第八章 金属材料

第八章金属材料教学目标了解钢材的分类、腐蚀与防止，铝材及铝合金的相关知识。掌握钢材的性质与选用。重点是区分钢结构用钢和混凝土结构用钢。

建筑钢材指用于钢结构的各种型钢、钢板、钢管和用于混凝土结构的各种钢筋、钢丝等。性质均匀稳定、强度高、塑性韧性好、可焊接和铆接等易锈蚀、耐火性差、维护费用大、生产能耗大等建筑钢材的主要品种1.型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。2.线材如钢筋、钢丝等。3.管材无缝钢管、焊接钢管等。

4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。空气转炉炼钢法普通钢氧气转炉炼钢法优质钢平炉炼钢法电弧炉炼钢法生铁铁水吹入空气或氧气钢浇注、成型脱氧熔融第一节钢材的冶炼和分类钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％＜5%5%～10％＞10％一、按化学成分二、按冶炼时脱氧程度沸腾钢半镇静钢镇静钢F一般用锰/铁脱氧，不完全Z一般用硅脱氧，完全b

用少量硅脱氧，中间四、按用途结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等）。三、按杂质含量根据硫、磷等有害杂质的含量，分为普通钢、优质钢和特殊质量钢。第二节钢材的性质物理化学性质

力学性质

工艺性质一、抗拉性能

抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质，可采用拉伸试验测定。低碳钢受拉时的应力-应变图

①弹性阶段(OA段)②屈服阶段(AB段)③强化阶段(BC段)④颈缩阶段(CD段)伸长率的测量

冲击韧性试验图

(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机

1—摆锤；2—试件；3—试验台；4—刻度盘；5—指针

二、冲击韧性

指抵抗其他硬物压入钢材表面的能力。建筑钢材常用的是布氏硬度。根据硬质钢球在规定荷载作用下压入试件表面后的压痕。三、硬度四、耐疲劳性

钢材在交变荷载反复作用下突然发生断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。先是在局部形成细小裂纹，然后逐渐扩大，最后突然发生断裂。一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。

工程案例——钢吊车梁裂缝

某钢厂原料跨吊车任务繁重，冷轧跨吊车不太常用。两者按同一标准设计，后者使用40多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂缝已更换。请分析原因。由于前者任务繁重，承受的交变荷载次数多，故会产生疲劳破坏。

五、冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。

焊接的好坏取决于钢材与焊接材料的可焊性及焊接工艺，受化学成分及含量的影响。低碳钢可焊性好高碳钢及合金钢，为改善焊接性能，一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。六、焊接性能七、冷加工

指钢材在常温下进行的加工。常见的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。八、热处理将钢材按一定规则加热、保温和冷却，获得相应性能的工艺过程。常见的热处理方法有：退火、正火、淬火、回火。九、时效

将经过冷拉的钢筋在常温下存放15-20d，或加热到100-200℃并保持2-3h，则钢筋强度和硬度将进一步提高，塑性和韧性进一步降低，这个过程称为时效处理。通常对强度较低的钢筋采用自然时效，强度较高的钢筋采用人工时效。第三节钢的化学成分对钢材性能的影响1、C

是钢的主要元素，随含C量增加，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。2、Si

是一种脱氧剂，主要是提高强度，对塑性和韧性影响不大。一般认为是有益元素。3、Mn

作为脱氧除硫的元素加入钢中，可以提高钢材的硬度、强度和耐磨性。一般认为是有益元素。4、P

一般说来，P是有害杂质，偏析严重。虽能提高钢的强度、硬度，但使塑性、韧性降低，低温时产生裂纹，称为“冷脆”。5、S

一般来说，S是有害元素，偏析严重，降低韧性、疲劳强度和抗腐蚀性，常以FeS的形式存在，高温时产生裂纹，称为“热脆”。6、O是有害元素，随钢中含O量增加，钢的塑性、韧性、耐腐蚀性、耐磨性降低，使加工性能变坏。第四节常见建筑钢材的技术标准与选用一、钢结构用钢例如：Q235－A·F

表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。碳素结构钢屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、脱氧方法四部分按顺序组成。低合金高强度结构钢例如：Q295－E

表示屈服点为295MPa的E级低合金高强度结构钢。可用作高层及大跨度建筑的主体结构材料。屈服点字母、屈服数值、质量等级符号、三部分按顺序组成。二、混凝土结构用钢

热轧钢筋根据表面特征分为光圆钢筋和带肋钢筋。

HPB235热轧光圆钢筋，由碳素结构钢轧制而成，表面光圆，强度较低。HRB400热轧带肋钢筋，由低合金钢轧制而成，外表带肋，强度较高。

冷轧带肋钢筋CRB550、CRB650等

冷轧扭钢筋

LZN第五节钢材的锈蚀和防止

钢材与周围介质发生作用而引起破坏的现象。一、化学腐蚀氧化铁，在干燥环境中腐蚀缓慢，温度高和湿度大时腐蚀速度快。二、电化学腐蚀当有电解质溶液(水)存在时，会在钢材表面形成局部原电池。防止保护层法防锈漆/塑料涂层等电化学保护法更活泼的金属（镁/锌）制成合金钢添加合