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1、材料学各论8,金属材料 北京建筑工程学院 建筑与城市规划学院 房志勇 2020年8月,金属材料,建筑钢材 金属学的一般概念,金属材料,建筑钢材,建筑钢材,1、基本概念 1）钢材的重要性 在各种金属材料中，钢材是最重要的建筑材料之一，主要用于钢筋混凝土结构和钢结构,建筑钢材,1、基本概念 2）建筑钢材 所谓建筑钢材，是指用于钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于钢结构的各种型钢，以及用于围护结构和装修工程的各种深加工钢板、复合板材,建筑钢材,1、基本概念 3）铁与钢的概念 均为铁碳合金，仅仅是含碳量不同（一般以含碳量2.06作为铁与钢的分界）,建筑钢材,1、基本概念 4）钢材的化学组成 主要组成：铁、
2、碳、合金元素 其他组成：硅、锰、磷、硫、氧、氮等等,建筑钢材,1、基本概念 4）钢材的金相组成 铁素体：碳溶于-Fe晶格形成的固溶体 渗碳体：铁与碳的化合物，Fe3C 珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物,建筑钢材,2、钢材的分类 1）按照杂质含量分类 2）按照主要化学成分分类 3）按照主要用途分类 4）按照脱氧程度分类 5）按照冶炼方式分类,钢材按杂质含量分类,钢材按化学成分分类,钢材按主要用途分类,钢材按脱氧程度分类,钢材按冶炼方式分类,建筑钢材,3、钢材的技术性质 1）抗拉性能 是建筑钢材最重要的性能之一 屈服点、抗拉强度、伸长率，是钢材抗拉性能的主要技术指标,钢材抗拉应力应变图,钢材抗拉
3、性能和应用分析,建筑钢材,3、钢材的技术性质 2）冲击韧性 是建筑钢材抵抗冲击荷载的性能 冲击韧性通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定,建筑钢材,3、钢材的技术性质 2）冲击韧性,建筑钢材,3、钢材的技术性质 3）硬度 定义：,钢材表面局部体积内抵抗外物 压入产生塑性变形的能力,建筑钢材,3、钢材的技术性质 3）硬度 表示方法： 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等，以布氏硬度（HB）为主,建筑钢材,3、钢材的技术性质 3）硬度 应用： HB值与钢材的强度之间保持一定的正比例关系，可以根据HB值推测钢材的强度，但是不能用于成品检验,HB值与钢材强度之间的关系,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 1）冷弯
4、性能 定义： 钢材在常温下承受弯曲变形的能力,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 1）冷弯性能 试验方法：,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 1）冷弯性能 影响因素 ： 弯曲角度、弯心直径与钢材直径（或：厚度）的比值,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 2）冷加工强化现象 概念： 钢材在常温下进行机械加工后，其性能发生变化的一种现象,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 2）冷加工强化现象 性能变化规律 ： 强度增加、硬度提高、塑性降低、韧性降低,冷加工时的应力应变图,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 3）时效作用 概念： 钢材在常温下，未进行任何机械加工，其性能也会发生变化的一种现象,建筑钢材,4、
5、建筑钢材的工艺性质 3）时效作用 性能变化规律 ： 强度增加、塑性降低、韧性降低,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 3）时效作用 时效敏感性 ： 随着时间的延长，钢材的冲击韧性降低和其他性能变化的程度,建筑钢材,4、建筑钢材的工艺性质 4）冷脆性 概念 ： 钢材在环境温度低于一定数值时，钢材的冲击韧性大幅度下降，钢材出现脆性断裂的性质,冲击韧性值变化示意图,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 1）冷却速度的影响 急冷：（要求同学自己分析） 缓冷：（要求同学自己分析）,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2）杂质的影响 主要杂质 ： 磷、硫,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2）杂质的影
6、响 低共融现象 ：,低共融现象,T1,T2,0 100,100 0,T3,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2）杂质的影响 主要影响 ： 磷：含量增加时：强度增加、耐磨性增加、耐腐蚀性增加、塑性降低、韧性降低；是增加钢材冷脆性的主要因素,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 2）杂质的影响 主要影响 ： 硫：含量增加时：所有机械性能都降低、尤其是：耐磨性、耐腐蚀性、韧性；是增加钢材热脆性的主要因素,建筑钢材,5、影响建筑钢材性能的因素 3）金相组成的影响,铁素体,珠光体,渗碳体,0,含碳量，%,2.0,0.8,各组分相对含量，%,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 1）碳素钢 牌号组成方法
