建材6-建筑鋼材2014

1、土木工程材料土木工程材料建建 筑筑 鋼鋼 材材湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室2金屬材料有色金屬有色金屬銅、鋁、鉛、鋅、錫等金屬及其合金銅、鋁、鉛、鋅、錫等金屬及其合金黑色金屬：鐵金屬黑色金屬：鐵金屬鋼：含碳量及雜質(zhì)含量少鋼：含碳量及雜質(zhì)含量少鐵：含碳量高鐵：含碳量高湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室3各類鋼材各類鋼材湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室4湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室5 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室6本章學(xué)習(xí)內(nèi)容1 鋼的生產(chǎn)及分類鋼的生產(chǎn)及分類2 鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分3 鋼材的主要技術(shù)性質(zhì)鋼材的主要技術(shù)性質(zhì)4 常用建筑鋼材常用

2、建筑鋼材5 鋼材的選用及防護(hù)鋼材的選用及防護(hù)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室71 鋼的分類及生產(chǎn)含碳量在含碳量在2.11以下，有害雜質(zhì)含量較少以下，有害雜質(zhì)含量較少的的FeC合金稱為鋼合金稱為鋼湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室8低碳鋼（含低碳鋼（含C量量0.60%）鋼材的分類按化學(xué)成分碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼低合金鋼低合金鋼（合金元素總量（合金元素總量10%）湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室9鋼的分類按質(zhì)量分普通鋼普通鋼磷含量不大于磷含量不大于0.0450.045；硫含量不大于；硫含量不大于0.050%0.050%。優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼磷含量不大于磷含量不大于0.035%0.035%；硫含量不大于；硫含量不大于0.03

3、5%0.035%。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼磷含量不大于磷含量不大于0.025%0.025%；硫含量不大于；硫含量不大于0.015%0.015%。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室10鋼的分類按用途分結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼中低碳鋼，建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造等中低碳鋼，建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造等工具鋼工具鋼高碳鋼，各種工具如量具、刃具等高碳鋼，各種工具如量具、刃具等特殊鋼特殊鋼特殊物化性質(zhì)，如不銹鋼、耐熱鋼、特殊物化性質(zhì)，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等耐磨鋼等湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室11鋼的生產(chǎn)工藝流程鋼的生產(chǎn)工藝流程煉鋼的原理煉鋼的原理將熔融的生鐵進(jìn)行氧化，使碳的含量降低到將熔融的生鐵進(jìn)行氧化，使碳的含量降低到一定限度，同時(shí)把其它

4、雜質(zhì)的含量也降低到一定限度，同時(shí)把其它雜質(zhì)的含量也降低到容許的范圍內(nèi)。容許的范圍內(nèi)。工藝流程工藝流程1 煉鐵煉鐵2 煉鋼煉鋼 3 脫氧脫氧 4 鑄錠鑄錠 5 壓力加工壓力加工 6 熱處理熱處理湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室12高爐煉鐵湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室13主要煉鋼方法空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法平爐煉鋼法平爐煉鋼法電爐煉鋼法電爐煉鋼法湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室14依據(jù)脫氧程度沸騰鋼（沸騰鋼（代號(hào)為代號(hào)為“）脫氧不完全，組織不夠致密，成分不太均勻，脫氧不完全，組織不夠致密，成分不太均勻，硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，故質(zhì)量較差。但其硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，故質(zhì)量較差。但

5、其成本低、產(chǎn)量高，用于一般建筑工程。成本低、產(chǎn)量高，用于一般建筑工程。鎮(zhèn)靜鋼（鎮(zhèn)靜鋼（代號(hào)為代號(hào)為“”）脫氧完全，且同時(shí)能起去硫作用。成本較高，脫氧完全，且同時(shí)能起去硫作用。成本較高，組織致密，成分均勻，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。組織致密，成分均勻，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要的結(jié)構(gòu)工程。用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要的結(jié)構(gòu)工程。半鎮(zhèn)靜鋼（半鎮(zhèn)靜鋼（代號(hào)為代號(hào)為“”）特殊鎮(zhèn)靜鋼（代號(hào)為特殊鎮(zhèn)靜鋼（代號(hào)為“TZ”）湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室15鑄件組織鑄件組織鑄錠缺陷鑄錠缺陷組織不均勻組織不均勻微觀偏析微觀偏析宏觀偏析宏觀偏析夾雜與氣孔夾雜與氣孔縮孔和疏松縮孔和疏松湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室16

