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    第八章






    第一节
    1.钢铁材料的种类
    钢铁材料包括生铁和钢材,是应用最广,产量最大的金属材料,也称为黑色金属材 料.钢及钢材是工农业和国防工业的重要原料,也是建筑工程中主要材料之一. 生铁是铁矿石在高炉内通过焦炭还原而得的铁碳合金.其含 C 量大于 2%,并有较 多 docsou.com,S,P 等杂质.分为炼钢生铁,铸造生铁(简称铸铁) . 钢是用生铁冶炼而成的.将生铁(及废钢)在熔融状态下进行氧化,除去过多的碳 及杂质即得钢液.钢液在氧化过程中,会含有较多 FeO,故在冶炼后期,须加入脱氧剂 (锰铁,硅铁,铝等)进行脱氧,然后才能浇铸成合格的钢锭. 纯铁质软,易加工,但强度低,几乎不能用于工业.生铁抗拉强度低,塑性差,尤 其是炼钢生铁硬而脆,不易加工,更难以使用.铸铁虽可加工,但不能承受冲击及振动 荷载,使用范围有限.钢材则具有良好的物理及机械性能应用范围极其广泛. 2.钢的冶炼方法及对性能的影响 钢的冶炼方法有氧气转炉法,平炉法及电炉法三种.电炉法的质量最好,但成本高, 多用来炼制合金钢.我国建筑钢材主要是用氧气转炉法及平炉法冶炼. 按钢液脱氧程度的不同,碳素钢分为沸腾钢,镇静钢,半镇静钢及特殊镇静钢.合 金钢一般都是镇静钢或特殊镇静钢. 沸腾钢属脱氧不充分的钢,当钢液注入锭模时会有大量CO2逸出呈沸腾状,故名沸 腾钢.镇静钢为脱氧完全的钢,注入锭模时的钢液平静地冷却凝固.半镇静钢介于沸腾 钢与镇静钢之间. 沸腾钢与镇静钢相比,其化学成分有偏析,不均匀,钢锭内残留气泡较多,致密程 度较差,故抗腐蚀性,冲击韧性,塑性及可焊性均较差,只适用于次要结构.但沸腾钢 的钢锭缩孔较小,成品率较高,成本较低.镇静钢质量均匀,机械性能较好,多用于重 要结构以及承受冲击荷载和焊接的结构,如桥梁,高压容器,水电站压力钢管及高压闸 门等. 3.钢的种类 根据国家标准 GB/T13304-91《钢分类》 ,钢按化学成分分为非合金钢,低合金钢及 合金钢三大类.钢中的合金元素(如 Al,B,Mn,Si,Mo,V 等) ,应分别处于国家标 准所规定的界限范围内.
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    将按含碳的多少,钢分为低碳钢(C0.6%). 按其质量分为普通质量钢,优质钢,高级优质钢和特级优质钢. 按其主要性能及使用特性分为结构钢 (包括机械结构用钢及工程结构用钢) 工具钢, , 特殊性能钢及专门用途钢等. 按其加工工艺分为压钢,锻钢及铸钢. 4.建筑钢材的用途 建筑钢材具有优良的机械性能,可焊接,铆接和螺栓连接.用型钢制作的厂房,桥 梁,闸门及高压管道等,安全性强,质量轻,适于大跨度及多,高层结构.用钢筋和混 凝土组成的钢筋混凝土结构,强度高,耐久性好,适用范围广. 现代大,中型水工建筑物,主要是由混凝土,钢筋混凝土及各种钢结构所组成的. 钢材的生产条件严格,质量均匀,性能可靠,对工程结构的安全起着决定性作用. 工程中合理使用钢材,严格检验其质量,对保证工程质量具有重要意义.
    第二节
    建筑钢材的力学性能和工艺性能
    钢材在建筑结构中主要是承受拉力,压力,弯曲,冲击等外力作用.施工中还经常 对钢材进行冷弯或焊接等.因此,钢材的力学性能和工艺性能既是设计和施工人员选用 钢材的主要依据,也是生产钢材,控制材质的重要参数. 一,力学性能 建筑钢材的力学性能主要有:抗拉屈服强度 σ s ,抗拉极限强度 σ b ,伸长率 δ ,硬 度和冲击韧性等. (一)抗拉屈服强度( σ s ) 抗拉屈服强度是指钢材在拉力作用下,开始产生塑性变形时的应力.当某些钢材的 屈服点不明显时,可按规定以产生残余应变为 0.2%时的应力作为屈服强度,记为 σ r 0.2 . (二)抗拉极限强度( σ b ) 抗拉极限强度指试件破坏前,应力—应变图上的最大应力值,亦称抗拉强度. 钢材的抗拉屈服强度与极限强度的比值(屈服强度/极限强度)是钢结构和钢筋混凝 土结构中用以选择钢材的一个质量指标.比值小者,结构安全度大,不易因局部超载而 造成破坏;但太小时,钢材的有效利用率小,不经济. (三)伸长率( δ ) 伸长率是钢材拉断后,试件标距长度的伸长量 ΔL 与原标距长L0的比值,即
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    δ=
    式中
    ΔL L1 L0 = × 100% L0 L0
    L1——试件拉断后原标距间的长度. 由于伸长率的大小受试件标距长短的影响,因此,国家标准规定:标准拉伸试验的
    .其伸长率相应被称为 δ 10 或 δ 5 . 标距长度为L0=10d0或 5d0(d0是试件直径) (四)硬 度 硬度是指材料抵抗另一更硬物体压入其表面的能力.钢材的硬度常用压痕的深度或 压痕单位面积上所受压力作为衡量指标. 建筑钢材常用的硬度指标是布氏硬度.其测定原理是用一定直径的钢球或硬质合金 球, 在规定的试验压力作用下压入试样表面. 经规定的保持时间 (钢铁材料保持 10~15s) 后,测量试样表面的压痕直径,如图 8-1 所示,试验压力除以压痕球形表面积所得之商, 即为布氏硬度.计算公式为: 布氏硬度= 0.102

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