第七章 建筑钢材.ppt

第9章 建 筑 钢 材 建筑钢材特性：强度高、塑性韧性好，可以承受冲击和振动荷载，能够切割、焊接、铆接，便于装配。钢结构安全可靠，构件自重小，因此被广泛用于工业与民用建筑结构中。钢铁区别： 生铁—C2%的铁碳合金，杂质多，硬脆 钢 —0.06%C2%的铁碳合金，杂质少，强度高，塑性好 纯铁—C0.04%的铁碳合金 9.1 钢的冶炼与分类 9.1.1 钢的冶炼 生铁 钢水+钢渣 原理—将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降到一定 限度，同时把其它杂质的含量也降到一定限度。 脱氧：精炼后的钢液中还留有一定的氧化铁，使钢的质量降低，需加入脱氧剂以消除其影响。常用的脱氧剂有锰铁、硅铁和铝锭。 常用的炼钢方法： 　空气转炉法、氧气转炉法、平炉法和电炉法。 9.1.2 钢的分类 1、按照化学成分： 碳素钢：按含碳量的高低可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。 合金钢：按合金元素的含量不同，也可分为低合金钢、中合金钢、高合金钢。 2、按含有害杂质（硫、磷等）： 普通钢、优质钢、高级优质钢。 3、根据冶炼时脱氧程度： 沸腾钢(冲击韧性和可焊性差) 、镇静钢、半镇静钢。 4、按冶炼方法： 平炉钢、氧气转炉钢和电炉钢。 5、按用途： 结构钢、工具钢和特殊钢（如不锈钢、耐热钢、等）。 9.2 建筑钢材的性能 钢材性能 1、弹性阶段（OB阶段）：应力σ与应变ε成正比，此时，卸去外力后，试件能恢复原来的长度，对应B的应力叫弹性极限。 2、屈服阶段（BB’阶段）：当应力超过弹性极限后，此时应力不增加，但应变却迅速增长，说明钢材暂时失去抵抗变形的能力，这种现象称为屈服。此时材料已产生塑性变形。对应C下点的应力，称为屈服极限，也叫屈服强度或屈服点（σS）。 3、强化阶段（ B’ C阶段）：试件过屈服点后，钢材内部组织重新建立了新的平衡，又恢复了抵抗外力的能力，此时曲线又向上升，直至最高点C。对应C点的应力叫强度极限，又叫抗拉强度（σb）。 4、颈缩阶段（CD阶段）：当外力达到顶点D之后，在试件的某一部位断面开始显著缩小，称为颈缩现象。 （2）抗拉强度：受拉时所能承受的最大应力值。 抗拉强度/屈服强度=强屈比。 强屈比越大表示可靠性越大，安全性越高，但不能太大， 强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25一般大于1.2通常情况下，屈强比在0.60～0.75范围是比较合适的。 （3）伸长率: δ= l1 －l0 ×100% l０ 塑性指标 式中l0——试件原始标距长度（mm） l1——试件拉断后将其拼合所量出的拉后标距长度（mm） 9.2.2 工艺性能 （1）冷弯性能 冷弯性能系指钢材在常温条件下承受弯曲变形的能力，是钢材重要的工艺性能。 表示：弯曲角度（α）以及弯心直径（d）对钢材厚度或直径（a）的比值 测定：冷弯性能指标通过冷弯试验而确定，冷弯也是检验钢材塑性的一种方法，但对钢材塑性的评定更加严格，也更敏感。 评价：用于揭示钢材内部是否存在组织的不均匀、内应力、夹杂物、未溶物和微裂缝等缺陷。因此，冷弯性能可反映钢材的冶金质量和焊接质量。 9.3 建筑钢材的化学成分 9.3.1 钢的化学成分对钢材性能的影响 1、碳 在钢材中碳原子与铁原子之间的结合有三种基本方式；即固溶体、化合物和机械混合物。 由于铁与碳结合方式的不同，碳素钢在常温下形成的基本组织有: (1)铁素体—碳溶于α—Fe晶格中的固溶体，强度低，塑性较好 (2)渗碳体—铁与碳的化合物（Fe3C），硬脆，钢的主要强化组分 (3)珠光体—铁素体与渗碳体的机械混合物，性能介于铁素体与滲碳体之间 当C0.8%时，基本组织为铁素体与珠光体，C提高，珠光体↑，铁素体↓，∴强度、硬度提高，塑性、韧性降低； 当C1%时，单独存在渗碳体系，C提高，强度、塑性、韧性降低。 2、杂质 磷—冷脆性 硫—低熔点，降低各种力学性能 3、有益元素 硅—提高强度、硬度，对塑性、韧性影响不大 锰—显著提高强度、硬度，略微降低塑性、韧性 9.4 钢材的冷加工及时效 目的：提高屈服强度，节约钢材。 冷加工时效处理：自然时效和人工时效。可使屈服点进一步提高，抗拉强度稍见 增长，塑形和韧性继续降低，但弹模可