材1（课件）- 《建筑材料（第4版） 》同步教学（机械工业版）

第七章 建筑钢材 【学习要求】 了解钢材的冶炼和分类； 掌握钢材的力学性能、工艺性能以及钢材化学成分对钢材性能的影响、钢材的强化； 熟悉常用建筑钢材的技术标准、检测方法以及选用要求。 建筑钢材是指建筑工程中所用的各种钢材。 包括用于钢结构工程中的各种型钢（如角钢、槽钢、工字钢等）、钢板和用于钢筋混凝土结构工程中的各种钢筋及钢丝。以外，还有大量的钢材被用作门窗和建筑五金等。 第七章建筑钢材 建筑钢材是在严格的技术条件下生产的材料，具有以下的优点： （1）质量均匀，性能可靠 钢材既可铸造、锻造、切割，又可进行压力加工，还可以通过冷加工或热处理方法，在很大范围内改变或控制钢材的性能，另外还可以用焊接、铆接等多种连接方式进行装配式施工。 （2）强度和硬度高 钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度以及硬度都很高，适用于制作各种承载较大的构件和结构，如钢结构、钢筋混凝土结构、预应力钢筋混凝土结构等；钢轨和机械加工用的切割工具都是由硬度很高的钢材制成的。 （3）塑性和韧性好 常温下钢材能承受较大的塑性变形，便于冷弯、冷拉、冷拔及冷轧等各种冷加工。良好的塑性，使得钢材在常温下可以承受较大的冲击作用，适用于制作吊车梁等受动荷载的结构和构件。 钢材的主要缺点是易锈蚀、维护费用高和耐火性差。 第七章 建筑钢材 7.1 钢材的冶炼及分类 7.1.1 钢材的冶炼 1. 钢材的冶炼原理 由于铁和碳的化合力极强，所以工业上很难得到纯铁。含碳量低于0.04%的铁称为熟铁，熟铁软而易于加工，但力学强度很低。含碳量在2.0%以上的铁称为生铁，并含有较多的硅、硫、磷、锰等杂质。 将生铁中的碳含量降至2.0%以下，使硫和磷等杂质降至一定范围内即成为钢。 2. 钢材的冶炼过程 钢材的冶炼过程为除碳、造渣和脱氧。 3. 钢材的冶炼方法 根据炼钢所用炉种的不同，钢材的冶炼方法可分为： 平炉炼钢、氧气顶吹转炉炼钢和电炉炼钢三种。 9.1.2 钢材的分类 对于钢材可以按照不同的角度进行分类。 1. 按化学成分分类 （1）碳素钢 （2）合金钢 2. 按杂质含量分类 质量等级主要是根据硫和磷杂质含量的高低来确定的。 可分为优质钢（硫和磷含量不高于0.035%）、高级优质钢（硫和磷含量不高于0.030%）和特级优质钢（硫含量不大于0.020%，磷含量不大于0.025%）。 3. 按冶炼方式分类 可分为：平炉钢、氧气转炉钢和电炉钢。 4. 按冶炼脱氧程度分类 （1）沸腾钢 脱氧不完全的钢，其抗蚀性、冲击韧性和可焊性较差，尤其是低温时冲击韧性降低更显著。 （2）镇静钢 脱氧充分的钢。由于钢液中氧已经很少，当钢液浇铸后在锭模内呈静止状态，故称为镇静钢。其优点是化学成分均匀、机械性能稳定、焊接性能和塑性较好、抗蚀性也较强。多用于承受冲击荷载及其它重要的结构上。 （3）特殊镇静钢 脱氧程度比镇静钢更充分的钢，其性能与质量比镇静钢更好。 5. 按用途分类 钢材按用途可分为： 结构钢、工具钢、专门用途钢和特殊性能钢。 其中结构钢主要是指建筑钢材； 工具钢分为量具钢、刃具钢和模具钢； 专门用途钢应用在各个领域，如铁道用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢等； 特殊性能钢包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢、电工用钢等。 7.2 钢材的力学性能 7.2.1 抗拉性能 抗拉性能是钢材的主要性能。 由拉力试验测定的屈服强度、抗拉强度和伸长率是钢材的主要技术指标。 9.2.2 冲击韧性 冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。 7.2.3 耐疲劳性 钢材在交变荷载反复多次作用下，可在最大应力远低于屈服强度的情况下突然破坏。这种破坏称为疲劳破坏。 7.3 钢材的工艺性能 建筑钢材不仅应有优良的力学性能，而且还应有良好的工艺性能，以满足施工工艺的要求。 其中冷弯性能和焊接性能是钢材的重要工艺性能。 7.3.1 冷弯性能 冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的工艺性能指标。 7.3.2 焊接性能 在工业与民用建筑中焊接连接是钢结构的主要连接方式； 在钢筋混凝土工程中，焊接则是广泛应用于钢筋接头、钢筋网、钢筋骨架和预埋件的焊接，以及装配式构件的安装。因此，要求建筑钢材要有良好的可焊性。 7.4 钢材的化学成分对钢材性能的影响 钢材中除铁、碳两种基本化学元素外，还含有硅、锰、磷、硫、氧、氮以及一些合金元素。这些元素都可对钢材的性能产生不同的影响。 7.5 钢材的强化 7.5.1 钢材的冷加工及时效 7.5.2 钢材的热处理 热处理是按照一定的制度对钢材进行加热、保温、冷却，以使钢材性能按要求而改变的过程。 热处理可改变钢的晶体组织及显微结构，或消除由于冷加工在材料内部产生的内应力，从而改变钢材的力学性能。 7.6 常用建筑钢材的性能 建筑工程中应用的钢材主要分为钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两大类。 7.6.1 钢结构用钢的性能及选用 钢结构用钢主要有碳素结构钢、优质碳素结构钢与低合金结构钢。 7.6.2 钢筋混凝土用钢 按生产方式不同，钢筋混凝土结构用钢可分为热轧钢筋、热处理钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、冷拔低碳钢丝、预应力钢丝与钢绞线等多种。 【思考题与习题】 1. 画出低碳钢拉伸时的应力－应变图，并指出弹性极限、屈服强度和抗拉强度，并说明屈强比的实用意义。 2. 什么是建筑钢材的冷加工和时效处理？钢筋经冷拉及时效处理后，性能发生了怎样的变化？ 3. 简述钢材中碳、硫、磷化学元素对钢材性能的影响规律。 4. 碳素结构钢和优质碳素结构钢是怎样划分牌号的？ 5. 在同一批直径为25mm的钢筋中任意抽取2根，取样做拉伸试验，测得屈服点荷载为171 kN、172.8kN，其原始标距长度为125mm，钢筋拉断时的荷载为260kN、262kN，拉断后的标距长度为147.5mm、149mm。计算该钢筋的屈服强度、抗拉强度和伸长率。     感谢观看 单击此处添加副标题 $$