建筑材料及检测(第28讲 钢材)

15.1概述上海宝钢25.1.1钢及其特性•1、钢的定义–理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。–含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。3•2、钢的特点优点：–具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；–工艺性能良好，易于加工；缺点：–钢材易锈蚀、耐火性差。45.1.1钢及其特性5.1.2建筑钢材的主要品种1、型钢–简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；–复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。52、线材如钢筋、钢丝等。5.1.2建筑钢材的主要品种63.管材无缝钢管、焊接钢管等。5.1.2建筑钢材的主要品种74、板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。压型彩钢板5.1.2建筑钢材的主要品种85.1.3钢的冶炼方法简介•按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：1、空气转炉炼钢法一般炼制普通碳素钢。2、氧气转炉炼钢法炼制优质碳素钢和合金钢。3、平炉炼钢法用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。4、电炉炼钢法白口铁液态生铁吹入空气或氧气钢浇注成钢锭脱氧熔融95.1.4钢的分类1、按冶炼方法分钢转炉钢沸腾钢电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半镇静钢镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢102、按质量分按S（硫）和P（磷）元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。硫使钢材的热脆性增加；磷能使钢材的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。它们是炼钢中必须控制含量的成分。115.1.4钢的分类3.按化学成分分4.按用途分分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％合金总含量＜5%5%～10％＞10％5.1.4钢的分类125.2建筑钢材的主要性能13•标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0A0d0l•非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段5.2.1拉伸性能1、低碳钢的拉伸性能145.2.1拉伸性能15标准试件σε0钢材拉伸过程的σ-ε图OB—弹性阶段BC—屈服阶段CD—强化阶段DE—颈缩阶段A0BCB0DCEDFEC上上屈服点C下下屈服点以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1）拉伸试验过程16σε0钢材拉伸弹性阶段示意图AB0弹性阶段σp—比例极限，MPa。σpσBσB—弹性极限，MPa。注：由于A、B两点相距较近，一般认为σp=σB。17σε0钢材拉伸屈服阶段示意图AB0C下C上CBC下C上C屈服阶段放大后18σε0钢材拉伸强化阶段示意图AB0C下C上CDDDDD强化阶段σbσb——抗拉强度或强度极限。DC19σε0E钢材拉伸颈缩阶段示意图AB0C下C上CDDE——颈缩阶段20（2）拉伸过程的参数•强度指标–屈服强度：–抗拉强度：•塑性指标–伸长率：0AFss0AFbb%100001lll212硬钢（高碳钢）的拉伸性能•硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。•条件屈服点σ0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。225.2.2工艺性能1.冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90°或180°）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。232.可焊性可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。–可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。–焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。245.2.2工艺性能5.2.3冲击韧性•定义及指标–指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值αk表示。αk越大，则冲击韧性越好。–αk是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。•影响因素–硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。–对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。25265.2.3冲击韧性5.2.4钢材的冷加工强化和时效1.冷加工强化–冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。–建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。–对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。275.2.4钢材的冷加工强化和时效2.时效–钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。–时效分为自然时效和人工时效两种。•自然时效是将其冷加工后，在常温下放置15～20d；•人工时效是将冷加工后的钢材加热至100～200℃保持2h以上。–经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。285.2.5钢的化学成分对其性能的影响•碳素钢中除了铁和碳元素外，还有硅、锰、磷、硫、氮、氧等元素。•它们的含量决定了钢材的质量和性能，在冶炼时应通过控制和调节以保证钢材的质量。29•1、碳•碳是决定钢材性能的主要元素，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。•但当含碳量大于1.0％时，由于钢材变脆，强度反而下降。305.2.5钢的化学成分对其性能的影响•2、硫、磷•硫使钢材的热脆性增加；磷能使钢材的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。它们是炼钢中必须控制含量的成分。•3、氧、氮•它们降低了钢材的强度，且使冷弯性能和焊接性能变差，也是炼钢中控制的成分。315.2.5钢的化学成分对其性能的影响•4、硅、锰、钥、钦、钨等•它们是合金钢中重要的合金元素，能改善钢的组织结构，并显著提高强度、硬度和耐磨性等。325.2.5钢的化学成分对其性能的影响33