6、鋼材的壓力加工目的目的通過(guò)壓通過(guò)壓力加工，力加工，去除鑄錠去除鑄錠過(guò)程中所過(guò)程中所出現(xiàn)的偏出現(xiàn)的偏析、氣泡、析、氣泡、晶粒粗大、晶粒粗大、組織不致組織不致密等缺陷。密等缺陷。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室17壓力加工5 5萬(wàn)噸水壓機(jī)萬(wàn)噸水壓機(jī)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室18熱加工將鋼錠加熱至呈塑性狀態(tài)，再施加壓力改變其將鋼錠加熱至呈塑性狀態(tài)，再施加壓力改變其形狀，并使鋼錠內(nèi)部氣泡焊合、疏松組織密實(shí)。形狀，并使鋼錠內(nèi)部氣泡焊合、疏松組織密實(shí)。鋼錠鋼錠型鋼、鋼筋型鋼、鋼筋湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室19熱軋湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室20熱鍛湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室21冷加工在常溫下進(jìn)行的壓力加工。如冷拉

7、、冷拔、在常溫下進(jìn)行的壓力加工。如冷拉、冷拔、冷扭、冷扎、沖壓和擠壓等。冷扭、冷扎、沖壓和擠壓等。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室22熱處理通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼通過(guò)加熱、保溫、冷卻的操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種加工工藝。一種加工工藝。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室232 鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室24金屬晶體三種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)體心立方（體心立方（BCC）面心立方（面心立方（FCC）密排六方（密排六方（HCP）晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) 2 ； 4 ；6湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室25體心立方湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室

8、26面心立方堆積方式：堆積方式：ABCABCABC湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室27密排六方堆積方式：堆積方式：ABABAB湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室28晶體材料的各向異性滑移常沿晶體中原子密度滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生最大的晶面和晶向發(fā)生湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室29多晶體材料受力時(shí)滑移一般單晶體材料具有各向異性；一般單晶體材料具有各向異性；多晶體多晶體宏觀宏觀上表現(xiàn)為各向同性上表現(xiàn)為各向同性湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室30金屬材料的理論強(qiáng)度湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室31晶體結(jié)構(gòu)的不完整性晶體缺陷晶體缺陷實(shí)際晶體中與理想點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生偏差的區(qū)實(shí)際晶體中與理想點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生偏差的區(qū)域。原

9、子的不規(guī)則排列產(chǎn)生晶體缺陷。域。原子的不規(guī)則排列產(chǎn)生晶體缺陷。在組織控制（如擴(kuò)散、相變）和性能控在組織控制（如擴(kuò)散、相變）和性能控制（如材料強(qiáng)化）中具有重要作用。制（如材料強(qiáng)化）中具有重要作用。晶體缺陷的種類晶體缺陷的種類點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷在三維空間各方向上在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷。尺寸都很小的缺陷。如空位、間隙原子、如空位、間隙原子、異類原子等。異類原子等。線缺陷線缺陷在兩個(gè)方向上尺寸很小，而另一個(gè)方向上尺在兩個(gè)方向上尺寸很小，而另一個(gè)方向上尺寸較大的缺陷。主要是位錯(cuò)。寸較大的缺陷。主要是位錯(cuò)。線缺陷線缺陷刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)線缺陷線缺陷螺型位錯(cuò)螺

10、型位錯(cuò)線缺陷線缺陷在一個(gè)方向上尺寸很小，在另外兩個(gè)方向上尺在一個(gè)方向上尺寸很小，在另外兩個(gè)方向上尺寸較大的缺陷。如晶界、相界、表面等。寸較大的缺陷。如晶界、相界、表面等。面缺陷位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)示意位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)示意位位錯(cuò)錯(cuò)的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)示示意意金金屬屬?gòu)?qiáng)強(qiáng)度度與與位位錯(cuò)錯(cuò)密密度度的的關(guān)關(guān)系系湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室39金屬晶體的強(qiáng)化固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化(彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化)細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化變形（冷加工）強(qiáng)化變形（冷加工）強(qiáng)化湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室40固溶強(qiáng)化固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象

