第5章 建筑鋼材

1、建筑鋼材鋼材的基本知識(shí)建筑鋼材的基本知識(shí)案例：案例： 外外白渡橋是中國(guó)的第一座白渡橋是中國(guó)的第一座全鋼結(jié)構(gòu)全鋼結(jié)構(gòu)鉚接橋梁和僅存的不等高桁架結(jié)構(gòu)橋，鉚接橋梁和僅存的不等高桁架結(jié)構(gòu)橋，同時(shí)也是自同時(shí)也是自18561856年以來(lái)在蘇州河河口附年以來(lái)在蘇州河河口附近同樣位置落成的第四座橋梁。由于處近同樣位置落成的第四座橋梁。由于處于蘇州河與黃浦江的交界處，因此成為于蘇州河與黃浦江的交界處，因此成為連接黃浦與虹口的重要交通要道連接黃浦與虹口的重要交通要道?，F(xiàn)在?，F(xiàn)在的外白渡橋于的外白渡橋于19081908年年1 1月月2020日落成通車(chē)日落成通車(chē)。建筑鋼材的基本知識(shí)案例：案例： “鳥(niǎo)巢鳥(niǎo)巢”外形結(jié)構(gòu)主

2、要由巨大的外形結(jié)構(gòu)主要由巨大的門(mén)門(mén)式鋼架式鋼架組成，共有組成，共有2424根桁架柱，現(xiàn)已完根桁架柱，現(xiàn)已完成成2020根桁架柱整柱及根桁架柱整柱及2 2根下柱吊裝。國(guó)根下柱吊裝。國(guó)家體育場(chǎng)建筑頂面呈鞍形，長(zhǎng)軸為家體育場(chǎng)建筑頂面呈鞍形，長(zhǎng)軸為332.3332.3米，短軸為米，短軸為296.4296.4米，最高點(diǎn)高度米，最高點(diǎn)高度為為68.568.5米，最低點(diǎn)高度為米，最低點(diǎn)高度為42.842.8米。而這米。而這次搭建它的鋼結(jié)構(gòu)的次搭建它的鋼結(jié)構(gòu)的Q460Q460也有很多獨(dú)也有很多獨(dú)到之處：到之處：Q460Q460是一種低合金高強(qiáng)度鋼是一種低合金高強(qiáng)度鋼，它在受力強(qiáng)度達(dá)到，它在受力強(qiáng)度達(dá)到4604

3、60兆帕?xí)r才會(huì)發(fā)兆帕?xí)r才會(huì)發(fā)生生塑性變形。塑性變形。建筑鋼材的基本知識(shí)鋼鋼的冶煉和分類：的冶煉和分類：1 1、鐵的冶煉與性質(zhì)、鐵的冶煉與性質(zhì) 是由碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于是由碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于2.11%2.11%的鐵碳合金組成。的鐵碳合金組成。2 2、鋼的冶煉、澆筑和熱軋成形、鋼的冶煉、澆筑和熱軋成形 鋼比鐵的雜質(zhì)元素含量少，力學(xué)性能高。煉鋼就是減少生鐵中的碳、鋼比鐵的雜質(zhì)元素含量少，力學(xué)性能高。煉鋼就是減少生鐵中的碳、硅、錳、硫等雜質(zhì)元素，添加必要的合金元素，以便得到性能理想的鋼硅、錳、硫等雜質(zhì)元素，添加必要的合金元素，以便得到性能理想的鋼材。材。（1 1）煉鋼的三種方法：）煉鋼的三種方法

4、： 1 1）轉(zhuǎn)爐煉鋼法）轉(zhuǎn)爐煉鋼法 2 2）平爐煉鋼法）平爐煉鋼法 3 3）電爐煉鋼法）電爐煉鋼法建筑鋼材的基本知識(shí)1 1）轉(zhuǎn)爐煉鋼法）轉(zhuǎn)爐煉鋼法 轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐煉鋼（煉鋼（converter steelmakingconverter steelmaking）是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原）是以鐵水、廢鋼、鐵合金為主要原料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生料，不借助外加能源，靠鐵液本身的物理熱和鐵液組分間化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過(guò)程。轉(zhuǎn)爐按耐火材料分為酸性和堿性，按氣熱量而在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼過(guò)程。轉(zhuǎn)爐按耐火材料分為酸性和堿性，按氣體吹入爐內(nèi)的部位有頂吹、底吹和側(cè)吹；

