金屬材料正規(guī)版資料

第八章金屬材料第一頁，共121頁。8.1鋼材的冶煉(yěliàn)與分類

8.1.1鋼的冶煉(yěliàn)鋼是由生鐵冶煉而成。生鐵的主要成分是鐵，煉鋼的目的是將生鐵中的含碳量降至2%以下，使硫、磷、等雜質(zhì)含量降至一定范圍內(nèi)，改善技術(shù)(jìshù)性能，提高質(zhì)量。第二頁，共121頁。根據(jù)煉鋼設(shè)備的不同，建筑鋼材的冶煉(yěliàn)方法可分為：1、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼2、平爐煉鋼3、電爐煉鋼第三頁，共121頁。Ⅰ氧氣(yǎngqì)轉(zhuǎn)爐煉鋼以熔融的鐵水為原料，由爐頂向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹入高壓氧氣，使鐵水中的碳和硫等雜質(zhì)氧化(yǎnghuà)除去，得到較純凈的鋼水。轉(zhuǎn)爐煉鋼周期短，生產(chǎn)效率高，雜質(zhì)清除較充分，鋼的質(zhì)量較好，已成為現(xiàn)代煉鋼的主要方法。第四頁，共121頁。Ⅱ平爐(pínglú)煉鋼以固態(tài)或液態(tài)生鐵、適量(shìliàng)鐵礦石和廢鋼作原料，利用廢鋼鐵和鐵礦石中的氧使雜質(zhì)氧化。冶煉時(shí)間長(zhǎng)，有足夠的時(shí)間調(diào)整和控制成分，去除雜質(zhì)更為徹底，鋼質(zhì)量高。但設(shè)備一次大，燃料熱效率較低，冶煉時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高。第五頁，共121頁。Ⅲ電爐(diànlú)煉鋼用電加熱進(jìn)行高溫冶煉(yěliàn)，原料主要是廢鋼及生鐵，電爐熔煉溫度高，溫度可以自由調(diào)節(jié)，清除雜質(zhì)較易。電爐鋼的質(zhì)量最好，但成本也最高。第六頁，共121頁。脫氧：煉鋼結(jié)束時(shí)應(yīng)加入一定量的脫氧劑使氧化鐵還原成鐵?；瘜W(xué)偏析：鑄錠冷卻過程中，鋼內(nèi)某些元素在鐵的液相中的溶解度大于固相，這些元素便向凝固較遲的鋼錠(gāngdìng)中心集中，導(dǎo)致化學(xué)成分在鋼錠(gāngdìng)中分布不均勻。第七頁，共121頁。8.1.2鋼的分類(fēnlèi)

（一）按化學(xué)成分分類(fēnlèi)1、碳素鋼：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼2、合金鋼：低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼第八頁，共121頁。碳素鋼的主要(zhǔyào)成分是鐵，其次為碳，此外尚含有極少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。低碳鋼（含碳量小于0.25%）、中碳鋼（含碳量為0.25%～0.60%）高碳鋼（含碳量大于0.60%）第九頁，共121頁。合金鋼是在煉鋼過程中，加入一種或多種能改善鋼材性能(xìngnéng)的合金元素而制得的鋼種。常用合金元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。低合金鋼（合金元素含量小于5%）、中合金鋼（合金含量為5%~10%）高合金鋼（合金元素含量大于10%）第十頁，共121頁。（二）按冶煉(yěliàn)時(shí)脫氧程度分類1、沸騰鋼：脫氧不充分的鋼，當(dāng)鋼液注入錠模時(shí)會(huì)有大量CO2逸出呈沸騰狀。2、鎮(zhèn)靜鋼：脫氧完全的鋼，注入錠模時(shí)鋼液平靜地冷卻(lěngquè)凝固。3、半鎮(zhèn)靜鋼：介于沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間。4、特殊鎮(zhèn)靜鋼第十一頁，共121頁。（三）按有害雜質(zhì)含量(hánliàng)分類1、普通質(zhì)量(zhìliàng)鋼2、優(yōu)質(zhì)鋼3、特殊優(yōu)質(zhì)鋼第十二頁，共121頁。（四）按其主要(zhǔyào)性能及使用特性1、結(jié)構(gòu)鋼2、工具鋼：含碳量一般較高，以便于進(jìn)行熱處理。主要用于刀具，模具等各種工具。3、特殊性能鋼：4、專門用途(yòngtú)鋼：橋梁鋼，鐵道用鋼，般舶用鋼，壓力容器用鋼及低溫壓力容器用鋼。第十三頁，共121頁。（六）按加工工藝(gōngyì)分類1、壓鋼：指用熱軋、冷軋、冷撥等工藝加工所得的各種鋼材。2、鍛鋼：指經(jīng)錘打或鍛壓成型(chéngxíng)的鋼材。3、鑄鋼：鋼液直接澆鑄成型(chéngxíng)的鋼。（七）按鋼材產(chǎn)品分類1、型材（角鋼、槽鋼、工字鋼）2、板材3、線材4、管材第十四頁，共121頁。8.2鋼材的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)1、力學(xué)性能(xìngnéng)（1）抗拉性能(xìngnéng)（2）硬度（3）沖擊韌性（4）耐疲勞性2、工藝性能(xìngnéng)（1）焊接性能(xìngnéng)（2）冷彎性能(xìngnéng)第十五頁，共121頁。鋼材(gāngcái)受拉變形曲線第十六頁，共121頁。8.2.1鋼材(gāngcái)的抗拉性能（１）彈性階段（OA段）試件發(fā)生彈性變形，應(yīng)力(yìnglì)—應(yīng)變呈線性關(guān)系，直線斜率為彈性模量，即σ/ε=E。Ａ點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力(yìnglì)為彈性級(jí)限σp。第十七頁，共121頁。彈性模量是產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時(shí)所需的應(yīng)力大小，反映(fǎnyìng)了鋼材抵抗變形的能力。