11、。強(qiáng)化機(jī)制強(qiáng)化機(jī)制晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)如形成合金如形成合金湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室41第二相強(qiáng)化(彌散強(qiáng)化)軟基體硬第二相軟基體硬第二相位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子(粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng))湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室42碳碳素鋼中三種基本組織：鐵素體碳素鋼中三種基本組織：鐵素體(固溶體固溶體)、滲碳、滲碳體體(化合物化合物Fe3C)、珠光體、珠光體(兩者的機(jī)械混合物兩者的機(jī)械混合物)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室43鐵碳合金鐵碳合金組織的性能組織的性能純鐵純鐵滲碳體滲碳體珠光體珠光體抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(MPa)180-23030770延伸率

12、延伸率(%)30-50020-35沖擊韌性沖擊韌性(J/cm2)160-200030-40硬度硬度HB (MPa)500-80080001800湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室44鐵碳合金鐵碳合金組織與含碳量的關(guān)系組織與含碳量的關(guān)系湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室45細(xì)晶強(qiáng)化晶粒細(xì)化，晶粒細(xì)化，較多晶界，較多晶界，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大力增大如合金化、如合金化、熱加工、熱熱加工、熱處理處理湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室46細(xì)晶強(qiáng)化熱處理示意圖湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室48 =P/A L/L = b p s A B C D 低碳鋼 受拉 時(shí)應(yīng) 力-應(yīng)變 曲 線 0 變形（冷加工）強(qiáng)化產(chǎn)生冷塑性產(chǎn)生冷塑性變形

13、，使缺變形，使缺陷增多。陷增多。超過(guò)屈服點(diǎn)，超過(guò)屈服點(diǎn)，進(jìn)入強(qiáng)化階進(jìn)入強(qiáng)化階段方可達(dá)到段方可達(dá)到冷加工強(qiáng)化。冷加工強(qiáng)化。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室49冷變形金屬加熱時(shí)力學(xué)性能變化湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室50鋼材的化學(xué)成分化學(xué)成分是影響鋼材性能的一個(gè)重化學(xué)成分是影響鋼材性能的一個(gè)重要因素要因素鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 工業(yè)純鐵（工業(yè)純鐵（C%0.0218%）、）、碳鋼（碳鋼（0.0218C%2.11%）湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室52碳碳素鋼中三種基本組織：鐵素體碳素鋼中三種基本組織：鐵素體(固溶體固溶體)、滲碳、滲碳體體(化合物化合物Fe3C)、珠光體、珠光體(兩者的機(jī)械混合物兩者的機(jī)械混合物

14、)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室53合金元素硅：硅：主加元素，增強(qiáng)主加元素，增強(qiáng)錳：錳：主加元素，消除熱脆，提高可焊性及強(qiáng)度主加元素，消除熱脆，提高可焊性及強(qiáng)度鈦、釩、鈮：鈦、釩、鈮：細(xì)化晶粒，脫氧細(xì)化晶粒，脫氧有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)磷：磷：塑性、韌性、可焊性顯著下降，冷脆塑性、韌性、可焊性顯著下降，冷脆硫：硫：塑性、韌性、可焊性顯著下降，熱脆塑性、韌性、可焊性顯著下降，熱脆氧：氧：塑性、韌性、可焊性下降塑性、韌性、可焊性下降氮：氮：塑性、韌性、可焊性下降塑性、韌性、可焊性下降湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室543 建筑鋼材的主要技術(shù)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)拉伸性能拉伸性能沖擊韌性沖擊韌性疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度硬度硬度

15、工藝性能工藝性能冷彎性能冷彎性能冷加工性能冷加工性能焊接性能焊接性能熱處理性能熱處理性能建筑鋼材的亞微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室55 =P/A L/L = b p s A B C D 低碳鋼受拉時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 0 一、拉伸性能四個(gè)階段：四個(gè)階段：彈性階段彈性階段(OA)屈服階段屈服階段(AB)強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段(BC)頸縮階段頸縮階段(CD)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室56 =P/A L/L = b p s A B C D 低碳鋼受拉時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 0 彈性階段（OA段）彈性極限，用彈性極限，用 p表示。表示。此階段應(yīng)力此階段應(yīng)力 與應(yīng)變與應(yīng)變 成成正比，其比值為常數(shù)，正比，其