5、按氣體種類為分空氣轉(zhuǎn)爐和氧體吹入爐內(nèi)的部位有頂吹、底吹和側(cè)吹；按氣體種類為分空氣轉(zhuǎn)爐和氧氣轉(zhuǎn)爐。堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單氣轉(zhuǎn)爐。堿性氧氣頂吹和頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐由于其生產(chǎn)速度快、產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。轉(zhuǎn)爐主要爐產(chǎn)量高、成本低、投資少，為目前使用最普遍的煉鋼設(shè)備。轉(zhuǎn)爐主要用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。用于生產(chǎn)碳鋼、合金鋼及銅和鎳的冶煉。建筑鋼材的基本知識(shí)建筑鋼材的基本知識(shí)2 2）平爐煉鋼法）平爐煉鋼法 德德裔英國(guó)發(fā)明家西門(mén)子裔英國(guó)發(fā)明家西門(mén)子(Charles Wilhelm Sie-mens(Charles Wilhelm

6、Sie-mens， 18231883)18231883)和法國(guó)和法國(guó)煉鋼專家馬丁煉鋼專家馬丁 (Pierre Emile Martin(Pierre Emile Martin，18241915)18241915)所發(fā)明的煉鋼法，為重所發(fā)明的煉鋼法，為重要的煉鋼方法之一。發(fā)展于要的煉鋼方法之一。發(fā)展于1919世紀(jì)世紀(jì)5050年代，至今仍采用，雖然年代，至今仍采用，雖然* *電弧爐電弧爐(electric-arc furnaces)(electric-arc furnaces)日益被采用，特別是用于生產(chǎn)高等級(jí)鋼。平爐煉鋼日益被采用，特別是用于生產(chǎn)高等級(jí)鋼。平爐煉鋼法使用氣態(tài)燃料，它通過(guò)平爐中的排氣

7、來(lái)預(yù)熱。熔融的金屬處于平爐底法使用氣態(tài)燃料，它通過(guò)平爐中的排氣來(lái)預(yù)熱。熔融的金屬處于平爐底部或爐床的淺槽中部或爐床的淺槽中。建筑鋼材的基本知識(shí)建筑鋼材的基本知識(shí)3 3）電爐煉鋼法）電爐煉鋼法 電爐煉鋼電爐煉鋼法主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達(dá)法主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達(dá)40004000。冶煉。冶煉過(guò)程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛，過(guò)程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。建筑鋼材的基本知識(shí)（2 2）鋼的澆筑）鋼的澆筑 將煉好的鋼液放入盛鋼桶內(nèi)

8、，大部分要澆筑成鋼錠。將煉好的鋼液放入盛鋼桶內(nèi)，大部分要澆筑成鋼錠。建筑鋼材的基本知識(shí)1 1）沸騰鋼）沸騰鋼 煉鋼煉鋼時(shí)脫氧不充分，鋼液中還有較多金屬氧化物，澆鑄鋼錠后鋼液冷時(shí)脫氧不充分，鋼液中還有較多金屬氧化物，澆鑄鋼錠后鋼液冷卻到一定的溫度，其中的碳會(huì)與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成大量一氧化卻到一定的溫度，其中的碳會(huì)與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成大量一氧化碳?xì)怏w外逸，引起鋼液激烈沸騰。這種鋼材稱為沸騰鋼，其代號(hào)為碳?xì)怏w外逸，引起鋼液激烈沸騰。這種鋼材稱為沸騰鋼，其代號(hào)為“F”F”。其沖擊韌性和可焊性較差。其沖擊韌性和可焊性較差。 2 2）鎮(zhèn)靜鋼）鎮(zhèn)靜鋼 煉鋼時(shí)脫氧充分，鋼液中金屬氧化物很少，在澆鑄

9、鋼錠時(shí)鋼液會(huì)平靜煉鋼時(shí)脫氧充分，鋼液中金屬氧化物很少，在澆鑄鋼錠時(shí)鋼液會(huì)平靜地冷卻凝固，這種鋼稱為鎮(zhèn)靜鋼，其代號(hào)為地冷卻凝固，這種鋼稱為鎮(zhèn)靜鋼，其代號(hào)為 “ “Z”Z”。 3 3）特殊鎮(zhèn)靜鋼）特殊鎮(zhèn)靜鋼 比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更徹底的鋼，故稱為特殊鎮(zhèn)靜鋼，代號(hào)為比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更徹底的鋼，故稱為特殊鎮(zhèn)靜鋼，代號(hào)為“TZ”TZ”。特殊鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。特殊鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。建筑鋼材的基本知識(shí)（3 3）熱軋成形）熱軋成形 將鋼錠再加熱到一定的高溫進(jìn)行加工，即經(jīng)過(guò)鍛造、熱壓、扎制成形將鋼錠再加熱到一定的高溫進(jìn)行加工，即經(jīng)過(guò)鍛造、熱壓、扎制成形狀尺寸符合要

