单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 钢材与铝合金,第一节 钢的生产、分类与晶体组织,第二节 钢材的技术性质,第三节 化学成分、热处理、加工硬化与时效对钢性质的影响,第四节 建筑钢材的标准与选用,第五节 建筑钢材的锈蚀与防止,第六节 铝及铝合金,建筑钢材与非金属材料相比有以下优点：,强度高，比强度高,品质均匀致密、结构可靠性高,具有良好的塑性和韧性，能经受冲击和振动荷载,具有良好的加工性能，可以锻压、焊接、铆接和切割，便于装配,钢结构的主要缺点是：,耐腐蚀性差，在使用环境中，应注意对结构的防锈等防护；耐火性差，温度达到300以上，钢材的强度明显下降，在火灾中，钢结构的耐火时间只有2030分钟，,第六章 钢材与铝合金 第一节 钢的生产、分类与晶体组织,1,第一节 钢的生产、分类与晶体组织,生产方法对钢材性能的影响,（一）冶炼 氧气转炉法,(氧化过程)平炉炼钢法,Fe,3,O,4,电炉钢,（二）钢的脱氧和铸锭 1沸腾钢,(还原过程)2镇静钢,Fe,3,O,4,Fe+O,2,3半镇静钢半镇静钢,4特殊镇静钢,（三）钢的热加工,第一节 钢的生产、分类与晶体组织生产方法对钢材性能的影响,2,钢的脱氧和铸锭,钢的脱氧和铸锭,3,二、钢的分类,（一）按照化学成分钢分为碳素钢和合金钢两种,1碳素钢（1）低碳钢 C0.60%.,根据硫（S）、磷（P）杂质含量的多少，又可分为,（1）普通碳素钢 S0.050%,P0.045%,（2）优质碳素钢 S0.035%,P0.035%,（3）高级优质碳素钢 S0.025%,P0.025%,（4）特优质碳素钢 S0.015%,P0.025%,二、钢的分类（一）按照化学成分钢分为碳素钢和合金钢两种,4,2合金钢,常用合金钢元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等,。按合金元素总含量不同，合金钢可分为：,（1）低合金钢 合金元素总量小于5%；,（2）中合金钢 合金元素总含量为5%10%；,（3）高合金钢 合金元素含量大于10%。,（二）按用途分类,1结构钢 主要用于建筑结构及机械零件的钢，一般为低、中碳钢。,2工具钢 主要用各种刀具、量具及模具等工具的钢，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、耐磨钢等。,4专用钢 为满足特殊的使用环境条件下或使用荷载下专用钢材。如桥梁专用钢，钢轨专用钢等。,2合金钢 常用合金钢元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬,5,三、钢材的晶体组织,（二）钢中的晶体组织与性能,1同素异晶转变概念,2合金的基本概念,（1）固溶体,以一种金属为溶剂，另一种金属或非金属为溶质，共溶后所形成的固体溶液,（2）化合物,两种元素发生化学作用而组成的一种新的金属化合物,（3）机械混合物,是两种既不溶解也不化合，而是机械混合形成的一种组成物,三、钢材的晶体组织（二）钢中的晶体组织与性能,6,钢中的晶体,图6-1 晶格构造,图6-2 多晶体构造,钢中的晶体图6-1 晶格构造 图6-2 多晶体构造,7,图6-3 Fe-Fe,3,C合金状态图,L液态合金；奥氏体；铁素体；P珠光体；Fe,3,C渗碳体；Ld莱氏体。,图6-3 Fe-Fe3C合金状态图L液态合金；奥氏体,8,3钢中的晶体组织与性能,（1）奥氏体 是碳在-Fe的固溶体,（2）铁素体 是碳在-Fe中的固溶体,含碳量0.02%，由于溶碳量少且晶格滑移面较多，其性质极其柔软，塑性和韧性很好，但强度和硬度较低。,（3）渗碳体 是碳和铁形成的化合物Fe,3,C，其含碳量高达6.69%,外力作用下不易变形，故性质非常硬脆，抗拉强度很低，塑性及韧性几乎等于零。,（4）,珠光体,是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，两成分相间成片状存在于同一晶粒内，含碳量为0.77%，其性质介于铁素体和渗碳体之间，既有一定的强度和硬度，也有一定的塑性和韧性。