《建筑金属材》PPT课件

第 05章 建 筑 金 属 材 料 第 2页 n 金 属 材 料 是 一 种 或 两 种 以 上 的 金 属 元 素 或 金属 与 某 些 非 金 属 元 素 组 成 的 合 金 的 总 称 。n 金 属 材 料 一 般 分 为 两 大 类 ：n 黑 色 金 属 ： 是 以 铁 元 素 为 主 要 成 分 的 铁 金 属 及 其合 金 ， 钢 和 铁 是 铁 碳 合 金 。n 含 碳 量 小 于 2.11 的 铁 碳 合 金 称 为 钢 。 n 含 碳 量 大 于 2.11 的 铁 碳 合 金 称 为 生 铁 。n 有 色 金 属 ： 是 除 黑 色 金 属 以 外 的 其 它 金 属 ， 如 铝 、铅 、 锌 、 铜 、 锡 等 金 属 及 其 合 金 ， 其 中 铝 合 金 是一 种 重 要 的 轻 质 结 构 材 料 。 第 3页 5.1 钢 的 生 产 与 分 类 n 钢 材 的 生 产 可分 为 三 个 过 程 ：n 冶 炼n 铸 锭n 压 力 加 工n 其 生 产 流 程 的概 况 如 图 所 示 。 第 4页 5.1.1钢 的 冶 炼 n 主 要 的 铁 矿 石 有 赤 铁 矿 (Fe2O3)、 磁 铁 矿 (Fe3O4)、 菱铁 矿 (FeCO3)、 褐 铁 矿 （ Fe2O32Fe(OH)3） 和 黄 铁 矿(FeS2)。 第 5页 n 把 铁 矿 石 、 焦 炭 、 石 灰 石 (助 熔 剂 )按 一 定 比 例装 入 高 炉 中 ， 在 炉 内 高 温 条 件 下 ， 焦 炭 中 的碳 与 矿 石 中 的 氧 化 铁 发 生 化 学 反 应 ， 将 矿 石中 的 铁 还 原 出 来 ， 生 成 的 一 氧 化 碳 和 二 氧 化碳 由 炉 顶 排 出 ， 使 矿 石 中 的 铁 和 氧 分 离 ， 此过 程 称 为 炼 铁 。 其 化 学 反 应 式 如 下 ： C+FeO Fe+CO 第 6页 第 7页 n 将 铁 在 炼 钢 炉 中 进 一 步 熔 炼 ， 并 供 给 足 够 的 氧 气 ，通 过 炉 内 的 高 温 氧 化 作 用 ， 部 分 碳 被 氧 化 成 一 氧 化碳 气 体 而 逸 出 ， 其 它 杂 质 则 形 成 氧 化 物 进 入 炉 渣 中除 去 ， 这 样 可 得 到 含 碳 量 合 乎 要 求 的 产 品 ， 即 为 钢 ，此 过 程 称 为 炼 钢 。 炼 钢 的 过 程 基 本 上 是 一 个 氧 化 过程 。 n 碳 被 氧 化 形 成 CO气 体 而 逸 出 ， 硅 、 锰 等 形 成 氧 化 硅 和 氧化 锰 进 入 渣 中 除 去 ； n 磷 和 硫 在 石 灰 的 作 用 下 ， 形 成 （ CaO） 4P2O5和 CaS， 亦 进入 渣 中 被 排 除 。n 在 冶 炼 后 期 应 加 入 脱 氧 剂 以 除 去 钢 液 中 的 氧 ， 这 个步 骤 称 为 “ 脱 氧 ” 。 常 用 的 脱 氧 剂 有 硅 铁 、 锰 铁 和铝 锭 等 。 第 8页 炼 钢 的 主 要 反 应 过 程 : n 产 生 氧 化 剂 ： 2Fe+O2=2FeO （ 氧 气 ）n 除 硅 ， 锰 ， 碳 等 杂 质 ： Si+2FeO=SiO2+2Fe Mn+FeO=MnO+Fe C+FeO=CO+Fen 造 渣 ： CaO+SiO2=CaSiO3 （ 生 石 灰 ） 硫 、 磷 杂质 与 生 石 灰 作 用 形 成 炉 渣 被 除 去 。 n 脱 氧 ： Si+2FeO=SiO2+2Fe （ 脱 氧 剂 ： 硅 铁 ， 锰铁 ） 调 节 合 金 元 素 第 9页 1. 转 炉 炼 钢 法 n 转 炉 炼 钢n 根 据 风 口 位 置 分 ： 底 吹 、 顶 吹 、侧 吹 三 种 ；n 根 据 所 鼓 风 的 不 同 分 ： 空 气 转 炉和 氧 气 转 炉 ；n 根 据 炉 衬 材 料 的 不 同 分 ： 酸 性 转炉 和 碱 性 转 炉 。n 转 炉 炼 钢 的 主 要 原 料 是 熔 化 的高 温 铁 水 及 部 分 废 钢 。 转 炉 炼钢 不 需 要 另 外 使 用 燃 料 。 n 空 气 转 炉 法 只 能 用 来 炼 制 普 通碳 素 钢 。 但 其 成 本 较 低 。n 氧 气 转 炉 法 可 炼 优 质 碳 素 钢 和合 金 钢 。 第 10页 2.平 炉 炼 钢 法 （ 也 叫 马 丁 法 ） n 根 据 所 用 耐 火 材 料 不 同 分 为 碱 性 平 炉 和 酸 性平 炉 。 n 平 炉 炼 钢 法 是 以 固 体 或 液 体 生 铁 、 铁 矿 石 或废 钢 作 原 料 。 反 应 所 需 的 热 量 是 由 燃 烧 气 体燃 料 （ 高 炉 煤 气 ， 发 生 炉 煤 气 ） 或 液 体 燃 料（ 重 油 ） 所 提 供 。 n 平 炉 可 炼 制 优 质 碳 素 钢 和 合 金 钢 。 但 由 于 设备 投 资 较 大 ， 燃 料 热 效 率 不 高 ， 冶 炼 时 间 较长 ， 故 其 成 本 较 高 。 n 视 频 ： 鞍 钢 平 改 转 工 程 第 11页 3.电 炉 炼 钢 法 n 电 炉 的 种 类 很 多 ， 分 电 弧 炉 、 感 应 炉 、 电 渣 炉 三 种 。 电 炉 钢的 质 量 最 好 ， 但 成 本 高 ， 主 要 用 于 冶 炼 优 质 碳 素 钢 和 特 殊 性能 钢 。 表 5 1 三 种 炼 钢 法 列 表 比 较 炉 名 原 料 氧 的 来 源 热 的 来 源 产 品 及 优 缺 点转 炉 液 态 生 铁 空 气 杂 质 氧 化 时放 出 的 热 出 钢 快 ， 不 用 燃 料 ， 设 备 简 单 。 铁 的 耗损 率 较 大 ， 管 理 不 便 。 钢 质 量 较 差 。氧 气 出 钢 快 ， 不 用 燃 料 ， 设 备 简 单 。 钢 质 量 较 高 。