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1、项目七：建筑钢材 学习步骤 咨 询 决 策 计 划 实 施 检 查 评 价 咨 询 参 考 资 料 建筑材料中国 水利水电出版社； 建筑材料重庆大学出版社； 实用建筑材料试验手册 中国建筑工业出版社 咨 询 工 程 资 料 概况：某厂的钢结构屋架是用中碳钢焊接 而成的，使用一段时间后，屋架坍塌，请 分析事故原因。 咨 询 掌握钢材的主要技术性能、钢材的冷加工与时效及钢材的选用 任务内容及要求 1.班级学生自由组合为10个学习小组，各学习小组自行选出组长； 2.组长召集组员利用课外时间认真熟悉实用建筑材料试验手册 、建筑材料相关规范等相关资料； 3.各小组讨论分析工程案例；并填写实训报告册； 4
2、.对分析过程中的错误及不可行之处加以改正，并完善任务工单。 咨 询 相 关 知 识 钢的分类 建筑钢材的技术性质 土木工程中常用的钢材 钢材的锈蚀及防止 （1 1） 概概 述述 （1 1）钢材的定义：）钢材的定义： 钢材是一种以铁为主要元素、含碳量一般在2% 以下，并含有其他元素（磷P、硫S、氧O、氮N 、硅Si和锰Mn)的材料； （2 2）钢材的优点以及缺点：）钢材的优点以及缺点： qq 优点：优点： （1）抗拉、抗压、抗冲击性能好； （2）可加工性能好，可切割、可焊接和铆接，装配 方便； qq 缺点：缺点：易锈蚀； 切割 焊接 铆接 （2 2）建筑钢材）建筑钢材 o 建筑钢材是指建筑工程中
3、用的各种 钢材。 o 建筑钢材主要包括： 1)钢结构用各种型材（如工字钢、角 钢、方钢、圆钢、扁钢等）； 2)板材（如钢板等）； 3)混凝土用各种钢筋、钢丝和钢绞线 等； 钢板 钢结构用各种型材示意图钢结构用各种型材示意图 扁钢 混凝土用各种钢筋 o 圆钢 混凝土用各种钢筋 o 螺纹钢 钢丝 钢绞线 7.1.37.1.3按按化学成分分类化学成分分类 分类：（分类：（1 1）碳素钢；（）碳素钢；（2 2）合金钢）合金钢 （1 1）碳素钢：）碳素钢： 指含碳量小于2%的钢，一般又分为以下三 种： 碳素钢分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢 （2 2）合金钢：）合金钢： 为改善钢的某些性质而特意加入的一定量
4、 的一种或几种合金元素；如硅、锰和镍等； 合金钢分为低合金钢、中合金钢、高合金钢 、中碳钢、高碳钢。 （5）、按主要质量等级分类 （1）普通质量钢；（2）优质钢；（3）高 级优质钢； （6 6）、）、 钢材按用途分为三大类：钢材按用途分为三大类： （1）结构钢：建筑结构工程中最常用的钢种 是碳素结构钢和低合金高强度结构钢； （2）工具钢：用于各种切削工具的钢； （3）特种钢：具有特殊性能的钢，如耐酸钢 、耐热钢、不锈钢等； （7 7）、）、 建筑钢材按用途分类建筑钢材按用途分类 1、钢结构用钢； 2、混凝土结构用钢； 总结：建筑结构工程中最常用的钢种是 碳素结构钢和低合金高强度结构钢； 7.1
5、.17.1.1钢材钢材的分类的分类 1 1、 钢材的分类钢材的分类 一、 钢的冶炼和分类 钢是由生铁冶炼而成的。钢和铁都是铁 碳合金，钢的含碳量在2%以下，而生铁 的含碳量大于2%。另外钢中的杂质含量 也少于生铁。 生铁有炼钢生铁和铸造生铁之分。 钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化， 使碳的含量降低到规定范围，其他杂质含 量也降低到允许范围之内。 1、 钢的冶炼 1、 按冶炼方式分类 分类三大类:（1）转炉钢（2）平炉钢（3）电炉 钢； （1）转炉钢： 以熔融的铁水为原料、由转炉的底部或侧面向 转炉中吹入高压热空气（或氧气）进行冶炼而 得到的钢，叫做转炉钢； q 转炉钢的缺点： 吹炼时易混入空气
6、中的氮、氢等杂质，故建筑 中常用的是氧气转炉钢； 熔炼时间短，杂质含量不易控制，因此质量差 ； 炼钢方法 氧气转炉 （2）平炉钢： 以固态或液态的生铁、铁矿石或废钢为 原料、用煤气或重油为燃料在平炉中冶 炼而得到的钢，叫做平炉钢； q 平炉钢的特点： 熔炼时间长，易控制质量，因此质量好 ，但成本较转炉钢高； 1 1、 按冶炼方式分类按冶炼方式分类 炼钢方法 平炉 o 速度慢、脱磷效果差、能耗高 （3）电炉钢： 用电热进行高温冶炼而得到的钢； 一般用高压电弧作为热源，故熔炼的温度高 ，且温度可以自由调节，清除杂质则容易得 多，故电炉钢的质量最好； q 电炉钢的特点： 熔炼温度可自由调节，清除杂质