16、比值為常數(shù)，即彈性模量，用即彈性模量，用E表示，表示， / = E。彈性模量反。彈性模量反映了鋼材抵抗變形的能映了鋼材抵抗變形的能力。它是鋼材在受力條力。它是鋼材在受力條件下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的重件下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的重要指標(biāo)。要指標(biāo)。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室57 =P/A L/L = b p s A B C D 低碳鋼受拉時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 0 屈服階段（AB段）應(yīng)力超過(guò)應(yīng)力超過(guò) p后，應(yīng)變?cè)黾雍芸?，后，?yīng)變?cè)黾雍芸?，而?yīng)力基本保持不變。這種現(xiàn)而應(yīng)力基本保持不變。這種現(xiàn)象稱為屈服。象稱為屈服。應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，試件應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，試件開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形。 曲線曲線上開(kāi)始發(fā)生屈

17、服的點(diǎn)，稱為上開(kāi)始發(fā)生屈服的點(diǎn)，稱為屈服點(diǎn)，這時(shí)的應(yīng)力稱為屈服屈服點(diǎn)，這時(shí)的應(yīng)力稱為屈服極限，用極限，用 s表示。表示。鋼材受力達(dá)到屈服點(diǎn)后，變形鋼材受力達(dá)到屈服點(diǎn)后，變形即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求。故設(shè)計(jì)已不能滿足使用要求。故設(shè)計(jì)中一般以屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度取值中一般以屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度取值的依據(jù)。的依據(jù)。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室58 =P/A L/L = b p s A B C D 低 碳 鋼 受 拉 時(shí) 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 0 強(qiáng)化階段當(dāng)荷載超過(guò)屈服點(diǎn)后，因當(dāng)荷載超過(guò)屈服點(diǎn)后，因塑性變形使其內(nèi)部的組織塑性變形使其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，抵抗變形結(jié)

18、構(gòu)得到調(diào)整，抵抗變形的能力有所增強(qiáng)，的能力有所增強(qiáng)， 曲曲線又開(kāi)始上升，稱為強(qiáng)化線又開(kāi)始上升，稱為強(qiáng)化階段。曲線最高點(diǎn)所對(duì)階段。曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用用 b表示。表示。強(qiáng)屈比（強(qiáng)屈比（ b / s ）強(qiáng)屈比越大，鋼材在受力強(qiáng)屈比越大，鋼材在受力超過(guò)屈服點(diǎn)時(shí)的可靠性越超過(guò)屈服點(diǎn)時(shí)的可靠性越大，結(jié)構(gòu)越安全。但如果大，結(jié)構(gòu)越安全。但如果強(qiáng)屈比過(guò)大，則鋼材有效強(qiáng)屈比過(guò)大，則鋼材有效利用率太低，造成浪費(fèi)。利用率太低，造成浪費(fèi)。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室59 =P/A L/L = b p s A B C D 低碳鋼受拉時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 0 頸縮階段應(yīng)力超過(guò)應(yīng)力超過(guò) b

19、后，試后，試件的變形開(kāi)始集中件的變形開(kāi)始集中于某一小段內(nèi)，使于某一小段內(nèi)，使該段的橫截面面積該段的橫截面面積顯著減小，出現(xiàn)頸顯著減小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，縮現(xiàn)象， 曲線曲線開(kāi)始下降，直至開(kāi)始下降，直至點(diǎn)，試件被拉斷。點(diǎn)，試件被拉斷。 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室60 L L d 0 1 0 拉 斷 前 后 的 試 件 塑性指標(biāo)A、 伸長(zhǎng)率（伸長(zhǎng)率（ ）B、截面收縮率（、截面收縮率（ ）%100001lll%100010AAA 與與 值越大，說(shuō)明材料的塑性越好值越大，說(shuō)明材料的塑性越好湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室61硬鋼的屈服點(diǎn)抗拉強(qiáng)度高、無(wú)明抗拉強(qiáng)度高、無(wú)明顯的屈服階段、伸顯的屈服階段、伸長(zhǎng)率小的長(zhǎng)率小