平 炉 废 铁 、 废 钢及 铁 矿 石 空 气 、 氧 化铁 、 铁 矿 石 气 体 燃 料 燃烧 制 合 金 钢 。 质 量 高 ， 管 理 方 便 。 反 应 时间 较 长 ， 消 耗 燃 料 ， 建 设 费 用 高 。电 炉 同 上 氧 化 铁 、 铁矿 石 电 能 制 钨 等 高 级 合 金 钢 。 反 应 时 间 较 平 炉 短 ，管 理 方 便 ， 电 能 消 耗 量 大 ， 成 本 高 。 第 12页 5.1.2 钢 的 铸 锭 n 冶 炼 后 的 钢 水 注 入 锭 模 ， 浇 铸 成 柱 状 的 钢 锭 （ 钢 坯 ） ， 这 种工 艺 称 为 铸 锭 。 n 在 铸 锭 冷 却 过 程 中 ， 由 于 钢 内 某 些 元 素 在 铁 的 液 相 中 的 溶 解度 高 于 固 相 ， 使 这 些 元 素 向 凝 固 较 迟 的 钢 锭 中 心 集 中 ， 导 致化 学 成 分 在 钢 锭 截 面 上 分 布 不 均 匀 ， 这 种 现 象 称 为 化 学 偏 析 ，其 中 尤 以 硫 、 磷 最 为 严 重 。 偏 析 现 象 对 钢 的 质 量 有 很 大 影 响 。 n 根 据 脱 氧 程 度 的 不 同 ， 浇 铸 的 钢 锭 可 分 为 ： n 沸 腾 钢 ： 是 脱 氧 不 完 全 的 钢 。 沸 腾 钢 中 碳 和 有 害 杂 质 磷 、 硫 等 的 偏 析严 重 ， 再 加 上 钢 的 致 密 程 度 较 差 ， 使 它 的 冲 击 韧 性 和 可 焊 性 较 差 ， 特别 是 低 温 冲 击 韧 性 的 降 低 更 为 显 著 。 但 成 本 较 低 。n 镇 静 钢 ： 是 脱 氧 完 全 的 钢 。 是 质 量 较 好 的 钢 种 ， 但 成 本 较 高 。n 半 镇 静 钢 ： 其 脱 氧 程 度 和 材 质 介 于 上 述 两 种 钢 之 间 。 n 特 殊 镇 静 钢 ： 比 镇 静 钢 脱 氧 程 度 还 要 充 分 彻 底 的 钢 ， 质 量 最 好 。 第 13页 两 钢 锭 的 纵 剖 面 (A)沸 腾 钢 纵 剖 面 图 (B)镇 静 钢 纵 剖 面 图 第 14页 5.1.3 钢 的 压 力 加 工 n 压 力 加 工 可 分 为 冷 加 工 和 热 加 工 。n 热 加 工 是 将 钢 锭 加 热 到 塑 性 状 态 ， 依 靠 外 力 来 改 变形 状 的 加 工 。 常 用 的 热 加 工 方 式 有 碾 轧 和 锻 造 。n 1.碾 轧 ： 将 钢 坯 加 热 （ 900 1250 ） 至 塑 性 状 态 ， 轧 成 所需 形 状 的 钢 材 。 工 程 上 常 用 的 钢 筋 、 工 字 钢 、 角 钢 及 钢 板等 都 是 碾 轧 制 成 的 。 n 2.锻 造 ： 将 钢 材 加 热 至 塑 性 状 态 ， 用 锤 击 或 静 压 的 方 法 ，使 之 加 工 成 一 定 形 状 的 制 品 。 如 建 筑 及 机 械 用 的 钢 零 件 。 n 钢 材 经 热 加 工 后 ， 其 内 部 气 泡 由 于 外 力 的 挤 压 而 焊合 ， 疏 松 组 织 密 实 ， 从 而 提 高 了 钢 的 强 度 和 质 量 ，一 般 碾 轧 的 次 数 越 多 ， 钢 的 强 度 提 高 也 越 大 。 第 15页 5.1.4 钢 的 分 类 n 1.按 化 学 成 分 分 类 n 当 钢 材 组 分 元 素 中 含 量 仅 次 于 铁 元 素 的 成 分 为 碳 时 ， 则 称为 碳 素 钢 ；n 当 钢 材 组 分 元 素 中 含 量 仅 次 于 铁 元 素 的 成 分 为 其 他 合 金 元素 时 ， 则 称 为 合 金 钢 。 n (1)碳 素 钢 根 据 含 碳 量 多 少 ， 碳 素 钢 可 分 为 ： n 低 碳 钢 ： 含 碳 量 0.25 以 下 。n 中 碳 钢 ： 含 碳 量 0.25 0.6 。n 高 碳 钢 ： 含 碳 量 大 于 0.6 。n (2)合 金 钢 根 据 合 金 元 素 的 含 量 ， 合 金 钢 可 分 为 ：n 低 合 金 钢 ： 合 金 元 素 总 含 量 小 于 5 ；n 中 合 金 钢 ： 合 金 元 素 总 含 量 在 5 10 之 间 ；n 高 合 金 钢 ： 合 金 元 素 总 含 量 大 于 10 。 第 16页 2.按 用 途 分 类 n 钢 材 按 照 用 途 可 分 为 结 构 钢 、 工 具 钢 和 特 殊性 能 钢 三 类 。n （ 1） 结 构 钢 ： 工 程 结 构 构 件 用 钢 、 机 械 制 造 用 钢 。n （ 2） 工 具 钢 ： 根 据 化 学 成 分 不 同 分 碳 素 工 具 钢 、合 金 工 具 钢 和 高 速 工 具 钢 ， 广 泛 用 于 各 种 刃 具 、模 具 、 量 具 等 。 n （ 3） 特 殊 性 能 钢 ： 具 有 特 殊 物 理 、 化 学 或 机 械 性能 的 钢 ， 多 为 高 合 金 钢 ， 如 不 锈 钢 、 耐 热 钢 、 耐酸 钢 、 耐 磨 钢 、 磁 性 钢 等 。 第 17页 3. 按 质 量 （ 杂 质 含 量 ） 分 类 n 根 据 钢 材 中 所 含 有 害 杂 质 的 多 少 工 业 用 钢 可 分 为 ： n (1)普 通 钢 ： 含 硫 量 0.050 ； 含 磷 量 0.045 。 n (2)优 质 钢 ： 含 硫 量 0.035 ； 含 磷 量 0.035 。n (3)高 级 优 质 钢 ： 含 硫 量 0.025 ； 含 磷 量 0.025 。n (4)特 级 优 质 钢 ： 含 硫 量 0.015 ； 含 磷 量 0.025 。n 在 土 木 工 程 中 常 用 的 钢 种 是 普 通 碳 素 结 构 钢和 普 通 低 合 金 结 构 钢 。 