常用低碳鋼的彈性模量E=（2.0～2.1）×105Mpa，彈性極限σp=180～200MPa。彈性變形在卸載后可以完全恢復(fù)。第十八頁，共121頁。（２）屈服階段(jiēduàn)（ＡＢ段）應(yīng)力超過σp時(shí)，應(yīng)變?cè)黾拥乃俣却笥趹?yīng)力增長(zhǎng)速度，應(yīng)力與應(yīng)變不再成比例，開始產(chǎn)生塑性變形。到達(dá)屈服點(diǎn)B后，應(yīng)力發(fā)生很小的波動(dòng)，應(yīng)變卻急劇增長(zhǎng)，出現(xiàn)屈服臺(tái)階。第十九頁，共121頁。一般以比較穩(wěn)定的屈服下限對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為(zuòwéi)屈服極限值σs。常用低碳鋼的σs為185～235MPa。有些鋼材沒有明顯的屈服臺(tái)階，一般取卸載后有0.2%殘余應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為名義屈服極限值σ。第二十頁，共121頁。鋼材(gāngcái)名義屈服極限值第二十一頁，共121頁。鋼材受力達(dá)屈服點(diǎn)后，變形為彈塑性變形，且迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求。設(shè)計(jì)中一般以屈服點(diǎn)作為(zuòwéi)強(qiáng)度取值依據(jù)。塑性變形在卸載后不能恢復(fù)。第二十二頁，共121頁。鋼材(gāngcái)受拉變形、卸載曲線第二十三頁，共121頁。（3）強(qiáng)化階段（BC段）超過屈服點(diǎn)以后，試件內(nèi)部(nèibù)組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，抵抗變形能力又重新提高。對(duì)應(yīng)的最高點(diǎn)C的應(yīng)力稱為抗拉極限強(qiáng)度σb。常用低碳鋼的σb為375～500MPa。第二十四頁，共121頁。σs/σb稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越小，鋼材在受力超過屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性越大，結(jié)構(gòu)(jiégòu)愈安全；但如果屈強(qiáng)比過小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費(fèi)。常用碳素鋼的屈強(qiáng)比為0.85～0.63，合金鋼的屈強(qiáng)比為0.65～0.75。第二十五頁，共121頁。（4）頸縮階段（CD段）鋼材強(qiáng)化達(dá)到最高點(diǎn)后，在試件薄弱處的截面將顯著縮小，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”。由于試件斷面急劇縮小，塑性變形迅速增加，拉力也就隨著下降，最后發(fā)生(fāshēng)斷裂。第二十六頁，共121頁。鋼材(gāngcái)頸縮現(xiàn)象第二十七頁，共121頁。（5）伸長(zhǎng)(shēnchánɡ)率δ伸長(zhǎng)(shēnchánɡ)率是試件拉斷后，標(biāo)距長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)(shēnchánɡ)量△L與原標(biāo)距長(zhǎng)度L0的比值。伸長(zhǎng)(shēnchánɡ)率是衡量鋼材塑性的重要技術(shù)指標(biāo)，伸長(zhǎng)(shēnchánɡ)率愈大，塑性就越好。第二十八頁，共121頁。鋼材拉伸時(shí)塑性變形在標(biāo)距內(nèi)的分布是不均勻(jūnyún)的，頸縮處的伸長(zhǎng)較大，故原始標(biāo)距L0與試件直徑d0之比愈大，頸縮處的伸長(zhǎng)值在總伸長(zhǎng)值中所占的比例就愈小，則伸長(zhǎng)率δ值也愈小。鋼材拉伸試件取L0=5d0或L0=10d0，則其伸長(zhǎng)率δ5大于δ10。第二十九頁，共121頁。：抗拉屈服(qūfú)強(qiáng)度：抗拉極限(jíxiàn)強(qiáng)度第三十頁，共121頁。8.2.2硬度(yìngdù)鋼材的硬度指其表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力(nénglì)。測(cè)定鋼材硬度較常用的為布氏法和洛氏法（根據(jù)壓頭壓入試件的深度大小表示材料的硬度值。）。第三十一頁，共121頁。測(cè)定(cèdìng)原理：利用直徑為D(mm)的淬火鋼球，以P(N)的荷載將其壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的持續(xù)時(shí)間后卸除荷載，即得直徑為d(mm)的壓痕。以荷載P除以壓痕表面積F(mm2)，所得的應(yīng)力值即為試件的布氏硬度值HB，HB值越大，表示鋼材越硬。第三十二頁，共121頁。鋼球壓頭，標(biāo)記為HBS；硬質(zhì)合金(yìnɡzhìhéjīn)鋼球壓頭，標(biāo)記為HBW。布氏硬度除了可判斷材質(zhì)軟硬外，還可以定性判斷鋼材的抗拉強(qiáng)度、耐磨性和熱處理效果。第三十三頁，共121頁。8.2.3鋼材(gāngcái)的沖擊韌性沖擊韌性是抵抗沖擊荷載(hèzài)的能力。沖擊試驗(yàn)是將重?cái)[從一定高度自由落下將中間開有V型缺口試件沖斷，以試件在缺口處所吸收的功（W(h1-h2)）除以試樣缺口處的截面積(A)，為沖擊韌性'kv，單位為J/cm2。第三十四頁，共121頁。