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学习情景2 建筑钢结构用钢材 知识点： 本项目讲述了结构甩钢材的分类及其化学成分、 力学性能，建筑钢材的品种、规格以及材质的 检验和验收。 教学目标：通过学习，了解钢材的品种、熟悉钢材的性能、 掌握钢材的选用，能够根据施工的需要、设计 的要求合理选择钢材，以保证正常施工。 一、钢材的冶炼 从铁矿石开始到最终产品的钢材为止，钢材的生产大致 可分为炼铁、炼钢和轧制三道工序。 1、炼铁 矿石中的铁是以氧化物的形态存在的，要用与氧的亲和 力比铁更大的物质——一氧化碳与碳等还原剂，通过还原作 用从矿石中除去氧，还原出铁。同时，为了使砂质和粘土质 的杂质（矿石中的废石）易于熔化为熔渣，常用石灰石作为 熔剂。所有这些作用只有在足够的温度下才会发生，因此铁 的冶炼都是在可以鼓入热风的高炉内进行。 2 、炼钢 含碳量在2.06 ％以下的铁碳合金称为碳素钢。因此，当 用生铁制钢时，必须通过氧化作用除去生铁中多余的碳和 其它杂质，使它们转变为氧化物进入渣中，或成气体逸 出。这一作用也要在高温下进行，称为炼钢。常用的炼钢 炉有三种形式：转炉、平炉和电炉。 电炉炼钢是利用电热原理，以废钢和生铁等为主要原料， 在电弧炉内冶炼。由于不与空气接触，易于清除杂质和严格控 制化学成分，炼成的钢质量好。但因耗电量大，成本高，一般 只用来冶炼特种用途的钢材。 转炉炼钢是利用高压空气或氧气使炉内生铁熔液中的碳和 其它杂质氧化，在高温下使铁液变为钢液。氧气顶吹转炉冶炼 的钢中有害元素和杂质少，质量和加工性能优良，且可根据需 要添加不同的元素，冶炼碳素钢和合金钢。由于氧气顶吹转炉 可以利用高炉炼出的生铁熔液直接炼钢，生产周期短、效率 高、质量好、成本低。 平炉炼钢是利用煤气或其它燃料供应热能，把废钢、生铁 熔液或铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。平炉 的原料广泛，容积大，产量高，冶炼工艺简单，化学成分易于 控制，炼出的钢质量优良。但平炉炼钢周期长，效率低，成本 高，现已逐渐被氧气顶吹转炉炼钢所取代。 3、钢材的浇注和脱氧 按钢液在炼钢炉中或盛钢桶中进行脱氧的方法和程度的不 同，碳素结构钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静 钢4类。 沸腾钢采用脱氧能力较弱的锰作脱氧剂，脱氧不完全，在 将钢液浇注入钢锭模时，会有气体逸出，出现钢液的沸腾现 象。沸腾钢在铸模中冷却很快，凝固后在钢材中留有较多的氧 化铁夹杂和气孔。钢的质量较差。镇静钢采用锰加硅作脱氧 剂，脱氧较完全，硅在还原氧化铁的过程中还会产生热量，使 钢液冷却缓慢，使气体充分逸出，浇注时不会出现沸腾现象。 这种钢质量好，但成本高。半镇静钢的脱氧程度介于上述二者 之间。特殊镇静钢是在锰硅脱氧后，再用铝补充脱氧，其脱氧 程度高于镇静钢。低合金高强度结构钢一般都是镇静钢。 随着冶炼技术的不断发展，用连续铸造法生产钢坯 （用作轧制钢材的半成品）的工艺和设备已逐渐取代了笨 重而复杂的铸锭— 开坯—初轧的工艺流程和设备。连铸法 的特点是：钢液由钢包经过中间包连续注入被水冷却的铜 制铸模中，冷却后的坯材被切割成半成品。连铸法的机械 化、自动化程度高，可采用电磁感应搅拌装置等先进设施 提高产品质量，生产的钢坯整体质量均匀，但只有镇静钢 才适合连铸工艺。因此国内大钢厂已很少生产沸腾钢，若 采用沸腾钢，不但质量差，而且供货困难，价格并不便 宜。 钢材冶炼的几个名词含义如下： （1）退火- annealing 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以 适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却) 的一种金 属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加 工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀 化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。 （2 ）正火 正火是将工件加热到Ac ：或Acm 以上30～50℃，保温 一定时间后，从炉中取出在空气中冷却的一种热处理工 艺。 （3 ）淬火 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于临界冷 却速度（Vc ）冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处 理工艺。 （4 ）回火 回火是将淬火钢加热至A1 点以下