第 18页 5.2 建 筑 钢 材 的 主 要 技 术 性 能 n 钢 材 的 技 术 性 质 主 要 包 括 力 学 性 能 和 工 艺 性能 两 个 方 面 。 n 5.2.1力 学 性 能 n 主 要 技 术 指 标 有 ： 抗 拉 屈 服 强 度 、 抗 拉 极 限 强 度 、伸 长 率 、 韧 性 和 硬 度 等 。 n 1.拉 伸 性 能 拉 伸 试 验 视 频 第 19页 低 碳 钢 拉 伸 的 应 力 应 变 曲 线 图 5 9 低 碳 钢 拉 伸 的 应 力 应 变 曲 线 第 20页 硬 钢 的 屈 服 强 度 n 规 定 产 生 残 余 变 形 为 原 标 距 长 度 的 0.2 时 所 对 应 的应 力 值 ， 作 为 硬 钢 的 屈 服 强 度 ， 也 称 条 件 屈 服 点 ，用 0.2表 示 。 第 21页 屈 强 比 n 屈 服 强 度 和 抗 拉 强 度 之 比 。n 屈 强 比 能 反 映 钢 材 的 利 用 率 和 结 构 安 全 可 靠 程 度 。n 屈 强 比 越 小 ， 其 结 构 的 安 全 可 靠 程 度 越 高 ， 不 易 因 局 部 超载 而 造 成 脆 性 断 裂 而 破 坏 ； n 屈 强 比 过 小 ， 又 说 明 钢 材 强 度 的 利 用 率 偏 低 ， 造 成 钢 材 浪费 。n 建 筑 结 构 钢 合 理 的 屈 强 比 一 般 为 0.60 0.75。n Q225钢 材 的 屈 服 比 为 0.58 0.63n 普 通 的 合 金 钢 的 屈 强 比 在 0.67 0.75之 间 。 s= b /屈 强 比 第 22页 两 种 钢 材 的 选 用 n 观 察 图 中 、 两 种 低 碳 钢 的 应 力 -应 变 曲 线 的 差 异 。 讨 论 ： n (1) 若 对 于 变 形 要 求 严 格 的 构 件 ， 、 两 种 低 碳 钢 选 用 谁 者更 合 适 。 n (2) 使 用 、 两 种 钢 材 ， 哪 一 个 安 全 性 较 高 。 两 种 低 碳 钢 的 应 力 -应 变 曲 线 第 23页 2.塑 性 n 钢 材 的 塑 性 通 常 用 伸 长 率 和 断 面 收 缩 率 表 示 。 n （ 1） 伸 长 率 n 通 常 以 5和 10分 另 表 示 L0 5d0和 L0 10 d0时 的 伸 长率 。 对 于 同 一 种 钢 材 ， 其 5 10。 1 00 100l ll % 第 24页 n （ 2） 断 面 收 缩 率 () 式 中 ： 0试 件 原 始 截 面 积 ； 1试 件 拉 断 后 颈 缩 处 的 截 面 积 。n 伸 长 率 和 断 面 收 缩 率 表 示 钢 材 断 裂 前 经 受 塑性 变 形 的 能 力 。 伸 长 率 越 大 或 断 面 收 缩 率 越高 ， 说 明 钢 材 塑 性 越 大 。 0 10A AA 第 25页 3.冲 击 韧 性 n 冲 击 韧 性 是 指 钢 材 抵 抗 冲 击 荷 载 的 能 力 。 冲 击 韧 性 是 通 过 夏比 （ V型 缺 口 ） 冲 击 试 验 来 测 定 的 。 将 标 准 弯 曲 试 样 置 于 冲击 机 的 支 架 上 ， 并 使 切 槽 位 于 受 拉 的 一 侧 。 用 摆 锤 打 断 试 件 ，测 得 试 件 单 位 截 面 积 上 所 消 耗 的 功 ， 作 为 冲 击 韧 性 指 标 ， 用冲 击 值 ak表 示 ， 单 位 为 J/cm2。 F试 件 断 口 处 的 截 面 积 ；A k冲 断 试 件 所 消 耗 的 功 。kk Aa F冲 击 韧 性 试 验 第 26页 影 响 钢 材 冲 击 韧 性 的 因 素 n 钢 材 的 冲 击 韧 性 对 钢 的 化 学 成 分 、内 部 组 织 状 态 ， 以 及 冶 炼 、 轧 制质 量 都 较 敏 感 。n 钢 中 磷 、 硫 含 量 较 高 ， 存 在 偏 析 或非 金 属 夹 杂 物 ， 以 及 焊 接 中 形 成 的微 裂 纹 等 ， 都 会 使 冲 击 值 显 著 降 低 。 n 冲 击 值 与 试 验 温 度 有 关 。 n 当 达 到 某 一 温 度 范 围 时 ， 冲 击 值 突然 大 幅 度 下 降 ， 材 料 无 明 显 塑 性 变形 而 发 生 脆 性 断 裂 ， 这 种 性 质 称 为钢 材 的 冷 脆 性 ， 这 时 的 温 度 称 为 脆性 临 界 温 度 。n 通 常 根 据 气 温 条 件 规 定 20 或 40 的 负 温 冲 击 值 指 标 。 第 27页 时 效n 随 时 间 的 延 长 而 表 现 出 强 度 提 高 ， 塑 性 和 冲击 韧 性 下 降 ， 这 种 现 象 称 为 时 效 。n 完 成 时 效 变 化 的 过 程 可 达 数 十 年 。 钢 材 如 经 受 冷加 工 变 形 ， 或 使 用 中 经 受 振 动 和 反 复 荷 载 的 影 响 ，时 效 可 迅 速 发 展 。n 因 时 效 而 导 致 性 能 改 变 的 程 度 称 为 时 效 敏 感性 。 n 时 效 敏 感 性 愈 大 的 钢 材 ， 经 过 时 效 以 后 ， 其 冲 击韧 性 和 塑 性 的 降 低 愈 显 著 ， 对 于 承 受 动 荷 载 的 结构 物 ， 如 桥 梁 等 ， 应 选 用 时 效 敏 感 性 较 小 的 钢 材 。 第 28页 普 通 低 合 金 钢 冲 击 韧 性 指 标 n 时 效 冲 击 功 ， 是 按 标 准 方 法 将 样 坯 拉 伸 后 制 成 试 件经 热 处 理 ， 然 后 进 行 常 温 冲 击 韧 性 试 验 所 得 的 结 果 。 kA 冲 击 功 （ J） 不 小 于常 温 时 （ 20 ） 40 时 效59 69 30 34 30 34 第 29页 两 种 钢 材 低 温 冲 击 韧 性 的 比 较 n 请 观 察 图 中 、 两 低 合 金 钢 曲 线 ， 若 在 东 北 地 区 ，应 选 用 何 种 钢 更 有 利 ？ 