【正文】 土木工程材料 第二章 土木工程用鋼材 。 各類鋼材 建筑鋼材 ? 金屬材料包括： 黑色金屬：以鐵為主要成分的金屬及其合金，如鐵，鋼，合金鋼等 有色金屬：以其他金屬元素為主要成分的金屬及其合金，如銅，鋅，鉛等 建筑鋼材 ? 可用作主要的結(jié)構(gòu)材料（鋼筋混凝土，建筑鋼結(jié)構(gòu)，橋梁、鐵路工程）、也可以用作連接材料、圍護材料和飾面材料等如門窗和建筑五金等。 優(yōu)點：高的抗拉強度 易于加工成板材、型材和線材 良好的焊接和鉚接性能 缺點：易銹蝕、維護費用高 耐火性差 生產(chǎn)能耗大 第一節(jié) 鋼材的冶煉和分類 煉鋼的原理 —— 將熔融的生鐵進行氧化，使碳的含量降低到一定限度，同時把其它雜質(zhì)的含量也降低到容許的范圍內(nèi)。 即： 含碳量在 2％以下，有害雜質(zhì)含量較少的 Fe— C合金稱為鋼 主要煉鋼方法： 空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 平爐煉鋼法 電爐煉鋼法 依據(jù)脫氧程度：沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼 第一節(jié) 鋼材的冶煉和分類 第一節(jié) 鋼材的冶煉和分類 依據(jù)脫氧程度：沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼 沸騰鋼： 脫氧不充分 ， 鑄錠時有大量 CO氣體外逸 ， 引起鋼水劇烈沸騰 ， 稱沸騰鋼 。 鎮(zhèn)靜鋼： 鎮(zhèn)靜鋼的脫氧充分 ， 鑄錠時鋼水平靜地凝固 ， 故稱為鎮(zhèn)靜鋼 。 非鎮(zhèn)靜鋼： 介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間 。 鋼材生產(chǎn)示意圖 第一節(jié) 鋼材的冶煉和分類 ? 1. 按化學(xué)成分分類 ? （ １ ） 碳素鋼 。 碳素鋼的化學(xué)成分主要是鐵 ， 其次是碳 ， 故也稱鐵一碳合金 。 其含碳量為 ％ ～ ％ 。此外尚含有極少量的硅 、 錳和微量的硫 、 磷等元素 。 碳素鋼按含碳量又可分為： ? 低碳鋼 （ 含碳量小于 ％ ） 、 ? 中碳鋼 （ 含碳量為 ％ ～ ％ ） ? 高碳鋼 （ 含碳量大于 ％ ） ? （ ２ ） 合金鋼 。 是指在煉鋼過程中 ， 有意識地加入一種或多種能改善鋼材性能的合金元素而制得的鋼種 。 常用合金元素有：硅 、 錳 、 鈦 、 釩 、 鈮 、 鉻等 。 按合金元素總含量的不同 ， 合金鋼可分為 ? 低合金鋼 （ 合金元素總含量小于５ ％ ） ? 中合金鋼 （ 合金元素總含量為５ ％ ～ 10％ ） ? 高合金鋼 （ 合金元素總含量大于 10％ ） 。 ? 2. 按冶煉時脫氧程度分類 ? （ １ ） 沸騰鋼 。 煉鋼時僅加入錳鐵進行脫氧 ， 則脫氧不完全 。 這種鋼水澆入錠模時 ， 會有大量的ＣＯ氣體從鋼水中外逸 ， 引起鋼水呈沸騰狀 ， 故稱沸騰鋼 ，代號為 “ Ｆ “ 。 沸騰鋼組織不夠致密 ，成分不太均勻 ， 硫 、 磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重 ， 故質(zhì)量較差 。 但因其成本低 、 產(chǎn)量高 ， 故被廣泛用于一般建筑工程 。 ? （ ２ ） 鎮(zhèn)靜鋼 。 煉鋼時采用錳鐵 、 硅鐵和鋁錠等作脫氧劑 ， 脫氧完全 ， 且同時能起去硫作用 。 這種鋼水鑄錠時能平靜地充滿錠模并冷卻凝固 ， 故稱鎮(zhèn)靜鋼 ， 代號為 “ Ｚ ” 。 鎮(zhèn)靜鋼雖成本較高 ， 但其組織致密 ， 成分均勻 ，性能穩(wěn)定 ， 故質(zhì)量好 。 