第八章 金屬材料

第八章金屬材料教學目標了解鋼材的分類、腐蝕與防止，鋁材及鋁合金的相關知識。掌握鋼材的性質(zhì)與選用。重點是區(qū)分鋼結(jié)構(gòu)用鋼和混凝土結(jié)構(gòu)用鋼。

建筑鋼材指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型鋼、鋼板、鋼管和用于混凝土結(jié)構(gòu)的各種鋼筋、鋼絲等。性質(zhì)均勻穩(wěn)定、強度高、塑性韌性好、可焊接和鉚接等易銹蝕、耐火性差、維護費用大、生產(chǎn)能耗大等建筑鋼材的主要品種1.型鋼簡單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等；復雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。2.線材如鋼筋、鋼絲等。3.管材無縫鋼管、焊接鋼管等。

4.板材光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等。空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法普通鋼氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法優(yōu)質(zhì)鋼平爐煉鋼法電弧爐煉鋼法生鐵鐵水吹入空氣或氧氣鋼澆注、成型脫氧熔融第一節(jié)鋼材的冶煉和分類鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼碳素鋼合金鋼中合金鋼高合金鋼C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％＜5%5%～10％＞10％一、按化學成分二、按冶煉時脫氧程度沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼F一般用錳/鐵脫氧，不完全Z一般用硅脫氧，完全b

用少量硅脫氧，中間四、按用途結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼（如不銹鋼、耐酸鋼、耐堿鋼、磁鋼等）。三、按雜質(zhì)含量根據(jù)硫、磷等有害雜質(zhì)的含量，分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特殊質(zhì)量鋼。第二節(jié)鋼材的性質(zhì)物理化學性質(zhì)

力學性質(zhì)

工藝性質(zhì)一、抗拉性能

抗拉性能是建筑鋼材最重要的技術性質(zhì)，可采用拉伸試驗測定。低碳鋼受拉時的應力-應變圖

①彈性階段(OA段)②屈服階段(AB段)③強化階段(BC段)④頸縮階段(CD段)伸長率的測量

沖擊韌性試驗圖

(a)試件尺寸；(b)試驗裝置；(c)試驗機

1—擺錘；2—試件；3—試驗臺；4—刻度盤；5—指針

二、沖擊韌性

指抵抗其他硬物壓入鋼材表面的能力。建筑鋼材常用的是布氏硬度。根據(jù)硬質(zhì)鋼球在規(guī)定荷載作用下壓入試件表面后的壓痕。三、硬度四、耐疲勞性

鋼材在交變荷載反復作用下突然發(fā)生斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。先是在局部形成細小裂紋，然后逐漸擴大，最后突然發(fā)生斷裂。一般來說，鋼材的抗拉強度高，其疲勞極限也較高。

工程案例——鋼吊車梁裂縫

某鋼廠原料跨吊車任務繁重，冷軋跨吊車不太常用。兩者按同一標準設計，后者使用40多年未發(fā)現(xiàn)裂縫，而前者因產(chǎn)生較多裂縫已更換。請分析原因。由于前者任務繁重，承受的交變荷載次數(shù)多，故會產(chǎn)生疲勞破壞。

五、冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。

焊接的好壞取決于鋼材與焊接材料的可焊性及焊接工藝，受化學成分及含量的影響。低碳鋼可焊性好高碳鋼及合金鋼，為改善焊接性能，一般要采用焊前預熱及焊后熱處理等措施。六、焊接性能七、冷加工

指鋼材在常溫下進行的加工。常見的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。八、熱處理將鋼材按一定規(guī)則加熱、保溫和冷卻，獲得相應性能的工藝過程。常見的熱處理方法有：退火、正火、淬火、回火。九、時效

將經(jīng)過冷拉的鋼筋在常溫下存放15-20d，或加熱到100-200℃并保持2-3h，則鋼筋強度和硬度將進一步提高，塑性和韌性進一步降低，這個過程稱為時效處理。通常對強度較低的鋼筋采用自然時效，強度較高的鋼筋采用人工時效。第三節(jié)鋼的化學成分對鋼材性能的影響1、C

是鋼的主要元素，隨含C量增加，強度和硬度相應提高，而塑性和韌性相應降低。2、Si

是一種脫氧劑，主要是提高強度，對塑性和韌性影響不大。一般認為是有益元素。3、Mn

作為脫氧除硫的元素加入鋼中，可以提高鋼材的硬度、強度和耐磨性。一般認為是有益元素。4、P

一般說來，P是有害雜質(zhì)，偏析嚴重。雖能提高鋼的強度、硬度，但使塑性、韌性降低，低溫時產(chǎn)生裂紋，稱為“冷脆”。5、S

一般來說，S是有害元素，偏析嚴重，降低韌性、疲勞強度和抗腐蝕性，常以FeS的形式存在，高溫時產(chǎn)生裂紋，稱為“熱脆”。6、O是有害元素，隨鋼中含O量增加，鋼的塑性、韌性、耐腐蝕性、耐磨性降低，使加工性能變壞。第四節(jié)常見建筑鋼材的技術標準與選用一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼例如：Q235－A·F

表示屈服點為235MPa的A級沸騰鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服點字母、屈服數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四部分按順序組成。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼例如：Q295－E

表示屈服點為295MPa的E級低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。可用作高層及大跨度建筑的主體結(jié)構(gòu)材料。屈服點字母、屈服數(shù)值、質(zhì)量等級符號、三部分按順序組成。二、混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

熱軋鋼筋根據(jù)表面特征分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋。

HPB235熱軋光圓鋼筋，由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，表面光圓，強度較低。HRB400熱軋帶肋鋼筋，由低合金鋼軋制而成，外表帶肋，強度較高。

冷軋帶肋鋼筋CRB550、CRB650等

冷軋扭鋼筋

LZN第五節(jié)鋼材的銹蝕和防止

鋼材與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象。一、化學腐蝕氧化鐵，在干燥環(huán)境中腐蝕緩慢，溫度高和濕度大時腐蝕速度快。二、電化學腐蝕當有電解質(zhì)溶液(水)存在時，會在鋼材表面形成局部原電池。防止保護層法防銹漆/塑料涂層等電化學保護法更活潑的金屬（鎂/鋅）制成合金鋼添加合