两 种 低 合 金 钢 冲 击 值 -温 度 曲 线 第 30页 4.耐 疲 劳 性 n 受 交 变 荷 载 反 复 作 用 ，钢 材 在 应 力 低 于 其 屈服 强 度 的 情 况 下 突 然发 生 脆 性 断 裂 破 坏 的现 象 ， 称 为 疲 劳 破 坏 。 n 钢 材 在 无 穷 次 交 变 荷载 作 用 下 而 不 至 引 起断 裂 的 最 大 循 环 应 力值 ， 称 为 疲 劳 强 度 极限 ， 实 际 测 量 时 常 以2 10 6次 应 力 循 环 为基 准 。 钢 材 疲 劳 曲 线 示 意 图 第 31页 5.硬 度 n 测 定 钢 材 硬 度 的 方 法 很 多 ， 如 布 氏 法 、洛 氏 法 和 维 氏 法 。 建 筑 钢 材 常 用 的 是布 氏 法 ， 所 测 硬 度 称 布 氏 硬 度 。 n 布 氏 硬 度 是 用 一 定 直 径 D(毫 米 )的 硬质 钢 球 ， 在 规 定 荷 裁 P(牛 顿 )作 用 下压 入 试 件 表 面 ， 并 持 续 一 定 时 间 后 卸载 ， 量 出 压 痕 直 径 d(毫 米 )， 然 后 计算 每 单 位 压 痕 球 面 积 所 承 受 的 荷 载 值 ，即 布 氏 硬 度 值 (HB)。 计 算 公 式 为 ： n HB是 以 10MPa计 的 数 字 表 示 ， 如 HB 150， 即 表 示 HB值 为 1500兆 帕 。2 22PH B D D D d ( ) 第 32页 n 布 氏 硬 度 采 用 的 钢 球 直 径 D分 为 10、 5、 2.5毫米 三 种 。 试 验 时 ， D和 P应 按 规 定 选 取 。 一 般硬 度 较 大 的 钢 材 应 选 用 较 大 的 P/D2。n HB 140的 钢 材 ， P/D2应 采 用 30，n HB 140的 钢 材 ， P/D2则 应 采 用 10。n 由 于 压 痕 附 近 的 金 属 将 产 生 塑 性 变 形 ， 其 影响 深 度 可 达 压 痕 深 度 的 8 10倍 以 上 ， 所 以 试件 厚 度 一 般 应 大 于 压 痕 深 度 的 10倍 。 荷 载 保持 时 间 以 10 15s为 宜 。 第 33页 n 钢 材 的 HB值 与 抗 拉 强 度 之 间 有 较 好 的 相 关 关系 。 对 于 碳 素 钢 ：n 当 HB 175时 ， b 0.36HB；n 当 HB 175时 ， b 0.35HB。n 根 据 这 些 关 系 ， 我 们 可 以 在 钢 结 构 的 原 位 上测 出 钢 材 的 HB值 ， 并 估 算 出 该 钢 材 的 b ， 而不 破 坏 钢 结 构 本 身 。 n 布 氏 硬 度 测 定 法 比 较 准 确 ， 用 途 较 广 ， 其 缺点 是 不 能 测 量 硬 度 较 高 (当 HB 450时 )和 厚 度太 薄 的 钢 材 。 第 34页 5.2.2 工 艺 性 能 n 1.冷 弯 性 能 n 钢 材 的 冷 弯 性 能 指 标 用 试 件 在 常 温 下 所 能 承 受 的 弯 曲 程 度 表示 。 弯 曲 程 度 则 通 过 试 件 被 弯 曲 的 角 度 和 弯 心 直 径 对 试 件 厚度 （ 或 直 径 ） 的 比 值 来 区 分 。 钢 材 的 冷 弯冷 弯 性 能 视 频 第 35页 2. 焊 接 性 能 n 钢 材 的 焊 接 性 能 是 指 在 一 定 的 焊 接 工 艺 条 件下 ， 在 焊 缝 及 其 附 近 过 热 区 不 产 生 裂 纹 及 硬脆 倾 向 ， 焊 接 后 钢 材 的 力 学 性 能 ， 特 别 是 强度 不 低 于 原 有 钢 材 的 强 度 。 n 随 钢 材 的 含 碳 量 、 合 金 元 素 及 杂 质 元 素 含 量的 提 高 ， 钢 材 的 可 焊 性 降 低 。 n 钢 材 的 含 碳 量 超 过 0.25 时 ， 可 焊 性 明 显 降 低 ；n 硫 含 量 较 多 时 ， 会 使 焊 口 处 产 生 热 裂 纹 ， 严 重 降低 焊 接 质 量 。 第 36页 某 运 输 廊 倒 塌 n 某 烧 结 矿 仓 库 运 输 廊 道 于 1965年 1月 发 生 倒 塌 。 事 故发 生 时 室 外 气 温 为 36 左 右 。 经 现 场 调 查 及 取 样 试验 可 知 所 用 的 沸 腾 钢 含 碳 0.23 0.25 ， 含 硫 0.06 。n 事 故 原 因 ： n ： 所 使 用 的 钢 材 不 符 合 标 准 要 求 ， 发 生 脆 性 断 裂 。 所 用钢 材 含 碳 量 及 含 硫 量 均 超 过 用 于 焊 接 结 构 钢 材 要 求 ， 即 含碳 不 超 过 0.22 ， 含 硫 量 不 超 过 0.055 。 硫 的 析 出 集 中 点正 是 弦 杆 钢 发 生 脆 性 破 坏 部 位 。 n ： 断 裂 处 焊 缝 低 劣 ， 以 及 焊 接 结 构 处 有 应 力 集 中 现 象 ，助 长 了 此 衍 架 的 断 裂 破 坏 。 经 检 查 ， 多 处 焊 缝 明 显 未 焊 透 ，有 焊 瘤 ， 夹 杂 缺 陷 ， 焊 接 质 量 差 。 5.3 钢 材 的 组 成 结 构 及 对 性 能 的 影 响 5.3.1 纯 铁 的 同 素 异 晶 转 变 第 38页 1.金 属 的 结 晶 概 念 n 金 属 的 晶 格 （ 即 原 子 的 有 序 排 列 ） 以 下 三 种 类 型 ：体 心 立 方 体 、 面 心 立 方 体 和 紧 密 六 方 体 。面 心 立 方 点 阵 体 心 立 方 点 阵 密 排 六 方 点 阵 第 39页 n 金 属 晶 体 存 在 许 多 间 隙 ， 间 隙 对 金 属 的 性 能 、 合 金相 变 等 都 有 重 要 影 响 。