建筑鋼材概述建筑鋼材概述

建筑材料BuildingMaterials建筑材料

建筑鋼材★建筑材料系列微課★概述主講人：江晨暉概述1新課導(dǎo)入2鋼材的生產(chǎn)及加工3鋼材的分類(lèi)★建筑材料系列微課★

三時(shí)代系統(tǒng)（Three-agesystem）：石器時(shí)代、青銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代。世界上目前發(fā)現(xiàn)的最古老冶煉鐵器距今4500年（土耳其北部赫梯先民墓葬中出土的鐵刃匕首）。中國(guó)目前發(fā)現(xiàn)的最古老冶煉鐵器距今約3500年。中國(guó)最早的冶煉鐵器：甘肅省磨溝寺洼文化墓葬出土的鐵條干將鑄劍圖1.新課導(dǎo)入悠久的歷史《史記》關(guān)于鐵的記載1.新課導(dǎo)入《天工開(kāi)物》記載的煉鐵技術(shù)：凡爐中熾鐵用炭，煤炭居十七，木炭居十三……中國(guó)智造，杠杠的！那么早就掌握了煉鐵技術(shù)，怎么沒(méi)給頒個(gè)諾獎(jiǎng)。廣泛的應(yīng)用鋼材被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，鋼鐵工業(yè)是國(guó)家工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的晴雨表。1.新課導(dǎo)入鋼鐵材料汽車(chē)工業(yè)船舶工業(yè)鐵路運(yùn)輸機(jī)械工業(yè)能源動(dòng)力國(guó)防工業(yè)食品工業(yè)……建筑工業(yè)機(jī)械工業(yè)

建筑行業(yè)系鋼材消耗的大戶(hù)，通常占總消耗量的半數(shù)及以上。1.新課導(dǎo)入船舶工業(yè)汽車(chē)與機(jī)械工業(yè)采礦與鐵路運(yùn)輸建筑工業(yè)其他用途1.新課導(dǎo)入2015年全球各行業(yè)用鋼量占比想一想，為什么鋼材被大量地用于建筑工業(yè)？能舉一些鋼材用于建筑工程的實(shí)例？鋼材通常能多次回收再用，具有很高的重復(fù)利用率。1.新課導(dǎo)入應(yīng)用與重復(fù)利用高速鐵路軌道斜拉橋短跨橋簡(jiǎn)易房屋低速鐵路軌道集裝箱集裝箱建筑——鋼材的重復(fù)利用1.新課導(dǎo)入集裝箱建筑近年來(lái)隨著建筑觀念的發(fā)展，集裝箱建筑從使用者自主興建的臨時(shí)性建筑，逐漸進(jìn)入了建筑師的視野而成為正規(guī)的業(yè)務(wù)之一。優(yōu)異的性能1.新課導(dǎo)入請(qǐng)你快來(lái)辨一辨，鋼鐵材料的下列應(yīng)用中利用了它的哪些性能或優(yōu)勢(shì)？嘗試再舉一些相關(guān)的例子。埃菲爾鐵塔鐵鍋鋼橋梁齒輪五金工具1.新課導(dǎo)入（接上頁(yè)）巨型貨輪輸電線塔汽車(chē)工業(yè)管道系統(tǒng)1.新課導(dǎo)入（接上頁(yè)）坦克樓梯欄桿不銹鋼雕塑家用電器1.新課導(dǎo)入鋼材在建筑工程中的應(yīng)用

大約300年前工程師開(kāi)始使用鐵材料建造屋頂骨架。

1847年前后第一根完全由鑄鐵打造的梁在法國(guó)巴黎誕生。

第一座鋼結(jié)構(gòu)摩天大樓建成于19世紀(jì)后期（1885年）。

20世紀(jì)鋼結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用。

如今，幾乎可以用鋼材建造能想象到的任何建（構(gòu)）筑物。1.新課導(dǎo)入家庭保險(xiǎn)大樓（HomeInsuranceBuilding）被公認(rèn)為世界上第一一幢摩天大樓，位于美國(guó)芝加哥，共10層，高42m，采用框架鋼結(jié)構(gòu)。欲與天公試比高鋼材之于摩天高樓好比水之于魚(yú)1.新課導(dǎo)入請(qǐng)觀看這個(gè)視頻短片，了解為什么摩天大樓通常需要采用鋼材建造。1.新課導(dǎo)入肯定與鋼材的強(qiáng)度高有關(guān)。總不能建成埃菲爾石塔吧，要不怎么體現(xiàn)當(dāng)年法國(guó)的科技實(shí)力。

1867年約瑟夫·莫尼爾授權(quán)了世界上首個(gè)鋼筋混凝土專(zhuān)利。鋼材與混凝土的結(jié)合成就了土木工程的重大發(fā)展和持續(xù)創(chuàng)新。鋼筋混凝土是鋼材在建筑工程中應(yīng)用的重要方式之一。約瑟夫·莫尼爾（1823—1906）法國(guó)園藝師，鋼筋混凝土的主要發(fā)明者。1.新課導(dǎo)入莫尼爾的設(shè)計(jì)手稿1.新課導(dǎo)入+=