8.2.4鋼材(gāngcái)的耐疲勞性鋼材在交變荷載的反復(fù)作用下，在應(yīng)力遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象(xiànxiàng)稱為鋼材的疲勞性。疲勞極限指疲勞試驗(yàn)時(shí)，試件在變幅應(yīng)力作用下，在規(guī)定的周期內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。第三十五頁，共121頁。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，荷載變化不大或只承受壓應(yīng)力，以及荷載循環(huán)(xúnhuán)次數(shù)小于105次的鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。鋼材內(nèi)部組織狀態(tài)、成分偏析及各種缺陷，造成應(yīng)力集中的各種因素都是決定其耐疲勞性能的主要因素。第三十六頁，共121頁。8.2.5鋼材的焊接(hànjiē)性能焊接：采用加熱或加熱加壓的方法使兩個(gè)分離的金屬件聯(lián)結(jié)在一起(yīqǐ)的方法。焊接性能：在給定的構(gòu)造型式和焊接工藝條件下，獲得符合質(zhì)量要求的焊接的性能。鋼材的可焊性與鋼材的含碳量、化學(xué)成分、鋼材的塑性和沖擊韌性密切有關(guān)。第三十七頁，共121頁。8.2.6鋼材(gāngcái)的冷彎性能冷彎性能是指在常溫下承受彎曲(wānqū)變形的能力。冷彎試驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎頭壓彎試件到規(guī)定的角度（180°或90°）時(shí)，檢查彎曲(wānqū)處有無裂紋、斷裂及起層等現(xiàn)象。第三十八頁，共121頁。鋼材的冷彎性能是衡量鋼材塑性的重要技術(shù)指標(biāo)，并能揭示鋼材內(nèi)部組織均勻(jūnyún)程度，是否存在內(nèi)應(yīng)力及缺陷等。第三十九頁，共121頁。8.3鋼材(gāngcái)的組織、化學(xué)成分

8.3.1鋼材(gāngcái)的組織

（一）鋼材(gāngcái)的晶體結(jié)構(gòu)鋼材是鐵－碳合金晶體，各個(gè)原子以金屬鍵相互結(jié)合。具有(jùyǒu)很高的強(qiáng)度和良好的塑性。第四十頁，共121頁。（1）1390℃～910℃，晶格為面心立方(lìfāng)晶格，稱γ－Fe（2）溫度低于723℃，晶格轉(zhuǎn)變成體心立方(lìfāng)晶格，稱α－Fe第四十一頁，共121頁。（二）鋼材(gāngcái)的基本組織鐵碳合金晶體的三種型態(tài)：1、固溶體：鐵中固溶著微量的碳或其它元素；間隙固溶體和置換固溶體2、化合物：鐵和碳結(jié)合(jiéhé)成化合物Fe3C；3、機(jī)械混合物：固溶碳和化合物的混合物。第四十二頁，共121頁。鋼的基本組織：（1）鐵素體：C在α―Fe中的固溶體，含C量小于0.02%，塑性、韌性很好，但強(qiáng)度、硬度很低。（2）奧氏體：C在γ－Fe中的固溶體，高溫(gāowēn)時(shí)含碳量為2.06%，低溫時(shí)為0.8%，強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。第四十三頁，共121頁。（3）滲碳體：鐵和碳的化合物Fe3C，含C量為6.67%，塑性差。（4）珠光體：鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含C量為0.8%，層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度(qiángdù)和硬度較高。第四十四頁，共121頁。（5）萊氏體：溫度(wēndù)高于723℃時(shí)，是奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物；溫度(wēndù)低于723℃時(shí)，是珠光體與滲碳體的機(jī)械混合物，含碳量為4.3%，性能介于珠光體與滲碳體。第四十五頁，共121頁。8.3.2鋼材(gāngcái)的化學(xué)成分鋼除主要(zhǔyào)成分Fe以外，還含有少量的碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、鈦（Ti）、釩（V）等元素。第四十六頁，共121頁。1、碳（C）對(duì)鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性、可焊性、時(shí)效敏感性、耐大氣銹蝕能力等性能都有影響。一般(yībān)工程用碳素鋼均為低碳鋼，含碳小于0.25%，工程用低合金鋼含碳小于0.52%。第四十七頁，共121頁。2、硅（Si）煉鋼(liànɡānɡ)時(shí)起脫氧和減少鋼內(nèi)氣泡的作用。硅含量小于1.0%時(shí)，能提高鋼的機(jī)械強(qiáng)度。硅含量大于1.0%時(shí)，塑性和韌性顯著降低，脆性增加，可焊性變差。第四十八頁，共121頁。3、錳（Mn）：煉鋼時(shí)起脫氧（MnO）去硫（MnS）作用。提高鋼材的強(qiáng)度和硬度(yìngdù)，但使伸長(zhǎng)率和可焊性降低。含錳量為11%～14%的高錳鋼具有較高的耐磨性。第四十九頁，共121頁。4、磷（P）：使鋼材(gāngcái)塑性和韌性顯著下降，加大鋼材(gāngcái)的冷脆性，并使鋼材(gāngcái)可焊性顯著降低。5、硫（S）：是鋼的有害元素，使鋼的可焊性、沖擊韌性、耐疲勞性和抗腐蝕性等均降低，并使鋼材(gāngcái)在熱加工過程中出現(xiàn)熱脆現(xiàn)象。第五十頁，共121頁。6、氧（O）：氧與硫的作用相似，降低鋼的機(jī)械性能，特別是韌性，并使可焊性變差，引起(yǐnqǐ)熱脆現(xiàn)象。7、氮（N）對(duì)鋼材性質(zhì)的影響與碳、磷相似，使鋼材強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降，并加劇鋼材的時(shí)效敏感性和冷脆性，降低可焊性。第五十一頁，共121頁。8、鈦（Ti）：能細(xì)化晶粒，改善韌性，能顯著提高強(qiáng)度(qiángdù)，并能減少時(shí)效傾向，改善可焊性。鈦是常用的微量合金元素。9、釩（V）：可減弱碳和氧的不利影響，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度(qiángdù)，釩也是合金鋼常用的微量合金元素。第五十二頁，共121頁。8.4鋼材的壓延(yāyán)加工與熱處理