7、彻底，因此 质量最好，但成本最高； （1 1）、）、 按冶炼方式分类按冶炼方式分类 炼钢方法 电炉 2.钢的铸锭 （1）沸腾钢；（2）镇静钢；（3）半镇静钢 oo （1 1）沸腾钢的特点：）沸腾钢的特点： 含杂质较多，质量较差，致密性差，但成本低 ； （2 2）镇静钢）镇静钢 oo 镇静钢的特点：镇静钢的特点： 结构致密，成分均匀，性能稳定，是质量较 好的钢种，但是产品率低，且成本较高； （3 3）半镇静钢：）半镇静钢： oo 半镇静钢的特点：半镇静钢的特点： 脱氧程度以及钢的质量介于沸腾钢和半镇静 钢之间； 按脱氧的方式分类按脱氧的方式分类 3.压力加工和热处理 按压力加工方式分类 (1）热
8、加工钢材： 是将钢锭加热到一定温度，使得钢锭成呈塑性状态进行的压力加工，如热 轧、热锻 （2）冷加工钢材： 指在常温下进行加工的钢材； q压力加工的目的：排掉冶炼、铸锭过程中钢材结构的不均匀、气泡等缺点； 热轧 热锻 钢材的冷加工 o 钢材的冷加工是指在常温下通过机械加 工是钢材达到变形,拉直,除锈等效果的一种 加工方式;从实际方法上,与热加工相对应， 冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生 塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻 、冲压、冷挤压等。冷加工变形抗力大，在 使金属成形的同时，可以利用加工硬化提高 工件的硬度和强度。 钢筋冷拉加工 3.压力加工和热处理 o 热处理（P42) o 热
9、处理是按照一定的工艺对钢材进行加热、 保温、冷却，以使钢材的性能按要求而改变 的过程。 o 正火 o 退火 o 淬火 o 回火 1.按化学成分分类 低碳钢：含碳量0.6% （1）碳素钢 （2%碳钢） （2）合金钢 专门加入合金元素 按合金元素含量分 低合金钢：合金元素总含量10% 7.1.3建筑钢材的分类 2按杂质含量（品质）分类 普通钢：含硫量 0.050%，含磷量0.045% 优质钢：含硫量 0.035%，含磷量0.035% 高级优质钢：含硫量 0.025%，含磷量0.025% ，牌号后加“高”或“A” 特级优质钢：含硫量 0.015%，含磷量0.015% ，后加“E” 咨询：相关知识 3
10、.按冶炼时脱氧程度分 沸腾钢：脱氧不充分，代号“F” 镇静钢：脱氧充分，代号“Z” 半镇静钢：脱氧程度介于“F”与“Z”之间，代号“b” 特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ” 4按用途分类 结构钢：建筑结构、机械制造（低、中碳钢） 工具钢：各种工具（高碳钢） 特殊钢：不锈钢（具有各种特殊的物理化学性质） 咨询：相关知识 5、钢材中的常存杂质 碳：决定钢材性能的重要元素，随含量增加，强度硬度增加， 塑性韧性加工性减低。 锰：具有很强的脱氧、硫能力，改善热加工性，消除热脆性， 含量较大时影响塑性、可焊性。 硅：脱氧剂，较锰强。 两面性：硅很低时，强度增加；硅很高时，可焊性降低。 硫：来自矿石燃料，生
11、成FeS，钢材加工时易裂缝，热脆性。 磷：来自矿石燃料，生成Fe3P，脆性很大。 氧、氮：与碳、磷相似。 主体元素合金元素有害元素 咨询：相关知识 (1)碳是决定钢材性能的主要元素 随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧 性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度 反而下降。 (2)硅、锰 加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成 SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的 作用。 咨询：相关知识 (3)硫、磷 硫不溶于铁而以FeS的形式存在，FeS和Fe形成低熔点的 共晶体。当钢材温度升至1000以上进行热加工时， 共晶体熔化，晶粒分离，使钢材沿晶界
