岩土工程师辅导资料:建筑用钢材
钢材特点:与非金属材料相比,具有品质均匀稳定、强度高、塑性、韧性好,可以焊接和铆接等优异性能。钢材的主要缺点是易锈蚀、维护费用大,耐火性差,生产能耗大。
钢与铁的区别:钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭和石灰石等经高温熔炼,从铁矿石中还原生铁而得。钢和铁的主要成分均是铁和碳。含碳量大于2%的为生铁,含碳量小于2%的为钢。
含碳量对钢材性能的影响:碳是影响钢材性能的主要元素之一,随着含碳量的增加,其强度和硬度提高,塑性和韧性降低。当含碳量大于0.3%时,钢的可焊性显著降低;当含碳量大于1%时,脆性增大,硬度增加,强度下降。此外,含碳量增加,钢的冷脆性和时效敏感性增大,耐锈蚀性降低。
钢材的化学成分:碳、硅、锰、磷、硫。其中钢中的有害成分为磷和硫。
2.2钢的分类:
(一)按化学成分分类
(1)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。此外,还含
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以分为:
低碳钢:含碳量小于0.25%
中碳钢:含碳量为0.25%~0.6%
高碳钢:含碳量大于0.6%
(2)合金钢。合金钢是指在炼钢过程中,有针对性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、钛、钡、铌、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%
中合金钢:合金元素总含量为(5~10)%
高合金钢:合金元素总含量大于10%
(二)按钢中有害杂质含量分类
1.普通钢:磷含量不大于0.045%硫含量不大于0.050%
2.优质钢:磷含量不大于0.035%硫含量不大于0.035%
3.高级优质钢:磷含量不大于0.025%硫含量不大于0.025%
4.特级优质钢:磷含量不大于0.025%硫含量不大于0.015%
(三)按用途分类,
根据用途的不同,钢可以分为:
1.结构钢:主要用于工程结构构件等。
2.工具钢:主要用于各种刀具、量具及模具等。
3.特殊性能钢:主要是具有特殊的物理、化学或机械性能的钢,如不锈钢、耐磨钢、
耐酸钢等。
2.3钢材的技术性质:
钢材的技术性质主要包括:力学性能(抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳和硬度等)和工艺性能(冷弯和焊接)两个方面。
(1)抗拉性能:
低碳钢受拉时应力应变曲线如下图所示:
(2)冷弯性能:
冷弯性能是以试验时的弯曲角度和弯心直径来表示。冷弯是指将钢材弯曲到规定的角度,检查弯曲处有无裂纹、起层现象以及断裂,如果没有,则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度越大,弯心直径越小,则表示其冷弯性能越好。
(3)焊接性能
钢材本身的可焊性,直接影响着焊接质量。在磷、硫含量均小于0.05%情况下,钢材的可焊性主要决定于其含碳量,含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性,含碳量超过0.3%时,钢材的可焊性变差;硫、磷及气体杂质也会导致钢材的可焊性降低;过量合金元素的加入,同样会影响钢材的可焊性。
建筑钢材的主要焊接方法有两种:
电弧焊:电弧焊是将金属焊条高温熔化在焊件上,使两部分钢材熔合连成一体。
接触对焊:接触对焊是利用电流通过两个焊件的接触面所产生的高温,熔化接触面金属,再对接加压熔合为一体。
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