第7章建筑钢材☆知识点1.钢材的分类、冶炼方法、标准及选用。2.钢材的机械性能。★要求掌握：1.钢材的力学性能、工艺性能以及钢材的化学成分对钢材性能的影响。2.钢材的防锈和防火原理及方法。了解：钢材的冶炼方法和分类。金属材料包括黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是以铁元素为主要成分的金属及其合金，如铁、钢和合金钢。有色金属是以其他金属元素为主要成分的金属及其合金；如铜、铝、锌、铅等金属及其合金。钢材强度高、品质均匀，具有一定的弹性和塑性变形能力，能够承受冲击、振动等荷载；钢材的可加工性能好，可以进行各种机械加工，也可以通过铸造的方法，将钢铸造成各种形状；还可以通过切割、铆接或焊接等多种方式的联结，进行装配法施工。因此，钢材是最重要的建筑材料之一。7.1钢的冶炼和分类7.1.1钢的冶炼钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、熔剂（石灰石）、燃料（焦炭）在高炉中经过还原反应和造渣反应而得到的一种铁碳合金，其中碳、磷和硫等杂质的含量较高。生铁脆、强度低、塑性和韧性差，不能用焊接、锻造、轧制等方法加工。炼钢的过程是把熔融的生铁进行氧化，使含碳量降低到预定的范围，其他杂质含量降低到允许范围。理论上凡含碳量在2％以下，含有害杂质较少的铁、碳合金可称为钢。在炼钢的过程中，采用的炼钢方法不同，除去杂质的速度就不同，所得到的钢的质量也有所不同。目前，炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法三种。转炉炼钢法以熔融的铁水为原料，不需要燃料，由转炉底部或侧面吹入高压热空气，使铁水中的杂质在空气中氧化，从而除去杂质。空气转炉炼钢法的缺点是吹炼时容易混入空气中的氮、氢等杂质，同时熔炼时间短，杂质含量不易控制，国内已不采用。采用以纯氧气代替空气吹入炉内的纯氧气顶吹转炉炼钢法，克服了空气转炉法的一些缺点，能有效的去除磷、硫等杂质，使钢的质量明显提高。平炉法炼钢是以铁液或固体生铁、废钢铁和适量的铁矿石为原料，以煤气或重油为燃料，靠废钢铁、铁矿石中的氧或空气中的氧（或吹入的氧气），使杂质氧化而被除去。该方法冶炼时间长（4～12h）、易调整和控制成分、杂质少、质量好。但投资大、需用燃料、成本高。用平炉炼钢法可生产优质碳素钢和合金钢或有特殊要求的钢种。电炉炼钢法是以电为能源迅速加热生铁或废钢原料。该方法熔炼温度高、温度可自由调节、消除杂质容易。因此，炼得的钢质量好，但成本最高。主要用来冶炼优质碳素钢及特殊合金钢。在炼钢过程中，为保证杂质的氧化，须提供足够的氧，因此，在已炼成的钢液中尚留有一定量的氧，如氧的含量超出0.05%，会严重降低钢的机械性能。为减少它的影响，在浇铸钢锭之前，要在钢液中加入脱氧剂进行脱氧，常用的脱氧剂有锰铁、硅铁和铝等，铝的脱氧效果最佳，其次是硅铁和锰铁。根据脱氧程度不同，可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）和半镇静钢（b）三种。沸腾钢脱氧不完全，钢中含氧量较高，浇铸后钢液在冷却和凝固的过程中氧化铁与碳发生化学反应，生成CO气体外逸，气泡从钢液中冒出呈“沸腾”状，故称沸腾钢。因仍有不少气泡残留在钢中，故钢的质量较差。沸腾钢中碳和有害杂质（磷、硫等）的偏析较严重，钢的致密程度较差，因此，沸腾钢的冲击韧性和可焊性差，尤其是低温冲击韧性更差，但钢锭收缩孔减少，成品率较高，成本低。镇静钢脱氧比较完全，在冷却和凝固时，没有气体析出，无“沸腾”现象。镇静钢质量好，但钢锭的收缩孔大，成品率低，成本高。半镇静钢是加入适量的锰铁、硅铁、铝作为脱氧剂，脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。钢水铸锭后用来轧制各种型材，轧制方法有冷轧和热轧两种。建筑钢材主要经热轧而成。热轧能提高钢材的质量。通过热轧，能够消除钢材中的气泡，细化晶粒。但轧制次数、停轧温度对钢材性能有一定影响。如轧制次数少，停轧温度高，则钢材强度稍低。7.1.2钢的分类钢的分类常根据不同的需要而采用不同的分类方法。常用的分类方法如下：1.按化学成分分类2.按冶炼方法分类3.按品质分类4.按用途分类7.2钢的主要化学成分及组成对钢材性能的影响7.2.1化学成分对钢材性质的影响碳素钢中除了铁和碳元素之外，还含有硅、锰、磷、硫、氮、氧、氢等元素。它们的含量决定了钢材的性能，尤其是某些元素为有害杂质（如磷、硫等），在冶炼时，应通过控制和调节限制其含量，以保证钢的质量。碳——是影响钢材性能的主要元素之一，在碳素钢中，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1%后，脆性增加，硬度增加，强度下降。含碳量大于0.3%时，钢的可焊性显著降低。此外，含碳量增加，钢的冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性降低。含碳量对热轧碳素钢性质的影响见图7.1图7.1含碳量对热轧碳素钢性质的影响硅——含量在1%以内时，可提高钢的强度、疲劳极限、耐腐