,3钢中的晶体组织与性能,9,珠光体 是铁素体和渗碳体组成的机械混合物,铁素体,珠光体,珠光体 是铁素体和渗碳体组成的机械混合物铁素体珠光体,10,表6-1 室温下钢中晶体组织的机械性能,名称,符号,组合类型,b,/MPa,HBW/Pa,/%,a,k,/（Jcm,-2,）,铁素体,碳在,-Fe中的固溶体（体心立方晶格）,230,785,50,200,渗碳体,Fe,3,C,铁和碳的化合物（复杂晶格）,30,7850,0,0,珠光体,P,铁素体与渗碳体的层片状机械混合物,750,1765,2025,3040,表6-1 室温下钢中晶体组织的机械性能名称符号组合类型b,11,图6-4 铁碳合金的含碳量、晶体组织与性能之间的关系,图6-4 铁碳合金的含碳量、晶体组织与性能之间的关系,12,第二节 钢材的技术性质,一、钢材的力学性能(,钢材的力学性能包括弹性、塑性、强度、冲击韧性、硬度与疲劳强度等。),（一）钢材的弹性、塑性和强度,1弹性阶段（OA段)屈服强,s,0.2,2.屈服阶段（AB段）强度极限,b,3.强化阶段（BC段）屈强比,s,/,b,4.颈缩阶段（CD段）,伸长率,为反映钢材在达到最大破坏荷载前的变形状况，防止突然的脆断，定义钢筋在最大力下的总伸长率用gt表示,第二节 钢材的技术性质一、钢材的力学性能(钢材的力,13,（二）、冲击韧性,冲击韧性是钢材低抗冲,击荷载的能力。,（二）、冲击韧性,14,（三）硬度,硬度是指钢材低抗硬物压入表面的能力。,1布氏硬度,HB=P/A,2洛氏硬度,布氏硬度试验 洛氏硬度试验,根据布氏硬度可以估算碳素钢的抗拉强度b,HBHB175时，b=0.35HB,（三）硬度布氏硬度试验 洛氏硬度试验根据布氏硬度,15,（四）疲劳强度,疲劳强度除了与材质有关外，还与所受应力的种类（拉、压或弯曲）、应力循环特征值（）、应力循环次数（N）及应力集中程度有关。一般来说，钢材强度极限愈高，其疲劳强度也高。,二、钢材的工艺性能,（一）冷弯性能,（二）可焊性 (,可焊性是指钢材是否适用通常的焊接方法与工艺的性能。可焊性好的钢材焊接时，硬脆倾向小，不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊接后仍能保持与母材基本相同的性质。),（四）疲劳强度二、钢材的工艺性能（一）冷弯性能,16,第三节 化学成分、热处理、加工硬化与时效对钢性质的影响,一、化学成分对钢性质的影响,1碳(C)碳是决定钢材性能的主要元素。,2硅(Si)硅是作为脱氧剂而加入于钢中的，大部分熔于铁素体中形成固溶体，能提高钢材的硬度、强度。硅含量较低（小于1.0%）时，对塑性和韧性影响不大。,3锰(Mn)锰是炼钢时用来脱氧去硫而加入钢中的。,4硫(S)硫是钢中有害的元素。硫多数以FeS的形式存在于钢中。FeS与Fe形成共晶溶点很低（985）,5磷(P)钢中有害元素。,6氧(O)氧是钢中的有害元素。,7氮(N)多数熔于铁素体中形成固溶体，氮虽能提高钢的强度和硬度提高，但却显著降低钢的塑性和韧性，增加钢的时效敏感性和冷脆性。,8钛(Ti)、钒(V)钛是强脱氧剂，钒是弱脱氧剂。二者能显著提高强度，细化晶粒，改善韧性。,第三节 化学成分、热处理、加工硬化与时效对钢性质的影响,17,二、热处理对钢性质的影响,1退火 2正火 3淬火 4.回火,调质=淬火+回火(高温),分低温（150250）,中温（350500）,高温（500650）,二、热处理对钢性质的影响分低温（150250）中温（3,18,三、冷加工与时效对钢性质的影响,冷加工,包括冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕、冲压等。经过冷加工后的钢材，由于产生塑性变形，改变了钢的晶体结构，强度和硬度明显提高，塑性和韧性有所降低，我们把这个过程称为钢材的冷加工强化。,冷拉后钢材的屈服强度提高，屈服阶段缩短，伸长率减小，材质变硬，但抗拉强度基本不变。冷拉后的新的屈服点和抗拉强度并非一直保持不变，而是随时间延续有所提高，塑性进一步降低，即产生,时效,。一般钢材冷拉后要通过时效后才有稳定的屈服强度。