材料学各论钢材

材料学各论钢材第1页，共75页，2023年，2月20日，星期一金属材料建筑钢材金属学的一般概念第2页，共75页，2023年，2月20日，星期一金属材料建筑钢材第3页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材1、基本概念

1）钢材的重要性在各种金属材料中，钢材是最重要的建筑材料之一，主要用于钢筋混凝土结构和钢结构第4页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材1、基本概念

2）建筑钢材所谓建筑钢材，是指用于钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于钢结构的各种型钢，以及用于围护结构和装修工程的各种深加工钢板、复合板材第5页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材1、基本概念

3）铁与钢的概念均为铁碳合金，仅仅是含碳量不同（一般以含碳量2.06作为铁与钢的分界）

第6页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材1、基本概念

4）钢材的化学组成主要组成：铁、碳、合金元素其他组成：硅、锰、磷、硫、氧、氮等等第7页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材1、基本概念

4）钢材的金相组成铁素体：碳溶于α-Fe晶格形成的固溶体渗碳体：铁与碳的化合物，Fe3C珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物第8页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材2、钢材的分类

1）按照杂质含量分类

2）按照主要化学成分分类

3）按照主要用途分类

4）按照脱氧程度分类

5）按照冶炼方式分类

第9页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材按杂质含量分类钢材普通钢优质钢高级优质钢第10页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材按化学成分分类金属碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢第11页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材按主要用途分类钢材结构钢工具钢特殊钢第12页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材按脱氧程度分类钢材沸腾钢镇静钢半镇静钢第13页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材按冶炼方式分类钢材平炉钢转炉钢电炉钢空气转炉钢氧气转炉钢第14页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材3、钢材的技术性质

1）抗拉性能

是建筑钢材最重要的性能之一屈服点、抗拉强度、伸长率，是钢材抗拉性能的主要技术指标第15页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材抗拉应力应变图第16页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材抗拉性能和应用分析弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段材料形变弹性变形塑性变形塑性变形快速变形直至断裂应力极限比例极限σp屈服极限σs强度极限σb应用形式屈强比：应用范围在受力状态下计算结构变形的指标确定钢材许用应力的标准反映钢材的利用率和可靠性反映钢材的塑性大小第17页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材3、钢材的技术性质

2）冲击韧性

是建筑钢材抵抗冲击荷载的性能冲击韧性通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定第18页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材3、钢材的技术性质

2）冲击韧性

第19页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材3、钢材的技术性质

3）硬度

定义：钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力第20页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材3、钢材的技术性质

3）硬度表示方法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等，以布氏硬度（HB）为主第21页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材3、钢材的技术性质

3）硬度应用：

HB值与钢材的强度之间保持一定的正比例关系，可以根据HB值推测钢材的强度，但是不能用于成品检验

第22页，共75页，2023年，2月20日，星期一HB值与钢材强度之间的关系HB值强度计算值＞175R=0.35×HB值＜175R=0.36×HB值第23页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

1）冷弯性能

定义：钢材在常温下承受弯曲变形的能力

第24页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

1）冷弯性能

试验方法：第25页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

1）冷弯性能

影响因素

：弯曲角度、弯心直径与钢材直径（或：厚度）的比值第26页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

2）冷加工强化现象概念：钢材在常温下进行机械加工后，其性能发生变化的一种现象

第27页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

2）冷加工强化现象性能变化规律

：强度增加、硬度提高、塑性降低、韧性降低第28页，共75页，2023年，2月20日，星期一冷加工时的应力应变图第29页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

3）时效作用

概念：钢材在常温下，未进行任何机械加工，其性能也会发生变化的一种现象

第30页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

3）时效作用

性能变化规律

：强度增加、塑性降低、韧性降低第31页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

3）时效作用

时效敏感性

：随着时间的延长，钢材的冲击韧性降低和其他性能变化的程度

第32页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材4、建筑钢材的工艺性质

4）冷脆性

概念

：钢材在环境温度低于一定数值时，钢材的冲击韧性大幅度下降，钢材出现脆性断裂的性质第33页，共75页，2023年，2月20日，星期一冲击韧性值变化示意图第34页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素

