第2章 建筑钢材

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1、 自重轻、强度高自重轻、强度高 品质均匀、性能可靠品质均匀、性能可靠 弹性、塑性、韧性好弹性、塑性、韧性好 易于连接，可加工性好，施工方便、快捷易于连接，可加工性好，施工方便、快捷 易腐蚀易腐蚀 耐热、耐高温、防火性能差。耐热、耐高温、防火性能差。l 钢材的化学组成、结构与分类钢材的化学组成、结构与分类l 建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能l 钢材的加工工艺钢材的加工工艺l 钢材的防火和防腐蚀钢材的防火和防腐蚀l 建筑钢材的品种与选用建筑钢材的品种与选用 钢是由钢是由铁铁、碳碳、合金元素合金元素及及杂质杂质组成。组成。 ：是决定钢材性能的主要元素。：是决定钢材性能的主要元素。 当碳含量：当碳

2、含量： 2%2%时，称为铁；时，称为铁； 2%2%时，称为钢。时，称为钢。 ：主要有硅：主要有硅SiSi、锰、锰MnMn、鈦、鈦TiTi、钒、钒V V、铌铌NbNb等。等。 ：主要有磷：主要有磷P P、硫、硫S S、氧、氧O O、氮、氮N N等。等。名名 称称含碳量含碳量% %结结 构构 特特 征征性性 能能铁素体铁素体0.060.06碳溶于碳溶于铁中的固溶体铁中的固溶体强度、硬度很低，塑性好，强度、硬度很低，塑性好，冲击韧性好冲击韧性好渗碳体渗碳体6.67化合物化合物Fe3C抗拉强度较高，硬脆，很耐抗拉强度较高，硬脆，很耐磨，塑性几乎为零磨，塑性几乎为零珠光体珠光体0.8铁素体与铁素体与Fe

3、3C的机械混合物的机械混合物强度较高，塑性、韧性介于强度较高，塑性、韧性介于铁素体和渗碳体之间铁素体和渗碳体之间钢的基本晶体组织钢的基本晶体组织 C的存在方式：固溶、的存在方式：固溶、 化合物、化合物、 机械混合物机械混合物 形成三种组织：铁素体、形成三种组织：铁素体、 渗碳体、渗碳体、 珠光体珠光体铁素体铁素体珠光体珠光体渗碳体渗碳体晶体组织含量晶体组织含量 %碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系 含碳量，含碳量，%0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 低碳钢低碳钢 含碳量含碳量 0.6% 低合金钢低合金钢 合金含量合金含量10% 沸腾钢、镇静钢、半

4、镇静钢、特殊镇静钢。沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。 普通钢、优质钢、高级优质钢。普通钢、优质钢、高级优质钢。 结构钢、工具钢、特殊性能钢。结构钢、工具钢、特殊性能钢。2、 b / s 强屈比愈大，钢材工作的可靠性愈大，安全性强屈比愈大，钢材工作的可靠性愈大，安全性也愈高。一般应大于也愈高。一般应大于1.21.21、拉力试验：将钢材的受力过、拉力试验：将钢材的受力过程分以下为四个阶段：程分以下为四个阶段：弹性阶段弹性阶段(OA)(OA)： p p( (弹性极限弹性极限) )屈服阶段屈服阶段(AB)(AB)： s s( (屈服强度屈服强度) ) 强化阶段强化阶段(BC)(BC)： b b(

5、 (抗拉强度抗拉强度) ) 颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段(CD)(CD)应力应变OABCD低碳钢受拉的应力低碳钢受拉的应力- -应变曲线应变曲线 s b p注：标距注：标距lo o通常有通常有5d5do o、10d10do o； 对同一种钢材，通常对同一种钢材，通常5 5 10 伸长率：伸长率：%100001lll%100A010AA 断面收缩率：断面收缩率： 对其进行拉伸试验，对其进行拉伸试验，测得的应力应变曲线无明测得的应力应变曲线无明显的屈服点。显的屈服点。以发生残余变形以发生残余变形达到原始标距达到原始标距L L0的的0.2%0.2%时时所对应的应力值作为屈服所对应的应力值作为屈服极限。极

