《道路建筑材料》（第2版） 课件 8-2 第一节 钢材的生产组成与结

2024/2/12RoadConstructionMaterials1第八章建筑钢材(Buildingsteels)2024/2/12RoadConstructionMaterials2本章要求1.了解钢材的生产与分类。2.了解钢材的组成与结构。3.掌握建筑钢材的技术性质和常用钢材。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials3概述一、钢材的基本概念

二、钢材的主要特点第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials4

一、钢材的基本概念钢与生铁的区分：钢：生铁：含碳量小于2.06％的铁碳合金含碳量大于2.06％的铁碳合金含碳量的大小Fe+C考考你！第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials5土木工程钢材土木工程钢材是指用于钢结构的各种型钢、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials6二、钢材的特点**1-优点：强度高；材质均匀，性能可靠；具有一定的塑性和韧性；具有承受冲击和振动荷载的能力；便于装配：焊接、铆接或螺栓连接。耐久性差、易锈蚀；维修费用大；耐火性差。2-缺点：第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials7举例：美国世贸大厦倒塌原因简析美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌，给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。1-钢材耐火性差；2-“多米诺”骨牌效应。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials8第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials9第一节钢材的生产、组成与结构4生产分类组织结构化学元素影响2024/2/12RoadConstructionMaterials10一、生产压力加工铸锭冶炼铁矿石第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials112024/2/12RoadConstructionMaterials122024/2/12RoadConstructionMaterials13（一）冶炼1、目的生铁冶炼，碳含量降低到预定范围其它杂质含量降低到允许范围。(smelt)第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials142、钢主要用三种冶炼方法转炉炼钢法平炉炼钢法电炉炼钢法第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials15（1）转炉炼钢法以熔融铁水为原料，不需燃料，由转炉底部或侧面吹入高压空气进行冶炼，称为空气转炉法。若采用纯氧气代替空气冶炼，称为氧气转炉法。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials16（2）平炉炼钢法它是以固体或液体生铁、铁矿或废钢为原料，用煤气或重油作燃料，杂质是靠铁矿石、废钢中的氧或吹入的氧起氧化作用而除去。逐步淘汰。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials17（3）电炉炼钢法原料主要是废钢及生铁，用电热进行高温冶炼。热源是高压电弧，熔炼温度高，温度可自由调节，清除杂质容易。电炉钢的质量最好。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials18（二）铸锭铸锭：冶炼后的钢水一般要注入锭模，浇铸成柱状的钢锭(坯)供加工使用。化学偏析**：在铸锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中的溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀。硫、磷偏析最为严重，偏析对钢的质量有很大的影响。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials19

脱氧处理熔炼过程中部分氧化铁残留在钢水中，降低钢材质量。由于脱氧方法不同，钢的内部状态和性能也就不同。沸腾钢镇静钢半镇静钢(半脱氧钢)第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials20（1）沸腾钢概念：仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧，脱氧不完全。钢水中残存的FeO与C化合生成CO，在注锭时有大量气泡外逸，状似水沸。特点：组织不够致密，气泡含量较多，化学偏析较大，质量较差；成品率高、成本低。应用：在一般建筑结构中应用较广泛。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials21（2）镇静钢概念：用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻底脱氧。脱氧充分，注锭时钢水平静凝固。特点：组织致密，成分均匀，性能稳定，质量较好，但在凝固时头部会产生收缩孔，加工时必须除去，钢产率降低，成本较高。应用：适于承受振动冲击荷载或重要焊接钢结构。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials22（3）半镇静钢概念：指在脱氧程度上介于镇静钢和沸腾钢两者之间、浇铸时有沸腾现象但较沸腾钢弱的钢。特点：半镇静钢的钢锭结构、成本和收得率也介于沸腾钢和镇静钢之间，只是在冶炼操作上较难掌握。

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（三）压力加工目的：铸锭中往往出现偏析、缩孔、气泡及组织不致密等缺陷，钢材需经过压力加工后使部分气泡得到闭合，部分缺陷得以消除。热加工：将钢锭加热至一定的温度使钢锭呈塑性状态，施加压力使其改变形状。热加工不仅获得要求的形状，也克服了许多缺陷，提高钢的强度和质量，一般加工次数越多，强度提高越大；冷加工：是指在常温下进行的压力加工。如冷拉、冷拔等。

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二、钢材的分类1-按化学成分分类；2-按生产方法分类；3-按用途分类；4-按质量等级分。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials251、按化学成分分类**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％合金总含量＜5%5%～10％＞10％第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials262、按品质（杂质含量）分类（1）普通钢（2）优质钢（3）高级优质钢（4）特级优质钢S≤0.045％～0.050％≤0.035％≤0.025％≤0.015％P≤0.045％≤0.035％≤0.025％0.025％第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials273、按生产方法分类*钢转炉钢沸腾钢电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半镇静钢镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials284、按用途分*砼结构用钢：型钢钢板钢管钢筋钢丝钢绞线钢结构用钢：第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials29三、微观组成结构钢是一种多晶体材料。晶体具有各向异性，而多晶体则为各向同性。钢宏观力学性能由其内部晶体结构和化学成分决定。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials30钢材的基本晶体组织铁和碳原子结合有三种基本形式：1-固溶体：铁为溶剂，碳为溶质所形成的固体溶液；2-化合物：铁和碳化合成碳化三铁(Fe3C)；3-机械混合物：固溶体与化合物混合而成的。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials31钢的组织钢的组织：由上述单一或多个形式构成具有一定形态的聚合体。在显微镜下能观察到它们的微观形貌图象，故也称显微组织。铁素体渗碳体珠光体奥氏体第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials32①铁素体针状和块状铁素体（100倍）铁素体系碳在α-Fe（体心）中的固溶体，由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02％），塑性、韧性好；但强度、硬度低。α-Fe、γ-Fe是铁在不同温度下形成同素异晶体第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials33②渗碳体渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C

；其含碳量高达6.67％，晶体结构复杂；塑性差，性硬脆，抗拉强度低。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials34③珠光体片状珠光体（1000倍）珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8％)，层状结构。塑性较好，强度和硬度较高。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials35④奥氏体奥氏体为碳在γ-Fe（面心）中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量达2.06％，低温下降至0.8％。强度、硬度不高，但塑性好。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials36四、钢材的成分对性能的影响

一类能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的有害元素（杂质），主要有氧、硫、氮、磷等。简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程。第八章建筑钢材化学元素对钢材性能的影响化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）<1%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅（Si）>1%↑<1%↑↓↓↓↓冷脆性↑锰（Mn）↑↑↑↑脱氧、硫剂钛（Ti）↑↑↑↓↑时效↓强脱氧剂钒（V)↑↑时效↓磷（P）↑↑↓↓↓偏析、冷脆↑↑氮（N）↑↑↓↓↓↓冷脆性↑硫（S）↑↓↓氧（O）↑↓↓时效↑2024/2/12RoadConstructionMaterials38合金元素：硅、锰、钛、钒当硅含量小于1％时，可提高钢材的强度，对塑性、韧性影响不大；锰一般含量在1％～2％之间，除强化外，能消弱硫和氧引起的热脆性，且改善钢材的热加工性；硅、锰是我国低合金钢的主要合金元素；钛是强脱氧剂，钒、铌是碳化物和氮化物的形成元素，三者皆能细化晶粒，增加强度，在建筑常用的低合金钢中，三者为常用合金元素。第八章建筑钢材2024/2/12RoadConstructionMaterials39杂质元素：磷、氮、硫、氧