《工程構(gòu)件用鋼》課件

工程構(gòu)件用鋼不同工程項目需要使用各種不同規(guī)格和性能的鋼材來制造構(gòu)件。這些鋼材需要滿足安全、耐用、經(jīng)濟等多方面要求。正確選擇工程用鋼是確保工程質(zhì)量、安全的關(guān)鍵。引言鋼材是工程建筑中最常用的結(jié)構(gòu)材料之一,其性能直接影響到建筑物的強度、安全性和使用壽命。了解不同類型鋼材的特點及其在工程中的應(yīng)用是非常重要的。本課程將全面介紹工程建筑中常用的各種鋼材種類、性能指標以及選用原則,幫助大家掌握鋼材科學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)知識。鋼材的分類生產(chǎn)過程鋼材通過煉鋼、連鑄、熱軋或冷軋等工藝生產(chǎn)而成,具有不同的性能特點。主要類型鋼材可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼等,每種類型都有其獨特的用途。性能指標鋼材的力學(xué)性能如抗拉強度、屈服強度、延伸率等指標會影響其在工程中的應(yīng)用。碳素結(jié)構(gòu)鋼概述碳素結(jié)構(gòu)鋼是由碳和少量鐵合金元素組成的一種常見鋼材。它具有較好的強度、硬度和耐磨性,在建筑、機械等行業(yè)廣泛應(yīng)用?；瘜W(xué)成分碳素結(jié)構(gòu)鋼的主要成分為碳(C)和鐵(Fe),含碳量通常在0.05%-1.5%之間。其他合金元素含量相對較低。性能特點碳素結(jié)構(gòu)鋼具有良好的可焊性、可切削性和可塑性?？赏ㄟ^熱處理工藝調(diào)整其力學(xué)性能。適用于制造焊接結(jié)構(gòu)、機械零件等。主要牌號常見碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號包括Q195、Q235、Q345等,數(shù)字表示最小屈服強度(MPa)。根據(jù)制造工藝還可分為熱軋和冷軋兩大類。合金結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素鋼基礎(chǔ)上添加一種或多種合金元素,如Cr、Ni、Mo等,改善鋼的力學(xué)性能和使用性能。力學(xué)性能合金結(jié)構(gòu)鋼具有更高的強度、硬度、耐磨性和韌性,能滿足工程結(jié)構(gòu)高強度、可靠性的要求。熱處理合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)過回火、淬火等熱處理后,可獲得更優(yōu)異的力學(xué)性能和使用性能。不銹鋼高耐腐性不銹鋼因含有鉻元素而具有出色的抗腐蝕性能,廣泛用于食品、化工等領(lǐng)域。優(yōu)異的機械性能不銹鋼不僅強度高,而且延展性好,能很好地滿足工程用鋼的各項性能要求。裝飾性強不銹鋼表面光潔度高,能為建筑、家具等提供優(yōu)雅的美學(xué)外觀。廣泛應(yīng)用不銹鋼被廣泛應(yīng)用于建筑、設(shè)備制造、食品加工、醫(yī)療等眾多工業(yè)領(lǐng)域。鋼材的力學(xué)性能屈服強度屈服強度是鋼材在彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形時的強度特性,決定了鋼材的承載能力?？估瓘姸瓤估瓘姸确从充摬目雇饬熳饔玫哪芰?是設(shè)計中的重要指標。延伸率延伸率表示鋼材在受力下所能承受的塑性變形能力,反映其韌性。沖擊韌性沖擊韌性是衡量鋼材在受到?jīng)_擊作用下抵抗斷裂的能力,尤其重要于抗震設(shè)計。屈服強度屈服強度材料在受到拉伸或壓縮力作用時,首次開始發(fā)生永久性變形的應(yīng)力值。影響因素材料成分、結(jié)構(gòu)、熱處理工藝等。通過合理選擇和處理可提高屈服強度。重要意義屈服強度決定了材料承載能力的上限,是結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)之一?？估瓘姸瓤估瓘姸仁呛饬坎牧铣惺芾熳饔玫哪芰Α２煌N類的鋼材在此方面有著明顯差異。碳素結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強度為400-600MPa，合金結(jié)構(gòu)鋼為600-800MPa，而不銹鋼則可達到500-1000MPa。選擇合適的鋼材時需要考慮抗拉強度是否滿足構(gòu)件的設(shè)計要求。延伸率30%碳素鋼碳素鋼的典型延伸率可達30%左右60%合金鋼合金鋼的延伸率通常在40-60%之間80%不銹鋼不銹鋼的延伸率可達80%以上,具有優(yōu)良的塑性延伸率是反映鋼材塑性能力的重要指標,它表示鋼材在拉伸作用下發(fā)生永久變形的程度。延伸率越高,表示鋼材的塑性越好,加工性能也越佳。不同類型的鋼材具有不同的延伸率特點。沖擊韌性100J碳素結(jié)構(gòu)鋼典型沖擊韌性值200J合金結(jié)構(gòu)鋼可達到的沖擊韌性水平-60°C低溫沖擊性能優(yōu)良的鋼材可在極寒條件下保持高韌性沖擊韌性是材料承受沖擊載荷而不破壞的能力。這是評估鋼材質(zhì)量的重要指標之一，反映了鋼材在承受突發(fā)性撞擊作用時的抗斷裂性能。合理選用具有優(yōu)異沖擊韌性的鋼材可確保結(jié)構(gòu)可靠性和安全性。鋼材的選用原則性能匹配選用鋼材時要考慮構(gòu)件的使用要求，選擇與之匹配的力學(xué)性能、加工性能和經(jīng)濟性能。