【大學課件】建筑金屬材料 鋼材

建筑金屬材料-鋼材本課程將介紹鋼材作為建筑金屬材料的重要地位，涵蓋其特性、分類、制造工藝、應用以及發(fā)展趨勢。鋼材的概念和分類概念鋼材是指以鐵為主要成分，并含有碳和其他合金元素的金屬材料。其性能取決于碳含量和合金元素的種類及比例。分類根據(jù)化學成分和性能，鋼材可分為碳素鋼、合金鋼、不銹鋼等主要類別，以及不同用途的專用鋼材。鋼材的性能強度鋼材抵抗外力破壞的能力，包括抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度等。塑性鋼材在斷裂前發(fā)生永久變形的能力，反映了鋼材的韌性和延展性。硬度鋼材抵抗其他物體壓入其表面的能力，影響鋼材的耐磨性和耐沖擊性。韌性鋼材抵抗沖擊載荷的能力，反映了鋼材在沖擊載荷下抵抗斷裂的能力。鋼材的性能指標指標單位意義抗拉強度MPa反映鋼材抵抗拉伸載荷的能力屈服強度MPa反映鋼材開始發(fā)生永久變形時的強度伸長率%反映鋼材的延展性沖擊韌性J反映鋼材抵抗沖擊載荷的能力鋼材的化學成分碳決定鋼材的主要性能，含量越高，強度越高，塑性越低。硅提高鋼材的強度和硬度，并改善其耐腐蝕性。錳提高鋼材的強度和硬度，并改善其可焊性。磷降低鋼材的強度和韌性，含量過高會造成冷脆現(xiàn)象。碳素鋼的分類1低碳鋼碳含量低，強度和硬度較低，具有良好的塑性和韌性，用于制造板材、管材、線材等。2中碳鋼碳含量適中，強度和硬度適中，兼具良好的塑性和韌性，用于制造機械零件、工具等。3高碳鋼碳含量高，強度和硬度高，塑性和韌性較差，用于制造刀具、彈簧等。合金鋼的分類低合金鋼添加少量合金元素，提高鋼材的強度、韌性、耐腐蝕性和耐熱性，用于制造橋梁、建筑結構、壓力容器等。高合金鋼添加較多合金元素，具有特殊性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐磨等，用于制造航空發(fā)動機、航天器、核反應堆等。不銹鋼的分類1奧氏體不銹鋼耐腐蝕性好，具有良好的塑性和韌性，用于制造餐具、建筑裝飾等。2馬氏體不銹鋼強度和硬度高，但韌性較差，用于制造刀具、模具等。3鐵素體不銹鋼耐腐蝕性較好，具有良好的磁性，用于制造管道、化工設備等。鋼材的制造工藝1煉鐵將鐵礦石、焦炭、石灰石等原料在高爐中冶煉成生鐵。2煉鋼將生鐵中的雜質去除，并加入合金元素，制成不同性能的鋼材。3軋鋼將鋼材加熱到高溫，通過軋機軋制成不同形狀和尺寸的鋼材。鋼鐵冶煉的基本原理1還原利用焦炭燃燒產生的CO和H2，將鐵礦石中的氧化鐵還原成金屬鐵。2熔融在高溫下，鐵礦石和焦炭熔化成液態(tài)鐵，并與石灰石發(fā)生反應，生成爐渣。3排渣爐渣從高爐底部排出，并將液態(tài)鐵收集在鐵水池中。鋼鐵冶煉的流程原料準備鐵礦石、焦炭、石灰石等原料經破碎、篩分等預處理。高爐冶煉將原料投入高爐，經過高溫還原、熔融等過程，制成生鐵。煉鋼將生鐵中的雜質去除，并加入合金元素，制成不同性能的鋼材。軋鋼將鋼材加熱到高溫，通過軋機軋制成不同形狀和尺寸的鋼材。煉鋼的基本方法轉爐煉鋼將生鐵注入轉爐，吹入氧氣，將生鐵中的碳和雜質氧化去除。電爐煉鋼利用電弧產生的高溫，將生鐵或廢鋼熔化，并加入合金元素，制成鋼材。鋼材的熱處理目的改變鋼材的內部組織結構，從而改變其力學性能和使用性能。方法常用的熱處理方法包括退火、正火、淬火、回火等，通過控制加熱和冷卻的溫度和速度來實現(xiàn)。鋼材的熱處理工藝1退火將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，目的是降低鋼材的硬度，提高其塑性和韌性。2正火將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后在空氣中冷卻，目的是提高鋼材的強度和硬度，并改善其韌性。3淬火將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后迅速冷卻，目的是提高鋼材的硬度和強度。