n 位 于 4个 原 子 所 组 成 的 四 面 体 中 间 的 间 隙 称 为 四 面 体 间 隙n 位 于 6个 原 子 所 组 成 的 八 面 体 中 间 的 间 隙 称 为 八 面 体 间 隙 体 心 立 方 点 阵 四 面 体 间 隙 面 心 立 方 点 阵 四 面 体 间 隙 密 排 六 方 点 阵 四 面 体 间 隙 体 心 立 方 点 阵 八 面 体 间 隙 面 心 立 方 点 阵 八 面 体 间 隙 密 排 六 方 点 阵 八 面 体 间 隙 第 40页 多 晶 体n 金 属 的 结 晶 过 程 ， 由 于 各 个晶 体 在 长 大 过 程 中 互 相 接 触和 制 约 ， 使 各 个 晶 体 形 成 不规 则 形 状 。n 单 个 的 这 种 不 规 则 的 小 晶 体 称为 晶 粒 。 晶 粒 与 晶 粒 间 的 分 界面 称 为 晶 界 。 由 很 多 的 晶 粒 再组 成 多 晶 体 。 n 金 属 材 料 都 是 多 晶 体 构 造 。就 单 个 晶 体 而 言 是 各 向 异 性的 ， 但 就 多 晶 体 来 讲 则 是 各向 同 性 的 ， 所 以 金 属 材 料 都是 各 向 同 性 的 。 第 41页 2.纯 铁 的 同 素 异 构 晶 体 转 变 n 某 些 金 属 结 晶 之 后 ， 当 温 度 改 变 时 ，它 的 晶 格 类 型 还 会 随 之 变 化 ， 此 变化 称 为 同 素 异 晶 转 变 。 晶 格 发 生 转变 的 温 度 称 为 临 界 温 度 。 转 变 的 产物 称 为 同 素 异 构 体 。 n 纯 铁 的 三 种 同 素 异 构 晶 体 。 n 铁 ： 温 度 下 降 到 1535 直 接 由 液 态 铁凝 固 而 成 ， 为 体 心 立 方 晶 格 ；n 铁 ： 温 度 下 降 到 1390 时 ， 由 体 心 立方 晶 格 转 变 为 面 心 立 方 晶 格 ；n 铁 ： 温 度 下 降 到 910 时 ， 由 面 心 立方 晶 格 转 变 为 体 心 立 方 晶 格 。 910 769 的 铁 亦 称 铁 。 1390 910 体 心 立 方 体 心 立 方面 心 立 方Fe Fe Fe 第 42页 5.3.2 合 金 的 概 念 n 合 金 是 指 熔 合 两 种 或 两 种 以 上 元 素 （ 其 中 至 少 一 种是 金 属 元 素 ） 所 组 成 的 具 有 金 属 特 性 的 物 质 。 有 以下 三 种 基 本 类 型 ： n 1.固 溶 体n 固 溶 体 是 以 一 种 金 属 为 溶 剂 ， 另 一 种 金 属 或 非 金 属 为 溶 质 ，共 溶 后 所 形 成 的 固 态 溶 液 。 固 溶 体 中 的 溶 剂 元 素 仍 保 持 原来 晶 格 ， 溶 质 原 子 溶 解 其 中 。 可 分 为 置 换 固 溶 和 间 隙 固 溶两 种 。 n 当 溶 质 原 子 溶 入 溶 剂 中 形 成 固 溶 体 时 ， 溶 质 原 子 占 据 溶 剂 点 阵 的阵 点 ， 或 者 说 溶 质 原 子 置 换 了 溶 剂 点 阵 的 部 分 溶 剂 原 子 ， 这 种 固溶 体 就 称 为 置 换 固 溶 体 。n 溶 质 原 子 分 布 于 溶 剂 晶 格 间 隙 而 形 成 的 固 溶 体 称 为 间 隙 固 溶 体 。 n 固 溶 强 化 作 用 ： 增 加 固 溶 体 的 强 度 和 硬 度 。 第 43页 n 2.金 属 化 合 物n 是 两 种 元 素 的 原 子 按 一 定 比 例 结 合 的 一 种 新 的 化合 物 。 如 Fe3C（ 渗 碳 体 ） ， 其 晶 格 与 原 来 两 种 元素 的 晶 格 不 同 ， 性 质 也 各 异 ， 表 现 出 非 常 的 硬 脆 。 n 3.机 械 混 合 物n 是 两 种 组 成 既 不 溶 解 也 不 化 合 ， 而 是 机 械 地 组 合成 的 一 种 混 合 物 。 这 两 种 组 成 物 各 保 持 其 各 自 的晶 格 和 性 质 ， 其 混 合 物 的 性 质 取 决 于 各 组 成 物 的相 对 比 例 。 第 44页 5.3.2 铁 碳 合 金 的 晶 体 组 织 与 性 能 n 1.铁 素 体n 碳 在 -Fe中 的 固 溶 体 ， 以 符 号 “ F”表 示 。 铁 素 体 内 原 子 间的 空 隙 较 小 ， 常 温 下 仅 能 溶 碳 0.0008 ， 600 时 0.0057%，在 727 时 溶 碳 量 最 大 ， 但 也 只 有 0.0218 ， 由 于 溶 碳 量 少 ，其 性 质 极 其 柔 软 ， 强 度 较 低 。 抗 拉 强 度 约 为 180 280MPa，伸 长 率 为 30 50 ， HB约 为 50 80， 冲 击 韧 性 约 为 160200J/cm2。n 2.渗 碳 体 n 碳 和 铁 形 成 的 化 合 物 Fe3C。 渗 碳 体 含 碳 量 达 6.67 ， 晶 格结 构 复 杂 ， 性 质 非 常 硬 脆 ， HB约 800， 抗 拉 强 度 很 低 ， 熔点 为 1600 (有 资 料 介 绍 其 计 算 值 为 1227 ,有 资 料 说 其 熔点 为 12271600 )。 工 业 上 不 单 独 使 用 它 。 它 是 铁 碳 合 金中 的 一 种 基 本 组 织 。 第 45页 针 状 和 块 状 铁 素 体 （ 100倍 ） 第 46页 n 3.珠 光 体n 铁 素 体 和 渗 碳 体 组 成 的 机 械 混 合 物 。 两 种 成 分 相 间 成 片 状存 在 于 同 一 晶 粒 内 ， 含 碳 量 为 0.77 ， 在 珠 光 体 中 铁 素 体占 88%， 渗 碳 体 占 12%， 由 于 铁 素 体 的 数 量 大 大 多 于 渗 碳体 ， 所 以 铁 素 体 层 片 要 比 渗 碳 体 厚 得 多 。 珠 光 体 性 质 介 于铁 素 体 和 渗 碳 体 之 间 。 