《建筑材料》第六章建筑钢材精编版
73页1、6 建筑钢材,本章概述了钢材的冶炼、加工及分类方法。重点介绍了钢材的力学性能、工艺性能及现行国家标准或规范对钢材的性能及技术要求。阐述了钢的化学成分及所含合金元素等对钢材性能的影响。介绍了碳素结构钢和低合金结构钢的牌号表示方法、技术要求及各类牌号钢材的性能和用途。论述了钢筋混凝土结构采用的主要钢材品种及特点。,本章提要,钢桥,本 章 内 容,6.1 钢的冶炼和分类 6.2 钢材的主要性能 6.3 建筑钢材的技术标准及选用,6.1 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。 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,过程,焦炭,铁矿石,高炉 熔融,生铁,精炼,钢,铸锭,钢锭,建筑钢材,钢材的冶炼过程,根据炼钢设备所用炉种不同,炼钢方法主要可分为平炉炼钢、氧气转炉炼钢、电炉炼钢三种。 (1)平炉炼钢 它以熔融状或固体状生铁、铁矿石或废钢铁为原料,以煤气或重油为燃料。利用铁矿石中的氧或鼓入空气中的氧使杂质氧化。可用于炼制优质碳素钢和合
2、金钢等。,(2)氧气转炉炼钢 以熔融的铁水为原料,由转炉顶部吹入高纯度氧气,能有效地去除有害杂质,并且冶炼时间短(2040min),生产效率高,所以氧气转炉钢质量好,成本低,应用广泛。 (3)电炉炼钢 以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化,并精炼成钢。电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣炉等。,冶炼后的钢水中含有以FeO形式存在的氧,FeO与碳作用生成CO气泡,并使某些元素产生偏析(分布不均匀),影响钢的质量。所以必须进行脱氧处理,方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝等脱氧剂。 根据脱氧程度的不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。,(1)沸腾钢F 是脱氧不完全的钢,钢材质量差。 (2)镇静钢Z 是脱氧充分的钢,钢材质量好。 (3)半镇静钢 其脱氧程度和质量介于上述两者之间。 建筑钢材是将钢坯加热后经轧制而成的。,2 钢的分类,6.2 钢材的主要性能,由低碳钢在拉伸过程中形成的应力()-应变()关系图(图6.1)可知,低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。 (1)弹性阶段(OA) (2)屈服阶段(AB) (3)强化阶段(BC) (4)颈缩阶段(CD),1 抗拉性能,图6.1 低碳钢受拉的应力-
3、应变图,(1)弹性阶段(OA) 在OA范围内应力与应变成正比例关系,如果卸去外力,试件则恢复原来的形状,这个阶段称为弹性阶段。 弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹性极限p。当应力稍低于A点时,应力与应变呈线性正比例关系,其斜率称为弹性模量,用E表示,E=/。,(2)屈服阶段(AB) 当应力超过弹性极限p后,应力和应变不再成正比关系,应力在B上至B下小范围内波动,而应变迅速增长。在-关系图上出现了一个接近水平的线段。如果卸去外力已出现塑性变形,AB称为屈服阶段。B下所对应的应力值称为屈服极限s。,(3)强化阶段(BC) 当应力超过屈服强度后,由于钢材内部组织产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因,阻止了塑性变形的进一步发展,钢材抵抗外力的能力重新提高。在-关系图上形成BC段的上升曲线,这一过程称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉强度,用b表示,它是钢材所能承受的最大应力。,(4)颈缩阶段(CD) 当应力达到抗拉强度b后,在试件薄弱处的断面将显著缩小,塑性变形急剧增加,产生“颈缩”现象并很快断裂。 将断裂后的试件拼合起来,量出标距两端点间的距离,按下式计算出伸长率:,冲击韧性指钢材抵抗冲击
4、荷载的能力。它是用试验机摆锤冲击带有V形缺口的标准试件的背面,将其折断后试件单位截面积上所消耗的功,作为钢材的冲击韧性指标,以k表示(J/cm2)。k值越大,表明钢材的冲击韧性愈好(如图6.2)。 影响钢材冲击韧性的因素很多,钢的化学成分、组织状态,以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性。,2 冲击韧性,图6.2 冲击韧性试验图,(a)试件尺寸;(b)试验装置;(c)试验机,1摆锤;2试件;3试验台;4刻度盘;5指针,钢材在交变应力的反复作用下,往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏,这种现象称为疲劳破坏。 疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示,它是指疲劳试验时试件在交变应力作用下,于规定周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。 一般认为,钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的,抗拉强度高,其疲劳极限也较高。钢材的疲劳极限与其内部组织和表面质量有关。,3 疲劳强度,硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。测定钢材硬度常用布氏法。 布氏法是用一直径为D的硬质钢球,在荷载P(N)的作用下压入试件表面,经规定的时间后卸去荷载,用读数放大镜测出压痕直径d,以压痕表面积(mm2)除荷载P,即为布氏硬度
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