钢材的化学成分及分类.pptx

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1、钢材的化学成分及分类钢材的化学成分及分类金属材料种类金属材料种类很多，通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。金属材料种类黑色金属指铁、锰、铬及它们的合金，如生铁、铁合金、铸铁、钢、金属锰、金属铬等。有色金属除黑色金属外的金属和合金，如铜、铝、锡、铅、锌以及黄铜、青铜、白铜、铝合金和轴承合金等。另外，在工业上还采用镍、钼、钴、钒、钨、钛等金属作合金化元素，以改善金属性能，其中钨、钴多用于硬质合金的制造。钢材的化学成分钢是以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。钢材的化学成分目前在钢材中常用的合金元素有：有益合金元素：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，铝（Al）

2、，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。有害元素：磷（P），硫（S）,氮（N），氧（O）,氢（H）等。钢材的化学成分有益合金元素铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。钢材的化学成分有益合金元素锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.300.50%。较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能钢材的化学成分有益合金元素镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温

3、下有防锈和耐热能力。钢材的化学成分有益合金元素硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，但硅量增加，会降低钢的焊接性能。什么是屈服点呢？拉伸性能冲击性能冲击性能疲劳性能疲劳性能硬硬 度度力学力学性能性能将低碳钢（软钢）制成标准试件，放在万能实验机上进行拉伸试验，可以绘出下图所示的应力应变关系曲线。4个个4-4个阶段、个阶段、4个指标、个指标、4个性能、个性能、4个意义个意义低碳钢受拉至拉断，经历了四个阶段；弹性阶段（弹性阶段（OAOA）屈服阶段（屈服阶段（ABAB）强化阶段（强化阶段（BCBC）颈缩阶段（颈缩阶段（CDCD）意义：弹性模量反映钢

4、材抵抗弹性变形的能力，是钢材在受力条件意义：弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。下计算结构变形的重要指标。E=E=/,E ,E 弹性模量，单位（弹性模量，单位（MPa MPa ）弹性极限，即弹性极限，即A A点对应的应力点对应的应力应变应变特点：特点：OAOA段是一条直线，应力和应变成正比，当撤去外力应变消失，段是一条直线，应力和应变成正比，当撤去外力应变消失，说明此变形是弹性变形。说明此变形是弹性变形。意义：钢材受力大于屈服点后，会出现较大的塑性变形，已不能意义：钢材受力大于屈服点后，会出现较大的塑性变形，已不能满足使用要求，因此屈服强度是设计中钢材

5、强度取值的依据，是工满足使用要求，因此屈服强度是设计中钢材强度取值的依据，是工程结构计算中重要的参数。程结构计算中重要的参数。AB：应力、应变不在成正比关系，开始出现塑性变形。应力增：应力、应变不在成正比关系，开始出现塑性变形。应力增长滞后于应变的增长。钢材似乎不能承受外力而屈服。长滞后于应变的增长。钢材似乎不能承受外力而屈服。s屈服强度，与屈服强度，与B下点（此点较稳定，易测定）对应的应力。下点（此点较稳定，易测定）对应的应力。设计时一般以设计时一般以 s作为强度取值的依据。作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，对屈服现象不明显的钢材，规定以规定以0.2残余变形时的应力残余变形时的应力

6、 0.2作为屈服强度。作为屈服强度。特点：经过塑性变形后，钢材内部组织中的晶格发生了畸变，阻止了晶格进一特点：经过塑性变形后，钢材内部组织中的晶格发生了畸变，阻止了晶格进一 步滑移，钢材得到强化，所以钢材抵抗塑性变形的能力又重新提高。步滑移，钢材得到强化，所以钢材抵抗塑性变形的能力又重新提高。b：抗拉强度，对应于最高点：抗拉强度，对应于最高点C的应力值。的应力值。意义意义:1、屈强比、屈强比=s/b：屈强比越小，其结构安全可靠程度越高，但屈服比过小，：屈强比越小，其结构安全可靠程度越高，但屈服比过小，又说明钢材强度的利用率偏低造成钢材的浪费。又说明钢材强度的利用率偏低造成钢材的浪费。规范规范规