在 腐 蚀 后 用 肉 眼 直 接 观 看 有 珍 珠 光泽 ， 故 名 珠 光 体 。 用 符 号 “ P”表 示 。 n 4.奥 氏 体n 碳 在 -Fe中 的 固 溶 体 ， 以 符 号 “ A”表 示 。 只 存 在 于 高 温 。碳 的 溶 解 度 随 着 温 度 而 变 ， 当 温 度 达 1148 时 ， 碳 的 溶 解度 达 2.11 。 n 随 着 温 度 的 降 低 ， 碳 在 -Fe中 的 溶 解 度 降 低 而 析 出 二 次 渗碳 体 ， 当 冷 却 到 727 时 ， 其 含 碳 量 降 为 0.77 ， 奥 氏 体 便分 解 为 珠 光 体 。 奥 氏 体 的 塑 性 和 韧 性 很 好 。 第 47页 片 状 珠 光 体 （ 1000倍 ） 第 48页 n 铁 碳 合 金 在 常 温 下 的 基 本 组 织 是 铁 素 体 、 渗 碳 体 和珠 光 体 三 种 ， 它 们 的 机 械 性 能 见 下 表 。 铁 碳 合 金 的性 质 则 取 决 于 这 些 晶 体 组 织 在 合 金 中 所 占 的 比 例 。铁 碳 合 金 （ 室 温 时 ） 基 本 组 织 机 械 性 能名 称 符 号 组 织 类 型 b（ MPa） HB （ ） ak（ J/cm2）铁 素 体 F 碳 在 Fe中 的 固 溶 体（ 体 心 立 方 晶 格 ） 250 80 50 160 200渗 碳 体 Fe 3C 铁 和 碳 的 化 合 物 （ 复 杂晶 格 ） 30 800 0 0珠 光 体 P 铁 素 体 与 渗 碳 体 的 层 状机 械 混 合 物 750 180 20 25 24 32 第 49页 5.3.3 铁 碳 合 金 相 图 的 概 念 n 铁 碳 合 金 相 图 是 在 平 衡 状 态 下 表 示 不 同 成 分的 铁 碳 合 金 ， 在 不 同 温 度 下 晶 体 组 织 变 化 的一 种 图 形 。 它 是 研 究 各 种 晶 体 组 织 随 温 度 和成 分 变 化 规 律 的 图 形 。n 铁 和 碳 可 以 形 成 一 系 列 化 合 物 ， 如 Fe3C、 Fe2C、FeC等 ， 有 实 用 意 义 并 被 深 入 研 究 的 只 是 Fe-Fe3C部 分 ， 通 常 称 其 为 Fe-Fe3C相 图 ， 又 称 为 铁 碳 平衡 图 ， 此 时 相 图 的 组 元 为 Fe和 Fe 3C。 它 表 示 铁 碳合 金 在 极 其 缓 慢 冷 却 下 各 阶 段 的 组 织 结 构 状 况 。 第 50页 n ABCD线 是 合金 的 液 相 线 。n AHJECFD线称 为 固 相 线 。n GSE是 奥 氏体 开 始 分 解温 度 线 ， 又称 上 临 界 温度 线 。 n PSK线 是 下临 界 温 度 线 ，即 奥 氏 体 存在 的 下 限 温度 。 第 51页 Fe-Fe3C相 图 中 各 点 的 温 度 、 碳 含 量 及 含 义 符 号 温 度 , 碳 含 量 (C)% 含 义A 1535 0 纯 铁 的 熔 点B 1495 0.53 包 晶 转 变 时 液 态 合 金 的 成 分C 1148 4.30 共 晶 点 Lc AE+Fe3CD 1227 6.69 Fe3C的 熔 点E 1148 2.11 碳 在 -Fe中 的 最 大 溶 解 度F 1148 6.69 Fe 3C的 成 分 G 912 0 -Fe -Fe同 素 异 构 转 变 点 (A3)H 1495 0.09 碳 在 -Fe中 的 最 大 溶 解 度 J 1495 0.17 包 晶 点 LB+ H AJ K 727 6.69 Fe3C的 成 分N 1394 0 -Fe -Fe同 素 异 构 转 变 点 (A4)P 727 0.02 碳 在 -Fe中 的 最 大 溶 解 度S 727 0.77 共 析 点 (A1) As FP+Fe3C Q 600 0.0057 600 时 碳 在 -Fe中 的 溶 解 度 (室 温 ) (0.0008) 第 52页 随 着 含 碳 量 的 增 加 钢 晶 体 组 织 的 变 化n 含 碳 量 在 0.02 0.77 之 间 的 钢 ， 晶 体 组 织 为 铁 素体 和 珠 光 体 ， 并 将 具 有 这 两 种 组 织 的 钢 通 称 为 亚 共析 钢 。 建 筑 钢 材 的 含 碳 量 低 于 0.77 ， 故 是 由 铁 素体 和 珠 光 体 所 组 成 的 。 n 含 碳 量 为 0.77 的 钢 ， 其 晶 体 组 织 全 部 是 珠 光 体 ，这 种 钢 称 为 共 析 钢 。 n 含 碳 量 在 0.77 2.11 之 间 的 钢 ， 晶 体 组 织 为 珠 光体 和 渗 碳 体 ， 而 具 有 这 两 种 组 织 的 钢 通 常 称 为 过 共析 钢 。 n 综 上 所 述 ， 在 常 温 下 随 着 含 碳 量 的 增 加 ， 钢 中 铁 素体 含 量 逐 渐 减 少 ， 渗 碳 体 的 含 量 逐 渐 增 多 。 第 53页 5.3.4 钢 的 化 学 成 分 对 钢 材 性 能 的 影 响 n 1.碳 n 钢 材 的 硬 度 和 强 度 随 含 碳的 增 加 而 提 高 。 钢 材 的 塑性 、 韧 性 和 冷 弯 性 能 随 含碳 量 的 增 加 而 下 降 。 当 含碳 量 增 至 1 时 ， 强 度 最大 ， 但 当 含 碳 量 超 过 1以 后 ， 强 度 反 而 下 降 。 n 碳 还 是 降 低 钢 材 可 焊 性 的元 素 之 一 ， 含 碳 量 超 过 0.3 时 ， 钢 的 可 焊 性 显 著 降低 。n 碳 还 会 降 低 钢 的 塑 性 ， 增加 钢 的 冷 脆 性 和 时 效 敏 感性 ， 降 低 抗 大 气 锈 蚀 性 。 第 54页 2.