一、壓力熱加工將加熱到900~1200℃的鋼材(gāngcái)通過碾壓或鍛壓工藝而獲得一定形狀或大小的鋼材(gāngcái)或零件。第五十三頁，共121頁。二、冷加工及冷加工強(qiáng)化鋼材在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋，產(chǎn)生一定的塑性變形，強(qiáng)度明顯提高，塑性和韌性有所降低，這個(gè)過程(guòchéng)稱為鋼材的冷加工強(qiáng)化。第五十四頁，共121頁。鋼筋冷拉是在常溫下將其拉至應(yīng)力超過屈服點(diǎn)達(dá)到(dádào)E點(diǎn)，但小于抗拉強(qiáng)度時(shí)即卸荷。如立即重新拉伸，則新的屈服點(diǎn)將高于原來的屈服點(diǎn)而達(dá)到(dádào)E點(diǎn)，以后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系將與原來的曲線ECD相似。彈性屈服強(qiáng)化破壞第五十五頁，共121頁。如果鋼筋(gāngjīn)在卸載后，經(jīng)過一段時(shí)間再拉伸，則新的屈服強(qiáng)度還會(huì)進(jìn)一步提高到A’。原因：晶粒破碎細(xì)化、晶格發(fā)生拉長(zhǎng)、壓扁或歪扭等畸變，晶界處位錯(cuò)密度(mìdù)增加。第五十六頁，共121頁。工程(gōngchéng)應(yīng)用建筑工程中對(duì)大量(dàliàng)使用的鋼筋，往往需同時(shí)采用冷加工和時(shí)效處理。鋼筋采用冷加工具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益：冷拉鋼筋的屈服點(diǎn)一般可提高20%－25%，冷拔鋼筋的屈服點(diǎn)一般可提高40%－90％。第五十七頁，共121頁。Al—Mn或Al—Mg合金，不能熱處理強(qiáng)化，耐腐蝕性較高，拋光性好，強(qiáng)度較純鋁高，塑性和焊接性良好，切削加工性能不好。測(cè)定(cèdìng)原理：利用直徑為D(mm)的淬火鋼球，以P(N)的荷載將其壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的持續(xù)時(shí)間后卸除荷載，即得直徑為d(mm)的壓痕。3、回火z—鎮(zhèn)定鋼TZ—特殊(tèshū)鎮(zhèn)定鋼（二）影響焊接(hànjiē)質(zhì)量的主要因素第三十頁，共121頁。如立即重新拉伸，則新的屈服點(diǎn)將高于原來的屈服點(diǎn)而達(dá)到(dádào)E點(diǎn)，以后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系將與原來的曲線ECD相似。49%時(shí)，則標(biāo)注“3”；第七十九頁，共121頁。2、合金鋼：低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼有些鋼材沒有明顯的屈服臺(tái)階，一般取卸載后有0.Ⅰ氧氣(yǎngqì)轉(zhuǎn)爐煉鋼三、鋼材(gāngcái)的熱處理與焊接

鋼材(gāngcái)的熱處理（1）代表屈服點(diǎn)的字母（Q）：抗拉極限(jíxiàn)強(qiáng)度鋼材(gāngcái)頸縮現(xiàn)象但如果屈強(qiáng)比過小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費(fèi)。（1）代表屈服點(diǎn)的字母（Q）（五）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲(ɡānɡsī)及鋼絞線煉鋁的主要原料是鋁釩土，其主要成分(chéngfèn)為一水鋁（Al2O3·H2O）和三水鋁（Al2O3·3H2O），另外還含少量氧化鐵、石英和硅酸鹽等。鋼材(gāngcái)名義屈服極限值第四十六頁，共121頁。二、腐蝕(fǔshí)類型以熔融的鐵水為原料，由爐頂向轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹入高壓氧氣，使鐵水中的碳和硫等雜質(zhì)氧化(yǎnghuà)除去，得到較純凈的鋼水。預(yù)應(yīng)力鋼絲強(qiáng)度高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、施工簡(jiǎn)便、安全可靠，主要用于大型(dàxíng)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及電桿、軌枕等預(yù)制構(gòu)件。將加熱到900~1200℃的鋼材(gāngcái)通過碾壓或鍛壓工藝而獲得一定形狀或大小的鋼材(gāngcái)或零件。尤其在反復(fù)(fǎnfù)荷載情況下，將產(chǎn)生銹蝕疲勞現(xiàn)象，使疲勞強(qiáng)度大為降低，出現(xiàn)脆性斷裂。鋼材經(jīng)淬火后，強(qiáng)度和硬度(yìngdù)提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。1、力學(xué)性能(xìngnéng)3、鑄鋼：鋼液直接澆鑄成型(chéngxíng)的鋼。用電加熱進(jìn)行高溫冶煉(yěliàn)，原料主要是廢鋼及生鐵，電爐熔煉溫度高，溫度可以自由調(diào)節(jié)，清除雜質(zhì)較易。第六十七頁，共121頁。三、鋼材(gāngcái)的熱處理與焊接

