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1、1 建筑材料及检测 第28讲 第5章建筑钢材及检测 建筑钢材 一 杨松年 2 5 1概述 上海宝钢 3 5 1 1钢及其特性 1 钢的定义理论上 凡是把含碳量小于2 含杂质比较少的铁碳合金称为钢 含碳量超过2 称为生铁 含碳量小于0 08 称为工业纯铁 4 2 钢的特点优点 具有强度高 塑性好 具有良好的韧性 工艺性能良好 易于加工 缺点 钢材易锈蚀 耐火性差 5 1 1钢及其特性 5 5 1 2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 6 2 线材如钢筋 钢丝等 5 1 2建筑钢材的主要品种 7 3 管材无缝钢管 焊接钢
2、管等 5 1 2建筑钢材的主要品种 8 4 板材光面钢板 花纹钢板 彩色涂层钢板等 压型彩钢板 5 1 2建筑钢材的主要品种 9 5 1 3钢的冶炼方法简介 按照炼钢炉的种类 炼钢方法可分为 1 空气转炉炼钢法一般炼制普通碳素钢 2 氧气转炉炼钢法炼制优质碳素钢和合金钢 3 平炉炼钢法用来炼制优质碳素钢 合金钢或有特殊要求的专用钢 4 电炉炼钢法 白口铁 液态生铁 吹入空气或氧气 钢 浇注成钢锭 脱氧 10 5 1 4钢的分类 1 按冶炼方法分 钢 转炉钢 沸腾钢 电炉钢 平炉钢 按冶炼方法分 按脱氧程度分 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢 11 2 按质量分按S 硫
3、 和P 磷 元素含量 分为普通质量钢 优质钢和特殊质量钢 硫使钢材的热脆性增加 磷能使钢材的强度 硬度提高 但显著降低钢材的塑性和韧性 使钢材的冷脆性增加 它们是炼钢中必须控制含量的成分 5 1 4钢的分类 12 3 按化学成分分4 按用途分分为建筑钢 结构钢 工具钢 特殊性能钢 如不锈钢 耐酸钢 耐碱钢 磁钢等 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 C 0 25 C 0 25 0 60 C 0 60 合金总含量 5 5 10 10 5 1 4钢的分类 13 5 2建筑钢材的主要性能 14 标准试件 按照一定的要求 对表面进行车削加工后的试件 非标准试件 不
4、经过加工 直接在线材上切取的试件 5 2 1拉伸性能 1 低碳钢的拉伸性能 15 5 2 1拉伸性能 标准试件 16 0 钢材拉伸过程的 图 OB 弹性阶段 BC 屈服阶段 CD 强化阶段 DE 颈缩阶段 以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度 1 拉伸试验过程 17 0 钢材拉伸弹性阶段示意图 p 比例极限 MPa B 弹性极限 MPa 注 由于A B两点相距较近 一般认为 p B 18 0 钢材拉伸屈服阶段示意图 放大后 19 0 钢材拉伸强化阶段示意图 b 抗拉强度或强度极限 20 0 钢材拉伸颈缩阶段示意图 DE 颈缩阶段 21 2 拉伸过程的参数 强度指标屈服强度 抗拉强度 塑性指标伸长
5、率 22 2硬钢 高碳钢 的拉伸性能 硬钢强度高 塑性差 拉伸过程无明显屈服阶段 无法直接测定屈服强度 用条件屈服强度 0 2来代替屈服强度 条件屈服点 0 2 使硬钢产生0 2 塑性变形时的应力 见左图 0 oa 总变形 ba 弹性变形99 8 ob 塑性变形0 2 23 5 2 2工艺性能 1 冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力 冷弯试验的指标 弯心直径d与试件厚度 直径 a的比值d a 弯曲角度 90 或180 试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格 通过冷弯试验 更有助于暴露钢材的某些内在缺陷 它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀 内应力和夹杂物等缺陷 24 2 可焊性可焊性是指在
6、一定焊接工艺条件下 在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响 焊接后接头强度是否与母体相近的性能 可焊性受化学成分及含量的影响 含碳量高 含硫量高 合金元素含量高等 均会降低可焊性 含碳量小于0 25 的非合金钢具有良好的可焊性 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢 当采用高碳钢及合金钢时 为了改善焊接后的硬脆性 焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施 5 2 2工艺性能 25 5 2 3冲击韧性 定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力 其大小用冲击韧性值 k表示 k越大 则冲击韧性越好 k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功 J cm2 影响因素硫 磷含量高
7、存在化学偏析 含非金属夹杂物 焊接形成裂纹 温度降低等 均会降低冲击韧性 对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材 必须考虑冲击韧性 26 5 2 3冲击韧性 27 5 2 4钢材的冷加工强化和时效 1 冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下 以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工 建筑钢材常用的冷加工有冷拉 冷拔 冷轧 刻痕等 对钢材进行冷加工的目的 主要是利用时效提高强度 利用塑性节约钢材 同时也达到调直和除锈的目的 28 5 2 4钢材的冷加工强化和时效 2 时效钢材随时间的延长 其强度 硬度提高 而塑性 冲击韧性降低的现象称为时效 时效分为自然时效和人工时效两种 自然时效是将其冷加
8、工后 在常温下放置15 20d 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100 200 保持2h以上 经过时效处理后的钢材 其屈服强度 抗拉强度及硬度都将提高 而塑性和韧性降低 29 5 2 5钢的化学成分对其性能的影响 碳素钢中除了铁和碳元素外 还有硅 锰 磷 硫 氮 氧等元素 它们的含量决定了钢材的质量和性能 在冶炼时应通过控制和调节以保证钢材的质量 30 1 碳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 5 2 5钢的化学成分对其性能的影响 31 2 硫 磷硫使钢材的热脆性增加 磷能使钢材的强度 硬度提高 但显著降低钢材的塑性和韧性 使钢材的冷脆性增加 它们是炼钢中必须控制含量的成分 3 氧 氮它们降低了钢材的强度 且使冷弯性能和焊接性能变差 也是炼钢中控制的成分 5 2 5钢的化学成分对其性能的影响 32 4 硅 锰 钥 钦 钨等它们是合金钢中重要的合金元素 能改善钢的组织结构 并显著提高强度 硬度和耐磨性等 5 2 5钢的化学成分对其性能的影响 33 谢谢大家