適用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要的結(jié)構(gòu)工程 。 ? （ ３ ） 半鎮(zhèn)靜鋼 。 脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間 ， 為質(zhì)量較好的鋼 ， 其代號為 “ ｂ ” 。 ? （ ４ ） 特殊鎮(zhèn)靜鋼 。 比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼 ， 故其質(zhì)量最好 ， 適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程 ， 代號為 “ TZ”。 ? 3. 按有害雜質(zhì)含量分類 接鋼中有害雜質(zhì)磷（Ｐ）和硫（ S）含量的多少，鋼材可分為以下四類： （１） 普通鋼 。 磷含量不大于 ％；硫含量不大于 %。 （２） 優(yōu)質(zhì)鋼 。 磷含量不大于%；硫含量不大于 %。 （３） 高級優(yōu)質(zhì)鋼 。 磷含量不大于%；硫含量不大于 %。 （４） 特級優(yōu)質(zhì)鋼 。 磷含量不大于%；硫含量不大于 %。 ? 第二節(jié) 鋼材的化學(xué)成分及對性能的影響 ? 鋼材的化學(xué)成分主要是指碳 、 硅 、 錳 、硫 、 磷等 ， 在不同情況下往往還需考慮氧 、氮及各種合金元素 。 ? （ 1） 碳：土木工程用鋼材含碳量不大于％ 。 在此范圍內(nèi) ， 隨著鋼中碳含量的提高 ， 強度和硬度相應(yīng)提高 ， 而塑性和韌性則相應(yīng)降低 ， 碳還可顯著降低鋼材的可焊性 ， 增加鋼的冷脆性和時效敏感性 ， 降低抗大氣銹蝕性 。 ? ? （ 2）硅：當(dāng)硅在鋼中的含量較低（小于 1%）時，可提高鋼材的強度，而對塑性和韌性影響不明顯。 ? （３）錳：錳是我國低合金鋼的主加合金元素，錳含量一般在 1%～２％范圍內(nèi)，它的作用主要是使強度提高，錳還能消減硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性質(zhì)改善。 ? （ ４ ） 硫：硫是很有害元素 。 呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中 ， 具有強烈的偏析作用 ， 降低各種機械性能 。 硫化物造成的低熔點使鋼在焊接時易于產(chǎn)生熱裂紋 ， （ 熱脆性 ） 顯著降低可焊性 。 ? （ ５ ） 磷：為有害元素 ， 含量提高 ，鋼材的強度提高 ， 塑性和韌性顯著下降 ，特別是溫度愈低 ， 對韌性和塑性的影響愈大 ， 磷在鋼中的偏析作用強烈 ， 使鋼材 冷脆性 增大 ， 并顯著降低鋼材的可焊性 。 磷可提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性 ， 在低合金鋼中可配合其他元素作為合金元素使用 。 ? （ ６ ） 氧：為有害元素 。 主要存在于非金屬夾雜物內(nèi) ， 可降低鋼的機械性能 ， 特別是韌性 ， 氧有促進時效傾向的作用 ， 氧化物造成的低熔點亦使鋼的可焊形變差 。 ? （ ７ ） 氮：氮對鋼材性質(zhì)的影響與碳 、 磷相似 ，使鋼材的強度提高 ， 塑性特別是韌性顯著下降 。氮可加劇鋼材的時效敏感性和冷脆性 ， 降低可焊性 。 ? 在有鋁 、 妮 、 釩等的配合下 ， 氮可作為低合金鋼的合金元素使用 。 ? （ ８ ） 鈦：鈦是強脫氧劑 。 它能顯著提高強度 ， 改善韌性和可焊性 ， 減少時效傾向 ， 是常用