鋼材(gāngcái)的熱處理鋼材加熱到一定(yīdìng)的溫度，以一定(yīdìng)的速度和方式進(jìn)行冷卻，使內(nèi)部晶體組織和顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，或者消除內(nèi)應(yīng)力，從而獲得滿足需求的性能，這一過程就是鋼材的熱處理。第五十八頁，共121頁。熱處理的基本方法：1、退火2、淬火3、回火4、正火5、調(diào)質(zhì)(diàozhì)處理第五十九頁，共121頁。1、退火(tuìhuǒ)將鋼材加熱至某一溫度，保持相當(dāng)時(shí)間后，在退火爐中緩慢冷卻，這個(gè)過程稱為退火。退火能消除(xiāochú)鋼材中的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，均勻組織，使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高。第六十頁，共121頁。2、淬火(cuìhuǒ)將鋼材加熱至某一溫度，并保持一定時(shí)間后，迅速置于水中或機(jī)油中冷卻，這個(gè)過程稱鋼材的淬火處理。鋼材經(jīng)淬火后，強(qiáng)度和硬度(yìngdù)提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。第六十一頁，共121頁。3、回火(huíhuǒ)回火(huíhuǒ)是將淬火后的鋼材重新加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間后再緩慢地或很快地冷卻至室溫?；鼗?huíhuǒ)可消除鋼材淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其硬度降低，恢復(fù)塑性和韌性?；鼗?huíhuǒ)溫度愈高，鋼材硬度下降愈多，塑性和韌性恢復(fù)愈好。第六十二頁，共121頁。4、正火正火是將鋼材加熱到某一溫度，并保持足夠長(zhǎng)時(shí)間，然后在空氣中緩慢冷卻，則可得到均勻細(xì)小(xìxiǎo)的顯微組織。鋼材正火后強(qiáng)度和硬度提高，塑性比退火后的小。第六十三頁，共121頁。5、調(diào)質(zhì)(diàozhì)處理對(duì)鋼材進(jìn)行多次淬火、高溫(gāowēn)回火等多種熱處理的的綜合過程稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理使鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能均得以改善。第六十四頁，共121頁。鋼材的焊接

（一）鋼材焊接基本(jīběn)方法1、融化焊：金屬焊條(hàntiáo)在電弧的高溫下熔融成鋼水，滴在焊件接縫處，使兩部分的鋼材熔合成一體。2、電阻焊：通過電流把焊件接頭加熱熔融，隨即加壓熔合成一體。第六十五頁，共121頁。（二）影響焊接(hànjiē)質(zhì)量的主要因素1、鋼材本身的焊接(hànjiē)性能2、焊接(hànjiē)工藝3、焊條材料第六十六頁，共121頁。四、鋼的時(shí)效(shíxiào)硬化隨時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度和硬度逐漸增加，塑性和韌性(rènxìnɡ)逐漸降低的現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化。分為熱時(shí)效和冷加工時(shí)效。第六十七頁，共121頁。8.6建筑(jiànzhù)鋼材的牌號(hào)及應(yīng)用建筑工程用鋼有鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋(gāngjīn)混凝土結(jié)構(gòu)用鋼兩類，前者主要應(yīng)用型鋼和鋼板，后者主要采用鋼筋(gāngjīn)和鋼絲。二者所用的鋼制品原料多為碳素鋼和低合金鋼。第六十八頁，共121頁。8.6.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材(gāngcái)

（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼1、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)（1）代表屈服點(diǎn)的字母（Q）（2）屈服點(diǎn)值（195～275MPa）（3）質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A～D）、（4）脫氧(tuōyǎng)程度符號(hào)（F、b、z、TZ）第六十九頁，共121頁。脫氧程度F—沸騰鋼b—半鎮(zhèn)定鋼z—鎮(zhèn)定鋼TZ—特殊(tèshū)鎮(zhèn)定鋼例如Q235－A?F表示：屈服點(diǎn)為235MPa的平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的A級(jí)沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。第七十頁，共121頁。2、碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求包括（1）化學(xué)成分（2）力學(xué)性能各項(xiàng)要求應(yīng)分別符合(fúhé)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定或雙方協(xié)議的內(nèi)容。