土木工程材料第七章鋼材課件

1、土木工程材料第七章鋼材7.1 鋼的生產(chǎn)和分類一、鋼的冶煉 鋼和鐵的主要成分是鐵和碳。含碳量大于2%的為生鐵，含碳量小于2%的為鋼。煉鐵：將鐵礦石、石灰石、焦碳和少量錳礦石在高爐內(nèi)，在高溫的作用下進(jìn)行還原反應(yīng)和其他的化學(xué)反應(yīng)，鐵礦石中的氧化鐵形成金屬鐵，然后再吸收碳而成生鐵。煉鋼：以鐵水或生鐵作為主要原料，在轉(zhuǎn)爐、平爐或電爐中冶煉，用氧化的方法來(lái)除去鐵中的碳及部分雜質(zhì)。7.1 鋼的生產(chǎn)和分類二、鋼材的加工方法 根據(jù)鋼材加工溫度不同以分冷加工和熱加工兩種。鋼材的主要加工方法有如下幾種：軋制鍛造拉拔擠壓7.1 鋼的生產(chǎn)和分類三、鋼的分類 鋼的分類常根據(jù)不同的需要而采用不同的分類方法。常用的分類方法有

2、以下幾種。碳素鋼按照碳的含量分類合金鋼按照摻入合金元素（一種或多種）的總量分類按鋼材品質(zhì)分類按用途分類按冶煉時(shí)脫氧程度分類7.1 鋼的生產(chǎn)和分類四、鋼材的分類型鋼類：一種具有一定截面形狀和尺寸的實(shí)心長(zhǎng)條鋼材。鋼板類：一種寬厚比和表面積都很大的扁平鋼材。鋼管類：一種中空截面的長(zhǎng)條鋼材。鋼絲類：是線材的再一次冷加工產(chǎn)品。7.2 化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響碳：是影響鋼材性能的主要元素之一，為最重要的硬化元素。在碳素鋼中隨著含碳量的增加，其強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低。當(dāng)含碳量大于l%后，脆性增加，硬度增加，強(qiáng)度下降。含碳量大于0.3%時(shí)鋼的可焊性顯著降低。此外，含碳量增加，鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性增大

3、，耐大氣銹蝕性降低。7.2 化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響硅： 硅含量在l以內(nèi)時(shí)，可提高鋼的強(qiáng)度、疲勞極限、耐腐蝕性及抗氧化性，對(duì)塑性和韌性影響不大，但對(duì)可焊性和冷加工性能有所影響。硅可作為合金元素，用以提高合金鋼的強(qiáng)度。磷：磷是碳素鋼中的有害雜質(zhì)。常溫下能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但塑性和韌性顯著下降，低溫時(shí)更甚，即引起所謂“冷脆性”。磷可提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性能。硫：硫是碳素鋼中的有害雜質(zhì)。在焊接時(shí)，易產(chǎn)生脆裂現(xiàn)象，稱為熱脆性，顯著降低可焊性。含硫過(guò)量還會(huì)降低鋼的韌性、耐疲勞性等機(jī)械性能及耐腐蝕性能。氧：氧是碳素鋼中的有害雜質(zhì)。含氧量增加，使鋼的機(jī)械強(qiáng)度降低、塑性和韌性降低，促進(jìn)時(shí)效作用，還能使熱脆

4、性增加，焊接性能變差。氮： 氮能使鋼的強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降。氮還會(huì)加劇鋼的時(shí)效敏感性和冷脆性，使可焊性變差。7.3 鋼材的技術(shù)性質(zhì)一、力學(xué)性能抗拉性能：抗拉性能是鋼材最主要的技術(shù)性能，通過(guò)拉伸試驗(yàn)可以測(cè)得屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，這些是鋼材的重要技術(shù)性能指標(biāo)。彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段頸縮階段7.3 鋼材的技術(shù)性質(zhì)沖擊韌性：是指鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力。耐疲勞性：鋼材在交變荷載反復(fù)作用下，在遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度時(shí)發(fā)生突然破壞。硬度：表示鋼材表面局部體積內(nèi)，抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力，是衡量鋼材軟硬程度的一個(gè)指標(biāo)。有布氏硬度（HBW）法、洛氏硬度（HR）法和維氏硬度（HV）法等三種。

