第8章 建筑钢材1

河北石油职业技术学院管道工程系第五章建筑钢材河北石油职业技术学院管道工程系§5-1概述上海宝钢河北石油职业技术学院管道工程系一、钢及其特性•钢–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。•钢的特点–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；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。河北石油职业技术学院管道工程系二、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。河北石油职业技术学院管道工程系二、建筑钢材的主要品种2.线材如钢筋、钢丝等。河北石油职业技术学院管道工程系二、建筑钢材的主要品种3.管材无缝钢管、焊接钢管等。河北石油职业技术学院管道工程系二、建筑钢材的主要品种4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。压型彩钢板河北石油职业技术学院管道工程系三、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河北石油职业技术学院管道工程系钢是由生铁冶炼而成的。钢和铁都是铁碳合金，钢的含碳量在2%以下，而生铁的含碳量大于2%。另外钢中的杂质含量也少于生铁。生铁有炼钢生铁和铸造生铁之分。钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到规定范围，其他杂质含量也降低到允许范围之内。1、钢的冶炼河北石油职业技术学院管道工程系（1）转炉钢：以熔融的铁水为原料、由转炉的底部或侧面向转炉中吹入高压热空气（或氧气）进行冶炼而得到的钢，叫做转炉钢；转炉钢的缺点：吹炼时易混入空气中的氮、氢等杂质，故建筑中常用的是氧气转炉钢；熔炼时间短，杂质含量不易控制，因此质量差；分类三大类:（1）转炉钢（2）平炉钢（3）电炉钢；河北石油职业技术学院管道工程系炼钢方法氧气转炉熔炼时间短，杂质含量不易控制，因此质量差；河北石油职业技术学院管道工程系（2）平炉钢：以固态或液态的生铁、铁矿石或废钢为原料、用煤气或重油为燃料在平炉中冶炼而得到的钢，叫做平炉钢；平炉钢的特点：熔炼时间长，易控制质量，因此质量好，但成本较转炉钢高；河北石油职业技术学院管道工程系•熔炼时间长，易控制质量，因此质量好，但成本较转炉钢高河北石油职业技术学院管道工程系（3）电炉钢：用电热进行高温冶炼而得到的钢；一般用高压电弧作为热源，故熔炼的温度高，且温度可以自由调节，清除杂质则容易得多，故电炉钢的质量最好；电炉钢的特点：熔炼温度可自由调节，清除杂质彻底，因此质量最好，但成本最高；河北石油职业技术学院管道工程系炼钢方法电炉熔炼温度可自由调节，清除杂质彻底，因此质量最好，但成本最高；河北石油职业技术学院管道工程系2.钢的铸锭河北石油职业技术学院管道工程系四、钢的分类1.按冶炼方法分2.按质量分按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。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河北石油职业技术学院管道工程系四、钢的分类3.按化学成分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％河北石油职业技术学院管道工程系§5-2建筑钢材的主要性能河北石油职业技术学院管道工程系•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。头部头部工作段一、拉伸性能1.低碳钢的拉伸性能河北石油职业技术学院管道工程系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C下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1）拉伸试验过程河北石油职业技术学院管道工程系σε0钢材拉伸弹性阶段示意图AB0弹性阶段σp—比例极限，MPaσpσBσB—弹性极限，MPa注：由于A、B两点相距较近，一般认为σp=σB。河北石油职业技术学院管道工程系σε0钢材拉伸屈服阶段示意图AB0C下C上CBC下C上C屈服阶段放大后河北石油职业技术学院管道工程系σε0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DC河北石油职业技术学院管道工程系σε0E钢材拉伸颈缩阶段示意图AB0C下C上CDDE——颈缩阶段河北石油职业技术学院管道工程系（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河北石油职业技术学院管道工程系2.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%。河北石油职业技术学院管道工程系二、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。河北石油职业技术学院管道工程系三、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。河北石油职业技术学院管道工程系三、工艺性能2.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。