20、的“硬硬鋼鋼” ，常用發(fā)生，常用發(fā)生殘余變形殘余變形0.2%時(shí)時(shí)的應(yīng)力作為規(guī)定的的應(yīng)力作為規(guī)定的屈服極限，用屈服極限，用 0.2表示。表示。圖 硬鋼的屈服點(diǎn) O 0.2 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室62二、沖擊韌性沖擊韌性沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。鋼材的沖擊韌性用沖斷試樣時(shí)缺口處單位面鋼材的沖擊韌性用沖斷試樣時(shí)缺口處單位面積上所消耗的功積上所消耗的功沖擊功（沖擊功（ K K ）來(lái)表示，）來(lái)表示， K K的單位為的單位為J/cmJ/cm2 2。 K K越大表示鋼材抗沖擊的能力越強(qiáng)。越大表示鋼材抗沖擊的能力越強(qiáng)。 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室63沖擊韌性試驗(yàn)示意圖 圖

21、 沖擊韌性試驗(yàn) (a)試件裝置 (a) 試件 沖擊 55 40 （b）V 型缺口試件 10 10 (b) 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室64影響沖擊韌性的因素鋼材的沖擊韌性對(duì)鋼的化學(xué)成分、組織狀態(tài)，以鋼材的沖擊韌性對(duì)鋼的化學(xué)成分、組織狀態(tài)，以及冶煉、軋制質(zhì)量都比較敏感。如，鋼中磷、硫及冶煉、軋制質(zhì)量都比較敏感。如，鋼中磷、硫含量較高，存在偏析、非金屬夾雜物和焊接中形含量較高，存在偏析、非金屬夾雜物和焊接中形成的微裂紋等都會(huì)使沖擊韌性顯著降低。成的微裂紋等都會(huì)使沖擊韌性顯著降低。 K值還與試驗(yàn)溫度有關(guān)。值還與試驗(yàn)溫度有關(guān)。某些材料在常溫時(shí)沖擊韌性并不低，破壞時(shí)呈現(xiàn)韌性破某些材料在常溫時(shí)沖擊韌性并不低

22、，破壞時(shí)呈現(xiàn)韌性破壞特征。但當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某值時(shí)，壞特征。但當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某值時(shí)， K突然大幅度下降，突然大幅度下降，材料無(wú)明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材料無(wú)明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的材的冷脆性冷脆性。 K劇烈改變的溫度稱為劇烈改變的溫度稱為脆性臨界溫度脆性臨界溫度。承受動(dòng)荷載、負(fù)溫結(jié)構(gòu)等需檢驗(yàn)鋼材的冷脆性。承受動(dòng)荷載、負(fù)溫結(jié)構(gòu)等需檢驗(yàn)鋼材的冷脆性。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室65鋼材的沖擊韌性與溫度的關(guān)系 沖擊韌性 (J/ 溫度 韌性斷裂 脆性斷裂 脆性轉(zhuǎn)變溫度 圖 鋼材的沖擊韌性與溫度的關(guān)系 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室66鋼材的時(shí)效現(xiàn)象隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)出

23、強(qiáng)度提高，塑性和隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌性下降的現(xiàn)象。沖擊韌性下降的現(xiàn)象。廣義：鋼材性能隨時(shí)間變化而改變的現(xiàn)象。廣義：鋼材性能隨時(shí)間變化而改變的現(xiàn)象。除受力而運(yùn)動(dòng)外，晶體中的缺陷及內(nèi)部某些除受力而運(yùn)動(dòng)外，晶體中的缺陷及內(nèi)部某些雜質(zhì)原子還會(huì)由于擴(kuò)散作用等原因，在晶界雜質(zhì)原子還會(huì)由于擴(kuò)散作用等原因，在晶界等缺陷處富集，造成塑性、韌性下降。等缺陷處富集，造成塑性、韌性下降。 時(shí)間、溫度、冷加工影響時(shí)效時(shí)間、溫度、冷加工影響時(shí)效湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室67 三、耐疲勞性 鋼材在鋼材在交變荷載交變荷載的反復(fù)作用下，往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于的反復(fù)作用下，往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生破壞

24、，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲其抗拉強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。勞破壞。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室68圖 2-9 鋼 材 疲 勞 曲 線0NNNNN(次 )31max2n321n疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)證明，鋼材承受的交變應(yīng)力實(shí)驗(yàn)證明，鋼材承受的交變應(yīng)力 越大，則越大，則鋼材至斷裂時(shí)經(jīng)受的交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)鋼材至斷裂時(shí)經(jīng)受的交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越少，反之越多。當(dāng)交變應(yīng)力降低至一定越少，反之越多。當(dāng)交變應(yīng)力降低至一定值時(shí)，鋼材可經(jīng)受無(wú)限次交變應(yīng)力循環(huán)而值時(shí)，鋼材可經(jīng)受無(wú)限次交變應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞。不發(fā)生疲勞破壞。通常取交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)通常取交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=107時(shí)，試件時(shí)，試件不發(fā)生破壞的最

