大工13秋《建筑材料》輔導(dǎo)資料十三

1、建筑材料輔導(dǎo)資料十三主 題：第六章 第一、二節(jié) “鋼材的生產(chǎn)、組成與分類”輔導(dǎo)資料學(xué)習(xí)時(shí)間：2013年 12月23日12月29日內(nèi) 容： 我們這周將學(xué)習(xí)本門課的建筑鋼材的相關(guān)內(nèi)容，希望通過本周的學(xué)習(xí)，能使同學(xué)們對(duì)鋼材的生產(chǎn)、組成及分類等內(nèi)容有一定的理解。一、學(xué)習(xí)要求1、了解鋼材料的優(yōu)、缺點(diǎn)及其適用條件。了解生鐵、白口鐵、灰口鐵及鑄鐵的概念及其適用條件；2、掌握鋼的概念、影響其質(zhì)量和性能的主要因素；鋼材按主要化學(xué)成分、按質(zhì)量等級(jí)、按用途不同的分類；建筑工程中主要使用的鋼材；3、了解鋼的冶煉方法對(duì)鋼質(zhì)量的影響。掌握鋼按脫氧程度的分類及其對(duì)質(zhì)量的影響；建筑工程中主要用的種類；重點(diǎn)掌握內(nèi)容：1重點(diǎn)：建

2、筑鋼材的概念、影響其質(zhì)量和性能的主要因素；鋼材按主要化學(xué)成分、按質(zhì)量等級(jí)、按用途不同的分類；建筑工程中主要使用的鋼材；2難點(diǎn)：建筑鋼材的概念、影響其質(zhì)量和性能的主要因素。二、主要內(nèi)容（一）概述1、鋼材的基本概念鋼與生鐵的區(qū)分在于含碳量的大小。 鋼：含碳量小于2.06的鐵碳合金。 生鐵：含碳量大于2.06的鐵碳合金。土木工程鋼材土木工程鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型鋼、鋼板、鋼管和用于鋼筋混凝土中的各種鋼筋、鋼絲、鋼絞線等。 2、鋼材的特點(diǎn)強(qiáng)度高； 材質(zhì)均勻，性能可靠； 優(yōu)點(diǎn)：具有一定的塑性和韌性； 具有承受沖擊和振動(dòng)荷載的能力； 便于裝配：焊接、鉚接或螺栓連接； 缺點(diǎn)：耐久性差、易銹蝕； 維修費(fèi)用

3、大； 耐火性差。（二）鋼材的生產(chǎn)、組成與分類生產(chǎn)基本過程：冶煉、鑄錠、壓力加工 1、冶煉 將生鐵在煉鋼爐中冶煉，使碳的含量降低到預(yù)定的范圍，其它雜質(zhì)含量降低到允許的范圍，經(jīng)澆鑄即得到鋼錠，再經(jīng)過加工工藝處理后得到鋼材。 2、鑄錠概念：冶煉后的鋼水一般要注入錠模，澆鑄成柱狀的鋼錠(坯)供加工使用。 化學(xué)偏析：在鑄錠冷卻過程中，由于鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中的溶解度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導(dǎo)致化學(xué)成分在鋼錠截面上分布不均勻。其中尤以硫、磷偏析最為嚴(yán)重，偏析對(duì)鋼的質(zhì)量有很大的影響。脫氧處理：在熔煉過程中不可避免地使部分氧化鐵殘留在鋼水中，降低了鋼材的質(zhì)量。因此，在鑄錠過程中要進(jìn)行

4、脫氧處理。由于脫氧方法的不同，鋼的內(nèi)部狀態(tài)和性能也就不同。因此，又可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼(半脫氧鋼)。 （1）沸騰鋼概念：僅用弱脫氧劑錳鐵進(jìn)行脫氧，是脫氧不完全的鋼。由于鋼水中殘存的FeO與C化合生成CO，在注錠時(shí)有大量氣泡外逸，狀似水沸故而得名。 特點(diǎn)：其組織不夠致密，氣泡含量較多，化學(xué)偏析較大，故質(zhì)量較差；但成品率高、成本低。 所以在一般建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較廣泛。 （2）鎮(zhèn)靜鋼概念：用必要數(shù)量的硅、錳和鋁等脫氧劑進(jìn)行徹底脫氧。由于脫氧充分，在注錠時(shí)鋼水平靜地凝固，故而得名。特點(diǎn)：組織致密，化學(xué)成分均勻，性能穩(wěn)定，質(zhì)量較好，但是在凝固時(shí)，頭部會(huì)產(chǎn)生收縮孔，加工時(shí)必須除去，因而降低了鋼的產(chǎn)

5、率，成本較高。 應(yīng)用：因此，適用于承受振動(dòng)沖擊荷載或重要的焊接鋼結(jié)構(gòu)中。（3）半鎮(zhèn)靜鋼其脫氧程度及鋼的質(zhì)量介于上述二者之間。3、壓力加工由于在鑄錠過程中往往出現(xiàn)偏析、縮孔、氣泡及組織不致密等缺陷，在工業(yè)上使用的鋼材需經(jīng)過壓力加工后使部分氣泡得到閉合，部分缺陷得以消除。 壓力加工可分為熱加工和冷加工： 熱加工是將鋼錠加熱至一定的溫度使鋼錠呈塑性狀態(tài)，施加壓力使其改變形狀，通過熱加工不僅獲得了要求的形狀，同時(shí)克服了許多缺陷，提高了鋼的強(qiáng)度和質(zhì)量，一般加工次數(shù)越多，強(qiáng)度提高越大；冷加工是指在常溫下進(jìn)行的壓力加工。如冷拉、冷拔等。 鋼材的分類（需要重點(diǎn)掌握）1、按化學(xué)成分分類（1）碳素鋼（非合金鋼）低