12、破裂，这种现 象叫做热脆性。 磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧 性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢 材容易脆裂，这种现象叫做冷脆性。 咨询：相关知识 (4)氧、氮 未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在，如FeO、 Fe4N等。这些非金属化合物、夹杂物降低了钢材的强 度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮 使冷脆性及时效敏感性增加。 (5)钛、钒、铌 是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒 、改善韧性，并显著提高强度。 咨询：相关知识 7.2、建筑钢材的主要技术性能 力学性质：强度、韧性、疲劳强度、硬度 工艺性质（可加工性）：冷弯、可焊性、冷
13、热加工性 咨询：相关知识 建筑钢材的技术性能 力学性能 工艺性能 化学性能 抗拉性能 冲击韧性 疲劳强度 硬 度 冷弯性能 咨询：相关知识 1、力学性能 （1）.抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。 拉伸过程分四个阶段： OA：弹性阶段 AB：屈服阶段 BC：强化阶段 CD：颈缩阶段 咨询：相关知识 咨询：相关知识 拉伸性能指标：主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。 屈服强度（屈服点） 上屈服强度：试样首次屈服前的最大应力； 下屈服强度：不计初始瞬时效应时的最小强度，即屈服点 Fs 屈服阶段最小应力(首次回针所对应的力),N；Ao 钢材的截面积，mm2。 注意：有些钢材无明显屈服点（合金钢、高碳
14、钢等硬钢）， 应采用产生残余变形为0.2%原标距长度时的应力 作为屈服点（称条件屈服点）,记为0.2或者P0.2。 咨询：相关知识 （2）抗拉强度：钢材所能承受的最大强度。 Fb为最大应力，N。 相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。 因此，强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。 可靠性参数 值得注意：强屈比的概念 值越大可靠性越高，安全性越高 ，但利用率降低，浪费增大。 咨询：相关知识 （3）伸长率：塑性指标 。 意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性 增强， 安全性增强。 值有两种：5表示l0=5d0，d0钢材直径； 10l0=10d0。 lo试件原始标距长度，mm ； l1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。 咨询：相关知识 三个重要的指标 1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据 2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比，利用率 ，安全可靠程度 3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明 钢材的塑性越好 O A A C D B B上 B下 咨询：相关知识 （4）断面收缩率：塑性指标。 AO试样拉断后颈缩处的截面积，mm2； A1表示钢材的原始截面积，mm2。 伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。 咨询：相关知识 （5）.冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。 试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验