10、求的鋼材。狀尺寸符合要求的鋼材。建筑鋼材的基本知識(shí)鋼材的分類：鋼材的分類： 按化學(xué)成分按化學(xué)成分分類分類1. 1. 碳素鋼碳素鋼 低碳鋼低碳鋼：含碳量：含碳量 0.25 0.600.602 2. . 合金鋼合金鋼 低合金鋼低合金鋼：合金元素總含量：合金元素總含量 5.0 10 10建筑鋼材的基本知識(shí)按鋼材的質(zhì)量等級(jí)分類按鋼材的質(zhì)量等級(jí)分類1. 1.普通鋼：含硫量普通鋼：含硫量0.0500.050；含磷量；含磷量0.0450.045。2 2. .優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量?jī)?yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.0350.035；含磷量；含磷量0.0350.035。3. 3.高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.0250.025

11、；含磷量；含磷量0.0250.025。 4. 4.特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.0150.015；含磷量；含磷量0.0250.025。 建筑鋼材的基本知識(shí)按鋼材的用途分類按鋼材的用途分類1. 1.結(jié)構(gòu)鋼：主要用于建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)鋼：主要用于建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。2. 2.工具工具鋼：一般用于各種切削工具、量具、模具等工具的生產(chǎn)。鋼：一般用于各種切削工具、量具、模具等工具的生產(chǎn)。3 3. .特殊性質(zhì)鋼：用于具有各種特殊物理、化學(xué)性質(zhì)鋼的生產(chǎn)。特殊性質(zhì)鋼：用于具有各種特殊物理、化學(xué)性質(zhì)鋼的生產(chǎn)。 建筑鋼材的基本知識(shí)按鋼材的脫氧程度分類按鋼材的脫氧程度

12、分類1 1. . 沸騰鋼沸騰鋼 煉鋼煉鋼時(shí)脫氧不充分，鋼液中還有較多金屬氧化物，澆鑄鋼錠時(shí)脫氧不充分，鋼液中還有較多金屬氧化物，澆鑄鋼錠后鋼液冷卻到一定的溫度，其中的碳會(huì)與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成大后鋼液冷卻到一定的溫度，其中的碳會(huì)與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成大量一氧化碳?xì)怏w外逸，引起鋼液激烈沸騰。這種鋼材稱為沸騰鋼，其代量一氧化碳?xì)怏w外逸，引起鋼液激烈沸騰。這種鋼材稱為沸騰鋼，其代號(hào)為號(hào)為“F”F”。其沖擊韌性和可焊性較差。其沖擊韌性和可焊性較差。 2 2. . 鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼 煉鋼煉鋼時(shí)脫氧充分，鋼液中金屬氧化物很少，在澆鑄鋼錠時(shí)鋼時(shí)脫氧充分，鋼液中金屬氧化物很少，在澆鑄鋼錠時(shí)鋼液會(huì)平靜地冷卻

13、凝固，這種鋼稱為鎮(zhèn)靜鋼，其代號(hào)為液會(huì)平靜地冷卻凝固，這種鋼稱為鎮(zhèn)靜鋼，其代號(hào)為 “ “Z”Z”。 3 3. . 半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼 指指脫氧程度和性能都介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼材，其脫氧程度和性能都介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼材，其代號(hào)為代號(hào)為“b”b”。 4 4. . 特殊特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼 比比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更徹底的鋼，故稱為特殊鎮(zhèn)靜鋼，代鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度更徹底的鋼，故稱為特殊鎮(zhèn)靜鋼，代號(hào)為號(hào)為“TZ”TZ”。特殊鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。特殊鎮(zhèn)靜鋼的質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程。建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能建筑鋼材的力學(xué)性能建筑鋼材的力學(xué)性能1 1、

14、抗拉性能、抗拉性能 在在外力作用下，材料抵抗外力作用下，材料抵抗變形變形和和斷斷裂裂的能力稱為強(qiáng)度。測(cè)定鋼材強(qiáng)度的的能力稱為強(qiáng)度。測(cè)定鋼材強(qiáng)度的主要方法是主要方法是拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)，鋼材受拉時(shí)，鋼材受拉時(shí)，在產(chǎn)生應(yīng)力的同時(shí)，相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)變?cè)诋a(chǎn)生應(yīng)力的同時(shí)，相應(yīng)地產(chǎn)生應(yīng)變。應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系反映鋼材的主要。應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系反映鋼材的主要力學(xué)特征。從右圖低碳鋼的應(yīng)力力學(xué)特征。從右圖低碳鋼的應(yīng)力- -應(yīng)變應(yīng)變關(guān)系中可看出，低碳鋼從受拉到被拉關(guān)系中可看出，低碳鋼從受拉到被拉斷，經(jīng)歷了四個(gè)階段：斷，經(jīng)歷了四個(gè)階段：彈性階段彈性階段、屈屈服階段服階段、強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段和和頸縮階段頸縮階段。建筑鋼材的力學(xué)與工

