七章建筑钢材.ppt
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1、第七章 建 筑 钢 材,概 述,定义 用于工程建设中的各种钢材。 特点 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; 钢材易锈蚀、耐火性差。,一、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。,2.线材 钢筋、钢丝等。,3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。,4.板材 光面钢板、花纹钢板等。,钢桥,二、建筑钢材的应用 大跨度结构 多层及高层结构 受动荷载作用的工业厂房,7.1 钢的生产与分类,一、钢的生产,冶炼,铸锭,压力加工,二、钢的冶炼,钢是由生铁冶炼而成的。 理论上把含碳量小于2%,含杂质比较少的铁碳合
2、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。,焦炭,铁矿石,生铁,高炉 熔融,生铁,精炼,氧化 还原,钢,铸锭,钢锭,建筑钢材,钢材的冶炼过程,炉种的影响及氧化程度,炉种的影响,脱氧程度及钢材影响,按化学成分分类,三、钢的分类,普通钢 P0.045%,S0.055% 优质钢 P0.035-0.04%, S0.04% 高级优质钢 P0.035%,S0.03%,按用途分类,结构钢 各种工程构件及机械零件 工具钢 刀具、模具 特殊钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢,按质量分类,一、碳,四、 钢的主要化学成分对钢材性能的影响,碳是决定钢材性能的主要元素。随着含碳量增加,钢的强度
3、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。,二、硅,含量在1%以内,可提高钢的强度和疲劳极限、耐腐蚀性及抗氧化性,对塑性和韧性影响不大,对可焊性及冷加工性能有影响。,四、磷、硫,磷有害物质。常温下,磷能使钢的强度、硬度提高,但显著降低钢材的塑性和韧性,特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显,使钢材容易脆裂,这种现象叫做冷脆性。 硫有害物质。当钢材进行热加工时,易产生脆裂现象,这称为热脆性,降低可焊性。,三、锰,可提高钢的强度、硬度和耐磨性,能消减硫和氧引起的热脆性,改善钢的热加工性能。,五、氧、氮,氧有害物质。降低钢材的强度、塑性和韧性,冷加工性能下降,氧
4、还使钢的热脆性增加,使可焊性变差。 氮能使钢的强度提高,塑性和韧性下降,使冷脆性及时效敏感性增加,可焊性变差。,五、钛、钒、铌,钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性,并显著提高强度。,7.2 建筑钢材的主要性能,机械性能 拉伸性能 冲击韧性 疲劳强度 工艺性能 冷弯性能 焊接性能,工程中的钢结构和钢筋混凝土结构中钢材的基本性能有,标准试件,按照一定的要求,对表面进行车削加工后的试件。,非标准试件,不经过加工,直接在线材上切取的试件。,机械性能,1. 拉伸性能,低碳钢受拉时的-图,OB弹性阶段,BC屈服阶段,CD强化阶段,DE颈缩阶段,以下屈服点的应力作为钢材的
5、屈服强度。,钢材拉伸弹性阶段示意图,p比例极限,MPa,B弹性极限,MPa,注:由于A、B两点相距较近,一般认为p=B 。,钢材拉伸屈服阶段示意图,放大后,钢材拉伸强化阶段示意图,b 抗拉强度或强度极限,钢材拉伸颈缩阶段示意图,DE颈缩阶段,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0.2来代替屈服强度。 条件屈服点0.2 :使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。,oa总变形。 ob弹性变形99.8% ba塑性变形0.2%,中碳与高碳钢受拉时的-图,屈服强度,定义:是指钢材开始丧失随变形而抵抗外力的能力,并开始产生大量变形的能力。 意义:是弹性变形转
6、变为塑性的转折点。当外力超过屈服点时,产生不可恢复的变形,钢材内部的应力自动分配至低应力部位。所以说,屈服点是确定钢结构容许应力值的依据。,公式:,s屈服强度 Fs 屈服应力 Ao试件截面积,拉伸过程的主要参数,抗拉强度,定义:是指钢材能够承受的最大拉应力。 意义:当外力大于拉伸强度时,钢材完全丧失对变形的抵抗能力而断裂。因此在结构设计中不能应用。,屈强比,定义:s/b反映了钢材的可利用率和安全性的大小。,合理屈强比: 碳素钢: 0.580.63 低碳合金结构钢: 0.650.75,伸长率,L0原标点间距 L1 拉断后标点间距,断面收缩率,A0原断面面积 A1 拉断后断面面积,塑性是指钢材在外
7、力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。,伸长率的测定,Ak试件破坏时的冲击功 F 试件槽口处截面积,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。,概念:钢材的冷脆性和临界温度。,2. 冲击韧性,定义及指标: 冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。 其大小用冲击韧性值k来表示。 k越大,则冲击韧性越好。,3. 疲劳强度,在反复荷载作用下的结构构件,钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂,这种现象称为钢材的疲劳破坏。 疲劳强度:在疲劳试验中,试件在交变应力作用下,于规定的周期基数内不
8、发生断裂时所能承受的最大应力值(r )。 钢材的疲劳强度与其抗拉强度有关,一般抗拉强度高,其疲劳强度也较高。 钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关,也和表面质量有关。,4、硬度,硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。测定钢材硬度常用布氏法。 布氏法是用一直径为D的硬质钢球,在荷载P(N)的作用下压入试件表面,经规定的时间后卸去荷载,用读数放大镜测出压痕直径d,以荷载P除以压痕表面积(mm2) ,即为布氏硬度值HB。HB值越大,表示钢材越硬。,1. 冷弯性能,定义:钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 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)。 通过冷弯试验
9、,更有助于暴露钢材某些内在缺陷,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。,工艺性能,2. 可焊性能,定义: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。,钢材的冷加工和时效,1. 定义 冷加工:指在常温下对钢材进行冷拉、冷拔和冷轧等处理。 冷加工强
10、化:钢材经冷加工后强度和硬度提高,塑性和韧性降低的现象。 时效:经冷加工后钢材随时间延长强度提高,塑性、韧性下降的现象。 自然时效:经冷拉的钢材在常温下存放15-20天,其强度和硬度提高,塑性和韧性降低的现象。 人工时效:经冷拉的钢材在加热至100-200,并保持一段时间(一般2h以上),这将使时效加速。 时效敏感性:因时效而导致性能改变的程度。,钢筋冷拔示意图,冷拉 将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长,使之产生一定塑性变形。 经冷拉后钢材的屈服强度一般可提高20%30%。 根据张拉控制参数的不同,冷拉有“单控”和“双控”之分。,冷拔 将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔,使之不仅受拉而且受挤压以
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