鋼筋混凝土高層住宅高鐵軌道城市立交橋預(yù)制構(gòu)件地鐵隧道水庫(kù)大壩港口碼頭鋼材是怎么得到的？煉鋼爐里面流出來(lái)的鋼水冷卻后直接就可以使用嗎？碳素鋼和合金鋼有什么區(qū)別？加工刀具的鋼材和生產(chǎn)鋼筋的鋼材是同一品種嗎？生產(chǎn)工藝不同，是不是可以得到不同性能的鋼材？不同品種的鋼材，性能差異有多大？聽(tīng)說(shuō)鋼筋有好多種型號(hào)，它們是根據(jù)什么分類(lèi)的？……是先有鐵后有鋼嗎？2.鋼材的生產(chǎn)及加工鋼鐵鋼鐵，欲得鋼，先煉鐵。高爐煉鐵——

目前最常用的煉鐵方法。鐵源鐵的氧化物或碳酸鹽鐵礦石燃料和還原劑與CO2反應(yīng)生產(chǎn)CO焦炭熔劑分解成CO2和CaO石灰石請(qǐng)嘗試寫(xiě)出高爐煉鐵發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的方程式。高爐生鐵鐵礦石2.鋼材的生產(chǎn)及加工基本原理：鋼鐵是怎樣煉成的？

生鐵成鋼：降碳、除硫磷、調(diào)硅錳。煉鋼方法有：轉(zhuǎn)爐法、平爐法和電爐法。生鐵Iron鋼坯Steel平爐轉(zhuǎn)爐電爐2.鋼材的生產(chǎn)及加工鋼和生鐵都是鐵碳合金。

生鐵（鑄鐵）硬而脆，缺乏韌性和塑性變形能力，因此工程應(yīng)用價(jià)值低。

鋼的性能顯著優(yōu)于生鐵，更適用于建筑工程。0123生鐵鋼含碳量（%）原料鋼如何變成可以使用的成品鋼材？加工工藝有多種，按加工溫度分為：熱加工和冷加工。鋼材加工需要使用多種機(jī)械設(shè)備。鋼坯鋼水機(jī)械加工熱加工冷加工鋼筋鋼管鋼板熱軋型鋼冷軋型鋼2.鋼材的生產(chǎn)及加工工藝流程煉焦煤鐵礦石煤焦化廠高爐電弧爐精煉爐真空脫氣機(jī)連鑄系統(tǒng)再加熱再加熱軋條機(jī)線材軋機(jī)直接還原窯球團(tuán)廠選礦廠燒結(jié)廠注：DRI=DirectReducedIron盤(pán)條鋼筋直條鋼筋哇，可真是百煉成鋼，這話一點(diǎn)不假！2.鋼材的生產(chǎn)及加工2.鋼材的生產(chǎn)及加工盤(pán)條線材熱軋加工直條線材熱軋加工2.鋼材的生產(chǎn)及加工2.鋼材的生產(chǎn)及加工冷軋前冷軋后冷軋輥熱軋后熱軋前熱軋輥熱軋加工示意圖冷軋加工示意圖你覺(jué)得冷軋加工容易還是熱軋加工容易？為什么？小結(jié)：成品鋼材生產(chǎn)三部曲2.鋼材的生產(chǎn)及加工第1部：生鐵獲取第2部：生鐵成鋼第3部：粗鋼成材將鐵礦石冶煉成生鐵。經(jīng)過(guò)多次精煉提純，降低生鐵中的碳含量，去除硫、磷等有害元素，調(diào)整硅、錳等微量元素含量。將鋼水或鋼坯、鋼錠經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，得到可以使用的各種成品材料。中國(guó)鋼鐵產(chǎn)能分布圖2.鋼材的生產(chǎn)及加工你的家鄉(xiāng)在哪里？那里的產(chǎn)鋼量如何？你覺(jué)得鋼材產(chǎn)能與哪些因素有關(guān)？祖國(guó)的心臟地帶鋼鐵產(chǎn)量真豐富！分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）不同，分出的種類(lèi)就不同。鋼材種類(lèi)繁多，此處僅介紹較為典型的分類(lèi)。按化學(xué)成分劃分按脫氧程度劃分按質(zhì)量等級(jí)劃分按主要用途劃分按外形特征劃分按加工方式劃分3.鋼材的分類(lèi)鋼材中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼碳素鋼合金鋼中合金鋼高合金鋼含碳量＜0.25%0.25%～0.60%＞0.60%合金元素總含量＜5%5%～10%＞10%按化學(xué)成分劃分碳素鋼：主要成分是鐵，其次是碳，還含有微量的硅、錳、硫、磷等。合金鋼：為改善性能而在冶煉時(shí)特意添加合金元素（如錳、硅、釩、鈦等）而制得的鋼。3.鋼材的分類(lèi)3.鋼材的分類(lèi)O原子FeO分子脫氧前的鋼水脫氧劑真空脫氧機(jī)脫氧后的鋼水浮渣沉渣CO氣體冷卻成品鋼沸騰鋼（F）半鎮(zhèn)靜鋼（b）鎮(zhèn)靜鋼（Z）特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）脫氧程度提高脫氧程度越高，鋼材質(zhì)量越好越穩(wěn)定。脫氧反應(yīng)方程式：

O+Si

→SiO2O+Al→Al2O3O+Ca

→CaOO+C

→COFeO+Si

→Fe+SiO2FeO+Ca

→Fe+CaO按脫氧程度劃分按質(zhì)量等級(jí)（硫、磷含量）劃分硫元素含量（%）≤0.050≤0.035≤0.030≤0.020磷元素含量（%）≤0.045≤0.035≤0.030≤0.025類(lèi)別普通質(zhì)量鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼請(qǐng)問(wèn)你從表中給出的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？……3.鋼材的分類(lèi)按主要用途劃分3.鋼材的分類(lèi)按外形特征劃分鋼材線材板材管材型材鋼筋鋼絲鋼絞線體材厚