《建筑材料》课件-钢材的冶炼和分类

建筑材料钢的冶炼和分类1、钢的冶炼2、钢的分类

金属材料：是一种或两种以上的金属元素与某些非金属元素组成的合金的总称。

金属材料的特征为：不透明、有光泽、密度大、导热性和导电性好，常温下为固态结晶体；强度高、弹性模量大、组织均匀密实、可焊、可铆、易于加工、便于装配和机械化施工。

金属材料分为：黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是以铁元素为主的铁金属及其合金，如钢、铁；有色金属是除黑色金属以外的其他金属，如铝、铜、金、银等。

工程建设中使用的各种钢材都统称建筑钢材，包括钢结构用的各种型钢、钢板、钢筋混凝土用的各种钢筋、钢丝和钢绞线。此外，门窗和建筑五金等也使用大量的钢材。钢材是在严格的技术控制条件下生产的材料，建筑钢材已成为最重要的建筑结构材料之一。

1、钢的冶炼

炼钢的目的就是把熔融的生铁进行加工，使其碳的含量降到2%以下，其他杂质的含量也控制在规定允许范围之内。根据炼钢设备的不同，目前国内炼钢方法主要有平炉炼钢法、氧气转炉炼钢法和电弧炉炼钢法三种。（1）平炉炼钢法。利用火焰的氧化作用除去杂质。平炉钢质量较好，但能耗高，生产效率低，成本高。（2）氧气转炉炼钢法。氧气转炉炼钢法已经成为现代炼钢的主要方法。根据风口位置的不同，分底吹、顶吹、侧吹三种；根据所鼓风的不同分空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法。（3）电弧炉炼钢法。电炉分电弧炉、感应炉、电渣炉三种，利用电热进行高温冶炼，温度易控制，钢的质量最好，但成本高，多炼制合金钢。电炉也分酸性和碱性两种。

1、钢的分类（1）按化学成分分类1）碳素钢：含碳量为0.02%～2.06%。主要含有Fe，其次是C，也称铁碳合金或碳钢。还有少量的硅、锰、磷、硫、氧、氮等。根据含碳量的不同，碳素钢又分为三种：

低碳钢，含碳量小于0.25%；

中碳钢，含碳量为0.25%-0.6%；

高碳钢，含碳量大于0.6%。

其中低碳钢在建筑工程中应用最多。2）合金钢：

指在炼钢过程中有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有硅、锰、钛、钒、铌、铬等一种或多种合金元素。

目的：改善钢的性能或使其获得某些特殊性能。

按合金元素总含量的不同，合金钢可以分为：

低合金钢，合金元素总含量小于5%；

中合金钢，合金元素总含量为5%～10%；

高合金钢，合金元素总含量大于10%。

其中低合金钢为建筑工程中常用的主要钢种。（2）按冶炼方法分类1）氧气转炉钢：是向转炉中烧融的铁水中吹人氧气而制成的钢。向转炉中吹入氧气能有效地降低或去除磷、硫等杂质，而且可避免由空气带人钢中杂质，故质量较好。目前我国多采用此法生产碳素钢和合金钢。2）平炉钢：以固态或液态铁、铁矿石或废钢铁为原料，煤气或重油为燃料，在平炉中炼制的钢称为)平炉钢。平炉钢的冶炼时间长，有足够的时间调整和控制其成分，杂质和气体的去除较彻底，因此钢的质量较好。但因其设备投资大，燃料热效率不高，冶炼时间又长，故成本较高。3）电炉钢：是利用电流效应产生的高温炼制的钢。热效率高，除杂质充分，适合冶炼优质钢和特种钢。（3）按冶炼时脱氧程度分类

冶炼时脱氧程度不同，钢的质量差别很大。1）沸腾钢：是炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，脱氧不完全的钢。

这种钢水浇入锭模时，有大量的CO气体从钢水中外溢，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“F”。

沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低、产量高，所以被广泛用于一般建筑工程。2）镇静钢：

是炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等做脱氧剂，脱氧完全的钢，且同时能起去硫的作用。

这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“Z”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密、成分均匀、性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。3）半镇静钢：

脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“b”。4）特殊镇静钢：

比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构，代号为“TZ”。（4）按有害杂质含量分类

按钢中有害杂质磷（P）和硫（S）的含量多少，钢材可分为：1）普通钢，磷含量不大于0.045%，硫含量不大于0.050%；2）优质钢，磷含量不大于0.035%，硫含量不大于0.035%；3）高级优质钢，磷含量不大于0.030%，硫含量不大于0.030；4）特级优质钢，磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.020%。（5）按用途分类1）结构钢，主要用作工程结构构件及机械零件的钢；2）工具钢，主要用于各种刀具、量具及模具的钢；3）特殊钢，指具有特殊物理、化学或机械性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。

由于桥梁结构需要承受车辆等荷载的作用，同时需要经受大气因素的考验，对于桥梁