25、大應(yīng)力不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力 n作為其疲勞極限作為其疲勞極限（疲勞強(qiáng)度）。（疲勞強(qiáng)度）。 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室69四、硬 度硬度硬度是金屬材料抵抗硬物壓入表面的能是金屬材料抵抗硬物壓入表面的能力，亦即材料表面抵抗塑性變形的能力。力，亦即材料表面抵抗塑性變形的能力。強(qiáng)度硬度：材料的強(qiáng)度越高，硬度值越大。強(qiáng)度硬度：材料的強(qiáng)度越高，硬度值越大。硬度指標(biāo)硬度指標(biāo)布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度肖氏硬度肖氏硬度湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室70鋼材的工藝性能工藝性能是指鋼材是否易于加工成型工藝性能是指鋼材是否易于加工成型的性能。的性能。冷彎性能冷彎性能冷加工性能冷加工性能焊接性能焊接性能熱處理性能熱處理

26、性能湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室71湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室721、冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是以試驗(yàn)時(shí)的彎曲角度力，是以試驗(yàn)時(shí)的彎曲角度 和彎心直徑和彎心直徑d與試與試樣厚度樣厚度a的比值的比值(d/a)為指標(biāo)表示。為指標(biāo)表示。180d=3a180d=a180圖2-10 鋼材的冷彎d=2ad=0180oooo湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室73冷彎?rùn)z驗(yàn)的意義鋼材的冷彎性能和其伸長(zhǎng)率一樣，也是表示鋼材的冷彎性能和其伸長(zhǎng)率一樣，也是表示鋼材在靜荷載條件下的塑性。但冷彎是鋼材鋼材在靜荷載條件下的塑性。但冷彎是鋼材處于不利變形條件下的塑性，

27、而伸長(zhǎng)率是反處于不利變形條件下的塑性，而伸長(zhǎng)率是反映鋼材在均勻變形下的塑性。故冷彎試驗(yàn)是映鋼材在均勻變形下的塑性。故冷彎試驗(yàn)是一種比較嚴(yán)格的檢驗(yàn)。一種比較嚴(yán)格的檢驗(yàn)。在工程實(shí)踐中，冷彎試驗(yàn)還被用作檢驗(yàn)鋼材在工程實(shí)踐中，冷彎試驗(yàn)還被用作檢驗(yàn)鋼材焊接質(zhì)量的一種手段，能揭示焊件在受彎表焊接質(zhì)量的一種手段，能揭示焊件在受彎表面存在的未熔合、微裂紋和夾雜物面存在的未熔合、微裂紋和夾雜物 。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室742、冷加工性能將金屬材料于常溫下進(jìn)行將金屬材料于常溫下進(jìn)行冷拉冷拉、冷拔冷拔或或冷軋冷軋，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，其強(qiáng)度可明顯提高，塑性和韌性有所其強(qiáng)度可明顯提高，

28、塑性和韌性有所降低，這個(gè)過(guò)程稱為金屬材料的冷加降低，這個(gè)過(guò)程稱為金屬材料的冷加工強(qiáng)化。工強(qiáng)化。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室75冷拉、冷拔工地或預(yù)制廠鋼筋混凝土施工中常利用這一原理，對(duì)鋼筋或低碳鋼盤(pán)條按一定制度進(jìn)行冷拉或冷拔加工，以提高屈服強(qiáng)度。BKCDCDOO1111經(jīng)冷拉時(shí)效后未冷拉K力 冷拔加工示意圖湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室76冷 軋冷軋冷軋是將圓鋼在軋鋼機(jī)上軋成斷面形狀規(guī)則是將圓鋼在軋鋼機(jī)上軋成斷面形狀規(guī)則的鋼筋，可提高其強(qiáng)度及與混凝土的粘接力。的鋼筋，可提高其強(qiáng)度及與混凝土的粘接力。鋼筋在冷軋時(shí)，縱向與橫向同時(shí)產(chǎn)生變形，因而鋼筋在冷軋時(shí)，縱向與橫向同時(shí)產(chǎn)生變形，因而能較好地保持其塑性和