硅 n 硅 是 在 炼 钢 时 作 为 脱 氧 剂 加 入 的 ， 它 都 能 从 钢 水 的 FeO中 夺取 氧 ， 生 成 氧 化 物 以 降 低 钢 中 的 含 氧 量 。 硅 的 氧 化 物 与 钢 水中 碱 性 氧 化 物 能 进 一 步 形 成 硅 酸 盐 ， 反 应 式 如 下 ： Si 2FeO SiO2 Fe SiO2 CaO CaSiO3 或 SiO2 Fe2O3 C CO Fe2SiO4n 硅 在 一 般 碳 素 钢 中 含 量 为 0.1 0.4 ， 硅 的 脱 氧 能 力 较 锰 还 强 。硅 溶 入 铁 素 体 可 提 高 钢 的 强 度 和 硬 度 。 但 由 于 硅 在 碳 钢 中 的含 量 很 低 ， 因 此 这 一 效 果 并 不 明 显 。 若 作 为 合 金 元 素 加 入 钢中 ， 使 含 量 提 高 到 1.0 1.2 时 ， 钢 材 的 抗 拉 强 度 可 提 高 1520 ， 但 塑 性 和 韧 性 明 显 下 降 ， 焊 接 性 能 变 差 ， 并 增 加 钢 材的 冷 脆 性 。 第 55页 3.锰 n 锰 也 是 炼 钢 时 为 脱 氧 及 脱 硫 加 入 钢 水 中 的 ， 形 成 MnO及 MnS。 MnO FeS MnS FeO Mn FeO MnO Fe n 锰 能 消 减 硫 和 氧 所 引 起 的 热 脆 性 。 溶 于 铁 素 体 的 锰 可 提 高 钢材 的 强 度 。 钢 中 含 锰 量 在 0.8 以 下 时 ， 锰 对 钢 的 性 能 影 响 不显 著 。 若 将 锰 作 为 合 金 元 素 加 入 钢 中 ， 使 钢 中 锰 的 含 量 提 高到 0.8 1.2 或 者 更 高 ， 就 成 为 力 学 性 能 优 于 一 般 碳 钢 的 锰 钢 。但 当 锰 含 量 大 于 1.0 时 ， 在 提 高 强 度 的 同 时 ， 塑 性 及 韧 性 有所 降 低 ， 可 焊 性 变 差 ， 耐 腐 蚀 性 降 低 。 n 普 通 碳 素 钢 中 ， 锰 含 量 为 0.25 0.8 ， 在 低 合 金 钢 中 的 含 量一 般 为 1 2 。 锰 在 低 合 金 钢 中 的 作 用 主 要 是 ： 溶 于 铁 素 体中 使 其 强 化 ， 降 低 奥 氏 体 的 分 解 温 度 ， 起 到 细 化 珠 光 体 的 作用 ， 使 强 度 提 高 。 n 有 的 合 金 钢 含 锰 量 高 达 11 14 ， 称 高 锰 钢 。 第 56页 4.磷 n 磷 是 炼 钢 原 料 中 带 入 的 有 害 元 素 。 磷 溶 入 铁 素 体 时 ，可 使 钢 的 强 度 、 硬 度 增 加 ， 并 显 著 降 低 其 塑 性 和 韧性 。 当 钢 中 含 磷 量 达 0.3 时 ， 钢 完 全 变 脆 ， 冲 击 韧性 接 近 于 零 ， 这 种 现 象 称 为 冷 脆 性 。 虽 然 钢 中 的 磷很 难 达 到 这 个 数 量 ， 但 钢 中 的 磷 在 结 晶 时 极 易 偏 析 ，使 其 局 部 地 区 达 到 较 高 的 磷 含 量 而 变 脆 ， 冷 脆 性 使钢 材 不 宜 在 低 温 条 件 下 工 作 。 因 此 在 各 种 质 量 钢 中 ，都 严 格 规 定 了 磷 的 允 许 含 量 范 围 ， 普 通 碳 素 钢 中 的含 磷 量 不 得 超 过 0.045 。 n 磷 能 有 效 地 改 善 钢 的 切 削 加 工 性 能 ， 因 此 在 易 削 钢中 还 要 提 高 磷 的 含 量 。 第 57页 5.硫 n 硫 是 钢 中 极 有 害 元 素 。 硫 不 溶 于 铁 素 体 ， 而 与 铁 化 合 成 FeS。FeS与 Fe在 985 时 形 成 共 晶 体 。 这 些 低 熔 点 共 晶 体 在 结 晶 时 ，总 是 分 布 在 晶 界 处 ， 在 1000 以 上 热 加 工 时 ， 由 于 共 晶 体 熔化 ， 使 钢 材 产 生 裂 纹 。 这 种 现 象 称 为 热 脆 性 。n 它 能 降 低 钢 的 机 械 性 能 ， 并 可 使 可 焊 性 和 耐 蚀 性 变 坏 。 硫 也有 强 烈 的 偏 析 作 用 ， 增 加 了 危 害 性 。 因 此 在 各 种 质 量 的 钢 中也 都 规 定 了 硫 的 允 许 含 量 范 围 ， 要 求 在 0.055 以 下 。 n 钢 水 中 加 入 锰 可 削 弱 硫 的 有 害 作 用 ， 因 为 锰 可 以 从 FeS中 夺取 硫 。 反 应 式 如 下 ： Mn FeS MnS Fen MnS在 1620 熔 化 ， 而 在 钢 的 热 加 工 温 度 范 围 (800 1200 )内 ， MnS有 较 好 的 塑 性 ， 因 此 不 会 影 响 钢 材 的 热 加 工 性 能 。 第 58页 6.氧n 氧 是 冶 炼 氧 化 过 程 中 进 入 钢 水 ， 经 脱 氧 处 理后 残 留 下 来 的 ， 是 钢 中 的 有 害 杂 质 。 它 主 要存 在 于 非 金 属 夹 杂 物 ， 少 量 溶 于 铁 素 体 中 。n 非 金 属 夹 杂 物 主 要 是 ： A12O3、 FeO、 MnO、SiO2以 及 硅 酸 盐 等 。 这 些 氧 化 物 在 钢 经 锻 压后 ， 一 般 以 链 状 或 条 状 分 布 于 钢 中 ， 尤 其 容易 分 布 在 晶 界 处 ， 这 时 会 降 低 钢 的 塑 性 及 韧性 ， 使 用 时 ， 可 能 造 成 工 件 突 然 断 裂 。 n 氧 有 促 进 时 效 倾 向 的 作 用 。 氧 化 物 所 造 成 的低 熔 点 也 使 钢 的 可 焊 性 变 坏 。 第 59页 7.氮 n 氮 主 要 以 原 子 状 态 嵌 溶 于 铁 素 体 中 ， 也 可 呈 化 合 物形 式 （ Fe4N） 存 在 。