【大學(xué)課件】建筑金屬材料 鋼材

建筑金屬材料-鋼材本課程將介紹鋼材作為建筑金屬材料的重要地位，涵蓋其特性、分類(lèi)、制造工藝、應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)。鋼材的概念和分類(lèi)概念鋼材是指以鐵為主要成分，并含有碳和其他合金元素的金屬材料。其性能取決于碳含量和合金元素的種類(lèi)及比例。分類(lèi)根據(jù)化學(xué)成分和性能，鋼材可分為碳素鋼、合金鋼、不銹鋼等主要類(lèi)別，以及不同用途的專(zhuān)用鋼材。鋼材的性能強(qiáng)度鋼材抵抗外力破壞的能力，包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。塑性鋼材在斷裂前發(fā)生永久變形的能力，反映了鋼材的韌性和延展性。硬度鋼材抵抗其他物體壓入其表面的能力，影響鋼材的耐磨性和耐沖擊性。韌性鋼材抵抗沖擊載荷的能力，反映了鋼材在沖擊載荷下抵抗斷裂的能力。鋼材的性能指標(biāo)指標(biāo)單位意義抗拉強(qiáng)度MPa反映鋼材抵抗拉伸載荷的能力屈服強(qiáng)度MPa反映鋼材開(kāi)始發(fā)生永久變形時(shí)的強(qiáng)度伸長(zhǎng)率%反映鋼材的延展性沖擊韌性J反映鋼材抵抗沖擊載荷的能力鋼材的化學(xué)成分碳決定鋼材的主要性能，含量越高，強(qiáng)度越高，塑性越低。硅提高鋼材的強(qiáng)度和硬度，并改善其耐腐蝕性。錳提高鋼材的強(qiáng)度和硬度，并改善其可焊性。磷降低鋼材的強(qiáng)度和韌性，含量過(guò)高會(huì)造成冷脆現(xiàn)象。碳素鋼的分類(lèi)1低碳鋼碳含量低，強(qiáng)度和硬度較低，具有良好的塑性和韌性，用于制造板材、管材、線(xiàn)材等。2中碳鋼碳含量適中，強(qiáng)度和硬度適中，兼具良好的塑性和韌性，用于制造機(jī)械零件、工具等。3高碳鋼碳含量高，強(qiáng)度和硬度高，塑性和韌性較差，用于制造刀具、彈簧等。合金鋼的分類(lèi)低合金鋼添加少量合金元素，提高鋼材的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性和耐熱性，用于制造橋梁、建筑結(jié)構(gòu)、壓力容器等。高合金鋼添加較多合金元素，具有特殊性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐磨等，用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器、核反應(yīng)堆等。不銹鋼的分類(lèi)1奧氏體不銹鋼耐腐蝕性好，具有良好的塑性和韌性，用于制造餐具、建筑裝飾等。2馬氏體不銹鋼強(qiáng)度和硬度高，但韌性較差，用于制造刀具、模具等。3鐵素體不銹鋼耐腐蝕性較好，具有良好的磁性，用于制造管道、化工設(shè)備等。鋼材的制造工藝1煉鐵將鐵礦石、焦炭、石灰石等原料在高爐中冶煉成生鐵。2煉鋼將生鐵中的雜質(zhì)去除，并加入合金元素，制成不同性能的鋼材。3軋鋼將鋼材加熱到高溫，通過(guò)軋機(jī)軋制成不同形狀和尺寸的鋼材。鋼鐵冶煉的基本原理1還原利用焦炭燃燒產(chǎn)生的CO和H2，將鐵礦石中的氧化鐵還原成金屬鐵。2熔融在高溫下，鐵礦石和焦炭熔化成液態(tài)鐵，并與石灰石發(fā)生反應(yīng)，生成爐渣。3排渣爐渣從高爐底部排出，并將液態(tài)鐵收集在鐵水池中。鋼鐵冶煉的流程原料準(zhǔn)備鐵礦石、焦炭、石灰石等原料經(jīng)破碎、篩分等預(yù)處理。高爐冶煉將原料投入高爐，經(jīng)過(guò)高溫還原、熔融等過(guò)程，制成生鐵。煉鋼將生鐵中的雜質(zhì)去除，并加入合金元素，制成不同性能的鋼材。軋鋼將鋼材加熱到高溫，通過(guò)軋機(jī)軋制成不同形狀和尺寸的鋼材。煉鋼的基本方法轉(zhuǎn)爐煉鋼將生鐵注入轉(zhuǎn)爐，吹入氧氣，將生鐵中的碳和雜質(zhì)氧化去除。電爐煉鋼利用電弧產(chǎn)生的高溫，將生鐵或廢鋼熔化，并加入合金元素，制成鋼材。鋼材的熱處理目的改變鋼材的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改變其力學(xué)性能和使用性能。方法常用的熱處理方法包括退火、正火、淬火、回火等，通過(guò)控制加熱和冷卻的溫度和速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。鋼材的熱處理工藝1退火將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，目的是降低鋼材的硬度，提高其塑性和韌性。2正火將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻，目的是提高鋼材的強(qiáng)度和硬度，并改善其韌性。3淬火將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后迅速冷卻，目的是提高鋼材的硬度和強(qiáng)度。4回火將淬火后的鋼材再次加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，目的是降低鋼材的硬度，提高其韌性。鋼材的機(jī)械性能測(cè)試1拉伸試驗(yàn)測(cè)量鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，評(píng)價(jià)鋼材的強(qiáng)度和塑性。2沖擊試驗(yàn)測(cè)量鋼材的沖擊韌性，評(píng)價(jià)鋼材的抗沖擊能力，防止發(fā)生脆性斷裂。