29、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。能較好地保持其塑性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室77冷加工強(qiáng)化示意圖冷加工強(qiáng)化示意圖BKCDCDOO1111經(jīng)冷拉時(shí)效后未冷拉K力 冷拔加工示意圖鋼筋冷拉后的應(yīng)力-應(yīng)變性能變化 鋼材在塑性變形中晶格的缺陷增多，而缺陷的鋼材在塑性變形中晶格的缺陷增多，而缺陷的晶格嚴(yán)重畸變，對(duì)晶格的進(jìn)一步滑移將起到阻晶格嚴(yán)重畸變，對(duì)晶格的進(jìn)一步滑移將起到阻礙作用，故鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降礙作用，故鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低。由于塑性變形中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故鋼材的彈低。由于塑性變形中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故鋼材的彈性模量降低。性模量降低。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室78時(shí)效處理將經(jīng)過(guò)

30、冷拉的鋼筋于常溫下存放1520，或加熱到100200并保持一段時(shí)間，這個(gè)過(guò)程稱為時(shí)效處理。前者稱為自然時(shí)效，后者稱為人工時(shí)效。冷拉以后再經(jīng)過(guò)時(shí)效處理的鋼筋，其屈服點(diǎn)進(jìn)一步提高，抗拉強(qiáng)度稍見(jiàn)增長(zhǎng)，塑性繼續(xù)有所降低。由于時(shí)效過(guò)程中應(yīng)力的消減，故彈性模量可基本恢復(fù)。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室79冷加工的工程效益鋼筋經(jīng)冷拉后，一般屈服點(diǎn)可提高鋼筋經(jīng)冷拉后，一般屈服點(diǎn)可提高20%25%，冷拔鋼絲的屈服點(diǎn)可提高，冷拔鋼絲的屈服點(diǎn)可提高40%60%。由此可適當(dāng)減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截面，由此可適當(dāng)減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截面，或減少混凝土中配筋數(shù)量，從而達(dá)到節(jié)約或減少混凝土中配筋數(shù)量，從而達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。

31、鋼材的目的。鋼筋冷拉還有利于簡(jiǎn)化施工工序。冷拉盤(pán)鋼筋冷拉還有利于簡(jiǎn)化施工工序。冷拉盤(pán)條鋼筋可省去開(kāi)盤(pán)和調(diào)直工序；冷拉直條條鋼筋可省去開(kāi)盤(pán)和調(diào)直工序；冷拉直條鋼筋則可與矯直、除銹等工序一并完成鋼筋則可與矯直、除銹等工序一并完成 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室80連接方式湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室81對(duì)焊示意圖湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室82焊接示意圖湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室83閃光對(duì)焊湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室84電弧焊湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室85電渣壓力焊湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室863、焊接性能在焊接中，由于高溫作用和焊接后急劇冷卻在焊接中，由于高溫作用和焊接后急劇冷卻作用，焊縫及附近的過(guò)熱區(qū)

32、發(fā)生晶體組織及作用，焊縫及附近的過(guò)熱區(qū)發(fā)生晶體組織及結(jié)構(gòu)變化，產(chǎn)生局部變形及內(nèi)應(yīng)力，使焊縫結(jié)構(gòu)變化，產(chǎn)生局部變形及內(nèi)應(yīng)力，使焊縫周圍的鋼材產(chǎn)生硬脆傾向，降低了焊接質(zhì)量。周圍的鋼材產(chǎn)生硬脆傾向，降低了焊接質(zhì)量。低碳鋼的可焊性很好，隨著碳含量和合金含低碳鋼的可焊性很好，隨著碳含量和合金含量的增加，鋼材的可焊性減弱。量的增加，鋼材的可焊性減弱。鋼中含硫也會(huì)使鋼材在焊接時(shí)產(chǎn)生熱脆性。鋼中含硫也會(huì)使鋼材在焊接時(shí)產(chǎn)生熱脆性。采用焊前預(yù)熱和焊后熱處理的方法，能提高采用焊前預(yù)熱和焊后熱處理的方法，能提高可焊性差的鋼材焊接質(zhì)量?？珊感圆畹匿摬暮附淤|(zhì)量。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室874、熱處理性能熱處理是指將鋼材