n 氮 对 钢 材 的 性 质 的 影 响 与 硫 、 磷 相 似 ， 使 钢 材 的 强 度 提 高 ，塑 性 特 别 是 韧 性 显 著 下 降 。n 溶 于 铁 素 体 中 的 氮 ， 有 向 晶 格 的 缺 陷 处 移 动 、 集 中 的 倾 向 ，故 可 加 剧 钢 材 的 时 效 敏 感 性 和 冷 脆 性 ， 也 增 加 热 脆 性 ， 降低 可 焊 性 。 n 若 在 钢 中 加 入 适 当 金 属 铝 或 钛 ， 则 氮 和 它 们 可 生 成氮 化 铝 (AlN)或 氮 化 钛 （ TiN） 而 脱 氮 。 n 氮 化 铝 和 氮 化 钛 如 果 以 分 散 的 微 粒 分 布 在 钢 中 ， 则 能 控 制钢 的 晶 粒 大 小 ， 能 增 强 钢 的 韧 性 、 塑 性 、 耐 磨 性 等 ； 如 果以 聚 集 状 态 出 现 ， 则 会 使 钢 的 机 械 性 能 产 生 方 向 性 ， 使 耐磨 性 显 著 降 低 。 第 60页 n 8.氢 n 在 热 轧 、 锻 后 冷 却 到 200 左 右 时 ， 原 子 氢 就 聚 集 成 分 子状 态 而 出 现 在 钢 的 内 部 ， 由 氢 气 所 产 生 的 压 力 可 把 钢 从 内部 胀 裂 ， 形 成 几 乎 是 圆 圈 状 的 平 坦 的 断 裂 面 ， 即 所 谓 的“ 白 纹 ” 。 这 就 要 求 在 冶 炼 方 面 采 取 措 施 ， 如 控 制 氢 的 含量 在 百 万 分 之 1.5以 下 或 对 钢 水 进 行 真 空 处 理 ； 或 控 制 锻轧 后 的 冷 却 方 式 来 防 止 白 纹 的 发 生 ， 以 避 免 工 件 的 碎 裂 。 n 9.钛 n 是 强 脱 氧 剂 ， 能 细 化 晶 粒 。 钛 能 显 著 提 高 强 度 ， 但 稍 降 低塑 性 ； 由 于 晶 粒 细 化 ， 故 可 改 善 韧 性 。 钛 并 能 减 少 时 效 倾向 ， 改 善 可 焊 性 ， 是 常 用 的 合 金 元 素 。 n 10.钒 n 是 强 的 碳 化 物 和 氮 化 物 形 成 元 素 。 钒 能 细 化 晶 粒 ， 有 效 地提 高 强 度 ， 并 能 减 少 时 效 倾 向 。 但 增 加 焊 接 的 淬 硬 倾 向 。 5.4 钢 材 的 冷 加 工 强 化 、 时 效 与 热 处 理 第 62页 5.4.1 冷 加 工 强 化 n 钢 材 的 冷 加 工 是 在 常 温 下 通 过 冷 拉 、 冷 拔 或冷 轧 ， 使 钢 材 产 生 塑 性 变 形 ， 得 到 所 需 形 状的 工 艺 过 程 。 通 过 冷 加 工 的 钢 材 ， 可 使 强 度提 高 ， 称 为 冷 加 工 强 化 （ 冷 作 硬 化 ） 。 n 对 钢 材 进 行 冷 加 工 ， 是 充 分 发 挥 材 料 效 用 ，节 约 钢 材 的 一 种 有 效 方 法 。 n 钢 材 经 过 冷 加 工 后 ， 其 屈 服 强 度 提 高 ， 塑 性 、 韧性 和 弹 性 模 量 则 降 低 。 第 63页 1. 冷 拉 n 冷 拉 是 将 钢 筋 拉 至 其 -曲 线 的 强 化 阶 段 内 任一 点 K处 ， 然 后 缓 慢 卸 去 荷 载 ， 则 当 再 度 加 载时 ， 其 屈 服 极 限 将 有 所 提 高 ， 而 其 塑 性 变 形能 力 都 有 所 降 低 的 冷 加 工 强 化 。n 冷 拉 一 般 可 控 制 冷 拉 率 ， 预 应 力 混 凝 土 的 预应 力 筋 则 宜 采 用 控 制 应 力 法 。 钢 筋 经 冷 拉 后 ，一 般 屈 服 点 可 提 高 20 25 。 第 64页 2. 冷 拨 n 冷 拔 是 将 直 径 为 6.5 8 mm的 碳 素 结 构 钢 的 Q235（ 或 Q215）盘 条 ， 通 过 拔 丝 机 中 钨 合 金 做 成 的 比 钢 筋 直 径 小 0.5 1.0 mm的 冷 拔 模 孔 ， 冷 拔 成 比 原 直 径 小 的 钢 丝 ， 称 为 冷 拔 低 碳钢 丝 。 经 过 一 次 或 多 次 冷 拔 后 得 到 的 冷 拔 低 碳 钢 丝 ， 其 屈 服点 可 提 高 40 60 ， 但 失 去 软 钢 的 塑 性 和 韧 性 ， 而 具 有 硬质 钢 材 的 特 点 。 第 65页 3. 冷 轧 n 冷 轧 是 将 圆 钢 在 轧 钢 机 上 轧 成 断 面 形 状 规 则的 钢 筋 ， 可 以 提 高 其 强 度 （ 屈 服 强 度 可 提 高30 60 ） 及 与 混 凝 土 的 粘 接 力 。n 图 为 一 冷 轧 机 的 示 意 图 。 冷 轧 机 是 由 若 干 对轧 辊 组 成 ， 带 钢 从 一 端 输 入 经 过 各 对 轧 辊 逐步 减 薄 后 输 出 。 钢 筋 在 冷 轧 时 ， 纵 向 与 横 向同 时 产 生 变 形 ， 因 而 能 较 好 地 保 持 其 塑 性 和内 部 结 构 的 均 匀 性 。 第 66页 5.4.2 时 效 处 理 n 将 冷 加 工 处 理 后 的 钢 筋 ， 在 常 温 下 存 放 15 20 d（ 自 然 时 效 ）或 加 热 至 100 200 后 保 持 2 3 h（ 人 工 时 效 ） ， 其 屈 服 强度 进 一 步 提 高 ， 且 抗 拉 强 度 也 提 高 ， 同 时 塑 性 和 韧 性 也 进 一步 降 低 ， 弹 性 模 量 则 基 本 恢 复 。 这 个 过 程 称 为 时 效 处 理 。 第 67页 5.4.3 热 处 理 n 热 处 理 是 将 钢 材 按 规 定 的 温 度 制 度 ， 进 行 加 热 、 保温 和 冷 却 处 理 ， 以 改 变 其 组 织 ， 得 到 所 需 要 的 性 能的 一 种 工 艺 。n 热 处 理 的 方 法 有 ：n 退 火n 正 火 n 淬 火n 回 火 钢 的 热 处 理 工 艺 5.5 建 筑 钢 材 的 标 准