3硬度試驗(yàn)測(cè)量鋼材的硬度，評(píng)價(jià)鋼材的耐磨性和耐沖擊性。鋼材的耐腐蝕性能耐腐蝕性鋼材抵抗周?chē)h(huán)境腐蝕的能力，取決于鋼材的化學(xué)成分、表面處理和使用環(huán)境。防腐措施常用的防腐措施包括涂層、鍍層、添加合金元素等，可以有效提高鋼材的耐腐蝕性。鋼材的防火性能1耐火性鋼材在高溫下抵抗燃燒的能力，取決于鋼材的厚度和表面處理。2防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷防火涂料，可以有效提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能。鋼材的加工工藝鋼材的焊接工藝方法常用的焊接方法包括手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧焊等，根據(jù)鋼材的種類(lèi)和焊接要求選擇合適的焊接方法。質(zhì)量控制焊接工藝的質(zhì)量控制至關(guān)重要，需要嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，確保焊縫的質(zhì)量，防止焊接缺陷。鋼材的切割工藝火焰切割利用氧氣和乙炔燃燒產(chǎn)生的高溫火焰，將鋼材熔化切割。等離子切割利用等離子弧產(chǎn)生的高溫等離子氣體，將鋼材熔化切割。激光切割利用高能激光束，將鋼材熔化切割。鋼材的涂裝工藝1表面處理對(duì)鋼材表面進(jìn)行除銹、除油等處理，以提高涂層的附著力。2噴涂使用噴槍將涂料噴涂到鋼材表面，形成均勻的涂層。3固化通過(guò)烘干或自然干燥，使涂層固化，形成保護(hù)層。建筑工程中鋼材的應(yīng)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼材作為鋼筋，與混凝土共同構(gòu)成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗震性能。鋼結(jié)構(gòu)鋼材作為主要的結(jié)構(gòu)材料，用于建造鋼結(jié)構(gòu)建筑，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、易于加工等優(yōu)點(diǎn)。橋梁工程中鋼材的應(yīng)用1橋梁主體鋼材用于建造橋梁的主體結(jié)構(gòu)，如橋墩、橋臺(tái)、橋面等。2橋梁構(gòu)件鋼材用于制作橋梁的各種構(gòu)件，如鋼梁、鋼桁架、鋼板等。3橋梁附件鋼材用于制作橋梁的各種附件，如護(hù)欄、橋燈、橋面鋪裝等。水利工程中鋼材的應(yīng)用1水閘鋼材用于建造水閘，控制水流，保證水資源的合理利用。2水壩鋼材用于建造水壩，攔截水流，儲(chǔ)存水資源，并為發(fā)電提供水力。3水管鋼材用于制作水管，輸送水資源，滿(mǎn)足城市供水和農(nóng)業(yè)灌溉需求。建筑機(jī)械中鋼材的應(yīng)用1起重機(jī)鋼材用于制造起重機(jī)的臂架、支腿、吊鉤等，提供強(qiáng)大的起重能力。2挖掘機(jī)鋼材用于制造挖掘機(jī)的鏟斗、臂架、行走機(jī)構(gòu)等，提供強(qiáng)大的挖掘和搬運(yùn)能力。3推土機(jī)鋼材用于制造推土機(jī)的鏟刀、履帶、行走機(jī)構(gòu)等，提供強(qiáng)大的推土能力。船舶工程中鋼材的應(yīng)用船體結(jié)構(gòu)鋼材作為主要結(jié)構(gòu)材料，用于建造船舶的船體，提供良好的強(qiáng)度和耐腐蝕性。船舶甲板鋼材用于建造船舶的甲板，提供承載貨物和人員的平臺(tái)。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)鋼材用于制造船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)，提供動(dòng)力，推動(dòng)船舶航行。鋼材的質(zhì)量檢驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)鋼材的質(zhì)量檢驗(yàn)必須符合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以確保鋼材的質(zhì)量和安全性能。檢驗(yàn)方法常用的檢驗(yàn)方法包括化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試、外觀檢查、超聲波探傷等。鋼材的運(yùn)輸與儲(chǔ)存運(yùn)輸鋼材的運(yùn)輸應(yīng)使用合適的運(yùn)輸工具，避免磕碰和雨淋，并注意安全操作。儲(chǔ)存鋼材應(yīng)存放在通風(fēng)干燥的倉(cāng)庫(kù)中，避免潮濕和陽(yáng)光直射，并采取防銹措施。鋼材的安全使用注意事項(xiàng)1選材根據(jù)工程要求選擇合適的鋼材品種和規(guī)格，確保其強(qiáng)度和性能滿(mǎn)足要求。2加工在加工鋼材時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作，并注意安全防護(hù)。3使用在使用鋼材時(shí)，應(yīng)注意安全操作，避免超負(fù)荷使用，并定期檢查鋼材的性能。鋼材在建筑工程中的發(fā)展趨勢(shì)高強(qiáng)度鋼材高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。綠色鋼材綠色鋼材的應(yīng)用將越來(lái)越重視，以減少對(duì)環(huán)境的污染和資源的消耗。智能化鋼材智能化鋼材的應(yīng)用將越來(lái)越普及，以提高鋼材的性能和使用效率。本課程的主