7、：,屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 1）碳素钢 组成说明 ： 见下页,钢材牌号组成说明,屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号,Q,195 215 235 255 275,A B C D,多,少,F沸腾钢 b半镇静钢 Z镇静钢 TZ特殊钢 空位镇静钢或 特殊镇静钢,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 2）合金钢 涉及范围 ： 低合金高强度结构钢,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 2）合金钢 牌号组成方法 ：,屈服点代号+屈服点值+质量等级符号,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 3）示例 牌号： Q235A.F Q215B,建筑钢材,6、建筑钢
8、材的技术标准 3）示例 问题： 哪一种是碳素钢？哪一种是合金钢？ 在这两种钢材中，哪一种钢材的P、S含量高？,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 3）示例 提示1： 无法判断碳素钢还是合金钢 合金钢屈服点标准值：295、345、390、420、460,建筑钢材,6、建筑钢材的技术标准 3）示例 提示2： 无法准确判断钢材的P、S绝对含量高低 只能判断钢材的总体杂质相对含量高低,建筑钢材,7、建筑钢材的选用 1）碳素钢 塑性较好 化学性能稳定 适宜于各种加工 在适当超载情况下不会突然破坏,建筑钢材,7、建筑钢材的选用 2）合金钢 具有良好的塑性、韧性、强度 焊接性能好 适用于：大跨度结构、承受动荷
9、载结构、承受冲击荷载结构,建筑钢材,7、建筑钢材的选用 3）一条选用钢材的重要规定 对于承受动荷载和冲击荷载的结构，一般不得选用脆性临界转变温度范围高和时效敏感性强的钢材,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1）钢筋 低碳钢热轧圆盘条 主要用途 中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋或者箍筋。也可用作冷加工原料,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1）钢筋 低碳钢热轧圆盘条 常用牌号 Q215、Q235,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1）钢筋 热轧带肋钢筋 主要用途 具有较高的强度，塑性，可焊性也比较好，与混凝土之间的握裹力较好，可用于钢筋混凝土结构的受力钢筋，以及预应力钢筋,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1）钢筋 热
10、轧带肋钢筋 常用牌号 HRB335、HRB400、HRB500 注：HRB是Hot rolled ribbed steel bar的缩写,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1）钢筋 冷轧带肋钢筋 主要用途 适用于中、小型预应力混凝土结构构件，以及普通钢筋混凝土结构构件,建筑钢材,8、常用建筑钢材 1）钢筋 冷轧带肋钢筋 常用牌号 CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1270 注：CRB是Cold rolling steel wires and bar的缩写,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 热轧型钢 主要用途 可用于大跨度、承受动荷载的钢结构中,建筑钢材,8、常用建筑钢
11、材 2）型钢 热轧型钢 主要形式 角钢（等边或者不等边）、I字钢、槽钢、T形钢、H形钢、Z形钢等,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 热轧型钢 常用牌号 Q235-A、Q345、Q390,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 冷弯薄壁型钢 主要用途 一般用于轻钢结构 壁厚：26mm 常见形式：分：开口和空心两类,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 钢板 分类 按照生产温度 分为：热轧和冷轧两类钢板,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 钢板 分类 按照成分 分为：碳素钢板和合金钢钢板两类,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 钢板 分类 按照厚度 分为：厚板（厚度4mm）和薄板（厚度=0.
12、354mm）两类,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 钢板 选用 合金钢板一般用于重型结构、大跨度结构 厚板可用于钢结构的承力构件,建筑钢材,8、常用建筑钢材 2）型钢 钢板 压型钢板 薄钢板经辊压、冷弯形成的V形、U形等截面 板面可通过镀锌、刷涂层等方法形成保护层,金属材料,金属学的一般概念,金属的分类,金属的分类2,金属爆炸复合技术 (现场),金属爆炸复合技术 (结构),课堂讨论题,1、如何区分铁与钢？ 2、简述铁素体、渗碳体、珠光体的性能 3、为什么说屈强比反映了可靠性和利用率？ 4、设计中，钢材强度应该以哪一个为准？ 5、对于承受动荷载和冲击荷载的结构，在选用钢材时，应该注意什么？,课堂讨论题,6、简述碳素钢钢号的组成方法 7、简述合金钢钢号的组成方法 8、简述磷对于钢材性能的影响 9、简述硫对于钢材性能的影响 10、简述冷加工对于钢材性能的影响 11、简述时效作用对于钢材性能的影响,
