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1、,第八章 金属材料,教学目标,了解钢材的分类、腐蚀与防止，铝材及铝合金 的相关知识。 掌握钢材的性质与选用。 重点是区分钢结构用钢和混凝土结构用钢。,建筑钢材指用于钢结构的各种型钢、钢板、钢管和用于混凝土结构的各种钢筋、钢丝等。,性质均匀稳定、 强度高、塑性韧性好、 可焊接和铆接等,易锈蚀、耐火性差、 维护费用大、生产能耗大等,建筑钢材的主要品种,1.型钢 简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等； 复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。,2.线材 如钢筋、钢丝等。,3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。,4.板材 光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。,空气转炉炼钢法 普通钢 氧气转炉炼钢法
2、优质钢 平炉炼钢法 电弧炉炼钢法,生铁,铁水,吹入空气或氧气,钢,浇注、成型,脱 氧,第一节 钢材的冶炼和分类,钢,中碳钢,低合金钢,高碳钢,低碳钢,碳素钢,合金钢,中合金钢,高合金钢,C0.25%,C=0.25%0.60,C0.60,5%,5%10,10,一、按化学成分,二、按冶炼时脱氧程度,沸腾钢,半镇静钢,镇静钢,F 一般用锰/铁脱氧，不完全,Z 一般用硅脱氧，完全,b 用少量硅脱氧，中间,四、按用途 结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等）。,三、按杂质含量 根据硫、磷等有害杂质的含量，分为普通钢、优质钢和特殊质量钢。,第二节 钢材的性质,物理化学性质 力学性质
3、工艺性质 一、抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术 性质，可采用拉伸试验测定。,低碳钢受拉时的应力-应变图,弹性阶段(OA段),屈服阶段(AB段),强化阶段(BC段),颈缩阶段(CD段),伸长率的测量,冲击韧性试验图,(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机,1摆锤；2试件；3试验台；4刻度盘；5指针,二、冲击韧性,指抵抗其他硬物压入钢材表面的能力。建筑钢材常用的是布氏硬度。根据硬质钢球在规定荷载作用下压入试件表面后的压痕。,三、硬度,四、耐疲劳性 钢材在交变荷载反复作用下突然发生断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。先是在局部形成细小裂纹，然后逐渐扩大，最后突然发生断裂。一般来说，钢材的抗拉
4、强度高，其疲劳极限也较高。,工程案例钢吊车梁裂缝 某钢厂原料跨吊车任务繁重，冷轧跨吊车不太常用。两者按同一标准设计，后者使用40多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂缝已更换。请分析原因。,由于前者任务繁重，承受的交变荷载次数多，故会产生疲劳破坏。,五、冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。,焊接的好坏取决于钢材与焊接材料的可焊性及焊接工艺，受化学成分及含量的影响。 低碳钢可焊性好 高碳钢及合金钢，为改善焊接性能，一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。,六、焊接性能,七、冷加工,指钢材在常温下进行的加工。常见的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。,八、热处理,将钢材按一定规则加热、
5、保温和冷却，获得相应性能的工艺过程。常见的热处理方法有：退火、正火、淬火、回火。,九、时效,将经过冷拉的钢筋在常温下存放15-20d，或加热到100-200并保持2-3h，则钢筋强度和硬度将进一步提高，塑性和韧性进一步降低，这个过程称为时效处理。 通常对强度较低的钢筋采用自然时效，强度较高的钢筋采用人工时效。,第三节 钢的化学成分对钢材性能的影响,1、C 是钢的主要元素，随含C量增加，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。,2、Si 是一种脱氧剂，主要是提高强度，对塑性和韧性影响不大。一般认为是有益元素。,3、Mn 作为脱氧除硫的元素加入钢中，可以提高钢材的硬度、强度和耐磨性。一般认为是有
6、益元素。,4、P 一般说来，P是有害杂质，偏析严重。虽能提高钢的强度、硬度，但使塑性、韧性降低，低温时产生裂纹，称为“冷脆”。,5、S 一般来说，S是有害元素，偏析严重，降低韧性、疲劳强度和抗腐蚀性，常以FeS的形式存在，高温时产生裂纹，称为“热脆”。,6、O 是有害元素，随钢中含O量增加，钢的塑性、韧性、耐腐蚀性、耐磨性降低，使加工性能变坏。,第四节 常见建筑钢材的技术标准与选用,一、钢结构用钢,例如：Q235AF 表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。,碳素结构钢,屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、脱氧方法四部分按顺序组成。,低合金高强度结构钢,例如：Q295E 表示屈服点为295MPa
7、的E级低合金高强度结构钢。,可用作高层及大跨度建筑的主体结构材料。,屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、三部分按顺序组成。,二、混凝土结构用钢,热轧钢筋 根据表面特征分为光圆钢筋和带肋钢筋。,HPB235 热轧光圆钢筋，由碳素结构钢轧制而成， 表面光圆，强度较低。,HRB400 热轧带肋钢筋，由低合金钢轧制而成， 外表带肋，强度较高。,冷轧带肋钢筋 CRB550、CRB650等,冷轧扭钢筋 LZN,第五节 钢材的锈蚀和防止,钢材与周围介质发生作用而引起破坏的现象。,一、化学腐蚀 氧化铁，在干燥环境中腐蚀缓慢，温度高和湿度大时腐蚀速度快。,二、电化学腐蚀 当有电解质溶液(水)存在时，会在钢材表面形成局部原电池。,防止,保护层法 防锈漆/塑料涂层等 电化学保护法 更活泼的金属（镁/锌） 制成合金钢 添加合金元素制成不锈钢,碱性保护膜 钢筋混凝土,铝材及铝合金,铝为银白色轻金属，强度低，塑性好，电绝缘性和导热性好，易反应可防腐。,铝合金根据用途可分为三类 一类承力构件屋架 二类非承力构件门窗 三类装饰品和特殊物件,