15、藝性能建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能2 2、沖擊韌性、沖擊韌性 鋼材鋼材的沖擊韌性的沖擊韌性是抵抗荷載作用而不破壞的能力。是抵抗荷載作用而不破壞的能力。鋼材的沖擊韌性鋼材的沖擊韌性試驗(yàn)是將標(biāo)準(zhǔn)彎曲試樣置于沖擊機(jī)的支架上，并使切槽位于受拉的一試驗(yàn)是將標(biāo)準(zhǔn)彎曲試樣置于沖擊機(jī)的支架上，并使切槽位于受拉的一側(cè)，在試樣中間開(kāi)側(cè)，在試樣中間開(kāi)V V形缺口。形缺口。建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能3 3、疲勞強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度 受受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破

16、壞的現(xiàn)象生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象, ,稱為疲勞破稱為疲勞破壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，首先在局部開(kāi)始形成細(xì)力引起的，首先在局部開(kāi)始形成細(xì)小裂紋，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)小裂紋，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴(kuò)大，直至突然力集中而使其逐漸擴(kuò)大，直至突然發(fā)生瞬時(shí)疲勞斷裂。疲勞破壞是在發(fā)生瞬時(shí)疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。 建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能4 4、硬度、硬度 是指在鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗其他較硬物體壓入產(chǎn)生塑性變形的是指在鋼材表面局部體積

17、內(nèi)抵抗其他較硬物體壓入產(chǎn)生塑性變形的能力?？捎貌际嫌捕确?、洛氏硬度法或維氏硬度法進(jìn)行測(cè)定。能力?？捎貌际嫌捕确?、洛氏硬度法或維氏硬度法進(jìn)行測(cè)定。布氏硬度計(jì)建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能建筑鋼材的工藝性能建筑鋼材的工藝性能冷彎性能：冷彎性能： 是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。焊接性能：焊接性能： 焊接后的焊頭牢固可靠，焊縫處及附近仍能保持與母體基本相同的焊接后的焊頭牢固可靠，焊縫處及附近仍能保持與母體基本相同的性質(zhì)性質(zhì)建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能例題例題1 1：建筑建筑鋼材拉伸試驗(yàn)測(cè)得的各項(xiàng)指標(biāo)中，包括鋼材拉伸試驗(yàn)測(cè)得的各項(xiàng)指標(biāo)中，包括( )( )。A A、屈服強(qiáng)度

18、、屈服強(qiáng)度 B B、疲勞強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度 C C、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 D D、伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率答案：答案：A C DA C D例題例題2 2：（ ）是）是鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。依據(jù)。A A、比例極限、比例極限 B B、屈服屈服強(qiáng)度強(qiáng)度 C C、抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 D D、彈性極限、彈性極限答案：答案：B B建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能例題例題3 3：鋼材通過(guò)拉伸試驗(yàn)所測(cè)得的主要力學(xué)指標(biāo)是（）。鋼材通過(guò)拉伸試驗(yàn)所測(cè)得的主要力學(xué)指標(biāo)是（）。A. A. 彈性極限、強(qiáng)度極限、沖擊韌性彈性極限、強(qiáng)度極限、沖擊韌性B. B. 屈服極限、強(qiáng)度極限、伸長(zhǎng)率屈服極限、強(qiáng)度極限、伸長(zhǎng)率C. C. 沖擊韌性沖

19、擊韌性、屈服極限、伸長(zhǎng)率、屈服極限、伸長(zhǎng)率D. D. 冷彎性能、屈服極限、伸長(zhǎng)率冷彎性能、屈服極限、伸長(zhǎng)率答案：答案：B B例題例題4 4：鋼筋的伸長(zhǎng)率反應(yīng)鋼材的（）。鋼筋的伸長(zhǎng)率反應(yīng)鋼材的（）。A. A. 塑性變形塑性變形 B. B. 彈性變形彈性變形 C. C. 韌性韌性 D. D. 脆性脆性答案：答案：A A建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能例題例題5 5：低碳鋼拉伸過(guò)程中屈服階段的特點(diǎn)是（）。低碳鋼拉伸過(guò)程中屈服階段的特點(diǎn)是（）。A.A. 隨著荷載的增加，應(yīng)力與應(yīng)變成比例增加隨著荷載的增加，應(yīng)力與應(yīng)變成比例增加B. B. 在荷載不增加的情況下，試件仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)在荷載不增加的情況下，試件仍能繼續(xù)伸

20、長(zhǎng)C. C. 荷載增加，應(yīng)變才相應(yīng)增加，但應(yīng)力與應(yīng)變不呈現(xiàn)線性關(guān)系荷載增加，應(yīng)變才相應(yīng)增加，但應(yīng)力與應(yīng)變不呈現(xiàn)線性關(guān)系D. D. 應(yīng)變迅速增加，應(yīng)力下降，直至斷裂。應(yīng)變迅速增加，應(yīng)力下降，直至斷裂。答案：答案：B B鋼材化學(xué)成分及熱處理鋼材化學(xué)成分及熱處理鋼材的主要化學(xué)成分：鋼材的主要化學(xué)成分：（1 1）碳）碳 碳是決定鋼材性能的最重要元素，它對(duì)鋼材的強(qiáng)度、塑性、碳是決定鋼材性能的最重要元素，它對(duì)鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能有重要的影響。韌性等力學(xué)性能有重要的影響。（2 2）錳）錳 錳能使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但對(duì)冷加工不利。錳能使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但對(duì)冷加工不利。（3 3）硅）硅 可提高

