《钢材的基本知识》PPT课件

镇静钢。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“Z”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分 均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土 等重要结构工程。
半镇静钢。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“b”。
二．按冶炼时脱氧程度分类
炼钢时脱氧程度不同，钢的质量差别很大，通常可 分为以下四种： 沸腾钢。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，会有大量的CO气体从钢水中外逸， 引起钢水呈沸腾状 ，故称沸腾钢，代号为“F”。
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，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。
钢的分类
钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭(燃料) 和石灰石(熔剂)等在高炉中经高温熔炼，从铁矿石 中还原出铁而得。生铁的主要成分是铁，但含有较 多的碳以及硫、磷、硅、锰等杂质，杂质使得生铁 的性质硬而脆、塑性很差，抗拉强度很低，使用受 到很大限制。炼钢的目的就是通过生铁在炼钢炉内 的高温氧化作用，减少生铁中碳和硫、磷等杂质含 量，以显著改善其技术性能，提高质量。将生铁中 的含碳量降至2％以下，使磷、硫等杂质含量降至 一定范围内即成为钢。
钢与铁 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。 含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。 含碳量大于2.06％的铁碳合金称为生铁。
钢材的特性
钢材是在严格的技术控制条件下生产的，与非金属 材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性韧性 好、可焊接和铆接等优异性能。钢材主要的缺点是 易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大.
钢晶格的两种构架
钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存 在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是 钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主 要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。
钢的基本晶体组织
钢是以铁（Fe）为主的 Fe-C合金。Fe-C合金于 一定条件下能形成具有 一定形态的聚合体，称 为钢的组织，在显微镜 下能观察到它们的微观 形貌图象，故也称显微 组织。
土木工程所用钢材主要有：用于钢结构的各 种型钢、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的 各种钢筋、钢丝、钢绞线、锚夹具等。
钢的冶炼
将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的 范围，其他杂质含量降低到允许的范围，经烧铸即 得到钢锭，再经过加工工艺处理后、得到钢材。
钢主要用三种方法冶炼： 氧气转炉钢 用纯氧吹入铁液中将碳和杂质氧化 电炉钢 主要用废钢返回熔炼得到各种特殊钢 平炉钢 以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废 钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石 中的氧使碳和杂质氧化
化学成分对钢性能的影响
除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中 引入一些的其他元素。这些成分可分为两类：一类 能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有Si、 Mn、Ti、V、Nb等；另一类能劣化钢材的性能，
属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分 含量少，但对钢的性能影响很大。
化学元素 强度 硬度 塑性 韧性 可焊性
热脆性 热脆性↑时效↑
σ b(MPa) 1200
300 1000
250 800
200 600
150 400
100 HB 200
0
0
ψ,δ(%) HB

b
60 240 α k(
片状珠光体（1000倍）
针状和块状铁素体（100倍）
钢材在常温下主要有三种显微组织：
铁素体:钢材中的铁素体系碳在α -Fe中的固溶体， 由于α -Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力 较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02％），由此 决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。
渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高 达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉 强度低。
合金钢。合金钢是指在炼钢过程中，有意识地加入 一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢 种。
常用合金元素有：硅、锰、钦、钒、银、铬等。按合 金元素总含量的不同，合金钢可分为低合金钢(合金元 素总含量小于5％)、中合金铜(合金元素总含量为5％ 一10％)和高合金钢(合金元素总含量大于10％)。低合 金钢为建筑工程中常用的主要钢种。
钢的晶体组成和化学成分
钢是一种多晶体材料。但晶体具有各向异性的特 征，而多晶体则为各向同性。钢的宏观力学性能 由其内部晶体结构和化学成分所决定。
纯铁的晶格类型
钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是 铁-碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立 方晶格和面心立方晶格(见图2-15)。其晶体结构 中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结 合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑 性。
珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含 碳量较低(0.8％)，层状结构，塑性较好，强度和硬 度较高。
此外，钢材在温度高于723 ℃时，还存在奥氏体。 奥氏体为碳在γ -Fe中的固溶体，溶碳能力较强， 高温时含碳量可达2.06％，低温下降至0.8％。其 强度、硬度不高，但塑性好。碳钢处于红热状态时 即存在这种组织，这时钢易于轧制成型。
碳（C）<1% ↑ ↑
↑
↓
↓
↓
硅（Si）>1%↑ ↑
↑
↓ ↓↓
↓
锰（Mn） ↑ ↑
↑
↑
钛（Ti） ↑ ↑↑
↓
↑
钒（V) ↑ ↑
磷（P） ↑
↑
↓
↓
↓
氮（N） ↑
↑
↓ ↓↓
Hale Waihona Puke Baidu
↓
硫（S） ↑
↓
↓
氧（O） ↑
↓
↓
化学元素对钢材性能的影响
其他 冷脆性↑ 冷脆性↑、脱氧 脱氧、硫剂 强脱氧剂
时效↓ 偏析、冷脆 冷脆性↑时效
一． 按化学成分分类
碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳， 故也称铁一碳合金，其含碳量为0．02％一2．06％。 此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。 碳素钢按含碳量又可分为：低碳钢(含碳量小于 0．25％)、中碳钢(含碳量为0．25％一0．60％)和 高碳钢(含碳量 大于0．60％)三种。其中低碳钢 在建筑工程中应用最多。