33、按一定的規(guī)則進(jìn)行加熱、熱處理是指將鋼材按一定的規(guī)則進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其組織，從而獲得所保溫和冷卻，以改變其組織，從而獲得所需要性能的一種工藝措施。需要性能的一種工藝措施。包括：包括：退火退火正火正火淬火淬火回火回火湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室88建筑鋼材的亞微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系強(qiáng)度強(qiáng)度塑性塑性沖擊韌性沖擊韌性焊接焊接時(shí)效時(shí)效亞微觀結(jié)構(gòu)鋼材的性能晶粒大小、晶界數(shù)晶粒大小、晶界數(shù)量、組織結(jié)構(gòu)缺陷量、組織結(jié)構(gòu)缺陷密度等亞微觀結(jié)構(gòu)密度等亞微觀結(jié)構(gòu)主要受化學(xué)成份、主要受化學(xué)成份、熱處理制度、冷熱處理制度、冷(熱熱)加工程度、生加工程度、生產(chǎn)工藝等影響。產(chǎn)工藝等影響。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室89鋼

34、的化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響碳碳對(duì)鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性對(duì)鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性有決定性的影響。隨著含碳量增加，有決定性的影響。隨著含碳量增加，鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度上升；但鋼的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度上升；但其塑性、冷彎性能和沖擊韌性降低，其塑性、冷彎性能和沖擊韌性降低，焊接性也變差。焊接性也變差。鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖 工業(yè)純鐵（工業(yè)純鐵（C%0.0218%）、）、碳鋼（碳鋼（0.0218C%2.11%）湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室91碳碳素鋼中三種基本組織：鐵素體碳素鋼中三種基本組織：鐵素體(固溶體固溶體)、滲碳、滲碳體體(化合物化合物Fe3C)、珠光體、珠光體(兩者的機(jī)械混合物兩者

35、的機(jī)械混合物)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室92碳碳素鋼中三種基本組織：鐵素體碳素鋼中三種基本組織：鐵素體(固溶體固溶體)、滲碳、滲碳體體(化合物化合物Fe3C)、珠光體、珠光體(兩者的機(jī)械混合物兩者的機(jī)械混合物)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室93鐵碳合金鐵碳合金組織的性能組織的性能純鐵純鐵滲碳體滲碳體珠光體珠光體抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(MPa)180-23030770延伸率延伸率(%)30-50020-35沖擊韌性沖擊韌性(J/cm2)160-200030-40硬度硬度HB (MPa)500-80080001800湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室94錳能提高鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，能提高鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)

36、度，而又不過(guò)多地降低塑性和沖擊韌性；而又不過(guò)多地降低塑性和沖擊韌性；錳能顯著改善鋼材的冷脆性能；錳還錳能顯著改善鋼材的冷脆性能；錳還能消減硫和氧導(dǎo)致的熱脆性，改善鋼能消減硫和氧導(dǎo)致的熱脆性，改善鋼材的熱加工性能。材的熱加工性能。低合金結(jié)構(gòu)鋼的主加元素，含量一般低合金結(jié)構(gòu)鋼的主加元素，含量一般在在1%2%范圍內(nèi)。它可細(xì)化晶粒，范圍內(nèi)。它可細(xì)化晶粒，提高鋼材的強(qiáng)度。提高鋼材的強(qiáng)度。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室95硅含量較低（含量較低（1%）時(shí)，可提高）時(shí)，可提高鋼材的強(qiáng)度，對(duì)塑性和韌性影響鋼材的強(qiáng)度，對(duì)塑性和韌性影響不明顯。不明顯。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室96鈦、釩、鈮等低合金鋼中常用的合金元素可低合金鋼中常用的合金元素可細(xì)化晶粒，有效地提高強(qiáng)度。細(xì)化晶粒，有效地提高強(qiáng)度。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院建材室97硫和磷是鋼中十分有害的元素。是鋼中十分有害的元素。硫化物所造成的低熔點(diǎn)使鋼在焊接時(shí)硫化物所造成的低熔點(diǎn)使鋼在焊接時(shí)易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性。易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性。硫還將降低鋼材的塑性與沖擊韌性。硫還將降低鋼材的塑性與沖擊韌性。磷將使鋼在低溫時(shí)韌性降低并容