21、低合金鋼的強(qiáng)度，但可焊性和冷加工性降低?？商岣叩秃辖痄摰膹?qiáng)度，但可焊性和冷加工性降低。（4 4）鋁）鋁 可使鋼的組織細(xì)化，改善強(qiáng)度及其他性能。可使鋼的組織細(xì)化，改善強(qiáng)度及其他性能。（5 5）鎳）鎳 可提高鋼的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性?？商岣咪摰膹?qiáng)度、韌性和耐腐蝕性。（6 6）釩）釩 可使鋼的晶粒細(xì)化，因而提高鋼的強(qiáng)度、韌性和可焊性?？墒逛摰木Я＜?xì)化，因而提高鋼的強(qiáng)度、韌性和可焊性。（7 7）鈦）鈦 鈦與碳、氧的親和力很強(qiáng)，使鋼的組織致密，強(qiáng)度提高，改鈦與碳、氧的親和力很強(qiáng)，使鋼的組織致密，強(qiáng)度提高，改善韌性和可焊性。善韌性和可焊性。鋼材化學(xué)成分及熱處理鋼材的有害雜質(zhì)的影響：鋼材的有害雜質(zhì)的影響：（

22、1 1）磷磷 磷可使鋼在常溫下的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性顯著降低磷可使鋼在常溫下的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性顯著降低。鋼材在低溫下塑性和韌性降低的性能為鋼材的冷脆性。鋼材在低溫下塑性和韌性降低的性能為鋼材的冷脆性。（2 2）硫硫 通常以硫化鐵的形式存在。熔點(diǎn)低，焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，通常以硫化鐵的形式存在。熔點(diǎn)低，焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，稱為熱脆性。稱為熱脆性。（3 3）氧氧 氧含量增加，鋼的機(jī)械強(qiáng)度、塑性和韌性都會(huì)降低。氧含量增加，鋼的機(jī)械強(qiáng)度、塑性和韌性都會(huì)降低。（4 4）氮氮 氮可使鋼的強(qiáng)度提高，韌性和塑性降低。氮可使鋼的強(qiáng)度提高，韌性和塑性降低。（5 5）氫氫 氫在高溫時(shí)能溶解于鋼中，溫度

23、降低便游離出來(lái)，并將鋼脹氫在高溫時(shí)能溶解于鋼中，溫度降低便游離出來(lái)，并將鋼脹裂形成微小裂紋。氫能夠大大降低鋼的焊接性、塑性和韌性。裂形成微小裂紋。氫能夠大大降低鋼的焊接性、塑性和韌性。鋼材化學(xué)成分及熱處理鋼材的熱處理：鋼材的熱處理： 熱處理是強(qiáng)化鋼材，使其發(fā)揮潛在能力的重要工藝。鋼的熱處理就熱處理是強(qiáng)化鋼材，使其發(fā)揮潛在能力的重要工藝。鋼的熱處理就是將剛在固態(tài)范圍內(nèi)是將剛在固態(tài)范圍內(nèi)加熱加熱到一定的溫度，并在此到一定的溫度，并在此溫度保持溫度保持一定時(shí)間，一定時(shí)間，然后以選定的然后以選定的冷卻冷卻速度冷卻下來(lái)，以達(dá)到改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而獲速度冷卻下來(lái)，以達(dá)到改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需性能

24、的一種工藝方法。分為得所需性能的一種工藝方法。分為普通熱處理普通熱處理和和表面熱處理表面熱處理。普通熱處理：普通熱處理：（1 1）退火退火 退火是將剛加熱到某一溫度，溫度保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，退火是將剛加熱到某一溫度，溫度保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的一種熱處理工藝。以獲得接近平衡組織的一種熱處理工藝。鋼材化學(xué)成分及熱處理（2 2）正正火火 正火是將鋼件加熱到某一溫度，保溫一段時(shí)間，使鋼材達(dá)到完全奧正火是將鋼件加熱到某一溫度，保溫一段時(shí)間，使鋼材達(dá)到完全奧氏體化和均勻化，然后在自然流通的空氣中冷卻。氏體化和均勻化，然后在自然流通的空氣中冷卻。（3 3）淬火淬火 淬火是將

