第2章建筑金属分解.ppt

第2章 建筑金属材料 主讲教师：李慧 2.3.2 钢材的基本晶体组织 2.3.3 钢材的成分对性能的影响 除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。钢材的成分对性能有重要影响。 这些成分可分为两类： 一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。 2.3.3 钢材的成分对性能的影响 氧 硫 冷脆性 氮 偏析、冷脆 磷 铌 时效 钒 强脱氧剂 钛 脱氧、硫剂 锰 冷脆性 硅 1% 冷脆性 碳 0.8% 其它 可焊性 韧性 塑性 硬度 强度 化学元素 讨论 下图是碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系。请分析低碳钢、中碳钢和高碳钢随着含碳量的增加，其基本组织及性能如何变化。 铁碳合金的含碳量与晶体组织及性能之间的关系 观察与讨论 2.3 钢材的组成结构及对性能的影响 讨论 碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 建筑钢材的含碳量不大于0.8％，即基本组织为铁素体和珠光体。从图可见，随含碳量增加，珠光体含量增加，而铁素体则相应减少。故高碳钢的强度较高，而塑性、韧性相应较低。 工程实例分析 2.3 钢材的组成结构及对性能的影响 钢结构倒塌 现象 原因分析 苏联某钢铁厂仓库运输廊道为钢结构，于某日倒塌。经检查可知：杆件发生断裂的位置在应力集中处节点附近的整块母材上，桁架腹板和弦杆的焊接接头均未破坏；全部断口和拉断处都很新鲜,未发黑、无锈迹。所用钢材为苏联国家标准CT·3号沸腾钢。 原因分析 2.3 钢材的组成结构及对性能的影响 切取母材作化学成分分析可知：其碳、硫含量均超过苏联国家标准焊接结构所用CT·3号沸腾钢的碳硫含量规定。其中55％的沸腾钢中碳平均含量超过0.22％的标准规定，破坏发生部位附近含量达0.38％；32％的试样硫含量超过0.055 ％的标准规定，在折断部位达0.1％。 碳对钢的性能有重要的影响。碳含量增加，钢强度、硬度增高，而塑性和韧性降低，且增大钢的冷脆性，降低可焊性。而硫多数以FeS形成存在，是强度较低、较脆的夹杂物，受力易引起应力集中，降低钢的强度及疲劳强度，且对热加工和焊接不利，偏析亦严重。由于此钢材不宜焊接，且使用的环境温度较低，这是导致工程质量事故的主要原因。 基础知识 2.4 钢材的强化与加工 2.4.1 冷加工强化 2.4.2 时效处理 2.4.3 热处理 2.4.1 冷加工强化 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降低塑性韧性，这个过程称为冷加工强化处理。 2.4.2 时效处理 时效处理： 将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15～20 d，或加热至100～200 ℃后保持一定时间（2～3 h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。 方法： （1）在常温下存放15～20 d，称为自然时效，适合用于低强度钢筋； （2）加热至100～200 ℃后保持一定时间（2～3 h），称人工时效，适合于高强钢筋。 2.4.3 热处理 热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保温和冷却处理，以改变其晶格组织，得到所需要的性能的一种工艺。 热处理包括淬火、回火、退火和正火，见下图。 钢的热处理工艺 基础知识 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用 2.5.1 建筑常用钢种 2.5.2 钢结构用钢 2.5.3 混凝土结构用钢 2.5.4 铝合金 1. 碳素结构钢 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。 牌号 Q195 Q215 Q235 Q275 等级 — A、B A、B、C、D A、B、C、D 2.5.1 建筑常用钢种 2. 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢和较高锰含量钢两组。优质碳素结构钢随碳含量增加，强度提高，塑性和韧性降低。主要用于重要结构的钢铸件和高强螺栓。 08F、10F、15F；08、10、15、…、80、85；15Mn~70Mn F：沸腾钢 15：平均含碳量0.15％ Mn：较高含锰量 共31个牌号： 2.5.1 建筑常用钢种 3. 低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于5％的合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。 等级 牌号 A、B Q295 A～E Q345 A~E Q390 A~E Q425 C~E Q460 2.5.1 建筑常用钢种 钢结构用钢主要是热轧成形的钢板和型钢等；薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢。钢结构用钢有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、棒材、钢管