,时效敏感性，用时效敏感性系数C表示:,三、冷加工与时效对钢性质的影响冷加工包括冷拉、冷拔、冷轧、冷,19,冷加工,包括冷拉、冷拔、冷轧,冷加工包括冷拉、冷拔、冷轧,20,冷加工与时效对钢性质的影响,冷加工,时效,冷加工与时效对钢性质的影响冷加工时效,21,第四节 建筑钢材的标准与选用,一、钢结构用钢(,碳素结构钢、优质碳素钢和低合金钢结构,),（一）碳素结构钢 1碳素结构钢的牌号,GB700-88规定，牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度4部分组成。其中“Q”代表屈服点；碳素结构钢按照其屈服点分5个牌号，即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275；按照质量等级（硫、磷杂质含量由多到少）分为A、B、C、D共4个质量等级。按照脱氧程度分为4种，即沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特种镇静钢（TZ）。镇静钢和特殊镇静钢在钢牌号中Z和TZ予以省略。例如Q235A.F，表示屈服点为235Mpa质量等级为A级的沸腾钢；Q235C，表示屈服点为235Mpa质量等级为C级的镇静钢。,第四节 建筑钢材的标准与选用一、钢结构用钢(碳素结构钢、,22,2碳素结构钢的技术要求,（1）化学成分,（2）力学性能(,屈服点,S,抗拉强度,b,伸长率,5,冲击 韧性a,k,),3碳素结构钢的应用,Q195和Q215钢,Q235是建筑工程中应用最广泛的碳素结构钢,Q255、Q275钢，强度高，但塑性、韧性和可焊性较差，不易冷弯加工,下列情况的承重结构和构件不应采用Q235沸腾钢：,（1）焊接结构:,直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳的结构。工作温度低于-20时的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳的结构以及承受静力荷载的受弯及受拉的重要承重结构。工作温度等于或低于-30的所有承重结构。,（2）非焊接结构:,工作温度等于或低于-20的直接承受动力荷载且需要验算疲劳的结构。,优质碳素结构钢对有害杂质含量控制更严格（S0.035%，P,1635,3550,50100,不小于,钢材厚度(直径),mm,不小于,16,16100,Q295,A,295,275,255,235,390570,23,d=2a,d=3a,B,295,275,255,235,390570,23,34,d=2a,d=3a,Q345,A,345,325,295,275,470630,21,34,d=2a,d=3a,B,345,325,295,275,470630,21,34,d=2a,d=3a,C,345,325,295,275,470630,22,d=2a,d=3a,D,345,325,295,275,470630,22,34,d=2a,d=3a,E,345,325,295,275,470630,22,27,d=2a,d=3a,Q390,A,390,370,350,330,490650,19,d=2a,d=3a,B,390,370,350,330,490650,19,34,d=2a,d=3a,C,390,370,350,330,490650,20,34,d=2a,d=3a,D,390,370,350,330,490650,20,34,d=2a,d=3a,E,390,370,350,330,490650,20,27,d=2a,d=3a,表6-6 低合金高强度结构钢的力学性能牌质屈服点s(MP,27,二.,混凝土结构用钢,（一）热轧钢筋:牌 号,热轧光圆钢筋HPB235,热轧带肋钢筋分为HRB335、HRB400、HRB500三个牌号，公称直径范围650mm。热轧钢筋标准值根据屈服强度确定，具有不小于95%的保证率。,混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002规定，为了保证在地震作用下，结构的某些部位出现塑性铰以后，钢筋具有足够的变形能力。对有抗震设防要求的框架结构（一、二级抗震等级），检验所得的强度实测值应符合下列规定：（1）钢筋实测抗拉强度实测值与屈服强度实测值之比不小于1.25；（2）钢筋屈服强度实测值与强度标准值之比不应大于1.30。,混凝土结构设计规范G