土木工程材料 第七章 建筑钢材PPT课件

沸腾钢成本低，被广泛应用于建筑结构。 其代号为“F”。
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镇静钢（Z）：浇铸时，钢液平静地冷 却凝固，是脱氧较完全的钢。
镇静钢钢锭的组织致密度大，气泡少， 偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优 越，用于承受冲击荷载或其他重要结构。
代号为“Z”。
半镇静钢（b）：指脱氧程度和质量介 于沸腾钢和镇静钢之间的钢。
其质量较好。
代号为“b”。
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特殊镇静钢（TZ）：比镇静钢脱氧程 度还要充分彻底的钢，其质量最好。
适用于特别重要的结构工程。 代号为“TZ”。
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7.1.2 钢的分类
1．按照化学成分分类
（1）碳素钢
低碳钢：含碳量小于0.25% 。 中碳钢：含碳量在0.25% ~ 0.60% 之间。 高碳钢：含碳量大于0.60%。 优质碳素结构钢：保证钢的化学成分和
氧气转炉法是现代炼钢的主流方法。
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（2）平炉炼钢法
平炉钢的冶炼：以固体或液体生铁、废 钢铁或铁矿石作原料，用煤气或重油为 燃料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石 或废钢中的氧起氧化作用而除去。
平炉熔炼时间长，有利于化学成分的精 确控制，杂质含量少，成品质量高，可 用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊 要求的专用钢。缺点是能耗大、冶炼时 间长、成本高。
力学性能。
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（2）合金钢
低合金钢：合金元素总含量小于5% 。 中合金钢：合金元素总含量在5% ~ 10%
之间。 高合金钢：合金元素总含量在10% 以上。
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2．按照质量分类
普通碳素钢：含硫量≤0.045% ~ 0.050% ； 含磷量≤0.045% 。
优质碳素钢：含硫量≤0.035% ；含磷量 ≤0.035% 。
高级优质钢：含硫量≤0.025% ，高级优质 钢的钢号后加“高”字或“A”；含磷量 ≤0.025%。
特级优质钢：含硫量≤0.015% ，特级优质 钢后加“E”；含磷量≤0.025% 。建筑上 常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢 和合金钢中的低合金高强度结构钢。
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7.2 建筑钢材的技术性能
B上 B
A B下
σS
（Ⅲ）强化阶段
（Ⅳ）颈缩阶段。 每个阶段都各有其
δ
ε =Δ L/ L
特点。
图7.1 低碳钢受拉时应力应变曲线图
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图7.1中的 B上点是这一阶段的最高点，称 为屈服上限（σ s上）； B下点相应的应力 称为屈服下限（σs下），又称屈服点或屈 服强度，用σs表示。
伸长率δ
7.2.1钢材的力学性能
1．抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材的重要性能。由
拉力试验测得的屈服点、抗拉强度和 伸长率是钢材的重要技术指标。
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建筑钢材的抗拉性
能，见软钢受拉的
应力~应变图（见图 σ
7.1）。
ⅠⅡ
Ⅲ
Ⅳ
C
软钢拉伸发展的全
D
过程可分为四个阶
段：
σ
b
（Ⅰ）弹性阶段
（Ⅱ）屈服阶段
σp
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
冲击韧性的金属夏比试验
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冲击韧性值αK：冲击吸收功除以试样缺
口底部处横截面面积所得的商。单位为
焦耳/
2（J/cm2）。即
αK= AK/A
式中 A——试样缺口处的截面积，cm2。
概况2
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概况3
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7.1 钢的冶炼及分类
7.1.1 钢的冶炼及其对质量的影响
1．钢的冶炼
钢由生铁冶炼而成。
钢的冶炼将生铁在熔融状态下进行氧化， 将含碳量降低到2.06%以下，使磷、硫等 其他杂质也减少到某一规定数值，再加 入脱氧剂（锰铁、硅铁、铝等）进行脱 氧冶炼而成的。
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常用的炼钢方法
（1）转炉炼钢法
转炉炼钢法又分空气转炉炼钢法和氧气 转炉炼钢法两种。
空气转炉法：由转炉底部或侧面吹入高 压热空气至熔融状态的铁水中，铁水中 的杂质与空气中的氧起氧化作用而被除 去。
空气转炉法已淘汰，逐渐被氧气转炉法 所取代。
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氧气转炉法：以纯氧代替空气吹入炼钢 炉内铁水中，克服了空气转炉法的一些 缺点，能有效地除去磷、硫等杂质，使 钢的质量显著提高，可以炼制优质的碳 素钢和合金钢。
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生铁是将将铁矿石、焦碳及熔剂（石灰 石）在炼铁炉中，经高温冶炼，铁矿石 内氧化铁还原成碳铁合金，其中碳的含 量为2.06~6.67%，磷、硫等杂质的含量 也较高。
生铁按断口颜色分为白口铁和灰口铁。
白口铁用于炼钢，也称炼钢生铁；
灰口铁也称铸铁，用于铸造承受静荷载的次 要构件（管材、机座）等。
其中尤以磷、硫等的偏析最为严重，偏 析现象对钢的质量影响很大。
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根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为：
沸腾钢（F）：脱氧不完全的钢，浇铸后在 钢液冷却时有大量一氧化碳气体逸出，引 起钢液剧烈沸腾，称为沸腾钢。
此种钢的碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重， 钢的致密程度较差，故冲击韧性和焊接性能较 差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。
第七章 建筑钢材
钢材是建筑工程中的重要材料，具有 许多优良的特性。
钢材的组织结构均匀密实，性能稳定， 并且强度高，塑性、韧性好，可以冷弯、 焊接或铆接，易于加工和装配。
钢材也存在着能耗大，成本高，易锈 蚀，维护费用高，耐火性差等缺点。
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整体概况
+ 概况1
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（3）电炉炼钢法
以生铁和废钢为原料，用电力作能源的 冶炼方法。其熔炼温度高，温度可以控 制，清除杂质容易彻底。
电炉钢的质量最好，但成本高。它适合 产冶炼优质特殊质量的特种钢。
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2．脱氧和偏析对钢材质量的影响
钢水脱氧后浇铸成钢锭，在钢锭冷却过 程中，由于钢内某些元素在铁的液相中 的溶解度高于固相，使这些元素向凝固 较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在 钢锭截面上分布不均匀。这种现象称为 化学偏析。
l1 l0 100%
l0
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伸长率δ是衡量钢材塑性的一个指标，它 的数值愈大，表示钢材塑性愈好。
伸长率与标距有关。通常钢材拉伸试验 标距取l0= 10d0和 l0= 5 d0，伸长率分别 以δ10和δ5表示。对同一钢材δ5大于δ10。
2．冲击韧性
冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破 坏的能力。是以试样缺口处单位横截面 所吸收的功（J/cm2）来表示，即冲击韧 性值，其符号为αk。