《建筑材料》課件-鋼材的冶煉和分類

建筑材料鋼的冶煉和分類1、鋼的冶煉2、鋼的分類

金屬材料：是一種或兩種以上的金屬元素與某些非金屬元素組成的合金的總稱。

金屬材料的特征為：不透明、有光澤、密度大、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好，常溫下為固態(tài)結(jié)晶體；強(qiáng)度高、彈性模量大、組織均勻密實、可焊、可鉚、易于加工、便于裝配和機(jī)械化施工。

金屬材料分為：黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬是以鐵元素為主的鐵金屬及其合金，如鋼、鐵；有色金屬是除黑色金屬以外的其他金屬，如鋁、銅、金、銀等。

工程建設(shè)中使用的各種鋼材都統(tǒng)稱建筑鋼材，包括鋼結(jié)構(gòu)用的各種型鋼、鋼板、鋼筋混凝土用的各種鋼筋、鋼絲和鋼絞線。此外，門窗和建筑五金等也使用大量的鋼材。鋼材是在嚴(yán)格的技術(shù)控制條件下生產(chǎn)的材料，建筑鋼材已成為最重要的建筑結(jié)構(gòu)材料之一。

1、鋼的冶煉

煉鋼的目的就是把熔融的生鐵進(jìn)行加工，使其碳的含量降到2%以下，其他雜質(zhì)的含量也控制在規(guī)定允許范圍之內(nèi)。根據(jù)煉鋼設(shè)備的不同，目前國內(nèi)煉鋼方法主要有平爐煉鋼法、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法和電弧爐煉鋼法三種。（1）平爐煉鋼法。利用火焰的氧化作用除去雜質(zhì)。平爐鋼質(zhì)量較好，但能耗高，生產(chǎn)效率低，成本高。（2）氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法已經(jīng)成為現(xiàn)代煉鋼的主要方法。根據(jù)風(fēng)口位置的不同，分底吹、頂吹、側(cè)吹三種；根據(jù)所鼓風(fēng)的不同分空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法和氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法。（3）電弧爐煉鋼法。電爐分電弧爐、感應(yīng)爐、電渣爐三種，利用電熱進(jìn)行高溫冶煉，溫度易控制，鋼的質(zhì)量最好，但成本高，多煉制合金鋼。電爐也分酸性和堿性兩種。

1、鋼的分類（1）按化學(xué)成分分類1）碳素鋼：含碳量為0.02%～2.06%。主要含有Fe，其次是C，也稱鐵碳合金或碳鋼。還有少量的硅、錳、磷、硫、氧、氮等。根據(jù)含碳量的不同，碳素鋼又分為三種：

低碳鋼，含碳量小于0.25%；

中碳鋼，含碳量為0.25%-0.6%；

高碳鋼，含碳量大于0.6%。

其中低碳鋼在建筑工程中應(yīng)用最多。2）合金鋼：

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、鉻等一種或多種合金元素。

目的：改善鋼的性能或使其獲得某些特殊性能。

按合金元素總含量的不同，合金鋼可以分為：

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%。

其中低合金鋼為建筑工程中常用的主要鋼種。（2）按冶煉方法分類1）氧氣轉(zhuǎn)爐鋼：是向轉(zhuǎn)爐中燒融的鐵水中吹人氧氣而制成的鋼。向轉(zhuǎn)爐中吹入氧氣能有效地降低或去除磷、硫等雜質(zhì)，而且可避免由空氣帶人鋼中雜質(zhì)，故質(zhì)量較好。目前我國多采用此法生產(chǎn)碳素鋼和合金鋼。2）平爐鋼：以固態(tài)或液態(tài)鐵、鐵礦石或廢鋼鐵為原料，煤氣或重油為燃料，在平爐中煉制的鋼稱為)平爐鋼。平爐鋼的冶煉時間長，有足夠的時間調(diào)整和控制其成分，雜質(zhì)和氣體的去除較徹底，因此鋼的質(zhì)量較好。但因其設(shè)備投資大，燃料熱效率不高，冶煉時間又長，故成本較高。3）電爐鋼：是利用電流效應(yīng)產(chǎn)生的高溫?zé)捴频匿?。熱效率高，除雜質(zhì)充分，適合冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和特種鋼。（3）按冶煉時脫氧程度分類

冶煉時脫氧程度不同，鋼的質(zhì)量差別很大。1）沸騰鋼：是煉鋼時僅加入錳鐵進(jìn)行脫氧，脫氧不完全的鋼。

這種鋼水澆入錠模時，有大量的CO氣體從鋼水中外溢，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，所以被廣泛用于一般建筑工程。2）鎮(zhèn)靜鋼：

是煉鋼時采用錳鐵、硅鐵和鋁錠等做脫氧劑，脫氧完全的鋼，且同時能起去硫的作用。

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)，代號為“TZ”。（4）按有害雜質(zhì)含量分類

按鋼中有害雜質(zhì)磷（P）和硫（S）的含量多少，鋼材可分為：1）普通鋼，磷含量不大于0.045%，硫含量不大于0.050%；2）優(yōu)質(zhì)鋼，磷含量不大于0.035%，硫含量不大于0.035%；3）高級優(yōu)質(zhì)鋼，磷含量不大于0.030%，硫含量不大于0.030；4）特級優(yōu)質(zhì)鋼，磷含量不大于0.025%，硫含量不大于0.020%。（5）按用途分類1）結(jié)構(gòu)鋼，主要用作工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件及機(jī)械零件的鋼；2）工具鋼，主要用于各種刀具、量具及模具的鋼；3）特殊鋼，指具有特殊物理、化學(xué)或機(jī)械性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、磁性鋼等。

由于橋梁結(jié)構(gòu)需要承受車輛等荷載的作用，同時需要經(jīng)受大氣因素的考驗，對于橋梁