25、中、高碳鋼加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后急速冷淬火是將中、高碳鋼加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后急速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。一般鋼軌在出廠前進(jìn)行淬卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。一般鋼軌在出廠前進(jìn)行淬火處理?；鹛幚怼＃? 4）回火回火 回火是將淬火后的鋼材重新加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后回火是將淬火后的鋼材重新加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后以一定方式冷卻下來(lái)的一種熱處理操作。主要是消除或減少淬火后的以一定方式冷卻下來(lái)的一種熱處理操作。主要是消除或減少淬火后的應(yīng)力和脆性，并穩(wěn)定鋼材構(gòu)件的尺寸和形狀。應(yīng)力和脆性，并穩(wěn)定鋼材構(gòu)件的尺寸和形狀。鋼材化學(xué)成分及熱處理

26、鋼的表面熱處理：鋼的表面熱處理： 鋼的表面淬火是一種不改變鋼件表面層化學(xué)成分，只改變表面層組鋼的表面淬火是一種不改變鋼件表面層化學(xué)成分，只改變表面層組織的局部熱處理方法。利用快速加熱使鋼件表面很快達(dá)到淬火溫度，織的局部熱處理方法。利用快速加熱使鋼件表面很快達(dá)到淬火溫度，不等熱量傳到心部就迅速予以冷卻，可使表面層被淬硬，而心部仍是不等熱量傳到心部就迅速予以冷卻，可使表面層被淬硬，而心部仍是未淬火組織。分為未淬火組織。分為感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火和和火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火。（1 1）感應(yīng)加熱表面感應(yīng)加熱表面淬火淬火 使工件表面產(chǎn)生一定頻率的感應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱，然后使工件

27、表面產(chǎn)生一定頻率的感應(yīng)電流，將零件表面迅速加熱，然后迅速淬火冷卻的一種熱處理方法。迅速淬火冷卻的一種熱處理方法。（2 2）火焰加熱表面火焰加熱表面淬火淬火 將乙炔將乙炔- -氧混合氣體燃燒的火焰噴到工件表面上，使之快速加熱，當(dāng)氧混合氣體燃燒的火焰噴到工件表面上，使之快速加熱，當(dāng)達(dá)到淬火溫度時(shí)立即噴水冷卻的方法。達(dá)到淬火溫度時(shí)立即噴水冷卻的方法。鋼材化學(xué)成分及熱處理鋼的熱處理工藝：鋼的熱處理工藝： 鋼材化學(xué)成分及熱處理例題例題6 6：使使鋼材產(chǎn)生脆性的有害元素是（）。鋼材產(chǎn)生脆性的有害元素是（）。A. A. 碳碳 B. B. 硫硫 C. C. 磷磷 D. D. 氧氧答案：答案：B B鋼材的冷加工

28、與強(qiáng)化鋼材的冷加工與強(qiáng)化鋼材的冷加工：鋼材的冷加工： 鋼材在常溫下受到強(qiáng)力作用產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，相鋼材在常溫下受到強(qiáng)力作用產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，相應(yīng)降低塑性和韌性的現(xiàn)象稱為冷加工。鋼材的冷加工可充分發(fā)揮鋼材應(yīng)降低塑性和韌性的現(xiàn)象稱為冷加工。鋼材的冷加工可充分發(fā)揮鋼材效用，節(jié)約鋼材。效用，節(jié)約鋼材。以鋼筋的冷拉為例：以鋼筋的冷拉為例：鋼材的冷加工與強(qiáng)化 請(qǐng)請(qǐng)觀察下圖鋼筋的應(yīng)力觀察下圖鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變應(yīng)變曲線，并討論冷加工強(qiáng)化與時(shí)效處理的曲線，并討論冷加工強(qiáng)化與時(shí)效處理的機(jī)理。機(jī)理。 鋼材的冷加工與強(qiáng)化 從上圖可見(jiàn)，將鋼筋冷拉至強(qiáng)化階段的從上圖可見(jiàn)，將鋼筋冷拉至強(qiáng)化階段

29、的K K點(diǎn)，然后卸荷，則產(chǎn)生塑點(diǎn)，然后卸荷，則產(chǎn)生塑性變形，若立即受拉，鋼筋的應(yīng)力性變形，若立即受拉，鋼筋的應(yīng)力- -應(yīng)變曲線將沿應(yīng)變曲線將沿OKCDOKCD發(fā)展至破壞發(fā)展至破壞。這時(shí)，鋼筋在原來(lái)屈服階段不再出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，屈服點(diǎn)由。這時(shí)，鋼筋在原來(lái)屈服階段不再出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，屈服點(diǎn)由B B點(diǎn)提高到點(diǎn)提高到K K點(diǎn)，但抗拉強(qiáng)度基本不變，塑性和韌性降低，彈性模量降低。冷加點(diǎn)，但抗拉強(qiáng)度基本不變，塑性和韌性降低，彈性模量降低。冷加工強(qiáng)化的原因是冷拉至工強(qiáng)化的原因是冷拉至K K點(diǎn)時(shí)，塑性變形造成滑移面內(nèi)晶格歪扭，畸點(diǎn)時(shí)，塑性變形造成滑移面內(nèi)晶格歪扭，畸變加劇，阻礙了進(jìn)一步滑移，提高了抵抗變形的能力。同時(shí)