4回火將淬火后的鋼材再次加熱到一定溫度，保溫一段時間，然后緩慢冷卻，目的是降低鋼材的硬度，提高其韌性。鋼材的機械性能測試1拉伸試驗測量鋼材的抗拉強度、屈服強度和伸長率，評價鋼材的強度和塑性。2沖擊試驗測量鋼材的沖擊韌性，評價鋼材的抗沖擊能力，防止發(fā)生脆性斷裂。3硬度試驗測量鋼材的硬度，評價鋼材的耐磨性和耐沖擊性。鋼材的耐腐蝕性能耐腐蝕性鋼材抵抗周圍環(huán)境腐蝕的能力，取決于鋼材的化學成分、表面處理和使用環(huán)境。防腐措施常用的防腐措施包括涂層、鍍層、添加合金元素等，可以有效提高鋼材的耐腐蝕性。鋼材的防火性能1耐火性鋼材在高溫下抵抗燃燒的能力，取決于鋼材的厚度和表面處理。2防火涂料在鋼結構表面涂刷防火涂料，可以有效提高鋼結構的耐火性能。鋼材的加工工藝鋼材的焊接工藝方法常用的焊接方法包括手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊等，根據(jù)鋼材的種類和焊接要求選擇合適的焊接方法。質量控制焊接工藝的質量控制至關重要，需要嚴格控制焊接參數(shù)，確保焊縫的質量，防止焊接缺陷。鋼材的切割工藝火焰切割利用氧氣和乙炔燃燒產生的高溫火焰，將鋼材熔化切割。等離子切割利用等離子弧產生的高溫等離子氣體，將鋼材熔化切割。激光切割利用高能激光束，將鋼材熔化切割。鋼材的涂裝工藝1表面處理對鋼材表面進行除銹、除油等處理，以提高涂層的附著力。2噴涂使用噴槍將涂料噴涂到鋼材表面，形成均勻的涂層。3固化通過烘干或自然干燥，使涂層固化，形成保護層。建筑工程中鋼材的應用鋼筋混凝土結構鋼材作為鋼筋，與混凝土共同構成鋼筋混凝土結構，提高結構的強度和抗震性能。鋼結構鋼材作為主要的結構材料，用于建造鋼結構建筑，具有輕質、高強、易于加工等優(yōu)點。橋梁工程中鋼材的應用1橋梁主體鋼材用于建造橋梁的主體結構，如橋墩、橋臺、橋面等。2橋梁構件鋼材用于制作橋梁的各種構件，如鋼梁、鋼桁架、鋼板等。3橋梁附件鋼材用于制作橋梁的各種附件，如護欄、橋燈、橋面鋪裝等。水利工程中鋼材的應用1水閘鋼材用于建造水閘，控制水流，保證水資源的合理利用。2水壩鋼材用于建造水壩，攔截水流，儲存水資源，并為發(fā)電提供水力。3水管鋼材用于制作水管，輸送水資源，滿足城市供水和農業(yè)灌溉需求。建筑機械中鋼材的應用1起重機鋼材用于制造起重機的臂架、支腿、吊鉤等，提供強大的起重能力。2挖掘機鋼材用于制造挖掘機的鏟斗、臂架、行走機構等，提供強大的挖掘和搬運能力。3推土機鋼材用于制造推土機的鏟刀、履帶、行走機構等，提供強大的推土能力。船舶工程中鋼材的應用船體結構鋼材作為主要結構材料，用于建造船舶的船體，提供良好的強度和耐腐蝕性。船舶甲板鋼材用于建造船舶的甲板，提供承載貨物和人員的平臺。船舶發(fā)動機鋼材用于制造船舶的發(fā)動機，提供動力，推動船舶航行。鋼材的質量檢驗與標準檢驗標準鋼材的質量檢驗必須符合國家或行業(yè)標準，以確保鋼材的質量和安全性能。檢驗方法常用的檢驗方法包括化學成分分析、力學性能測試、外觀檢查、超聲波探傷等。鋼材的運輸與儲存運輸鋼材的運輸應使用合適的運輸工具，避免磕碰和雨淋，并注意安全操作。儲存鋼材應存放在通風干燥的倉庫中，避免潮濕和陽光直射，并采取防銹措施。鋼材的安全使用注意事項1選材根據(jù)工程要求選擇合適的鋼材品種和規(guī)格，確保其強度和性能滿足要求。2加工在加工鋼材時，應嚴格按照工藝要求進行操作，并注意安全防護。3使用在使用鋼材時，應注意安全操作，避免超負荷使用，并定期檢查鋼材的性能。鋼材在建筑工程中的發(fā)展趨勢高強度鋼材高強度鋼材的應用將越來越廣泛，以提高結構的承載能力和使用壽命。綠色鋼材綠色鋼材的應用將越來越重視，以減少對環(huán)境的污染和資源的消耗。智能化鋼材智能化鋼材的應用將越來越普及，以提高鋼材的性能和使用效率。本課程的主