第七十一頁，共121頁。（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的特性及應(yīng)用Q235鋼既具有(jùyǒu)較高的強(qiáng)度，又具有(jùyǒu)較好的塑性和韌性，可焊性也好，是建筑工程中常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼。Q195和Q215號(hào)鋼的塑性很好，但強(qiáng)度太低；Q255和Q275號(hào)鋼的強(qiáng)度很高，但塑性較差。第七十二頁，共121頁。（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)(páihào)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在低碳鋼基礎(chǔ)上加入適量的合金元素：錳（Mn）、硅（Si）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、鉻（Cr）、鎳（Ni）及稀土元素。第七十三頁，共121頁。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)（1）表示屈服點(diǎn)的字母Q（2）屈服點(diǎn)數(shù)值（295～460）（3）質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D、E）質(zhì)量等級(jí)E——要求(yāoqiú)做－40℃的沖擊試驗(yàn)第七十四頁，共121頁。2、低合金鋼的性能及應(yīng)用低合金鋼具有(jùyǒu)較高的強(qiáng)度和較好的塑性、韌性和可焊性，主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，尤其是大跨度、承受動(dòng)荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)物中。第七十五頁，共121頁。（三）優(yōu)質(zhì)(yōuzhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼1、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼是在生產(chǎn)過程中對(duì)質(zhì)量控制較嚴(yán)，生產(chǎn)出的質(zhì)量穩(wěn)定(wěndìng)的碳素鋼。按其含錳量，有普通含錳量（<0.8%）和較高含錳量（0.7%～1.2%）。第七十六頁，共121頁。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)（1）含碳量的萬分量(fènliàng)的兩位數(shù)（2）較高含錳量需加“Mn”符號(hào)（3）沸騰鋼需加“F”符號(hào)如08F，表示含碳量為0.08%，普通含錳量的沸騰鋼25Mn，表示含碳量為0.25%，較高含錳量的鎮(zhèn)靜鋼第七十七頁，共121頁。2、合金(héjīn)結(jié)構(gòu)鋼合金(héjīn)鋼是合金(héjīn)元素含量較高的鋼。合金(héjīn)結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：（1）由含碳量的萬分量的兩位數(shù)（2）主要合金(héjīn)元素符號(hào)及含量的百分計(jì)的一位數(shù)第七十八頁，共121頁。合金元素的含量按四舍五入原則標(biāo)記，如含量小于1.5%時(shí)只標(biāo)寫元素符號(hào)；含量為1.5%～2.49%，則標(biāo)注“2”；含量為2.5%～3.49%時(shí)，則標(biāo)注“3”；其余(qíyú)類推。如35Mn2，表示含碳量為0.35%，含錳量為1.5%～2.49%。34CrNi3Mo，45SiMnV第七十九頁，共121頁。（四）專門(zhuānmén)用途鋼專門用途鋼是在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整合金元素含量或嚴(yán)格控制S、P含量，改善質(zhì)量等級(jí)(děngjí)，使鋼材性能滿足特定要求而冶煉的鋼種。第八十頁，共121頁。專門用途鋼牌號(hào)的表示方法是在基礎(chǔ)鋼牌號(hào)后面加專門符號(hào)，例如q表示橋梁、R表示容器(róngqì)、DR表示低溫容器(róngqì)等。常用的專用鋼有：16Mnq、15MnNbR、16MnDR、09Mn2VDR等。第八十一頁，共121頁。鋼材(gāngcái)的選用一般(yībān)工程結(jié)構(gòu)：Q235-A，Q235-B。Q345-A，Q345-B等。閘門的構(gòu)件：Q275、35Mn2、40Cr水電站壓力鋼管：Q235、Q345、Q390；16MnR、15MnVR。嚴(yán)寒地區(qū)的水工鋼結(jié)構(gòu)：第八十二頁，共121頁。8.6.2鋼筋(gāngjīn)混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋(gāngjīn)及鋼絲鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋及鋼絲是由碳素鋼和低合金鋼加工的。主要(zhǔyào)產(chǎn)品有：熱軋鋼筋、冷軋帶肋鋼筋、冷拉鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絲及鋼絞線等。第八十三頁，共121頁。將鋼材在高溫下軋制而成。