大学课程《建筑材料》PPT教学课件：第8章 金属材料（提交）.pptxVIP

第8章金属材料;钢

理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。

含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。

钢的特点

钢材的强度较高，抗压和抗拉能力都很强，具有良好的塑性和韧性，具有经受冲击和振动荷载的能力，可以进行焊接或铆接，便于装配；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。;1、钢的冶炼

钢由生铁冶炼而成。

钢的冶炼将生铁在熔融状态下进行氧化，将含碳量降低到2.06%以下，使磷、硫等其他杂质也减少到某一规定数值，再加入脱氧剂（锰铁、硅铁、铝等）进行脱氧冶炼而成的。

生铁是将将铁矿石、焦碳及熔剂（石灰石）在炼铁炉中，经高温冶炼，铁矿石内氧化铁还原成碳铁合金，其中碳的含量为2.06%~6.67%，磷、硫等杂质的含量也较高。;常用的炼钢方法

（1）转炉炼钢法

转炉炼钢法又分空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法两种。

空气转炉法：由转炉底部或侧面吹入高压热空气至熔融状态的铁水中，铁水中的杂质与空气中的氧起氧化作用而被除去。

空气转炉法已淘汰，逐渐被氧气转炉法所取代。;氧气转炉法：以纯氧代替空气吹入炼钢炉内铁水中，克服了空气转炉法的一些缺点，能有效地除去磷、硫等杂质，使钢的质量显著提高，可以炼制优质的碳素钢和合金钢。

氧气转炉法是现代炼钢的主流方法。

;（2）平炉炼钢法

平炉钢的冶炼：以固体或液体生铁、废钢铁或铁矿石作原料，用煤气或重油为燃料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而除去。

平炉熔炼时间长，有利于化学成分的精确控制，杂质含量少，成品质量高，可用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。缺点是能耗大、冶炼时间长、成本高。;（3）电炉炼钢法

以生铁和废钢为原料，用电力作能源的冶炼方法。其熔炼温度高，温度可以控制，清除杂质容易彻底。

电炉钢的质量最好，但成本高。它适合产冶炼优质特殊质量的特种钢。;根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为：

沸腾钢（F）：脱氧不完全的钢，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体逸出，引起钢液剧烈沸腾，称为沸腾钢。

此种钢的碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重，钢的致密程度较差，故冲击韧性和焊接性能较差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。

沸腾钢成本低，被广泛应用于建筑结构。

其代号为“F”。;镇静钢（Z）：浇铸时，钢液平静地冷却凝固，是脱氧较完全的钢。

镇静钢钢锭的组织致密度大，气泡少，偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优越，用于承受冲击荷载或其他重要结构。

代号为“Z”。

半镇静钢（b）：指脱氧程度和质量介于沸腾钢和镇静钢之间的钢。

其质量较好。

代号为“b”。;2、钢的化学成分;②锰（Mn）：

锰加入钢中起脱氧和去硫作用，加入锰能显著提高钢材的强度和硬度，消除钢的热脆性，改善热加工性，几乎不降低塑性和韧性。

但含锰量大于1.0％时，将降低钢的塑性、韧性和可焊性。;③硅（Si）：

炼钢时为了脱氧去硫而加入硅，少量的硅对钢是有益的。

当含硅量小于1%时，能显著提高钢的强度，对塑性和韧性影响不大，还可提高抗腐蚀能力，改善钢的质量。

当硅含量大于1%时，可焊性变差，冷脆性增加。;④硫（S）：

硫也是钢中的有害元素。硫使钢材在热加工过程中引起断裂，形成热脆现象，称为热脆性，硫将大大降低钢的热加工性、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。

硫是极有害的杂质，含量应严格控制，一般不得超过0.065%。

⑤磷（P）：

磷是钢中的有害元素。对钢材起强化作用，可使钢的屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性显著降低，特别在低温下的增大钢的冷脆性，并降低可焊性。

磷的含量应严格控制，一般不超过0.085%。;⑥氧（O）：

氧常以FeO的形式存在于钢中，它将降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能以及强度，并显著降低疲劳强度，增加热脆性。

氧是钢中有害杂质，在钢中其一般不得超过0.05%。但氧有促进时效性的作用。

⑦氮（N）：

氮虽可以提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度，但使塑性，特别是韧性显著下降，并增大钢的时效敏感性和冷脆性，降低焊接性能，冷弯性能。

故钢的含氮量不应超过0.008％。;⑧钛（Ti）、钒（V）：

都是较强的脱氧剂。是加入钢中的合金元素，可改善组织结构，使晶体细化，显著提高钢的强度，改善钢的韧性。

;（1）拉伸性能

拉伸是钢材的主要受力形式。拉伸性能用拉伸强度表示，它是钢材性能和选用钢材的重要指标。

拉伸强度由拉伸试验测出。;软钢拉伸发展的全过程可分为四个阶段：

（Ⅰ）弹性阶段（Ⅱ）屈服阶段（Ⅲ）强化阶段（Ⅳ）颈缩阶段。每个阶段都各有其特点。;图8-2中的B上点是这一阶段的最高点，称为屈服上限（σs上）；B下点相应的应力称为屈服下限（σs下），又称屈服点或屈服强度，用σs表示。

伸长率δ;伸长率δ是衡量钢材塑性的一个指标，它的数值愈大，表示