《建筑材料》教案 第七章 建筑钢材(宣威第一职业技术学校).doc
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第七章 建筑钢材
本章提要:本章重点讲述建筑钢材的重要性能、种类、技术标准和应用;介绍冶炼方法、化学成分、冷加工和热处理对钢材性能的影响,介绍钢的两大主要缺点及其防护措施。
通过学习,应掌握碳素结构钢和低合金结构钢的性质、技术标准及选用原则,并掌握建筑结构钢材和钢筋混凝土用钢材的种类、特点和应用。
建筑钢材是指用于建筑工程中的各种型钢、钢板、钢筋、钢丝等。钢材是在严格的技术控制条件下生产的,与非金属材料相比:
优点:品质均匀致密、强度高、塑性和韧性好、能经受冲击和振动荷载等优点;钢材还具有优良的加工性能,可以锻压、焊接、铆接和切割,便于装配。
缺点:以锈蚀和耐火性差。 采用各种型钢和钢板制作的钢结构,具有强度高、自重轻等特点,适用于大跨度结构、多层及高层结构、受动力荷载的结构和重型工业厂房结构等。所以钢材已成为最重要的建筑结构材料。
第一节 钢的冶炼和分类
一、钢的冶炼:
钢:是含碳量为0.06%~2.0%,并含有某些其它元素的铁碳合金。
生铁:是含碳量为2.11%~6.67%,且杂质含量较多的铁碳合金。生铁性质脆硬,建筑上难以应用。
工业纯铁:含碳量小于0.04%的铁碳合金。
钢的生产分为以下两步:
冶炼
l、炼铁 铁矿石 铁水+矿渣
冶炼
2、炼钢 铁水或铁块、废钢 钢水+钢渣
高炉炼铁是现代炼铁生产的主要方法,全世界95%以上的生铁由高炉冶炼而成。
现在能进行大规模炼钢的方法主要由转炉炼钢法、平炉炼钢法和电弧炉炼钢法三种。它们的特点和用途见P66页表7-1。目前氧气转炉炼钢法是最主要的炼钢方法。而平炉炼钢法已基本淘汰。
二、钢的分类:
钢的分类方法很多,通常有以下几种分类方法。(一)、按冶炼时脱氧程度分类:
1.沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧,脱氧不完全。这种钢液铸锭时,有大量的一氧化碳气体逸出,钢液冷却时呈沸腾状,故称为沸腾钢,代号为“F”。 沸腾钢组织不够致密,成分不太均匀,硫、磷等杂质偏析较严重,故质量较差。但因其成本低、产量高,故被广泛用于一般工程的建筑结构中。 2.镇静钢。炼钢时一般用硅脱氧,也可采用锰铁、硅铁和铝锭等作为脱氧剂,脱氧完全。这种钢液铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固,故称为镇静钢,代号为“Z”。 镇静钢虽成本较高,但其组织致密,成分均匀,含硫量较少,性能稳定,故质量好。但成本高。适用于预应力混凝土等承受冲击荷载的重要结构工程。 3.半镇静钢。用少量的硅进行脱氧,脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,钢液浇筑后有微弱沸腾现象。故称为半镇静钢。代号为“b”。 半镇静钢是质量较好的钢。 4.特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢,故称为特殊镇静钢,代号为“TZ”。 特殊镇静钢的质量最好,适用于特别重要的结构工程。(二)、按化学成分分类: 1.碳素钢。化学成分主要是铁,其次是碳,故也称碳钢或铁碳合金,其含碳量为0.02%~2.06%。碳素钢除了铁、碳外还含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。
碳素钢按含碳量不同又可分为: (1)低碳钢:含碳量小于0.25%; (2)中碳钢:含碳量为0.25%~0.60%; (3)高碳钢:含碳量大于0.6%。 低碳钢在土木工程中应用最广泛。 2.合金钢。合金钢是在炼钢过程中,为改善钢材的性能,特意加入某些合金元素而制得的一种钢。常用合金元素有:硅、锰、钛、钒、铌、铬等。
按合金元素总含量不同,合金钢又可分为: (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%。 低合金钢为土木工程中常用的主要钢种。(三)、按有害杂质含量分类: 按钢中有害杂质磷(P)和硫(S)含量的多少,钢材可分为以下四类: 1.普通钢:磷含量不大于0.045%,硫含量不大于0.050%; 2.优质钢:磷含量不大于0.035%,硫含量不大于0.035%; 3.高级优质钢:磷含量不大于0.025%,硫含量不大于0.025%; 4.特级优质钢:磷含量不大于0.025%,硫含量不大于0.015%。(四)、按用途分类: 钢材按用途不同可分为: 1.结构钢:主要用于工程结构及机械零件的钢,一般为低、中碳钢。 2.工具钢:主要用于各种刀具、量具及模具的钢,一般为高碳钢。 3.特殊钢:具有特殊的物理、化学及机械性能的钢,如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。
工程上常用的钢种是普通碳素结构钢(低碳钢)、普通低合金结构钢。 钢材的产品一般分为型材、板材、线材和管材等。型材包括钢结构用的角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨、
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