根據(jù)強(qiáng)度高低，分為I、II、III、四個(gè)級(jí)別(jíbié)。鋼筋強(qiáng)度等級(jí)有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)。Ⅰ級(jí)：塑性和焊接性能比較好，但強(qiáng)度稍低，而且與混凝土的粘結(jié)稍差。應(yīng)用在厚度不大的板中以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造筋。Ⅱ級(jí)鋼筋：強(qiáng)度、塑性及可焊性比較好，為增加鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，表面軋制成月牙肋。應(yīng)用十分廣泛。（一）熱軋(rèzhá)鋼筋第八十四頁，共121頁。Ⅲ級(jí)鋼筋(gāngjīn)：塑性及可焊性比較好，但強(qiáng)度高，如果用于普通鋼筋(gāngjīn)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，充分發(fā)揮強(qiáng)度的同時(shí)，會(huì)使混凝土裂縫開展得很寬。冷拉后用作預(yù)應(yīng)力鋼筋(gāngjīn)。Ⅳ鋼筋(gāngjīn)：不用于普通鋼筋(gāngjīn)混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)冷拉后用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。第八十五頁，共121頁。熱軋(rèzhá)光圓鋼筋（R）：R235，I級(jí)熱軋(rèzhá)帶肋鋼筋（HRB）：HRB335（II級(jí)）、HRB400（III級(jí)）、HRB500（III、IV級(jí)之間）余熱處理鋼筋（KL）：KL400（III級(jí)）再生鋼筋：RR235，RRW235，I級(jí)第八十六頁，共121頁。（二）冷軋帶肋鋼筋(gāngjīn)冷軋帶肋鋼筋(gāngjīn)是用低碳鋼或低合金鋼熱軋圓盤條，經(jīng)冷軋或冷拔后，在其表面冷軋成二面或三面有肋的鋼筋(gāngjīn)。冷軋帶肋鋼筋(gāngjīn)代號(hào)為L(zhǎng)L，后跟鋼筋(gāngjīn)抗拉強(qiáng)度等級(jí)。如LL550（Q215，d=4~12mm）：普通鋼筋(gāngjīn)混凝土結(jié)構(gòu)LL650（Q235，d=4~6mm）LL800（24MnTi，d=5mm）LL650及LL800適宜用作中小型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼筋(gāngjīn)。第八十七頁，共121頁。（三）冷拉鋼筋(gāngjīn)冷拉鋼筋可用熱軋鋼筋制成。冷拉Ⅰ級(jí)鋼筋適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的受拉鋼筋，不用于水工鋼筋混凝土軸心受拉及小偏心受拉構(gòu)件。冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)鋼筋可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼筋。鋼筋冷拉后性質(zhì)變脆，承受(chéngshòu)沖擊荷載或重復(fù)荷載的構(gòu)件及處于負(fù)溫下的結(jié)構(gòu)，不宜采用冷拉鋼筋。第八十八頁，共121頁。（四）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋(gāngjīn)熱處理鋼筋是強(qiáng)度最高的等高肋鋼筋，強(qiáng)度可達(dá)到1000MPa。不必(bùbì)再進(jìn)行冷拉，可直接用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。第八十九頁，共121頁。（五）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲(ɡānɡsī)及鋼絞線1、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲是將優(yōu)質(zhì)碳素鋼熱軋盤條經(jīng)淬火、回火等調(diào)度(diàodù)處理后，冷拉加工制成的高強(qiáng)度鋼絲，簡(jiǎn)稱預(yù)應(yīng)力鋼絲。第九十頁，共121頁。預(yù)應(yīng)力鋼絲分冷拉鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲兩種。鋼絲外形有光面、刻痕及螺旋肋三種。冷拉鋼絲RCD；消除應(yīng)力鋼絲S；消除應(yīng)力刻痕鋼絲SI；消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲SH。預(yù)應(yīng)力鋼絲強(qiáng)度高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、施工簡(jiǎn)便、安全可靠，主要用于大型(dàxíng)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及電桿、軌枕等預(yù)制構(gòu)件。第九十一頁，共121頁。2、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼鉸線預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線是用圓形斷面的預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲捻制而成的。鋼絞線分為兩股、三股及七股絞線三種。鋼絞線主要用于大型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，以及(yǐjí)巖土錨固工程等。第九十二頁，共121頁。8.7建筑鋼材的銹蝕(xiùshí)與防護(hù)