30、，由于塑變加劇，阻礙了進(jìn)一步滑移，提高了抵抗變形的能力。同時(shí)，由于塑性變形中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使鋼材彈性模量性變形中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使鋼材彈性模量降低。降低。鋼材的冷加工與強(qiáng)化案例：案例：鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)吊車(chē)梁發(fā)現(xiàn)裂紋吊車(chē)梁發(fā)現(xiàn)裂紋 某某廠氣輪車(chē)間吊車(chē)梁為鋼結(jié)構(gòu)，建成后質(zhì)量檢查發(fā)現(xiàn)有許多裂紋。廠氣輪車(chē)間吊車(chē)梁為鋼結(jié)構(gòu)，建成后質(zhì)量檢查發(fā)現(xiàn)有許多裂紋。分布于上、下翼緣最多，腹板處較少；加勁筋上無(wú)裂紋，加勁板與梁分布于上、下翼緣最多，腹板處較少；加勁筋上無(wú)裂紋，加勁板與梁翼或腹板之間的焊縫及附近亦未發(fā)現(xiàn)裂紋。裂紋深度經(jīng)鏟后，用深度翼或腹板之間的焊縫及附近亦未發(fā)現(xiàn)裂紋。裂紋深度經(jīng)鏟后，用深度計(jì)復(fù)測(cè)，大多數(shù)的深度

31、為計(jì)復(fù)測(cè)，大多數(shù)的深度為1 12 mm2 mm，少量紋深達(dá)，少量紋深達(dá)3 mm3 mm。此批構(gòu)件鋼材。此批構(gòu)件鋼材雜質(zhì)含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；環(huán)境溫度正常；工程尚未使用；構(gòu)件雜質(zhì)含量遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；環(huán)境溫度正常；工程尚未使用；構(gòu)件運(yùn)輸安裝過(guò)程未被撞擊；裂紋部位遠(yuǎn)離焊接影響區(qū)運(yùn)輸安裝過(guò)程未被撞擊；裂紋部位遠(yuǎn)離焊接影響區(qū)。鋼材的冷加工與強(qiáng)化分析：分析： 經(jīng)經(jīng)研究獲悉：在生產(chǎn)鋼材時(shí)，由于片面追求速度，鑄鋼時(shí)剛澆好的研究獲悉：在生產(chǎn)鋼材時(shí)，由于片面追求速度，鑄鋼時(shí)剛澆好的鋼錠僅冷卻至鋼錠僅冷卻至400 400 500 500 就拆模，未檢查與清理即送至升溫軋鋼，就拆模，未檢查與清理即送至升溫軋鋼，

32、軋制時(shí)鋼板溫度還在軋制時(shí)鋼板溫度還在300 300 以上，就送去結(jié)構(gòu)加工廠下料制作，鋼板冷以上，就送去結(jié)構(gòu)加工廠下料制作，鋼板冷卻至卻至50 50 左右時(shí)，已有裂紋。即鋼錠溫差過(guò)大，導(dǎo)致鋼材表面存在大左右時(shí)，已有裂紋。即鋼錠溫差過(guò)大，導(dǎo)致鋼材表面存在大量微裂紋，經(jīng)加熱軋壓，裂紋不能閉合消失；由于鋼錠是多邊形，故量微裂紋，經(jīng)加熱軋壓，裂紋不能閉合消失；由于鋼錠是多邊形，故所軋制的鋼板上下兩面有裂紋。而加勁板為另外采購(gòu)的鋼板，故未發(fā)所軋制的鋼板上下兩面有裂紋。而加勁板為另外采購(gòu)的鋼板，故未發(fā)現(xiàn)裂紋。現(xiàn)裂紋。 鋼材的冷加工與強(qiáng)化鋼材的時(shí)效：鋼材的時(shí)效： 鋼材經(jīng)冷加工后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，鋼材屈服極限和強(qiáng)

33、度極限逐漸提鋼材經(jīng)冷加工后，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，鋼材屈服極限和強(qiáng)度極限逐漸提高而塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象稱為時(shí)效。高而塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象稱為時(shí)效。 將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放151520 d20 d，或加熱至，或加熱至100100200 200 后保持一定時(shí)間（后保持一定時(shí)間（2 23 h3 h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗拉強(qiáng)度也），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗拉強(qiáng)度也提高，同時(shí)塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)。這個(gè)過(guò)提高，同時(shí)塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)。這個(gè)過(guò)程稱為時(shí)效處理程稱為時(shí)效處理。 時(shí)效處理方法有兩種：在常溫下存放時(shí)

