建筑材料 钢材应用技术(精品).ppt
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1、项目七:钢材的使用技术项目七:钢材的使用技术情景一:钢材的基础知识情景一:钢材的基础知识情景二:钢材的使用技术情景二:钢材的使用技术情景三:钢材的检测情景三:钢材的检测化学化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
2、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,故称钢水呈沸腾状,故称沸腾钢沸腾钢,代号为,代号为“。沸腾钢组织不够致密,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
3、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,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“TZ”TZ”。普通刚普通刚优质钢优质钢高级优质钢高级优质
4、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%。情景情景1:钢材的基础知识:钢材的基础知识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、
5、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(MPaMPa )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
6、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
7、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
8、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
9、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。情景情景1:钢材的基础知识:钢材的基础知识1 1、衡量钢材
10、塑性的一个重要指标衡量钢材塑性的一个重要指标;2 2、越大,说明钢材的塑性越好,而一定的塑性变形能力,越大,说明钢材的塑性越好,而一定的塑性变形能力,可保证应力重新分布,避免应力集中,从而钢材用于结构的可保证应力重新分布,避免应力集中,从而钢材用于结构的安全性大。安全性大。提示:提示:由于在塑性变形时由于在塑性变形时颈缩处颈缩处的伸长较大,故当原始标距与试件的伸长较大,故当原始标距与试件的直径之比愈大,则颈缩处伸长中的比重愈小,因而计算的的直径之比愈大,则颈缩处伸长中的比重愈小,因而计算的伸长率会小些。通常以伸长率会小些。通常以55和和1010分别表示分别表示L0=5dL0=5d和和 L0=1
11、0dL0=10d(为试件直径)时的伸长率。(为试件直径)时的伸长率。对同一种钢材,对同一种钢材,55应大于应大于1010。情景情景1:钢材的基础知识:钢材的基础知识弹性阶段:弹性阶段:弹性阶段:弹性阶段:E=E=E=E=/抵抗变形的能力,计算变形的重要指标抵抗变形的能力,计算变形的重要指标抵抗变形的能力,计算变形的重要指标抵抗变形的能力,计算变形的重要指标 当当 一定时,一定时,E E增大,增大,减小减小 当当 一定时,一定时,E E增大,增大,减小减小屈服阶段:屈服阶段:屈服阶段:屈服阶段:S S S S 钢材强度取值的依据,结构设计的重要指标钢材强度取值的依据,结构设计的重要指标钢材强度取
12、值的依据,结构设计的重要指标钢材强度取值的依据,结构设计的重要指标强化阶段:强化阶段:强化阶段:强化阶段:b b b b抗裂度计算的依据,变形验算的重要指标抗裂度计算的依据,变形验算的重要指标抗裂度计算的依据,变形验算的重要指标抗裂度计算的依据,变形验算的重要指标S/bS/bS/bS/b利用率利用率利用率利用率,安全可结性安全可结性安全可结性安全可结性规范规范规定:规定:bb实测实测/SS实测实测1.25 1.25 SS实测实测/fyk1.3/fyk1.3颈缩阶段:颈缩阶段:颈缩阶段:颈缩阶段:衡量钢材塑性的重要指标衡量钢材塑性的重要指标衡量钢材塑性的重要指标衡量钢材塑性的重要指标 ,塑性,塑
13、性,塑性,塑性 小小 结结情景情景1:钢材的基础知识:钢材的基础知识拉伸性能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冲击韧冲击韧 性性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件,于刻槽处将试验确定的。以摆锤打击试件,于刻槽处将其打断,试件单位截面积上所消耗的功,即其打断,试件单位截面积上所消耗的功,即为钢材的冲击韧性指标,用冲击韧性为钢材的冲击韧性指标,用冲击韧性akak(/cm2/cm2)表示。)表示。akak值愈大,冲击韧性愈好。值愈大,冲击韧性
14、愈好。影响冲击韧度的因素影响冲击韧度的因素(1 1)钢中的)钢中的P P、S S含量较高,会降低冲击韧度。含量较高,会降低冲击韧度。(2 2)夹杂物以及焊接中形成的微裂纹会降低冲击韧度。)夹杂物以及焊接中形成的微裂纹会降低冲击韧度。(3 3)钢的冲击韧度还受温度的影响。)钢的冲击韧度还受温度的影响。(4 4)因时效作用,冲击性还将随时间的延长而下降。)因时效作用,冲击性还将随时间的延长而下降。时效敏感性越大钢材,经过时效后冲击韧度的降低就越显著。时效敏感性越大钢材,经过时效后冲击韧度的降低就越显著。为了保证安全,对于承受动荷载的重要结构,应当选时效性为了保证安全,对于承受动荷载的重要结构,应当
15、选时效性敏感性小的钢材。敏感性小的钢材。情景情景2:钢材的使用技术:钢材的使用技术拉伸性能拉伸性能冲击性能冲击性能疲劳性能硬硬 度度力学力学性能性能在反复荷载作用下的结构构件,钢材往往在应在反复荷载作用下的结构构件,钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂,这种现象称为力远小于抗拉强度时发生断裂,这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示,它是指疲劳试验中,试件在交变极限来表示,它是指疲劳试验中,试件在交变应力作用下,于规定的周期基数内不发生断裂应力作用下,于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。所能承受的最大应力。影响疲劳性能
16、的因素影响疲劳性能的因素:(1)钢材的内部成分偏析。)钢材的内部成分偏析。(2)内部夹杂物的多少。)内部夹杂物的多少。(3)最大应力处的表面粗糙度、加工损伤等)最大应力处的表面粗糙度、加工损伤等拉伸性能拉伸性能冲击性能冲击性能疲劳性能疲劳性能硬 度钢材的硬度是指其表面局部体积内抵抗外物钢材的硬度是指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。压入产生塑性变形的能力。情景情景2:钢材的使用技术:钢材的使用技术工艺工艺性能性能冷弯性能焊接性能钢材的冷钢材的冷加工加工冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力,是钢材的重要工艺性能。的能力,是钢材的重要工艺性能
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