6、限。 用用 0.2表示表示硬钢受拉时的应力硬钢受拉时的应力-应变曲线应变曲线应变O0.2% 0.2 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 弯曲角度；弯心直径与试件弯曲角度；弯心直径与试件厚度（或直径）的比值：厚度（或直径）的比值：d/ad/a压头压头试件试件 指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。FAaKk试件装置试件装置V型缺口试件型缺口试件测定：测定：面积面积冲击功冲击功 值愈大，钢材的值愈大，钢材的冲击韧性愈好！冲击韧性愈好！kaFAaKk 材料的缺陷材料的缺陷 使用温度：使用温度：材料的冲击韧性随使用温度下降材料的冲击韧性随使用温度

7、下降而下降。开始时下降的缓慢，当达到一定温度时，而下降。开始时下降的缓慢，当达到一定温度时，突然下降而呈脆性，此现象称为突然下降而呈脆性，此现象称为“冷脆性冷脆性”，此，此时的温度是时的温度是“脆性转变温度脆性转变温度”。 使用时间：使用时间：随时间的延长钢材表现为强度提随时间的延长钢材表现为强度提高，塑性和冲击韧性下降，称为高，塑性和冲击韧性下降，称为“时效时效” 。因。因时效导致性能改变的程度称为时效导致性能改变的程度称为“时效敏感性时效敏感性”。 指钢材表面的局部体积内，抵抗外物压指钢材表面的局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力。入产生塑性变形的能力。测定方法：测定方法： 有有布氏

8、法、洛氏布氏法、洛氏法、维氏法。法、维氏法。 硬度大小是材料硬度大小是材料强度、塑性及韧性等强度、塑性及韧性等性能的综合反映。性能的综合反映。 指指钢结钢结构或构件在交变应力作构或构件在交变应力作用下的，当应力远小于用下的，当应力远小于钢材抗拉强度时，发生钢材抗拉强度时，发生断裂的现象。断裂的现象。 疲劳破坏的危险应疲劳破坏的危险应力用力用疲劳强度（极疲劳强度（极限限)r r表示。表示。疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图疲劳疲劳试验中，试件在交变试验中，试件在交变应力作用下，于规定应力作用下，于规定的周期基数（的周期基数（200万次万次或或400万次以上）内不万次以上）内不发生断裂，所承受的发生断裂

9、，所承受的最大应力。最大应力。钢材在重复荷载作用下，抵抗疲劳破坏的性能。钢材在重复荷载作用下，抵抗疲劳破坏的性能。在常温下对钢材进行加工，使其产生一定的塑在常温下对钢材进行加工，使其产生一定的塑性变形，使屈服强度和硬度显著提高，塑性和韧性性变形，使屈服强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。亦称冷加工硬化或冷作强化处理。明显下降。亦称冷加工硬化或冷作强化处理。 屈服强度提高，抗拉强度基本不变。屈服强度提高，抗拉强度基本不变。 节约钢材。节约钢材。 除锈、调直。除锈、调直。有有冷拉、冷拔、冷轧，俗称三冷作业冷拉、冷拔、冷轧，俗称三冷作业。钢材在长时间的搁置中，尤其在经冷钢材在长时间的搁置中，尤其

10、在经冷加工后，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而加工后，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。塑性和韧性逐渐降低的现象。 将经过冷加工的钢筋将经过冷加工的钢筋加热到加热到100 C 200 C 并保持一定时间。并保持一定时间。 将经过冷加工的钢筋于常温下存放将经过冷加工的钢筋于常温下存放15 20天。天。 优点：屈服强度、抗拉强度及硬度提高。优点：屈服强度、抗拉强度及硬度提高。 缺点：塑性、韧性下降缺点：塑性、韧性下降 将钢材加热至将钢材加热至723723以上某一温度，以上某一温度，并保持一定时间后，迅速置于并保持一定时间后，迅速置于水中或机油水中或机油中冷却，中冷却，这

11、个过程称钢材的淬火处理。这个过程称钢材的淬火处理。 将淬火后的钢材重新加热到将淬火后的钢材重新加热到723以以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。 是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却，是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其晶体组织，从而获得所需要性能的一种以改变其晶体组织，从而获得所需要性能的一种工艺过程。工艺过程。 是指将钢材加热至是指将钢材加热至723以上，保持以上，保持一定时间后，在一定时间后，在退火炉中退火炉中缓慢冷却。以消除钢材缓慢冷却。以消除钢材中的