5、7.3 鋼材的技術(shù)性質(zhì)二、工藝性能 鋼材的工藝性能指鋼材承受各種冷熱加工的能力。包括：鑄造性、切削加工性、焊接性、可鍛性、沖壓性、頂鍛性、冷彎性、熱處理工藝性等。對(duì)土木工程用鋼材而言，其中只涉及焊接和冷彎性能。7.4 鋼材的冷加工和熱處理一、冷加工：是在常溫下進(jìn)行機(jī)械加工。冷拉：鋼筋經(jīng)過(guò)冷拉，屈服強(qiáng)度可提高2025，并可起到調(diào)直除銹作用。冷拔：將鋼筋強(qiáng)行通過(guò)小于鋼筋截面的拔絲孔，鋼筋同時(shí)受到縱向拉伸和橫向壓縮。經(jīng)過(guò)多次拔制的鋼筋，強(qiáng)度提高40以上，但塑性大大降低。冷軋：在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行軋制。一般在鋼廠進(jìn)行。7.4 鋼材的冷加工和熱處理二、時(shí)效處理：鋼材隨時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性

6、下降的現(xiàn)象稱為時(shí)效。自然時(shí)效：鋼材在常溫下擱置而產(chǎn)生的時(shí)效稱為自然時(shí)效。一般強(qiáng)度較低的鋼筋采用自然時(shí)效，冷拉鋼筋自然時(shí)效需1520天。人工時(shí)效：將冷加工的鋼筋加熱至100200，保持2小時(shí)，稱為人工時(shí)效。強(qiáng)度較高的鋼筋采用人工時(shí)效。時(shí)效敏感性：因時(shí)效而導(dǎo)致鋼材性能改變的程度稱為時(shí)效敏感性。7.4 鋼材的冷加工和熱處理三、鋼材的熱處理：將鋼材按一定的制度加熱、保溫、冷卻以改變鋼材的內(nèi)部組織，消除內(nèi)應(yīng)力，從而獲得所需性能的處理工藝稱為熱處理。淬火：將鋼材加熱至組織轉(zhuǎn)變溫度（723 ）以上，保溫一定時(shí)間后，在水中或油中急劇冷卻?；鼗穑簩⒋慊鸷蟮匿摬募訜嶂两M織轉(zhuǎn)變溫度（723 ）以下，保溫一定時(shí)間后，

7、再緩慢冷卻。退火：將鋼材加熱至組織轉(zhuǎn)變溫度（723 ）以上，保溫一定時(shí)間后，在退火爐中緩慢冷卻。正火：是褪火的一種變態(tài)或特例，兩者僅冷卻速度不同，正火是在空氣中冷卻。7.5 土木工程用鋼的品種和選用一、土木工程用鋼的主要類別碳素結(jié)構(gòu)鋼：碳素結(jié)構(gòu)鋼是碳素鋼中的一類，可加工成各種型鋼、鋼筋和鋼絲，適用于一般結(jié)構(gòu)和工程。構(gòu)件可進(jìn)行焊接、鉚接和栓接。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼：在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入總量小于5的合金元素而形成的鋼種。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼對(duì)有害雜質(zhì)含量（S0.035%，P0.035%）控制嚴(yán)格、質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼：合金結(jié)構(gòu)鋼均含有Si和Mn，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)硫、磷等

8、有害雜質(zhì)控制嚴(yán)格，并均為鎮(zhèn)靜鋼。7.5 土木工程用鋼的品種和選用二、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材熱軋型鋼：角鋼、L型鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼和扁鋼。冷彎型鋼：冷彎等邊、不等邊角鋼、冷彎等邊、不等邊槽鋼、冷彎槽鋼、冷彎內(nèi)、外卷邊槽鋼、冷彎Z型鋼、冷彎卷邊Z型鋼、圓形冷彎空心型鋼、方形冷彎空心型鋼、矩形冷彎空心型鋼等。鋼管和鋼板7.5 土木工程用鋼的品種和選用三、鋼筋混凝土用鋼材熱軋鋼筋冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力筋混凝土用鋼纖維7.5 土木工程用鋼的品種和選用四、特種結(jié)構(gòu)用鋼材橋梁結(jié)構(gòu)鋼：橋梁結(jié)構(gòu)鋼除了必須具有較高的強(qiáng)度外，還要求有良好的塑性、韌性、可焊性及較高的疲勞強(qiáng)度，具有良好的抗大氣腐蝕性。鋼軌鋼：鋼軌不僅應(yīng)具有較高的強(qiáng)度以承受較高的壓力和抗剝離的能力，而且還應(yīng)具有較高的耐磨性、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。7.6 鋼材的腐蝕與防護(hù)一、化學(xué)腐蝕：是指鋼材在常溫和高溫時(shí)發(fā)生的氧化或硫化作用。 由O2產(chǎn)生：Fe+O2FeO，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)e3