7、定：规定：b实测实测/S实测实测1.25,S实测实测/fyk1.32、即将拉断时所能承受的最大拉力、即将拉断时所能承受的最大拉力3、即将断裂时所能承受的最大应力、即将断裂时所能承受的最大应力应用：工地现场调直、冷加工（如冷拉，冷拔或冷轧）应用：工地现场调直、冷加工（如冷拉，冷拔或冷轧）特点：特点：抵抗变形的能力明显降低，抵抗变形的能力明显降低，变形迅速发展，应力逐渐下降，试件变形迅速发展，应力逐渐下降，试件被拉长，在有杂质或缺陷处断面急剧被拉长，在有杂质或缺陷处断面急剧缩小，直至断裂。缩小，直至断裂。伸长率：伸长率：图中当曲线到达点后，试图中当曲线到达点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增件

8、薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生加，产生“颈缩现象颈缩现象”而断裂。量出而断裂。量出拉断后标距部分的长度拉断后标距部分的长度LlLl，标距的伸，标距的伸长值与原始标距长值与原始标距L0L0的的百分率称为伸长百分率称为伸长率。即率。即=(L1-L0)/L0=(L1-L0)/L0100%100%伸长率伸长率表征了钢材的塑性变形能力。表征了钢材的塑性变形能力。钢材的化学成分有益合金元素铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。钢材的化学成分有益合金元素钒(V)：钒是钢的优良脱

9、氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。钢材的化学成分有益合金元素钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低冷脆性，改善焊接性能。钢材的化学成分有害元素磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。钢材的化学成分有害元素硫（S）：硫使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。但在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。钢材的化学成分有害元素氮(N):氮虽能提高钢的强

10、度，但会使钢材的塑性特别韧性显著下降，氮还会加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，使可焊性变差。经过冷加工的钢材在常温下放置，随着时间延长，钢材呈现出强度提高，而塑形和冲击韧性下降的现象称为钢材的时效。所谓时效敏感性：因时效作用导致钢材性能改变的程度。一般，钢材的机械强度提高，而塑性和韧性降低。什么是时效敏感性呢？钢材的化学成分有害元素氧（O）：氧在钢材中大都以氧化物的形式存在，使钢材的强度、塑性和韧性下降。氧的存在还使钢材的热塑性增加，焊接性能变差。钢材的化学成分有害元素氢（H）：氢以原子的状态溶于钢材中，会产生圆圈状的断裂面，即白点使钢材性能变差。有白点的钢材一般不能用于结构工程。钢材的分类化学化

11、学成分成分碳素钢碳素钢合金钢合金钢低合金钢（合金元素总含量小于）中合金钢（合金元素总含量为10）高合金钢（合金元素总含量大于10）。低碳钢（含碳量小于0.25）中碳钢（含碳量为0.250.60）高碳钢（含碳量大于0.60）脱氧脱氧成度成度沸腾钢沸腾钢F F镇静钢镇静钢Z Z半镇静钢半镇静钢b b特殊镇静钢特殊镇静钢TZTZ有害有害杂质杂质炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时，会有不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的气体从钢水中外逸，引起大量的气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“。沸腾钢组

12、织不够致密，成分。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，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，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。故被广泛用于一般建筑工程。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭用。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，代号为模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“”。镇静钢虽成本较高，但其组。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质织致密，成分均匀，性能稳定

13、，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。结构工程。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为为质量较好的钢，其代号为“”。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，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故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为构工程，代号为“TZTZ”。普通刚普通刚优质钢优质钢高级优质钢高级优质钢特级优质钢特级优质钢磷含量不大于磷含量不大于0.045；硫含量不大于；硫含量不大于0.050%。磷含量不大于磷含量不大于0.035%；硫含量不大于；硫含量不大于0.035%。磷含量不大于磷含量不大于0.025%；硫含量不大于；硫含量不大于0.015%。磷含量不大于磷含量不大于0.025%；硫含量不大于；硫含量不大于0.015%。Thanks!Thanks!