土木工程材料第08章金属材料课件.ppt

第八章 钢材 钢的冶炼和分类 建筑钢材的主要技术性能 钢的化学成分对钢性能的影响 钢材的冷加工和热处理 建筑用钢 钢结构用钢材 钢筋混凝土用钢材 钢材 可用作主要的结构材料、也可以用作 连接材料、围护材料和饰面材料等。 优点：品质均匀 塑性和韧性好 高的抗拉强度 易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能 缺点：易锈蚀、维护费用高 耐火性差 生产能耗大 8.1 钢的冶炼和分类 钢的冶炼 钢和铁的主要成分是铁和碳。合碳量大于2.06％的为生铁，含碳量为0.02%～2.06％的为钢 第一步：生铁的冶炼是将铁矿石、石灰石、焦碳和少量锰矿石在高炉内，在高温的作用下进行还原反应和其他的化学反应，铁矿石中的氧化铁形成金属铁，然后再吸收碳而成生铁。原料中的杂质则和石灰石等化合成熔渣。 铁矿石 铁水＋矿渣 8.1 钢的冶炼和分类 钢的冶炼 第二步：钢的冶炼是以铁水或生铁作为主要原料，在转炉、平炉或电炉中冶炼。与生铁的冶炼相反，是用氧化的方法来除去铁中的碳及部分杂质. 铁水或铁块、废钢 钢水＋钢渣 炼钢生产工艺示意图 钢材的分类 碳素钢（非合金钢）按照碳的含量分 (1)低碳钢 含碳量小于0.25％； (2)中碳钢 含碳量为0.25％～0.6％； (3)高碳钢 含碳量大于0.6％。 合金钢按照掺入合金元素(一种或多种)的总量分 (1)低合金钢 合金元素总含量小于5％； (2)中合金钢 合金元素总含量为5％～10％； (3)高合金钢 合金元素总含量大于10％。 按冶炼时的脱氧程度分: 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢 8.2 钢材的技术性质 力学性能 强度 塑性 韧性 耐疲劳性 工艺性能 冷弯性能 焊接性能 强度 四个阶段： Ⅰ弹性阶段 Ⅱ屈服阶段 Ⅲ强化阶段 Ⅳ颈缩阶段 Ⅰ 弹性阶段（OA段） 弹性极限，用?p表示。 此阶段应力?与应变?成正比，其比值为常数，即弹性模量，用E表示， ?/? = E。弹性模量反映了钢材抵抗变形的能力。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。 常用低碳钢的弹性模量E=(2.0～2.1)?105 MPa，?p=180～200MPa。 Ⅱ 屈服阶段（AB段） 应力超过?p后，应变增加很快，而应力基本保持不变。这种现象称为屈服。 此时应力与应变不再成比例，试件开始产生塑性变形。?－?曲线上开始发生屈服的点Ｂ，称为屈服点，这时的应力称为屈服极限，用?s表示。 钢材受力达到屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。 常用低碳钢的?s为185～235MPa。 预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点：抗拉强度高，无明显的屈服阶段，伸长率小。这类钢材由于没有明显的屈服阶段，不能测定屈服点，故常用发生残余变形0.2% 时的应力作为规定的屈服极限，用? 0.2表示。 Ⅲ 强化阶段 当荷载超过屈服点后，因塑性变形使其内部的组织结构得到调整，抵抗变形的能力有所增强，?－?曲线又开始上升，称为强化阶段。 曲线最高点Ｃ所对应的应力称为抗拉强度，用?b表示。常用低碳钢的?b为375～500MPa。 屈强比（?s/?b）—屈强比越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用低碳钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0.65～0.75。0.63～0.75 范围最合适。 Ⅳ 颈缩阶段 应力超过?b后，试件的变形开始集中于某一小段内，使该段的横截面面积显著减小，出现颈缩现象，?－?曲线开始下降，直至Ｄ点，试件被拉断。 力学性能 塑性 表示钢材在外力作用下产生塑性 变形而不破坏的能力，是钢材的重要 性能指标 伸长率 断面收缩率 力学性能 塑性 伸长率反映了钢材塑性大小情况，在工程中具有重要意义。塑性良好的钢材，偶尔超载、产 生塑性变形，会使内部应力重新分布，不致由于应力集中而发生脆断。钢材在塑性破坏前，有明显的变形和变形持续时间，便于发现和补救。 力学性能 韧性 韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力, 通常用冲击韧性值来表示. 力学性能 韧性 对于重要的结构以及承受动荷载 作用的结构,特别是处于低温条件下, 为了防止脆性破坏,应保证钢材具有一 定的冲击韧性。 冷脆性: 当温度降低到一定程度时, 冲击韧性大幅度下降而使钢材呈