6、碳鋼：含碳量0.60%（2）合金鋼低合金鋼：合金元素總含量10%注：建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼，主要使用非合金鋼中的低碳鋼，合金鋼亦有少量應(yīng)用。2、按品質(zhì)（雜質(zhì)含量）分類（1）普通鋼：含硫量0.045%0.050%含磷量0.045%（2）優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.035%含磷量0.035%（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.025%含磷量0.025%（4）特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.015%含磷量0.025%3、按生產(chǎn)方法分類按爐種分 轉(zhuǎn)爐平爐電爐按脫氧程度 鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼4、按用途分鋼結(jié)構(gòu)用鋼：型鋼、鋼板、鋼管； 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼：鋼筋、鋼絲、鋼絞線。微觀組成與結(jié)構(gòu)鋼是一種多晶體

7、材料。晶體具有各向異性的特征，而多晶體則為各向同性。鋼的宏觀力學(xué)性能由其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分所決定。 1、鋼材的晶體結(jié)構(gòu) 鋼材和一切金屬材料一樣，也為晶體結(jié)構(gòu)，它是鐵-碳合金晶體，鋼的晶格有兩種構(gòu)架，即體心立方晶格和面心立方晶格。其晶體結(jié)構(gòu)中，各個(gè)原子以金屬鍵相互結(jié)合在一起，這種結(jié)合方式就決定了鋼材具有很高的強(qiáng)度和良好的塑性。 鋼材的晶格并不都是完好無缺的規(guī)則排列，而是存在許多缺陷，它們將顯著地影響鋼材的性能，這是鋼材的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)比理論強(qiáng)度小的根本原因。其主要的缺陷有三種：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。2、鋼材的基本晶體組織 鐵和碳原子結(jié)合有三種基本形式： 固溶體：鐵為溶劑，碳為溶質(zhì)所形成的固體溶

8、液； 化合物：鐵和碳化合成碳化三鐵(Fe3C)其晶格與原來的晶格不同； 機(jī)械混合物：上述固溶體與化合物混合而成的。 鋼的組織：Fe-C合金于一定條件下能形成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的組織。在顯微鏡下能觀察到它們的微觀形貌圖象，故也稱顯微組織。 鐵素體鐵素體系碳在-Fe中的固溶體，由于-Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含碳量很少（小于0.02），塑性、韌性好；但強(qiáng)度、硬度低。滲碳體滲碳體為鐵和碳的化合物Fe3C，其含碳量高達(dá)6.67，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，抗拉強(qiáng)度低。珠光體珠光體為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含碳量較低(0.8)，層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度和硬度較

9、高。奧氏體鋼材在溫度高于723時(shí)，還存在奧氏體。奧氏體為碳在-Fe中的固溶體，溶碳能力較強(qiáng)，高溫時(shí)含碳量可達(dá)2.06，低溫下降至0.8。其強(qiáng)度、硬度不高，但塑性好。鋼材的成分對(duì)性能的影響（需要重點(diǎn)理解）除鐵、碳外，鋼材在冶煉過程中會(huì)從原料、燃料中引入一些的其他元素。鋼材的成分對(duì)性能有重要影響。 這些成分可分為兩類： 一類能改善優(yōu)化鋼材的性能稱為合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一類能劣化鋼材的性能，屬鋼材的雜質(zhì)，主要有氧、硫、氮、磷等。合金元素：硅、錳、鈦、釩硅、錳大部分溶于鐵素體中，當(dāng)硅含量小于1時(shí)，可提高鋼材的強(qiáng)度，對(duì)塑性、韌性影響不大；錳一般含量在12之間，除強(qiáng)化外，能消

10、弱硫和氧引起的熱脆性，且改善鋼材的熱加工性。 硅、錳是我國(guó)低合金鋼的主要合金元素。 鈦是強(qiáng)脫氧劑，釩、鈮是碳化物和氮化物的形成元素，三者皆能細(xì)化晶粒，增加強(qiáng)度，在建筑常用的低合金鋼中，三者為常用合金元素。雜質(zhì)元素：磷、氮、硫、氧磷主要溶于鐵素體中起強(qiáng)化作用，同時(shí)可提高鋼材的耐磨、耐蝕性，但塑性、韌性顯著降低，當(dāng)溫度很低時(shí)，對(duì)后二者影響更大，磷的偏析傾向強(qiáng)烈。 氮溶于鐵素體中或呈氮化物形式存在，對(duì)鋼材性質(zhì)影響與C、P相似。 硫、氧主要存在于非金屬夾雜物中，降低各種力學(xué)性能，硫化物造成的低溶點(diǎn)使鋼材在焊接時(shí)易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性，且有強(qiáng)烈的偏析作用；氧有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用，氧化物所造成的低溶點(diǎn)亦使鋼的可焊性變壞。三、典型習(xí)題（一）單項(xiàng)選擇題1、下列元素中，是鋼中有害雜質(zhì)的是（ ）。A硫B錳C銅D鈦答案：A2、鋼與生鐵的區(qū)分在于（ ）的大小。A含氮量B含氧量C含碳量D含錳量答案：C（二）簡(jiǎn)答題1、鋼材如何按化學(xué)成分分類？