1）冷却速度的影响急冷：（要求同学自己分析）缓冷：（要求同学自己分析）

第35页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素

2）杂质的影响主要杂质

：磷、硫

第36页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素

2）杂质的影响低共融现象

：第37页，共75页，2023年，2月20日，星期一低共融现象T1T201001000T3第38页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素

2）杂质的影响主要影响

：磷：含量增加时：强度增加、耐磨性增加、耐腐蚀性增加、塑性降低、韧性降低；是增加钢材冷脆性的主要因素

第39页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素

2）杂质的影响主要影响

：硫：含量增加时：所有机械性能都降低、尤其是：耐磨性、耐腐蚀性、韧性；是增加钢材热脆性的主要因素第40页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材5、影响建筑钢材性能的因素

3）金相组成的影响

铁素体珠光体渗碳体0含碳量，%2.00.8各组分相对含量，%第41页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

1）碳素钢牌号组成方法

：屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号第42页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

1）碳素钢组成说明

：见下页第43页，共75页，2023年，2月20日，星期一钢材牌号组成说明屈服点代号+屈服点值+质量等级+脱氧方法符号Q195215235255275ABCD多少F—沸腾钢b—半镇静钢Z—镇静钢TZ—特殊钢空位—镇静钢或特殊镇静钢第44页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

2）合金钢涉及范围

：低合金高强度结构钢第45页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

2）合金钢牌号组成方法

：屈服点代号+屈服点值+质量等级符号第46页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

3）示例牌号：Q235—A.FQ215—B第47页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

3）示例问题：哪一种是碳素钢？哪一种是合金钢？在这两种钢材中，哪一种钢材的P、S含量高？第48页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

3）示例提示1：无法判断碳素钢还是合金钢合金钢屈服点标准值：295、345、390、420、460第49页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材6、建筑钢材的技术标准

3）示例提示2：无法准确判断钢材的P、S绝对含量高低只能判断钢材的总体杂质相对含量高低第50页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材7、建筑钢材的选用

1）碳素钢

塑性较好化学性能稳定适宜于各种加工在适当超载情况下不会突然破坏第51页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材7、建筑钢材的选用

2）合金钢具有良好的塑性、韧性、强度焊接性能好适用于：大跨度结构、承受动荷载结构、承受冲击荷载结构第52页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材7、建筑钢材的选用

3）一条选用钢材的重要规定对于承受动荷载和冲击荷载的结构，一般不得选用脆性临界转变温度范围高和时效敏感性强的钢材第53页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

1）钢筋

低碳钢热轧圆盘条主要用途中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋或者箍筋。也可用作冷加工原料第54页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

1）钢筋

低碳钢热轧圆盘条常用牌号Q215、Q235第55页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

1）钢筋热轧带肋钢筋主要用途具有较高的强度，塑性，可焊性也比较好，与混凝土之间的握裹力较好，可用于钢筋混凝土结构的受力钢筋，以及预应力钢筋第56页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

1）钢筋热轧带肋钢筋常用牌号HRB335、HRB400、HRB500

注：HRB是Hotrolledribbedsteelbar的缩写

第57页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

1）钢筋冷轧带肋钢筋主要用途适用于中、小型预应力混凝土结构构件，以及普通钢筋混凝土结构构件第58页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

1）钢筋冷轧带肋钢筋常用牌号CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1270注：CRB是Coldrollingsteelwiresandbar的缩写第59页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢

热轧型钢主要用途可用于大跨度、承受动荷载的钢结构中第60页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢

热轧型钢主要形式角钢（等边或者不等边）、I字钢、槽钢、T形钢、H形钢、Z形钢等第61页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢

热轧型钢常用牌号

Q235-A、Q345、Q390第62页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢

冷弯薄壁型钢主要用途一般用于轻钢结构壁厚：2~6mm常见形式：分：开口和空心两类第63页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢

钢板分类按照生产温度分为：热轧和冷轧两类钢板第64页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢钢板分类按照成分分为：碳素钢板和合金钢钢板两类第65页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢

钢板分类按照厚度分为：厚板（厚度＞4mm）和薄板（厚度=0.35~4mm）两类第66页，共75页，2023年，2月20日，星期一建筑钢材8、常用建筑钢材

2）型钢