第2章建筑金属材料.ppt

第2章建筑金属材料
材料综合选用
本章学****指导
常见问题及解答
历史回顾
钢材的定义和分类
建筑钢材的主要技术性能
钢材的组成结构及对性能的影响
钢材的加工与处理
土木工程常用金属材料的性质及应用
钢材的腐蚀与防护
创新能力培养
练****题
本章学****指导
本章共6个知识点。本章的教学目标是:
⑴了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系;
⑵熟练掌握建筑钢材的力学性能(包括强度、弹性及塑性变形,耐疲劳性)的意义,测定方法及影响因素;
⑶熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法;
⑷掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。
本章的难点是钢材的塑性、韧性、耐疲劳性,以及微量组分对钢材性能的影响。建议在学****中需联系钢材的组成结构分析其性能,来理解其应用。还需说明的是,除钢材外,铝合金近年迅速发展,对其在土木工程中的应用亦应有所了解。建议课内学时数为5学时,课外学时2学时。
历史回顾
广州海珠桥的钢材
广州海珠桥已经“年逾七旬”,但其使用的钢材预计已有百年历史。 2004年,提供建造海珠桥钢材的英国企业向广州市政部门发来传真,提醒有关部门注意,这些钢材是从当时英国的一座旧钢桥上拆卸下来的,所以就其寿命计算,海珠桥使用的钢材预计已有百年历史,已经进入疲劳期,继续使用则需进行疲劳强度的测试,并根据测试结果进行加固等。
基础知识
钢材的定义分类
以铁为主要元素,含碳量一般在2%以下,并含有其他元素的合金材料。
%。
1. 按化学成分分类
2. 按品质(杂质含量)分类
3. 按冶炼时脱氧程度分类
1. 按化学成分分类
1. 碳素钢 低碳钢:含碳量< % 中碳钢:%~% 高碳钢:含碳量> % 2. 合金钢 低合金钢:合金元素总含量< % 中合金钢:%~10% 高合金钢:合金元素总含量> 10%
建筑工程中,钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢,主要使用非合金钢中的低碳钢,及低合金钢加工成的产品。合金钢亦有少量应用。
2. 按主要质量等级和主要性能或使用特性分类
(1)非合金钢:普通质量、优质和特殊质量。
(2)低合金钢:普通质量、优质和特殊质量。
(3)合金钢:优质和特殊质量。
3. 按冶炼时脱氧程度分类
(1) 沸腾钢
炼钢时脱氧不充分,钢液中还有较多金属氧化物,浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度,其中的碳会与金属氧化物发生反应,生成大量一氧化碳气体外逸,引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢,其代号为“F”。其冲击韧性和可焊性较差。
(2)镇静钢
炼钢时脱氧充分,钢液中金属氧化物很少,在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固,这种钢称为镇静钢,其代号为“Z”。
(3)半镇静钢
指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材,其代号为“b”。(基本取消)
(4)特殊镇静钢
比镇静钢脱氧程度更彻底的钢,故称为特殊镇静钢,代号为“TZ”。特殊镇静钢的质量最好,适用于特别重要的结构工程。
观察与讨论
讨论
A
B
钢材的定义和分类
钢材的冶炼脱氧程度与性能
下图为沸腾钢(图A)与镇静钢(图B)两钢锭的纵剖面,请观察其结构差别,讨论其性能差异。
讨论
从图中可见,沸腾钢的气泡明显多于镇静钢,沸腾钢是脱氧不完全的钢,浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体外逸,引起钢液剧烈沸腾。沸腾钢内部杂质和夹杂物多,化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差,但生产成本低,可用于一般建筑结构。而镇静钢是指在浇铸时,钢液平静地冷却凝固,基本无一氧化碳气体产生,是脱氧较完全的钢。钢质均匀密实,品质好,但成本高。镇静钢可用于承受冲击荷载的重要结构。 此外,还有比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢,其质量最好,称特殊镇静钢,其使用于特别重要的结构工程。脱氧程度与质量介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,称为半镇静钢,其质量较好。
钢材的定义和分类
工程实例分析
现象
原因分析
某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成,使用一段时间后,屋架坍塌。
钢材的定义和分类