34、效處理方法有兩種：在常溫下存放151520 d20 d，稱為自然時(shí)效，適合，稱為自然時(shí)效，適合用于低強(qiáng)度用于低強(qiáng)度鋼筋鋼筋。 加熱加熱至至100100200 200 后保持一定時(shí)間（后保持一定時(shí)間（2 23 h3 h），稱人工時(shí)效，適合），稱人工時(shí)效，適合于高強(qiáng)鋼筋。于高強(qiáng)鋼筋。 鋼材的冷加工與強(qiáng)化鋼材的鋼材的焊接焊接： 焊接是鋼材的主要連接方式，焊接的質(zhì)量主要取決于焊接工藝和焊焊接是鋼材的主要連接方式，焊接的質(zhì)量主要取決于焊接工藝和焊接材料，及鋼材本身的焊接性能。主要的焊接方式有電弧焊、電阻點(diǎn)接材料，及鋼材本身的焊接性能。主要的焊接方式有電弧焊、電阻點(diǎn)焊、閃光對(duì)焊、氣焊等。焊、閃光對(duì)焊、氣焊

35、等。鋼材的冷加工與強(qiáng)化工程中常用的鋼材：工程中常用的鋼材：一、碳素結(jié)構(gòu)鋼一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（1 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)及表示方法）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)及表示方法 碳素結(jié)構(gòu)鋼共有四個(gè)牌號(hào)，是由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度數(shù)碳素結(jié)構(gòu)鋼共有四個(gè)牌號(hào)，是由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分按順序組成。值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分按順序組成。 “Q Q”表示屈服強(qiáng)度；質(zhì)量等級(jí)以雜質(zhì)的多少分為表示屈服強(qiáng)度；質(zhì)量等級(jí)以雜質(zhì)的多少分為A A、B B、C C、D D四個(gè)四個(gè)等級(jí)；脫氧方法以等級(jí)；脫氧方法以F F表示，表示，Z Z表示鎮(zhèn)靜鋼，表示鎮(zhèn)靜鋼，TZTZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，表示特殊鎮(zhèn)靜鋼

36、，Z Z與與TZTZ可以省略?？梢允÷?。 例如：例如：Q235AFQ235AF表示屈服強(qiáng)度為表示屈服強(qiáng)度為235MPa235MPa的的A A級(jí)沸騰鋼。級(jí)沸騰鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼按其力學(xué)性能和化學(xué)成分可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼按其力學(xué)性能和化學(xué)成分可分為Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q275Q275。鋼材的冷加工與強(qiáng)化（2 2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用）碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用 一般牌號(hào)數(shù)值越大，碳含量越高，其強(qiáng)度、硬度也越高，但塑性、一般牌號(hào)數(shù)值越大，碳含量越高，其強(qiáng)度、硬度也越高，但塑性、韌性則越低。硫、磷含量低的韌性則越低。硫、磷含量低的C C、D D級(jí)鋼質(zhì)量?jī)?yōu)于級(jí)鋼質(zhì)量?jī)?yōu)于A A、B B級(jí)鋼，

37、鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)級(jí)鋼，鎮(zhèn)靜鋼質(zhì)量?jī)?yōu)于沸騰鋼。量?jī)?yōu)于沸騰鋼。 Q195Q195和和Q215Q215強(qiáng)度較低，但塑性、韌性很好，易于冷加工。強(qiáng)度較低，但塑性、韌性很好，易于冷加工。 Q235Q235有較強(qiáng)的強(qiáng)度和良好的韌性、塑性、可焊性和冷加工性能，適有較強(qiáng)的強(qiáng)度和良好的韌性、塑性、可焊性和冷加工性能，適合工程使用。合工程使用。 Q275Q275的屈服強(qiáng)度較高，但塑性、韌性和可焊性較差，加工難度較大的屈服強(qiáng)度較高，但塑性、韌性和可焊性較差，加工難度較大，用于結(jié)構(gòu)中的配件制作及預(yù)應(yīng)力工程中預(yù)應(yīng)力錨具制作等。，用于結(jié)構(gòu)中的配件制作及預(yù)應(yīng)力工程中預(yù)應(yīng)力錨具制作等。鋼材的冷加工與強(qiáng)化二二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 是以碳素結(jié)構(gòu)鋼為基礎(chǔ)加入少量的一種或幾種合金元素冶煉而成的是以碳素結(jié)構(gòu)鋼為基礎(chǔ)加入少量的一種或幾種合金元素冶煉而成的一種結(jié)構(gòu)鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度，其韌性、塑性、耐磨性一種結(jié)構(gòu)鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度，其韌性、塑性、耐磨性、耐蝕性、可焊性及低溫性能良好。、耐蝕性、可焊性及低溫性能良好。（1 1）鋼的牌號(hào)及表示方法）鋼的牌號(hào)及表示方法 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼共有八個(gè)牌號(hào)，由代表強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼共有八個(gè)牌號(hào)，由代表強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)組成。的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)組成。 “Q”Q”表示屈服強(qiáng)度；質(zhì)量等級(jí)以雜質(zhì)的多少分為表示屈