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6 建筑钢材
钢材的分类
建筑钢材的技术性质
钢材的冷加工及时效
建筑中常用的钢种
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钢材的分类
按化学成分分类
钢的基本元素是铁,普通碳素钢中纯铁约占 99%,其它有碳、硅等。为了改善钢的性质,在钢中适当加入锰、硅、铬、钛等金属,这种钢称为合金钢。
(1)碳素钢根据含碳量可分为:
低碳钢含碳量<%;
~%;
高碳钢含碳量>%。
(2)合金钢按掺入合金元素量分为:
低合金钢合金元素总含量< 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> 10% 。
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钢材的分类
按钢材的质量等级分类
钢材的质量等级,是对硫、磷有害杂质限制不同,可分为:
普通碳素钢含硫量≤~%,含磷量≤~%;
优质碳素钢含硫量≤ ~%,含磷量≤~%;
高级优质钢含硫量≤ ~%, 含磷量≤~%。
按用途分类
  结构钢主要用于建筑工程中的钢结构和钢筋混凝土结构;
 工具钢一般用于各种切削工具、量具、模具等工具的生产;
特殊性能钢具有各种特殊性质的钢。如不锈钢、磁钢、耐热钢;
目前, 在建筑工程中常用普通碳素结构钢和普通低合金结构钢。
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钢材的分类
按脱氧程度分类
钢材在冶炼过程中,不可避免地产生部分氧化物并残留在钢水中,降低了钢的质量,根据脱去氧化物的程度,可分为:
1. 沸腾钢含氧量较高,气泡从钢液中冒出呈沸腾状,故称沸腾钢。沸腾钢中碳和有害杂质(硫、磷等)的偏析(即钢锭截面上的化学成分分布不均匀)较严重,因此冲击韧性和可焊性差;
2. 镇静钢脱氧充分,钢水浇入锭模后平静的冷却和凝固,无沸腾现象。其化学成分均匀,组织致密,质量较好,但成本较高;
、质量、性质及成本介于上述两者之间;
,成本高于镇静钢建筑工程中,常用的钢材主要是沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。
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钢材的分类
按冶炼方法分类
钢和铁的主要成分是铁和碳,含碳量≥2%为生铁,含碳量≤2%为钢。根据冶炼方法,钢材可分为:
1. 转炉钢分空气转炉钢和氧气转炉钢。前者是以熔融的铁水为原料,由转炉底部或侧面吹入高压空气,因空气中含有氮、氢等杂质,一般只用于生产小型角钢或钢筋;后者是由转炉顶部吹入纯氧(%),其冶炼时间短(25~45min),杂质含量少,用于生产优质碳素钢和合金钢。
2. 平炉钢是以固体或液体生铁、废钢铁和适量铁矿石为原料,以煤气或重油为燃料,使杂质氧化而被除去。该方法冶炼时间长(4~12h),清除杂质较彻底,但需燃料能耗高,正逐渐被淘汰。
3. 电炉钢用电热进行高温冶炼的钢。其质量最好,可用于生产优质碳素钢和特殊合金钢。
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建筑钢材的技术性质
建筑钢材作为主要的受力结构材料,其技术性质包括两个方面:力学性质和工艺性质,钢材在外力作用下表现出来的性质称为力学性质;钢材在加工过程中表现出来的性质称为工艺性质。
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力学性质
1. 抗拉性质
以低碳钢拉伸试验为例,,从开始受力至拉断可分为以下四个阶段:
弹性阶段(Ⅰ) OA段是一条直线,为弹性变形阶段。A点对应的应力值称为弹性极限,用σp 表示,应力与应变的比值为一常数,称为弹性模量,用E表示,弹性模量是评定钢材弹性的指标;
屈服阶段(Ⅱ) AB段为屈服阶段。此时应变迅速增长,材料暂时失去了抵抗变形的能力,这种现象称为屈服,一般取波动应力的最低值B下作为材料的屈服强度(又称屈服点),用σs 表示。
对于在屈服现象不明显的钢材(),如高碳钢,%塑性应变对应的应力值作为屈服强度,。
屈服强度是建筑设计中强度取值依据。
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力学性质
1. 抗拉性质
强化阶段(Ⅲ) BC为强化阶段。该阶段钢料恢复了变形抵抗力,强度提高,最高点C对应的应力称为强度极限,又称抗拉强度,用σb表示。
屈服强度与抗拉强度的比值称屈强比,是评价钢材安全可靠性和强度利用率的参数,~。
颈缩阶段(Ⅳ) CD为颈缩阶段。试件薄弱处的断面迅速缩小,塑性变形急剧增加,产生颈缩现象并很快断裂,。
伸长率是试件变形长度与原长的比率,是评定钢材塑性的指标。
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