建筑钢材性质的主要影响因素

建筑材料BuildingMaterials建筑材料

建筑钢材建筑钢材的主要技术性质建筑钢材性质的主要影响因素主讲人：江晨晖★建筑材料系列微课★建筑钢材性质的主要影响因素★建筑材料系列微课★1新课导入2内部因素3外部因素1.新课导入内因是事物发展的根据，外因是事物发展的外部条件。外因必须通过内因而起作用。根据前面所学知识，请问钢材锈蚀的外因是什么？内因是什么？外因又是如何通过内因起作用的呢？钢材锈蚀的影响因素内部因素化学组成内部组织……外部因素水、空气温度……？1.新课导入建筑钢材性质的影响因素内部因素外部因素化学组成晶体结构微观组织温度湿度时间加工方式环境介质影响因素这么多，掌握起来难度非常大。我们可以截取关键断面，就像通过剖面了解房屋内部一样。1.新课导入同时，案例学习法会是一个不错的选择。2.内部因素

晶体结构与微观组织液态铁δ

-Feγ-Feα-Fe（≥1535℃）（≥1390℃）（≥910℃）（＜910℃）杂乱无序体心立方晶体面心立方晶体体心立方晶体+固溶物化合物机械混合物铁素体渗碳体珠光体碳原子+奥氏体=+=钢材的微观组织碳原子注：纯铁在不同温度下具有不同的晶体结构。钢材的微观结构和组织由于碳元素的存在而变得复杂。常温下，建筑钢材中包含铁素体、珠光体和渗碳体。2.内部因素钢材的相图（PhaseDiagrams）钢材的微观组织随其含碳量和温度条件的变化而不同。常温下建筑钢材主要由铁素体和珠光体组成。碳含量（%）温度（oC）固相界限液相界限渗碳体+珠光体+莱氏体共析点珠光体+渗碳体铁素体铁素体+珠光体钢水渗碳体+钢水奥氏体奥氏体+铁素体奥氏体+钢水低温界线：大约725oC共晶点（为清晰起见，省略掉的）包晶反应奥氏体+渗碳体渗碳体0.8%C2.内部因素

微观缺陷空位弗仑克尔缺陷间隙原子置换大原子置换小原子金属晶体（钢材）结构中的点缺陷

世间任何事都不可能完美无缺，材料（物质）的微观世界也一样。钢材的晶体结构中存在的各种点、线、面、体缺陷。缺陷的影响具有两面性，可能有利也可能有害于钢材的宏观性能。

缺陷是钢材实际强度远低于理论强度的根本原因。2.内部因素

化学成分

案例一：有甲、乙两种不锈钢，乙由甲添加8%的镍元素冶炼得到。二者的主要性能如下表所示。性能指标甲乙冲击韧性中等非常好可焊性受限好热膨胀性中等高耐腐蚀性好非常好耐高低温性差非常好铁磁性有无添加镍从甲到乙，表面上看只是添加了少量镍，实际上这导致了晶体结构的改变。根据上图，你能看出添加镍前后金属晶体结构的不同吗？2.内部因素

案例二：右图描述了含碳量对碳素钢材基本力学性能的影响。你发现了什么规律？请尝试从钢材内部组织的角度解释解释你发现的规律。含碳量与碳素钢材力学性质的相关性2.内部因素氧氮氢碳微量元素4%钢材微量元素歌江晨晖硫磷氧氮均无益磷碳相似增强度塑性韧性皆受损焊接性能亦降低硫损强韧增热脆乏善可陈是氧氮硅锰有益须控量铝钒铌钛有可为微量元素多且繁孰优孰劣勿概论顶钻钢材微量元素歌，预备！读！

加工方式3.外部因素冷轧前冷轧后冷轧辊热轧后热轧前热轧辊热轧加工冷轧加工钢材为什么要经过如上图所示的冷轧、热轧加工？加工前后，钢材的性质发生变化了吗？3.外部因素

冷加工

定义：不利用高温热量而借助外加应力使钢产生塑性变形，从而得到既定外形和尺寸成材的机械加工。

本质：通过改变钢材内部缺陷分布及金相结构，从而改变（良）其性能。

方式冷加工方式冷轧冷弯冷拔冷拉冷冲……既然有冷加工，是不是也有热加工？没错！后面就会提到。冷弯薄壁型钢3.外部因素钢材冷拔示意图

强度

塑性冷加工的“双重效应”

案例：将光圆钢筋通过硬质合金冷拔前冷拔后拔丝模器拔丝模孔进行强力拉拔，钢筋纵向受拉的同时，环向受到挤压。这般虐待之后，钢材的性质变了吗？CDOAσBεO’冷拔后断后伸长率A’A’冷拔后冷拔前断后伸长率A冷拔前3.外部因素

案例（续）：将冷拔之后的钢筋在常温下搁置15～20天（自然时效）或加热至100～200oC并保持约2～3h（人工时效），它受拉的应力—应变曲线又会发生变化。从右图中你有什么发现？钢材经冷加工后，带来了哪些利好？又产生了哪些弊端？CDOAσBεO’时效处理后的断后伸长率A’’A’B’C’D’时效处理后冷拔前断后伸长率A冷加工前故事还没讲完呢……3.外部因素

案例（续）：如果觉得定性分析不好理解或者不过瘾，不妨来看这样一组钢材时效的试验数据。强度（MPa）伸长率抗拉强度伸长率（%）屈强比屈服强度屈强比自然时效时长（d）为什么自然时效需要15～20d，我get到了！经时效作用后，钢材的屈强比增大，意味着什么？3.外部因素

热处理（热加工）“一块顽铁得火中烧，水里淬，一而再，再而三，又烧又淬，千锤百炼，才能炼成钢材。”（杨绛）通过加热和冷却过程改变钢材的微观结构和组织，进而改善其性能。

不同加热和冷却制度的处理方式（如图所示）产生的作用亦不同。

淬火和回火是建筑钢材常用的热处理方法。t钢材热处理制度示意图想当年，俺老孙的火眼金睛就是这么炼成的。OT升温保温淬火退火回火正火T0≥725oC3.外部因素

环境介质

建筑钢材使用环境中的各种介质（如酸、碱、盐等）都会对其性能产生不同程度的影响。案例：将冷拔钢丝置于4种不同介质中，进行腐蚀过程中的疲劳试验。所得结果如右图所示。根据图中的腐蚀疲劳试验结果，你有什么发现？

交变应力循环次数

应力（MPa）空气酸性溶液碱性溶液中性溶液3.外部因素

其他因素

时间、温度、湿度、荷载性质等等都能对钢材的性质造成影响。如6.2.3部分所学，钢材腐蚀就同时受以上各因素的影响。关于钢材腐蚀的下列说法错误的是（