經(jīng)濟高效在滿足性能要求的前提下，選擇成本較低、材料利用率較高的鋼材。加工適宜考慮構(gòu)件的加工工藝,選用易于加工成型的鋼材,降低生產(chǎn)難度和制造成本。焊接性能對于焊接件,選用焊接性能良好的鋼材,提高焊接質(zhì)量,保證結(jié)構(gòu)的可靠性。材料選型合理選材根據(jù)工程構(gòu)件的使用環(huán)境和承載要求，合理選擇適當?shù)匿摬姆N類和規(guī)格，以滿足結(jié)構(gòu)安全性、耐久性和經(jīng)濟性的需求。性能評估對比不同鋼材的力學(xué)性能、焊接性能、耐腐蝕性等指標，選擇最優(yōu)的材料。同時考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制造和施工工藝。經(jīng)濟效益在滿足使用要求的前提下，選擇性價比最高的鋼材種類和規(guī)格，以確保工程建設(shè)的整體經(jīng)濟性。安全因素根據(jù)構(gòu)件的重要程度和使用環(huán)境，適當提高材料的安全系數(shù)，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。構(gòu)件承載能力材料強度構(gòu)件的承載能力與所用材料的強度特性密切相關(guān)。合理選用材料可確保足夠的承載能力。尺寸設(shè)計構(gòu)件的截面尺寸設(shè)計也會影響其承載能力。需要根據(jù)受力情況合理確定截面尺寸。構(gòu)造措施合理的構(gòu)造措施如加設(shè)加勁肋、腹板等能夠顯著提高構(gòu)件的整體承載能力。安全系數(shù)為確保足夠的安全性，一般會在承載能力計算中采用一定的安全系數(shù)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性概念結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在受到各種作用時不會發(fā)生大的變形或破壞,能夠保持原有的幾何形狀和承載能力。這是確保結(jié)構(gòu)安全可靠的關(guān)鍵因素?？箟盒阅茉u判通過抗壓試驗可以評估鋼材的抗壓強度和屈曲穩(wěn)定性,從而判斷結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性能。這是進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵依據(jù)?？箓?cè)力性能結(jié)構(gòu)還需要具備良好的抗側(cè)力性能,以確保在橫向荷載作用下不發(fā)生大變形或傾覆。這有助于增強整體的穩(wěn)定性。焊接性能連接質(zhì)量良好的焊接性能可以確保焊縫的強度、韌性和耐腐蝕性。這對確保工程構(gòu)件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。熱影響焊接過程會產(chǎn)生熱量,造成局部材料性能變化,需要合理設(shè)計以控制熱影響區(qū)域。質(zhì)量控制通過合理的焊接方法及參數(shù)設(shè)置,可以有效避免焊接缺陷的產(chǎn)生,確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用安全性。經(jīng)濟性1材料成本選用合適的鋼材是確保工程造價的關(guān)鍵。需要權(quán)衡鋼材價格、加工難度和運輸成本。2施工效率鋼材的焊接性和加工性能會直接影響施工效率，從而影響整體項目成本。3使用壽命鋼材的耐腐蝕性和耐久性會決定構(gòu)件的使用壽命，從而影響長期維護成本。4環(huán)境影響選用環(huán)保型鋼材可減少碳排放和能耗，降低工程項目的環(huán)境負擔。常見鋼材的特點和應(yīng)用1熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁等工程構(gòu)件,具有良好的強度、韌性和焊接性能。2冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼表面光亮,適用于汽車零件、家用電器等需要美觀性的場合。3合金結(jié)構(gòu)鋼具有更高的強度、硬度和耐磨性,用于機械零件、工具等高要求場合。4不銹鋼抗腐蝕性強,用于廚房設(shè)備、醫(yī)療器械等需要衛(wèi)生、耐腐蝕的場合。熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼高強度熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼具有良好的機械強度,可承受較大的載荷。廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、機械制造等領(lǐng)域。優(yōu)良韌性通過適當?shù)臒崽幚砉に?熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼可以獲得出色的沖擊韌性,抗斷裂性能。易加工相比合金鋼,熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼更容易切削、焊接和bent成型,便于施工。經(jīng)濟實惠生產(chǎn)工藝簡單,原料充足,熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼的價格較低,符合經(jīng)濟性原則。冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼薄板制造冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼具有良好的成型性能,常用于制造各種薄板產(chǎn)品。優(yōu)異性能經(jīng)過冷軋加工,冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼的強度和硬度明顯提高。建筑應(yīng)用冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備、家電等行業(yè)。合金結(jié)構(gòu)鋼高性能合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼是通過在碳素鋼中添加合金元素如鉻、鎳、鉬等來提高其強度、硬度和耐磨性的一類優(yōu)質(zhì)鋼材。廣泛應(yīng)用領(lǐng)域合金結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于機械制造、汽車工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域,是工程構(gòu)件不可或缺的優(yōu)質(zhì)材料。優(yōu)異的力學(xué)性能合金元素的添加顯著提高了合金結(jié)構(gòu)鋼的強度、硬度、韌性等力學(xué)特性,滿足工程構(gòu)件的嚴苛要求。不銹鋼特點不銹鋼具有出色的耐腐蝕性和抗氧化性,是廣泛應(yīng)用于各種工程構(gòu)件的重要材料。成分不銹鋼含有大量的鉻,使其具有自我修復(fù)的鈍化膜,從而展現(xiàn)出優(yōu)異的抗腐蝕性。應(yīng)用不銹鋼廣泛應(yīng)用于化工、食品加工、建筑裝飾等領(lǐng)域,是理想的耐腐蝕性構(gòu)件材料。分類不銹鋼包括奧氏體、鐵素體和馬氏體等多種類型,適用于不同的工況條件。鋼材的熱處理1回火降低鋼的硬度和強度,提高塑性。2正火消除內(nèi)部應(yīng)力,穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)。3淬火提高鋼的硬度和強度,但降低塑性。鋼材的熱處理是調(diào)整鋼材性能的重要手段?；鼗鹂山档弯摰挠捕群蛷姸?提高塑性;正火可消除內(nèi)部應(yīng)力,穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu);淬火可提高鋼的硬度和強度,但會降低塑性。熟練掌握不同熱處理工藝及其影響是正確選擇鋼材的關(guān)鍵。回火應(yīng)用目的回火是對鋼材進行熱處理的重要步驟,目的是提高材料的韌性和抗沖擊性能。工藝流程回火包括加熱到特定溫度、保溫和緩慢冷卻的過程,能夠調(diào)整材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。適用范圍回火廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)中的各類鋼材,如建筑、機械等領(lǐng)域的構(gòu)件鋼。正火正火的作用正火是一種熱處理工藝,旨在消除鋼材內(nèi)部的殘余應(yīng)力,改善其力學(xué)性能和加工性能。正火的過程在合適的溫度下加熱鋼材,保溫一定時間后緩慢冷卻至室溫。這樣可以消除殘余應(yīng)力,均勻化組織結(jié)構(gòu)。淬火溫度提升將鋼件加熱到一定溫度,使其從奧氏體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。冷卻速度快速冷卻可以鎖住馬氏體結(jié)構(gòu),提高鋼材的硬度和強度。介質(zhì)選擇常用的淬火介質(zhì)包括水、油和鹽水等,具有不同的冷卻效果。鋼材的焊接1焊接方法包括電弧焊、氣體焊、電阻焊等多種方式2焊接材料根據(jù)不同材質(zhì)選擇合適的焊材3焊接參數(shù)電流大小、焊接速度等因素需掌握4焊接工藝焊前準備、焊接過程控制、焊后處理鋼材焊接是工程建設(shè)中常見的連接方式。合理選擇焊接方法、焊材和工藝參數(shù),可確保焊縫質(zhì)量,提高結(jié)構(gòu)的整體性能。焊接過程中需注意預(yù)熱、后熱處理等工藝控制,避免焊接缺陷的發(fā)生。焊接方法1電弧焊接利用電弧產(chǎn)生的高溫來熔化和連接工件的常用焊接方法。分為手工電弧焊和自動化電弧焊。2氣體保護焊利用保護氣體防止焊區(qū)氧化的焊接方法,包括MIG焊和TIG焊。適用于薄板和有色金屬焊接。3電阻焊通過工件與電極之間的電阻產(chǎn)生熱量來熔化并連接工件的焊接方法,如點焊和對焊。4埋弧焊利用熔渣保護的自動化焊接方法,能實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的焊接,適用于厚板焊接。焊接缺陷氣孔焊縫中存在的氣孔缺陷,會導(dǎo)致焊接強度降低,并可能引起泄漏和腐蝕。需要調(diào)整焊接電流、電壓和焊接速度等參數(shù)來減少氣孔。裂紋焊縫和熱影響區(qū)中出現(xiàn)的裂紋缺陷,會嚴重降低結(jié)構(gòu)的承載能力?？赏ㄟ^預(yù)熱、熱處理或調(diào)整焊接工藝參數(shù)來防止裂紋發(fā)生。未熔合