8.7.1鋼材的銹蝕(xiùshí)銹蝕使受力面積減小，造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降。尤其在反復(fù)(fǎnfù)荷載情況下，將產(chǎn)生銹蝕疲勞現(xiàn)象，使疲勞強(qiáng)度大為降低，出現(xiàn)脆性斷裂。第九十三頁，共121頁。鋼材腐蝕(fǔshí)的原因1、化學(xué)銹蝕化學(xué)銹蝕是指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生(fāshēng)化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的銹蝕。這種銹蝕多數(shù)是氧化作用，使鋼材表面形成疏松的氧化物。如：高溫中氧化形成Fe3O4，常溫下表面形成氧化保護(hù)膜FeO。第九十四頁，共121頁。2、電化學(xué)銹蝕(xiùshí)電化學(xué)銹蝕是指鋼材與電解質(zhì)溶液接觸而產(chǎn)生電流，形成微電池(diànchí)而引起的銹蝕。電化學(xué)銹蝕是建筑鋼材在存放和使用中發(fā)生銹蝕的主要形式。第九十五頁，共121頁。存放在濕潤(rùn)空氣中的鋼材，表面為一層電解質(zhì)水膜所覆蓋。由于表面成分或者受力變形的不均勻性，使鄰近的局部產(chǎn)生電極電位的差別，因而建立許多微電池。陽極區(qū)：鐵被氧化成Fe++離子進(jìn)入水膜。陰極區(qū)：氧被還原成OH-離子。兩者結(jié)合成為不溶于水的Fe(OH)2，并進(jìn)一步氧化成為疏松易剝落(bōluò)的紅棕色鐵銹Fe(OH)3。第九十六頁，共121頁。二、腐蝕(fǔshí)類型均勻腐蝕晶間腐蝕與孔蝕應(yīng)力腐蝕疲勞(píláo)腐蝕沖刷腐蝕第九十七頁，共121頁。三、防止(fángzhǐ)銹蝕的方法

（一）保護(hù)膜法保護(hù)膜法是在鋼材(gāngcái)表面涂一層保護(hù)層，以隔離空氣或其它介質(zhì)。常用的保護(hù)層有搪瓷、涂料、耐腐蝕金屬（鉛、錫等）、塑料等，或經(jīng)化學(xué)處理使鋼材(gāngcái)表面形成氧化膜（發(fā)藍(lán)處理）或磷酸鹽膜。第九十八頁，共121頁。1、鋼結(jié)構(gòu)防銹方法是采用表面刷漆和噴鍍、浸鍍耐腐蝕金屬層等措施。2、混凝土配筋的防銹措施，主要(zhǔyào)是保證混凝土的密實(shí)度、保證足夠的保護(hù)層厚度、限制氯鹽外加劑的摻加量和保證混凝土一定的堿度等。還可摻用阻銹劑。第九十九頁，共121頁。3、對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋，對(duì)銹蝕破壞較敏感，重要的預(yù)應(yīng)力承重結(jié)構(gòu)，除禁止摻用氯鹽外，應(yīng)對(duì)原材料進(jìn)行(jìnxíng)嚴(yán)格檢驗(yàn)。4、鋼材的組織及化學(xué)成分是引起鋼材銹蝕的內(nèi)因，通過調(diào)整基本組織或加入某些合金元素，可有效地提高鋼材的抗腐蝕能力。第一百頁，共121頁。（二）陰極保護(hù)法（1）犧牲陽極保護(hù)法：鋅、鎂等活潑金屬(jīnshǔ)為陽極，在介質(zhì)中而遭到腐蝕，鋼結(jié)構(gòu)為陰極得到保護(hù)。（2）外加電流保護(hù)法：在鋼結(jié)構(gòu)的附近，安放一些廢鋼鐵或其它難熔金屬(jīnshǔ)。直流電源的負(fù)極接在被保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)上，陽極接在廢鋼鐵或難熔金屬(jīnshǔ)上。第一百零一頁，共121頁。8.9鋁和鋁合金

8.9.1鋁的冶煉(yěliàn)及其特性

（一）鋁的冶煉(yěliàn)煉鋁的主要原料是鋁釩土，其主要成分(chéngfèn)為一水鋁（Al2O3·H2O）和三水鋁（Al2O3·3H2O），另外還含少量氧化鐵、石英和硅酸鹽等。第一百零二頁，共121頁。鋁的冶煉是先從鋁礦石中提煉出Al2O3，然后再電解得到金屬(jīnshǔ)鋁，然后用反射爐將電解出來的鋁進(jìn)行提純，最后澆入鑄錠制成鋁錠。高純度鋁的純度可達(dá)99.996%，普通純鋁的純度在99.5%以上。第一百零三頁，共121頁。（二）純鋁的特性(tèxìng)鋁屬于(shǔyú)有色金屬中的輕金屬，密度為2.7g/cm3，是鋼的三分之一，熔點(diǎn)較低，為660℃，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性均很好。第一百零四頁，共121頁。鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，在空氣中易生成一層氧化鋁薄膜，使鋁具有一定(yīdìng)耐腐蝕性。但純鋁不能與鹵屬元素接觸，不耐堿，不耐強(qiáng)酸。鋁與電極電位高的金屬接觸并且有電解質(zhì)存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。用于鋁制品的連接件應(yīng)用不銹鋼件。第一百零五頁，共121頁。固態(tài)鋁具有很好的塑性，易于加工成型，但純鋁的強(qiáng)度和硬度很低，不能滿足使用(shǐyòng)要求，故工程中不用純鋁制品。第一百零六頁，共121頁。8.9.2鋁合金及其特性(tèxìng)鋁中加入適量的某些合金元素制成鋁合金，再經(jīng)冷加工或熱處理，可以大幅度地提高其強(qiáng)度(qiángdù)，可近似于低合金鋼的強(qiáng)度(qiángdù)。鋁中最常加入的合金元素有銅（Cu）、鎂（Mg）、硅（Si）、錳（Mn）、鋅（Zn）等。第一百零七頁，共121頁。鋁合金克服